IT202000007090A1

IT202000007090A1 - Processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica

Info

Publication number: IT202000007090A1
Application number: IT102020000007090A
Authority: IT
Inventors: Luigi Sacchetto; Andrea Maniero
Original assignee: Carel Ind Spa
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2021-10-03
Also published as: WO2021198971A1

Description

PROCESSO DI MONTAGGIO E VERIFICA DI UNA SCHEDA ELETTRONICA

CAMPO TECNICO.

Il presente trovato si riferisce ad un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica che, particolarmente presenta un?elevata affidabilit? nella correttezza del montaggio pur richiedendo competenze limitate all?addetto al montaggio e elevata flessibilit? di applicazione rispetto a differenti schemi di schede elettroniche da montare.

STATO DELLA TECNICA

Oggigiorno ? nota l?esigenza di verificare il corretto montaggio di componenti PTH, ossia Pin-Trough-Hole, su una scheda elettronica.

Per ottemperare all?esigenza di verifica, oggigiorno ? noto ricorrere a sistemi di test-in-circuit ossia a test volti a verificsre il corretto montaggio dei componenti PTH che, tuttavia, richiedono la saldatura dei componenti alla scheda.

Ci? implica che, in caso di rilevamento di erroneo montaggio di uno o pi? componenti, la scheda dovr? essere scartata o riparata, con notevole svantaggio produttivo.

Al fine di rilevare la presenza di un errore di montaggio prima della saldatura dei componenti sulla scheda, ? oggi noto ricorrere a sistemi di visione che, una volta completata l?installazione dei componenti sulla scheda ma prima della saldatura, permette di verificare se l?assemblaggio ? corretto.

Qualora si rilevi un errore ?, quindi, pi? veloce e semplice la correzione dello stesso.

Tuttavia ? pur sempre richiesta l?interruzione della produzione in serie e la rilavorazione della scheda per l?eliminazione dell?errore, ci? a detrimento della produttivit?.

Peraltro, tali sistemi di visione tradizionali richiedono la predisposizione di un modello virtuale della scheda da verificare.

Il sistema, a regime, verifica la presenza dei componenti reali corrispondenti a quelli presenti nel modello virtuale.

Chiaramente, tale modello virtuale deve essere ri-programmato qualora sia cambiata la scheda in produzione, ossia ogni scheda da produrre richiede la predisposizione di un corrispondente modello virtuale.

Questo implica tempi di predisposizione che incidono sull?attivit? di produzione. D?altra parte, oggigiorno, le istruzioni di montaggio rese disponibile all?operatore addetto all?installazione dei componenti sulla scheda, sono contenute in una scheda in forma cartaceo o elettronico che mostra per ciascun pezzo la posizione e la polarit? dello stesso, ossia la sua orientazione rispetto alla scheda.

Sono anche disponibili sistemi che guidano passo-passo l?operatore e che, necessariamente, richiedono ad ogni passo una conferma dell?esecuzione dello stesso dall?operatore stesso a svantaggio della fluidit? e velocit? di esecuzione.

SOMMARIO DEL TROVATO

Il problema alla base della presente invenzione ? quindi quello di migliorare la produttivit? dei processi tradizionali di montaggio e verifica di una scheda elettronica.

Nell?ambito di tale compito uno scopo del trovato ? quello di proporre un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica che permetta un?affidabile verifica del montaggio dei componenti PTH senza impattare sensibilmente sui tempi di produzione.

Ancora un scopo del presente trovato ? quello di proporre un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica che permetta di individuare tempestivamente un eventuale errore di montaggio di una scheda elettronica, permettendone una immediata correzione.

Un altro scopo del presente trovato ? quello di realizzare un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica che permetta di ridurre drasticamente le rilavorazione di schede elettroniche assemblate.

Un ulteriore scopo del presente trovato ? quello di proporre un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica che permetta di ridurre gli errori di assemblaggio anche nel caso di assemblaggio da parte di operatori inesperti o di abilit? ridotta, senza un sensibile impatto sui tempi di produzione.

Questo compito, nonch? questi ed altri scopi che meglio appariranno nel seguito sono raggiunti da un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica secondo la rivendicazione indipendente allegata.

Caratteristiche di dettaglio di un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica secondo il trovato sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva di un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica secondo il trovato, illustrato, in una sua forma di realizzazione rappresentata a titolo indicativo e non limitativo nelle unite tavole di disegni di seguito elencate.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

? qui divulgato un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica che prevede l?impiego di un apparato di visione configurato per il riconoscimento di componenti predisposti su una scheda PCB reale ossia su una scheda con circuito stampato, alla quale nel seguito si fa riferimento come PCB reale per brevit?.

Il presente processo prevede anche l?impiego di una postazione di assemblaggio comprendente una pluralit? di sedi per componenti elettronici. In particolare, tale postazione di assemblaggio comprende una pluralit? di dette sedi ciascuna preposta ad alloggiare componenti elettronici di una singola tipologia, in questo modo ad un operatore sono resi disponibili di volta in volta, ordinati in ciascuna dei dette sedi, i differenti componenti elettronici da montare su una prevista PCB reale per ottenere una specifica scheda elettronica.

In altre parole, una volta definita la scheda elettronica da montare, ossia il lo schema della PCB reale e la configurazione di ciascun componente elettronico da montare su quest?ultima, allora una PCB reale dotata dello schema appropriato ? disposta in una stazione di montaggio della postazione di assemblaggio e ciascuna sede ? riempita di una tipologia di componenti elettronici scelta tra le tipologie di componenti elettronici necessari all?assemblaggio della specifica scheda elettronica da montare.

Preferibilmente, la postazione di assemblaggio comprende, mezzi per indicare ad un operatore selettivamente una delle sedi o un gruppo delle sedi, nella quale, o nelle quali, sono alloggiati i componenti elettronici che di volta in volta sono da montare sulla PCB reale secondo una predefinita sequenza.

I detti mezzi per indicare possono ad esempio comprendere un sistema di illuminazione che illumina selettivamente la sede o il gruppo di sedi rilevante.

Ad esempio, ciascuna sede pu? comprendere un contenitore in materiale parzialmente opaco, traslucido o trasparente e mezzi di illuminazione, come ad esempio led, che sono collegati ad un dispositivo elettronico di azionamento che attiva selettivamente ed in successione i mezzi di illuminazione che illuminano la sede o le sedi corrispondenti ai componenti elettronici da montare secondo una predefinita sequenza.

In questo caso, le sedi saranno illuminate in successione per indicare la sequenza dei componenti elettronici, in esse alloggiati, che sono ?sella medesima- sequenza da montare sulla PCB reale.

Questo rende particolarmente agevole, anche ad un operatore inesperto, effettuare il montaggio dei componenti elettronici sulla PCB reale nella corretta, migliore o pi? efficiente sequenza.

La postazione di assemblaggio pu? anche comprendere illuminatori configurati per illuminare la stazione di montaggio ed almeno un gruppo ottico affacciato alla stazione di montaggio ed atto ad acquisire immagini della stazione di montaggio e specialmente di una scheda elettronica che in essa ? in montaggio.

La postazione di assemblaggio ha una postazione per l?operatore.

Gli illuminatori, l?almeno un gruppo ottico, la stazione di montaggio e la postazione per l?operatore sono reciprocamente posizionati, in modo di per s? tradizionale, in modo tale da evitare o minimizzare la possibile interferenza del corpo dell?operatore con fasci luminosi emessi dagli illuminatori o con il campo di visione dell?almeno un gruppo ottico.

La postazione di assemblaggio pu? anche avere un visualizzatore atto a rendere disponibili ad un operatore di montaggio informazioni di montaggio, ad esempio una PCB virtuale con componenti virtuali, rispettivamente corrispondenti alla PCB reale e ai componenti elettronici da montare sulla stessa, e rappresentativi di questi.

Secondo il presente trovato detto processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica comprende una fase A di predisposizione di un modello virtuale di una scheda elettronica da assemblare, una fase B di assemblaggio assistito della scheda elettronica ed una fase C di verifica di correttezza di assemblaggio della scheda elettronica.

La fase A prevede:

- una fase A1 di predisporre, in un ambiente virtuale, una PCB virtuale e

- una fase A2 di posizionare, sulla PCB virtuale, componenti virtuali ciascuno importato da una predisposta libreria di componenti virtuali ove ciascuno dei componenti virtuali ha una configurazione sulla PCB virtuale che definisce una configurazione di verifica rispetto alla quale verificare un corretto montaggio dei componenti elettronici sulla scheda elettronica.

Ciascun componente virtuale corrisponde ad un componente elettronico reale da montare su una PCB reale per ottenere una scheda elettronica.

In altre parole i componenti virtuali sono rappresentazioni virtuali dei componenti elettronici da assemblare per formare una predefinita scheda elettronica.

Per ?configurazione? di un componente virtuale sulla PCB virtuale e, corrispondentemente, di un componente elettronico sulla PCB reale , si intende l?insieme della posizione di tale componente virtuale o elettronico sulla PCB virtuale o reale, con la polarit? dello stesso, ossia con l?orientazione dello stesso rispetto ad un sistema di riferimento solidale alla PCB virtuale o reale rispettivamente.

La fase B prevede:

- una fase B1 che prevede di rendere disponibile ad un operatore di montaggio, ad esempio mediante detto visualizzatore, il modello virtuale, evidenziando in quest?ultimo selettivamente o uno dei componenti virtuali o un gruppo dei componenti virtuali, di volta in volta da montare su una PCB reale della scheda elettronica;

- una fase B2 che prevede di evidenziare o una delle sedi della postazione di assemblaggio che alloggia un componente elettronico corrispondente al componente virtuale evidenziato nella fase B1, oppure un gruppo delle sedi che alloggiano componenti elettronici corrispondenti al gruppo di componenti virtuali evidenziato nella fase B1, rispettivamente;

- una fase B3 di montaggio sulla PCB reale del componente elettronico corrispondente al componente virtuale o di componenti elettronici corrispondenti al gruppo di componenti virtuali, evidenziati nella fase B2.

La fase C prevede:

- una fase C1 che prevede di acquisire, mediante il sistema di visione, un?immagine della scheda elettronica in montaggio o della PCB reale;

- una fase C2 che prevede di riconoscere, per ciascuno dei componenti elettronici che ? montato sulla scheda elettronica in montaggio, una configurazione di montaggio;

- una fase C3 di confronto della configurazione di montaggio acquisita con la configurazione di verifica e di segnalazione di errore in caso di mancanza di corrispondenza tra la configurazione di montaggio e la configurazione di verifica.

Si comprende, quindi, come mediante un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica, secondo il presente trovato, ? possibile garantire un?elevata affidabilit? di un corretto montaggio essendo implementato un montaggio assistito che permette all?operatore, anche pi? inesperto, di ricevere in tempo reale informazioni precise sui componenti elettronici da montare sulla PCB reale, sulla loro configurazione di montaggio e sulla sequenza nella quale montarli.

Tale processo peraltro permette di rilevare in tempo reale un eventuale errore di montaggio, ossia appena viene effettuato e, pertanto, permette di correggere tempestivamente l?errore senza dover attendere il completamento della scheda elettronica, come, invece, avviene nella tecnica tradizionale.

Un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica secondo il presente trovato permette, quindi, di migliorare sensibilmente la produttivit? di schede elettroniche, specialmente riducendo grandemente il rischio che siano commessi errori di montaggio e, contestualmente, riducendo grandemente i tempi per correggere eventuali errori di montaggio commessi.

La fase A pu? comprendere una fase A3 di acquisizione, da un apparato di progettazione assistita, o CAD, di un archivio elettronico o file comprendente informazioni strutturali della scheda elettronica.

Tali informazioni strutturali comprendono informazioni relative a:

- percorsi elettronici della PCB reale;

- numero, tipologia e polarit? dei componenti elettronici e posizione nella quale posizionare ciascuno di questi ultimi sulla PCB reale;

- eventuali informazioni di assemblaggio dei componenti elettronici sulla PCB reale, come ad esempio informazioni sulla sequenza ottimale o necessaria di montaggio.

In altre parole, ? possibile che a seguito della predisposizione di un file CAD contenete le informazioni strutturali della scheda elettronica da produrre, ossia delle informazioni relative a come questa dovr? risultare, tali informazioni potranno direttamente essere acquisite nel sistema di visione, che quindi potr? operare secondo un programma di visione che incorpora tali informazioni strutturali per verificare che il montaggio delle schede elettroniche, durante la loro produzione sia corretto.

Tale acquisizione pu? ad esempio essere effettuata mediante un programma di interfaccia che acquisisce tali informazioni strutturali, o file CAD, ad esempio nei formati tradizionali .dwg o.dxf, oppure in un formato .xml e che converte tali informazioni strutturali in un archivio elettronico con formato tradizionale .svg necessario al sistema di visione per il riconoscimento dei componenti elettronici in montaggio sulla scheda elettronica.

Preferibilmente, le informazioni strutturali comprendono anche informazioni sulla sequenza di montaggio dei componenti elettronici sulla PCB reale, cos? che, mediante il visualizzatore della postazione di assemblaggio, ? possibile rendere disponibile una vista della scheda PCB virtuale ove appaiono in successione i componenti virtuali secondo una sequenza di montaggio predefinita.

Il processo secondo il trovato pu? prevedere che la visualizzazione di un componente virtuale sulla PCB virtuale sia effettuata, mediante il visualizzatore, solo a seguito del positivo svolgimento della fase C in relazione al componente elettronico corrispondente al componente virtuale precedentemente visualizzato.

In altre parole, secondo il presente processo, un secondo componente virtuale da visualizzare successivamente ad un primo componente virtuale, secondo la predefinita sequenza di visualizzazione, sar? visualizzato -per indicare che il corrispondente componente elettronico ? da montare- solo a seguito di una positiva verifica del sistema di visione sul corretto montaggio del componente elettronico corrispondente al primo componente virtuale.

La fase A pu? prevedere un?esecuzione automatica della predisposizione della PCB virtuale, della fase A1, e del posizionamento dei componenti virtuali, della fase A2, a seguito di un?esecuzione della fase A3 e in accordo con le informazioni strutturali.

In altre parole, il processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica pu? prevedere che la PBC virtuale e la configurazione su quest?ultima dei componenti virtuali, nonch? la loro predefinita sequenza di montaggio, siano acquisiti automaticamente convertendo, ad esempio mediante la suddetta interfaccia, un archivio elettronico contenete le informazioni strutturali, reso disponibile dall?apparato di progettazione assistita, CAD.

In questo modo il processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica elimina i tempi di realizzazione di un programma per ciascuna scheda da produrre che, invece, ? tradizionalmente necessario per l?impiego di sistemi di visioni nella verifica della corretta produzione di schede elettroniche.

Le fasi C1, C2 e C3 possono essere effettuate in sequenza, a seguito del montaggio effettuato nella fase B3 di ciascuno dei componenti elettronici, per segnalare in tempo reale un eventuale errore di montaggio.

Il processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica pu? anche comprendere una fase D di correzione di un errore di montaggio che prevede: - di rimuovere il componente elettronico o i componenti elettronici, corrispondenti al gruppo di componenti virtuali e montati durante la fase B3 sulla PCB reale per i quali nella fase C3 ? stato segnalato un errore di montaggio;

- di ripetere la fase B relativamente al componente elettronico o ai componenti elettronici rimossi.

Il processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica pu? anche comprendere una fase E di saldatura dei componenti elettronici montati sulla PCB reale.

Tale fase E ? eseguita successivamente ad un?esecuzione della fase C, e di un?eventuale fase D, successiva ad una fase C3 di montaggio dell?ultimo dei componenti elettronici da montare sulla PCB reale per completare la scheda elettronica.

Per il riconoscimento dei componenti elettronici, la fase B pu? prevedere l?impiego di un algoritmo di visione basato su una struttura a rete neurale per l?apprendimento profondo.

In questo modo ? grandemente incrementata l?affidabilit? del riconoscimento dei componenti elettronici nella fase C.

Infatti, mediante l?impiego dell?algoritmo di visione basato su una struttura a rete neurale per l?apprendimento profondo permette di ridurre grandemente il numero di false diagnosi, ossia errato o mancato riconoscimento di un componente elettronico o della sua configurazione, che nei sistemi tradizionali si verificano generalmente in funzione della tipologia e configurazione delle postazioni di assemblaggio e/o delle condizioni di illuminazione della postazione di montaggio e/o dell?influenza dell?illuminazione ambientale, tipicamente dipendente dalla variabilit? dell?illuminazione naturale nell?arco del d? e dell?anno.

Il processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica pu? comprendere inoltre una fase E di integrazione nel sistema di visione di una banca dati comprendente una pluralit? di differenti immagini reali di ciascuno dei componenti elettronici, per formare una base per il riconoscimento di questi ultimi mediante l?algoritmo di visione.

In altre parole ? possibile predisporre detta banca dati per fornire un bagaglio di esperienza all?algoritmo di visione incrementandone grandemente l?affidabilit? di riconoscimento dei componenti elettronici.

Per la fase B possono anche essere impostabili livelli di confidenza e livelli di precisione del riconoscimento di detti componenti elettronici.

Si comprende quindi come un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica secondo il presente trovato permette di raggiungere il compito e gli scopi preposti.

Un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica secondo il presente trovato in particolare permette di migliorare la produttivit? dei processi tradizionali di montaggio e verifica di una scheda elettronica.

Inoltre, un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica secondo il presente trovato permette un?affidabile verifica del montaggio dei componenti PTH senza impattare sensibilmente sui tempi di produzione.

Un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica, secondo il trovato, anche permette di individuare tempestivamente un eventuale errore di montaggio di una scheda elettronica, consentendo una immediata correzione dello stesso.

Ancora, un processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica, secondo il presente trovato, permette di ridurre drasticamente le rilavorazione di schede elettroniche assemblate.

Il processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica secondo il presente trovato permette inoltre di ridurre gli errori di assemblaggio anche nel caso di assemblaggio da parte di operatori inesperti o di abilit? ridotta, senza un sensibile impatto sui tempi di produzione.

Il trovato cos? concepito ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell?ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo di montaggio e verifica di una scheda elettronica che prevede l?impiego di un apparato di visione, per il riconoscimento di componenti predisposti su una scheda PCB reale, e di una postazione di assemblaggio comprendente una pluralit? di sedi per componenti elettronici; detto processo comprende una fase A di predisposizione di un modello virtuale di una scheda elettronica da assemblare, una fase B di assemblaggio assistito di detta scheda elettronica ed una fase C di verifica di correttezza di assemblaggio di detta scheda elettronica; ove detta fase A prevede: - una fase A1 di predisporre, in un ambiente virtuale, una PCB virtuale e - una fase A2 di posizionare, su detta PCB virtuale, componenti virtuali ciascuno importato da una predisposta libreria di componenti virtuali ove ciascuno di detti componenti virtuali ha una configurazione su detta PCB virtuale che definisce una configurazione di verifica rispetto alla quale verificare un corretto montaggio di detti componenti elettronici su detta scheda elettronica; ove detta fase B prevede: - una fase B1 che prevede di rendere disponibile ad un operatore di montaggio detto modello virtuale evidenziando in quest?ultimo selettivamente o uno di detti componenti virtuali o un gruppo di detti componenti virtuali, di volta in volta da montare su una PCB reale di detta scheda elettronica; - una fase B2 che prevede di evidenziare o una delle sedi di detta postazione di assemblaggio che alloggia un componente elettronico corrispondente a detto componente virtuale evidenziato in detta fase B1, oppure un gruppo di dette sedi che alloggiano componenti elettronici corrispondenti a detto gruppo di componenti virtuali evidenziato in detta fase B1, rispettivamente; - una fase B3 di montaggio su detta PCB reale di detto componente elettronico corrispondente a detto componente virtuale o di detti componenti elettronici corrispondenti a detto gruppo di componenti virtuali, evidenziati in detta fase B2; ove detta fase C prevede: - una fase C1 che prevede di acquisire mediante detto sistema di visione un?immagine di detta scheda elettronica in montaggio; - una fase C2 che prevede di riconoscere, per ciascuno di detti componenti elettronici che ? montato su detta scheda elettronica in montaggio, una configurazione di montaggio; - una fase C3 di confronto di detta configurazione di montaggio con detta configurazione di verifica e di segnalazione di errore in caso di mancanza di corrispondenza tra detta configurazione di montaggio e detta configurazione di verifica.
2. Processo secondo la rivendicazione 1 ove detta fase A comprende una fase A3 di acquisizione da un apparato di progettazione assistita di un archivio elettronico comprendente informazioni strutturali di detta scheda elettronica; dette informazioni strutturali comprendendo informazioni relative a: - percorsi elettronici di detta PCB reale; - numero, tipologia e polarit? di detti componenti elettronici e posizione di ciascuno di questi ultimi su detta PCB reale; - eventuali informazioni di assemblaggio di detti componenti elettronici su detta PCB reale.
3. Processo secondo la rivendicazione 2 ove detta fase A prevede un?esecuzione automatica della predisposizione di detta PCB virtuale, di detta fase A1, e del posizionamento di detti componenti virtuali, di detta fase A2, a seguito di un?esecuzione di detta fase A3 e in accordo con dette informazioni strutturali.
4. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti ove dette fasi C1, C2 e C3 sono effettuate in sequenza a seguito del montaggio effettuato in detta fase B3 di ciascuno detti componenti elettronici, per segnalare in tempo reale un eventuale errore di montaggio.
5. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti che comprende una fase D di correzione di un errore di montaggio che prevede: - di rimuovere detto componente elettronico o detti componenti elettronici corrispondenti a detto gruppo di componenti virtuali e montati durante detta fase B3 su detta PCB reale per i quali, in detta fase C3 ? stato segnalato un errore di montaggio; - di ripetere detta fase B relativamente a detto componente elettronico o detti componenti elettronici rimossi.
6. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti che comprende una fase E di saldatura di detti componenti elettronici montati su detta PCB reale che ? eseguita successivamente ad un?esecuzione di detta fase C, e di un?eventuale fase D, successiva ad una fase C3 di montaggio di un ultimo di detti componenti elettronici da montare su detta PCB reale per completare detta scheda elettronica.
7. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti ove detta fase B prevede l?impiego di un algoritmo di visione, per il riconoscimento di detti componenti elettronici, che ? basato su una struttura a rete neurale per l?apprendimento profondo.
8. Processo secondo la rivendicazione 7 che comprende una fase E di integrazione in detto sistema di visione di una banca dati comprendente una pluralit? di differenti immagini reali di ciascuno di detti componenti elettronici per formare una base per il riconoscimento di questi ultimi mediante detto algoritmo di visione.
9. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti ove, per detta fase B sono impostabili livelli di confidenza e livelli di precisione del riconoscimento di detti componenti elettronici.