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Montag, 20 September 2021 11:00

Mit Augmented Reality PCB-Prototypen in Betrieb nehmen und testen

von Dirk Müller
Geschätzte Lesezeit: 4 - 7 Minuten
Messen mit Augmented Reality Messen mit Augmented Reality

Beim manuellen Test und der Inbetriebnahme von Leiterplatten kann Augmented Reality helfen, die Arbeit deutlich zu vereinfachen und Fehler leichter zu erkennen. Bisher musste beim Messen von Leiterplatten immer zwischen verschiedenen Ansichten eines Schaltplans, einer Beschreibung der Pinbelegung von komplexeren Bauteilen, Datenblättern und dem Prototyp gewechselt werden.

Bei Fine-Pitch-Bauteilen mit geringem Abstand zwischen den Pins ist das akribische Abzählen bis zum Pin, an dem gemessen wird, fehlerträchtig. Mit dem inspectAR Overlay-Viewer wird die Inbetriebnahme von Leiterplatten durch Augmented Reality revolutioniert.

Augmented Reality ist die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung durch die visuelle Darstellung von Informationen, also die Ergänzung von Bildern oder Videos mit computergenerierten Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung oder Überlagerung. Der PCB-Overlay-Viewer inspectAR nutzt diese Technologie der erweiterten Realität.

Über eine Web-Kamera wird der zu testende Prototyp sowie die Messspitzen und Tastköpfe in Echtzeit gefilmt und auf einem Bildschirm dargestellt. Nachdem die Software die Ecken oder markante Punkte auf der Leiterplatte erkannt hat, sind die Abmessungen und die Orientierung der Leiterplatte im Raum bekannt und es können die CAD-/Layout-Daten als Overlay mit den Koordinaten auf der Leiterplatte verknüpft und auf dem Bildschirm eingeblendet werden. Nach der Kalibrierung folgt die Überlagerung der Design-Informationen mit dem Prototyp, wenn er bewegt, rotiert oder zur Ansicht der Unterseite umgedreht wird. Durch Filterung der überlagerten CAD-Daten und mit dem Live-Bild der Kamera können gezielt nützliche Informationen für den nächsten Arbeitsschritt eingeblendet werden.

Virtuelle Netzliste

Einmalige Kalibrierung des Overlays zur LeiterplatteEinmalige Kalibrierung des Overlays zur LeiterplatteIn den CAD-Daten sind das Routing auf und innerhalb der Leiterplatte, die Lötflächen für Bauteilpins, Durchkontaktierungen und Testpunkte verfügbar. Durch Selektieren und Filtern können nur die gewünschten Informationen aus den CAD-Daten übersichtlich eingeblendet werden. Bei einem so eingeblendeten Layout einer Verbindung eines gesamten elektrischen Netzes erhält man schnell einen Überblick über die Signalverläufe bei der Inbetriebnahme oder Fehleranalyse auf der realen Leiterplatte. Signale lassen sich leicht verfolgen und alle geeigneten Stellen, an denen gemessen werden kann, sind auf einen Blick zu sehen. Die unterschiedlichen Farben für Elemente auf unterschiedlichen Lagen helfen dem Betrachter bei der Orientierung. Da das Overlay der CAD-Daten auch beim Blick auf die Unterseite der Leiterplatte den Bewegungen durch Rotieren, Spiegeln und perspektivische Ansichten folgt, verliert man nicht den Überblick – wie man die Leiterplatte auch dreht oder wendet.

Bei dichten Layouts lassen sich gesuchte Leitungen einfach finden und ggf. besser zugängliche Durchkontaktierungen statt Bauteil-Pins als Messpunkt verwenden. Bei verästelten Topologien und vielen Lagenwechseln kann schnell auf der Ober- und Unterseite geprüft werden, ob ein Signal an allen Pins der beteiligten Bauteile richtig anliegt.

Bei komplexeren Schaltungen sind Symbole der Bauteile auf mehreren Seiten eines Schaltplans verteilt und über off-page Konnektoren miteinander verbunden. Zur Signalverfolgung wird oft mit einem Textmarker auf den ausgedruckten Seiten das Netz zwischen den Symbolpins nachgezeichnet und abgehakt. Das manuelle Markieren und Abhaken entfallen, da Informationen systematisch gefiltert angezeigt werden. Teil der Netzliste ist auch die Pin-Bezeichnung der Bauteile. Der Anwender kann wählen, welche Informationen an den Pins angezeigt werden sollen: Pin-Nummer, Pin- oder Signalname. Durch die Überlagerung der virtuellen Information zum Live-Bild der Leiterplatte entfällt das manuelle Abzählen von Pins an Bauteilen.

Das Identifizieren von gesuchten SMT-Bausteinen der Größe 0201 oder 01005 ist ein Kinderspiel, auch wenn das gesuchte Bauteil inmitten einer größeren Ansammlung von kleinen Bauteilen platziert ist und keinen Typenbezeichnungsaufdruck hat. Durch die digitale Zoomfunktion kann der entsprechende Bereich der Leiterplatte übersichtlich ohne Vergrößerungsglas dargestellt werden. Und ein möglicher Bestückungsfehler, beispielsweise von ESD-Entstör- bzw. TVS-Dioden, kann schnell gefunden werden.

Schnell und sicher wird der richtige Pin mit dem Tastkopf gewählt, was gerade bei Fine-Pitch-Bauteilen mit vielen Anschlüssen die Arbeit erleichtert. Der Anwender muss sich nicht aufs Zählen und Lokalisieren konzentrieren, sondern kann sich seiner eigentlichen Aufgabe, der Inbetriebnahme, widmen.

Einfaches Lokalisieren von MesspunktenEinfaches Lokalisieren von Messpunkten

Unterstützt viele CAD-Formate

Alle gängigen Programme zum Design von Leiterplatten wie Cadence Allegro, OrCAD, Siemens Xpedition, PADS, Altium oder Zuken können Designdaten im IPC-2581 Format ausgeben. Diese lassen sich einfach in inspectAR einlesen. Mit einem Klick auf ein Bauteil im Live-Bild können zusätzliche Informationen über das Bauteil eingeblendet werden. Über die Bauteilbezeichnungen kann auch das Datenblatt des Bauteils verlinkt sein.

In der kostenlosen Version als App für IOS und Android Smartphones oder Tablets werden die beiden nativen Datenformate von Eagle und KiCAD unterstützt.

Lokale und Cloud-Lösung

Pinbelegung, Simulationsergebnisse und Layout in einem BlickPinbelegung, Simulationsergebnisse und Layout in einem BlickFür die Entwicklung und die Nutzung als Unterstützung beim Bring-Up der Baugruppe kann auf die CAD-Daten auf einem zentralen, firmeninternen Server im LAN zugegriffen werden. Durch die Server-Unterstützung können Daten, Kommentare, Kamera-Kalibrierungen und weitere projektbezogene Informationen innerhalb des Entwicklungsteams gleichzeitig auf verschiedenen Installationsgeräten zur Verfügung gestellt werden.

Für Cloud-Anwendungen gibt es eine kostenlose Version des Viewers im Apple App Store oder im Google Play Store. Wenn die Daten statt auf den Server in die inspectAR Cloud geladen werden, kann statt der Web-Kamera ein Smartphone oder Tablet verwendet werden und praktisch überall auf der Welt die Designdaten eingeblendet werden. Dies eignet sich für die Installation, Inbetriebnahme und ggf. Fehlersuche vor Ort beim weltweiten Einsatz von Servicetechnikern, die ohne Schaltpläne mit dem Telefon die Schaltung analysieren können und vor Ort Fehler beheben müssen.

inspectAR ist ein ideales Tool für einen Funktionstest von Kleinserien, der meist von den Entwicklern selbst durchgeführt wird. Schritt für Schritt können Bauteilplatzierungen und Verbindungen getestet und die Inbetriebnahme vereinfacht werden.

Funktionsweise des Tools

Durch interaktives Auswählen von Komponenten auf dem Bildschirm wird gezeigt, um welches Bauteil es sich handelt. Mit einem weiteren Klick kann das Datenblatt der Komponente angezeigt werden. Das Routing für Netze wird über alle verwendeten Lagen im Layout angezeigt. So erhält der Betrachter schnell einen Überblick, welche Bauteile angeschlossen sind. Mit diesem Augmented Reality Viewer können Leiterplatten inspiziert, analysiert, debugged und überarbeitet werden. Mehrere Personen können gleichzeitig auf die Daten in einem Projekt zugreifen und zusammenarbeiten sowie Kommentare hinterlassen. Wenn die Leiterplatte im Video-Stream rotiert oder umgedreht wird, folgen die virtuell eingeblendeten Daten und das Routing den Koordinaten auf der Leiterplatte.

Zugang zu Dokumentation

inspectAR ermöglicht Board-Designern, AR-betriebene Support-Dokumente und -Leitfäden zu erstellen und zu verteilen. Alle Benutzer profitieren von den leicht zugänglichen Dokumenten sowie der Möglichkeit, schnell detaillierte Informationen einzublenden. Durch die Möglichkeit zu filtern, stehen in kürzester Zeit die gesuchten Informationen zur Verfügung und durch das reale Bild im Hintergrund entfällt das fehlerträchtige Suchen.

Integriertes Screenshot-Markup-Tool

Mit dem integrierten Tool die Probleme in einem Screenshot einfach festhaltenMit dem integrierten Tool die Probleme in einem Screenshot einfach festhaltenEin Bild sagt mehr als tausend Worte. Zur Kommunikation zwischen Kollegen oder Dokumentation von Fehlern werden häufig Fotos von der Leiterplatte in einem separaten Grafik-Tool mit Kommentaren versehen. inspectAR hat ein Screenshot-Markup-Tool mit typischen Grafik-Funktionen bereits integriert.

So können mit einem Pinsel bzw. Stift Freihandzeichnungen erstellt werden. Außerdem verfügt es über Funktionen wie Radiergummi, Text, Rechtecke und Kreise. Zusammen mit eingeblendeten Informationen und Teilen des Routings ist ein Problem damit in Sekunden dokumentiert und kann als Screenshot an Kollegen verschickt werden.

Alles auf einen Blick

Der ständige Wechsel zwischen gedruckten Schaltplänen, EDA-Werkzeugen, losen Datenblättern und der bestückten Leiterplatte wird vermieden. Denn inspectAR bringt alle Informationen an einem Ort übersichtlich zusammen. Werte, Datenblätter, elektrische Netze und Komponenteninformationen können sofort überprüft werden. Wichtige Informationen aus den Konstruktionsdaten werden als Überlagerung zur echten Leiterplatte eingeblendet. Sollte in den PCB-Daten kein Datenblatt für ein Bauteil hinterlegt sein, so kann automatisch vom Tool online nach dem Datenblatt bei Digikey gesucht werden.

Um das Prinzip zu verstehen, reichen die Beispiele in der App auf einem Smartphone und statt einer echten Leiterplatte kann auch ein ausgedrucktes Bild vor die Kamera gehalten werden. Und schon wird das Routing auf Innenlagen sichtbar.

Augmented Reality ermöglicht zeitsparendes, effizientes Testen mit fortschrittlicher Technik.

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 9
  • Jahr: 2021
  • Autoren: Dirk Müller, FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH, Feldkirchen

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