Maschinenfähigkeitsuntersuchung

Ablauf einer Maschinenfähigkeitsuntersuchung

Hauptanliegen einer MFU ist es, Erkenntnisse über das Verhalten eines Prozesses zu gewinnen und daraus Maßnahmen zur Verbesserung abzuleiten. In der mechanischen Fertigung werden dazu Produkte aus der laufenden Produktion entnommen, qualitätsrelevante Parameter vermessen und mithilfe statistischer Methoden bewertet. In der SMT ist die Messung z.B. der Position von bestückten Bauteilen auf einem Board aus der Produktion aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich (siehe auch). Aus diesem Grund werden Hilfsmittel wie z.B. Glasmessplatten für die Bestimmung der Bestückgenauigkeit verwendet. Für einen optimalen Erkenntnisgewinn über das Verhalten der Anlagen sollte der Messablauf möglichst nah an der üblichen Produktion sein.

Der prinzipielle Ablauf einer MFU lässt sich ein folgende Schritte einteilen:

  1. Problemanalyse
  2. Prüfplanung
  3. Vorbereitung der Messung
  4. Durchführung der Messung
  5. Analyse der Ergebnisse
  6. Ggf. Verbesserungsmaßnahmen
  7. Dokumentation der Ergebnisse

Problemanalyse

Bei der Analyse wird die Aufgabenstellung erfasst. Dazu gehören der Typ der zu untersuchenden Anlage wie z.B. Bestücksystem oder Drucksystem und die zu messenden Parameter wie z.B. x-y-theta-Genauigkeit oder Bestückkraft. Ferner muss die Konfiguration der Anlage wie die Art und Anzahl der Bestückköpfe (High Speed oder Multifunktional), die Anzahl der Transportspuren, Art und Anzahl der Kameras, typischen Boardabmessungen und das zu verarbeitende Bauteilspektrum bekannt sein.

Auch die zu erwartende Spezifikationsgrenzen sind wichtig. Sie dienen zum einen der späteren Beurteilung aber auch der Auswahl des Messmittels. Als Faustregel gilt, das Messmittel muss Faktor 10 genauer sein als der zu messende Prozess. Beim Festlegen der Spezifikationen sollten die Angaben des Maschinenherstellers und die Anforderungen aus dem Produktionsprozess beachtet werden. So ist z.B. in Fertigungen mit Linien unterschiedlicher Maschinegenerationen und Hersteller und damit unterschiedlichen Herstellerspezifikationen, die im Endeffekt die gleichen Produkte verarbeiten sinnvoll, eine einheitliche Prozessspezifikation zu verwenden. Das erleichtert die Abschätzung der Fertigungsqualität und die Entscheidung über ggf. notwendige Reparatur und Wartungsmaßnahmen.

Prüfplanung

Bei der Prüfplanung wird ein entsprechender Messablauf festgelegt. Ziel ist die Eigenschaften der Maschine möglichst nah an den typischen Prozessabläufen zu erfassen. Die Prüfplanung beinhaltet die Auswahl des entsprechenden Messboards und Bauteilspektrums. Soll z.B. die Genauigkeit eines High-Speed-Bestückers geprüft werden, der in der Produktion 0402 Chipwiderstände verarbeitet, ist es nicht zielführend Messbauteile mit 2x2 mm Abmessungen zu verwenden. Unter Umständen werden damit Probleme, die in der Produktion auftreten nicht sichtbar. Ferner wird die Anzahl und die Positionen der Bauteile auf dem Messboard festgelegt. Besonders bei Anlagen mit mehreren Bestückköpfen muss man auf eine ausreichende Anzahl von Bauteilen achten. Ferner sollte jeder Bestückkopf möglichst die gleiche Anzahl von Bauteilen verarbeiten.

Vorbereitung der Messung

Auf der Grundlage des Prüfplans wird anschließend das Programm für die zu untersuchende Anlage erstellt. Basis ist eine ASCII-Datei, die Informationen über die Positionen und die verwendeten Bauteile enthält. Wichtig ist, dass der programmierte Ablauf der Planung entspricht oder nachvollziehbar ist. Wurde z.B. in der Prüfplanung festgelegt das Bauteil 1 0° Orientierung hat und von Kopf 1 bestückt wird, führt eine Abweichung des Bestückprogramms davon später zu Fehlinterpretationen der Ergebnisse.

Durchführung der Messung

Nach der Erstellung des Prüfprogramms wird das Messboard von der Ausrüstung bearbeitet und anschließend vermessen. Je nach Messaufgabe können unterschiedliche Messsysteme zur Anwendung kommen. Nach der Messung erfolgt die statistische Auswertung.

Analyse der Ergebnisse

Für die Analyse werden die Messwerte statistisch aufbereitet. Dafür stehen unterschiedliche numerische und grafische Tools zur Verfügung. Das Grundprinzip ist immer der Vergleich des gemessenen mit dem erwarteten oder eingestellten Sollwert. Für unser Bestückerbeispiel bedeutet diese einen Sollwert von 0 µm, sprich das Bauteil soll genau auf der durch das Prüfprogramm vorgegebenen Position liegen. Basierend auf den Spezifikationen werden aus den Messwerten Fähigkeitskennwerte berechnet und damit die Anlage beurteilt. Bei Abweichungen zu der erwarteten Qualität, erlaubt die Analyse Ursachen aufzuzeigen. Die Ursachen für das Nichterreichen von Spezifikationen sind vielfältig. Generell unterscheidet man zwischen zufälligen und systematischen Einflüssen. Systematische Einflüsse sind z.B. genereller Bauteilversatz, defekte Kalibrierungen etc.. Hat man sie erst einmal erkannt, lassen sich systematische Abweichungen in der Maschine einstellen. Das kann entweder durch die Kalibrierung mit den Herstellermitteln oder durch gezielten Eingriff in die Maschinendaten sein. Die zufälligen Einflüsse beschreiben die Grundgenauigkeit einer Ausrüstung. Sie wird durch die Konstruktion aber auch durch mechanischen Verschleiß bestimmt. Dadurch sind Verbesserungen nur durch Austausch von Teilen oder ganzer Anlagen zu erreichen.

Verbesserungsmaßnahmen

Die Herausforderung besteht darin, die systematischen von den zufälligen Einflüssen zu trennen und die optimale Strategie zur Verbesserung der Genauigkeit zu finden. Hier kommen uns die langjährige Erfahrung und das Wissen von 10.000 untersuchten Anlagen zugute. Danach sind über 90% der im Feld auftretenden Spezifikationsverletzungen systematisch und damit korrigierbar. Sprich in der Regel können die bei einer MFU gefunden Abweichungen unmittelbar während der Untersuchung durch unsere Serviceingenieure entweder selbstständig oder mithilfe des Herstellerservices behoben werden. Ist dies einmal nicht der Fall, dienen die Ergebnisse zumindest als Hilfestellung bei der Planung einer Reparatur. Werden Änderungen an der Ausrüstung vorgenommen, erfolgt eine weitere Messung zur Überprüfung der Wirksamkeit.

Dokumentation der Ergebnisse

Zum Abschluss der Messungen werden die Ergebnisse in einem Prüfbericht dokumentiert. Dieser dient der Darstellung des erreichten Endzustandes und damit aktuellen Qualitätsfähigkeit der Anlage. Weiterhin sind darin alle Schritte die zum Erreichen dieses Zustandes notwendig waren nachvollziehbar aufgeführt.