Optical inspection of electrical connectors in products for the automotive market

Abstract

O mercado automóvel requer o controle de qualidade a 100% de todos os produtos. A inspeção ótica é o método preferencial para o controle de qualidade em fim de linha de produção porque é não destrutiva e tem tempos de ciclo baixos. Os produtos têm conetores elétricos com pinos metálicos que têm de ser verificados: posicionamento, integridade e coplanaridade. Muitos dos conectores estão integrados no interior de peças de plástico que também necessitam de ter a sua integridade analisada. Nesta dissertação são estudados diferentes métodos de perfilometria ótica, que permitam determinar a posição e/ou altura dos pinos, com uma tolerância de ±150 micrómetros. Entre as técnicas estudadas estão o uso de uma sonda confocal cromática, visão artificial com objetivas telecêntricas, fotografia computacional com formação de imagem plenótica, e o uso em simultâneo de estereoscopia e projeção de luz estruturada. Estas quatro técnicas foram testadas, tanto em Electrical Connector Units (ECU) como em Standard Connectors (SC), atendendo aos requisitos de cada tipo de conetor e às características de cada técnica. Para avaliar a aplicabilidade e sucesso de cada tecnologia, foram utilizadas medidas de capabilidade, o Cg e o Cgk. A sonda confocal cromática é apenas útil para medir a altura dos pinos dos ECU, e apresentou resultados razoáveis; a visão artificial com objetivas telecêntricas revelou-se excelente para determinar a posição dos pinos; a imagiologia plenótica demostrou ser o mais completo dos sistemas, visto ser o único capaz de fazer todas as análises necessárias, e com resultados interessantes; a estereoscopia com projeção de luz estruturada embora interessante para a análise da altura dos pinos, não apresenta valores aceitáveis para determinar as suas posições. Em suma, todas as técnicas analisadas têm os seus méritos, mas com uma tolerância tão apertada, não há apenas uma técnica que seja considerada superior em todos os aspetos às outras, sendo que a solução seria possivelmente a junção de duas das tecnologias disponíveis.

The automobile market requires 100% quality control of all products. Optical inspection is the preferred method for end-of-line quality control because it is non-destructive and has low cycle times. The products have electrical connectors with metal pins that must be checked: positioning, integrity and coplanarity. Many of the connectors are integrated into plastic parts that also need to have their integrity analyzed. In this dissertation, different optical profilometry methods are studied to determine the position and/or height of the pins, with a tolerance of 150 micrometers. Among the studied techniques are the use of a chromatic confocal probe, artificial vision with telecentric objectives, computational photography with plenoptic image formation, and the simultaneous use of stereoscopy and structured light projection. These four techniques were tested, both in Electrical Connector Units (ECU) and in Standard Connectors (SC), meeting the requirements of each type of connector and the characteristics of each technique. To assess the applicability and success of each technology, capability measures, Cg and Cgk were used. The chromatic confocal probe is only useful for measuring the height of the ECU pins, and has shown reasonable results; the artificial vision with telecentric objectives proved to be excellent for determining the position of the pins; plenoptic imaging has proved to be the most complete of the systems, since it is the only one capable of perform all the necessary analyses, and with interesting results; stereoscopy with structured light projection, although interesting for the analysis of the height of the pins, does not present acceptable values to determine their positions. In short, all the techniques analyzed have their merits, but with such a tight tolerance, there is not a single technique that is considered superior, in every aspect, to others, and the solution would possibly be to merge two of the available technologies.