Multisensor-Messung von mehrpoligen Steckverbindern

Erstmuster-Prüfung von komplexen Steckverbinder-Baugruppen in automatisierten Messzyklen

A multisensor machine inspecting multi-pole connectors. Overlaid on the image are screen shots of the inspection results from metrology software.

Kfz-Elektronik, Konsumelektronik, Telekommunikation, Datentechnik, Industrieelektronik: In einer Vielzahl von elektrischen und elektronischen Systemen gewährleisten Steckverbinder in unterschiedlichen Bauformen und mit einer großen Technologievielfalt die Signalübertragung und die Stromversorgung.

OPTIV_M_Connectors_Product_Photo_800x428pxTechnologische Trends wie Modularisierung, Miniaturisierung und Funktionserweiterung eröffnen Perspektiven für weiteres Wachstum bei Steckverbindern in allen Anwendungsbereichen. Gleichermaßen definieren sie aber auch erhöhte Anforderungen an die Mess- und Prüftechnik, die im Rahmen der Qualitäts- und Prozesskontrolle von immer komplexeren Steckverbinder-Baugruppen zum Einsatz kommt.

Flexible Prüfmöglichkeiten und hoher Messdurchsatz

Maximale technische Leistung bei kleinster Größe: So lassen sich die steigenden Anforderungen an Steckverbinder am besten beschreiben. Für die Qualitätskontrolle der miniaturisierten Baugruppen muss die dafür eingesetzte Messtechnik eine hohe Auflösung und Genauigkeit bieten. Vielfältige Steckverbinder-Typen und -Gehäusevarianten fordern die flexible Anpassung an variable dimensionale Prüfaufgaben. Eine hohe Messgeschwindigkeit erweitert das Anforderungsprofil zusätzlich. Durch die Integration mehrerer Sensortechnologien in eine einzige hochgenaue Messplattform bieten OPTIV M Multisensor-Koordinatenmessgeräte (KMG) von Hexagon eine universelle Lösung für die Erfassung und Analyse des gesamten Spektrums möglicher geometrischer Fehler von Steckverbindern. Sie eignen sich daher besonders für die Erstmusterprüfung komplexer Steckverbinder-Baugruppen in vollständig automatisierten Messzyklen.

Maßhaltigkeit der Kontaktelemente
Multisensor measurement of pin heightsDie perfekte Kontaktierung eines Steckverbinders wird durch die Maßhaltigkeit seiner elektrischen Kontaktelemente (Steckerstifte, Pins) gewährleistet. Zur Überprüfung wird die Höhe der Pins (Setztiefe) relativ zu einer definierten Referenzebene gemessen. Die typische Längentoleranz liegt dabei im Bereich von ± 0,1 mm. Es ist das perfekte Zusammenspiel der berührungslosen Sensoren der OPTIV M, das hier die Lösung ausmacht: Der Kamerasensor lokalisiert schnell die laterale Position der einzelnen Pin-Spitzen. Dazu stellt die  Messsoftware PC-DMIS  einen speziellen Bildverarbeitungsalgorithmus zur Verfügung, mit dem auch unregelmäßig geformte Pins auf der Basis einer Flächenschwerpunktberechnung zuverlässig erfasst werden. Im selben Messablauf wird die vertikale Position der Pins unabhängig von ihrer glänzenden Oberfläche mit dem chromatisch-konfokalen Weißlichtsensor gemessen. Durch den axialen Strahlengang dieses berührungslosen
Abstandssensors treten keine Abschattungseffekte auf, sodass selbst enge und tief im Steckverbinder-Gehäuse liegende Pin-Raster sicher erfasst werden.

Außerdem wird die zulässige Lageabweichung jeder Pin-Spitze von ihrer idealen Nulllage in X- und Y-Richtung geprüft. Der entsprechende Bezug wird über einen konstruierten Schnittpunkt hergestellt, der aus gemessenen Referenzkanten am Steckverbinder-Gehäuse abgeleitet ist.
A close up of pins inside a multi-pole connector with reference points in the centre of the image
Messung der zulässigen Lageabweichung der Pin-Spitzen
Bei der Kantenerkennung punktet erneut der Kamerasensor mit seinen variablen Beleuchtungsmöglichkeiten. Alle LED-Lichtquellen – koaxiales Auflicht, telezentrisches Durchlicht und Mehrsegment-Ringlicht – lassen sich flexibel an die Textur und Farbe verschiedener Steckverbinder anpassen. Dabei prüft die PC-DMIS Funktion SensiLight zur Ausführungszeit der Messroutine, ob eine Anpassung der Beleuchtung erforderlich ist und unterstützt den Anwender bei der Auswahl der richtigen Beleuchtungseinstellung.

Funktionale Prüfung des Steckverbinder-Gehäuses

Für einige Steckverbinder – insbesondere aus der Automobilindustrie und dem Bereich E-Mobilität – sind Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und damit Schmutz- und Feuchtigkeitsdichtheit wichtige mechanische Anforderungen. Die Ebenheit von Kontakt- und Dichtflächen muss daher geprüft werden.

Multi-pole connectors displayed on metrology software. This image shows measurement of the flatness of contact and sealing surfaces on the connector housing
Messung der Ebenheit von Kontakt- und Dichtflächen am Steckverbinder-Gehäuse

Im Scanning-Betrieb ermöglicht der chromatische Weißlichtsensor die oberflächen- und umgebungslichtunabhängige Erfassung von Linienprofilen auf den zu prüfenden Oberflächen mit hoher Messpunktdichte. Die Messsoftware PC-DMIS bietet eine Reihe von CAD-basierten Methoden für berührendes und berührungsloses Scannen. Beim Umfang-Scan wird der Scan-Pfad für den berührungslosen Weißlichtsensor direkt am importierten CAD-Modell des Steckverbinders erzeugt. Der Scan folgt dann automatisch und mit definiertem Versatz der nominalen Außenkontur der ausgewählten Dichtfläche. Für die schnelle Konformitätsbewertung der Formgenauigkeit kritischer Kontakt- und Dichtflächen können die Messdaten bereits während des Messablaufs mit dem CAD-Modell verglichen und als farbcodierte Abweichungsdarstellung visualisiert werden.

Auch die Buchsenseite von Steckverbindern hält messtechnische Herausforderungen parat. Im Spritzguss- bzw. Umspritzverfahren lassen sich kleinste Kavitäten in dichter Anordnung herstellen.

Multisensor measurement of the spatial orientationof the connector sockets
Multisensor-Messung der räumlichen Lage der Stecker-Buchsen

Deren Neigung gegen eine definierte Referenzebene gehört zu den wichtigen Funktionsmaßen von Steckverbindern und muss geprüft werden. Dazu kommen auf einem Multisensor-Koordinatenmessgerät OPTIV M Kamerasensor und schaltender Taster in einem Messablauf kombiniert zum Einsatz, und alle Messungen werden zeichnungsgerecht und ohne Umspannen des Werkstücks durchgeführt. Die Position der Kavitäten wird mittels optischer Messung bestimmt. Anschließend werden in definierten Schnittebenen Regelgeometrieelemente mit dem Taster gemessen. Eine konstruierte Mittellinie ergibt die räumliche Ausrichtung der jeweiligen Kavität. Mit zwei unabhängigen Achsen für die optischen und taktilen Sensoren bietet die OPTIV Dual Z Technologie beste Zugänglichkeit zu den Prüfmerkmalen bei minimiertem Kollisionsrisiko. Zudem werden Programmier- und Prüfzeiten reduziert.

Multisensor-Messung von mehrpoligen Steckverbindern

Multisensor-Messung von mehrpoligen Steckverbindern