Сергей Волкенштейн, начальник лаборатории технологических исследований и микроанализа (ТИ&М) УП «Конструкторское бюро точного электронного машиностроения — сборочное оборудование» концерна «Планар»

Виктор Коваль, начальник лаборатории систем управления УП «КБТЭМ-СО» концерна «Планар»

Василий Мазаник, технический директор УП «КБТЭМ-СО» концерна «Планар»

Современные высокоскоростные видеосистемы, способные производить съемку со скоростью до сотен тысяч кадров в секунду, открывают новые уникальные возможности в исследовании быстропротекающих процессов, что позволяет решать широчайший круг задач при анализе движения машин и механизмов, регистрации баллистических явлений, исследовании процессов разрушения и т.д.

Аппаратно-программные комплексы цифровой видеорегистрации быстропротекающих процессов сегодня применяются в следующих областях:

• в промышленности:
• оборонной: взрывотехника, баллистика, запуск ракет, анализ траекторий зарядов, испытания материалов;
• автомобильной: испытания автомобилей (crash-тесты), тестирование подушек безопасности, визуализация и анализ процессов впрыска топлива;
• авиакосмической: анализ процессов горения, испытание газотурбинных двигателей, визуализация обтекающих гидродинамических и аэродинамических потоков;
• научные исследования и инжиниринг: испытания материалов, исследование процессов горения, биомеханика, анализ вибраций, визуализация распространения трещин, гидрогазодинамика, аэрозоли и распыление (рис. 1);
• на производственных линиях: мониторинг и техническое обслуживание, поиск неисправностей, контроль качества, контроль упаковки продукции.
Одной из областей эффективного применения высокоскоростных видеосистем является высокопроизводительное автоматическое оборудование для сборки изделий микроэлектроники.

Главная задача при разработке любого сборочного автомата — зондового контроля, монтажа кристаллов, присоединения выводов, алмазной дисковой резки, укладки кристаллов и др. — состоит в том, чтобы обеспечить согласованные перемещения различных устройств, рабочих инструментов и обрабатываемых изделий. При этом характеристики таких перемещений должны обеспечиваться на уровне, предельном для современного промышленного оборудования: линейная скорость — более 1 м/с, ускорение — до 30 G, точность позиционирования — до 1 мкм. То есть верхние границы пространственно-временной области, в которой должно сегодня работать сборочное оборудование, находятся в микронном и микросекундном диапазоне.

УП «КБТЭМ-СО» имеет большой опыт в создании высокоскоростных прецизионных устройств и систем перемещения и позиционирования различного типа. Научно-исследовательские и опытноконструкторские работы в этой области проводятся в УП «КБТЭМСО» с применением современных методов и средств, в том числе с помощью автоматического проектирования и компьютерного моделирования. Созданы и активно используются на практике математические модели, адекватно описывающие поведение различного оборудования в широком диапазоне приложений.

Основная проблема заключается в том, что приводы в приборах и механизмах для сборки микроэлектронных изделий работают с небольшими массами и моментами инерции и поэтому весьма чувствительны к отклонению их конструктивных характеристик и управляющих воздействий, а также к влиянию различных возмущающих факторов, к числу которых относится и одновременная работа нескольких механизмов. Поэтому рассчитать и смоделировать динамику движения многокоординатного привода в такой сложной системе, какой является современный сборочный автомат, можно лишь с определенным приближением. Истинную картину поведения отдельных его компонентов можно получить только с помощью видеосистемы, обеспечивающей высокоскоростную съемку в реальном времени с последующим анализом полученной при этом информации.

Сегодня на рынке представлен довольно широкий спектр высокоскоростных камер, а также систем и комплексов на их основе. Наибольшее внимание заслуживают такие производители, как НПК «Видеоскан» (г. Москва, система цифровой видеосъемки VS-Fast); проектное бюро «Экстера» (г. Москва, аппаратно-программный комплекс Extera B-504-E); компании: Mikrotron GmbH
(Германия, цифровая видеокамера Motion BLITZ Cube); Redlake (США, цифровая видеокамера Motion Scope M3); PCO (Германия, цифровая видеокамера PCO 12000S); Optronics (Германия, цифровая видеокамера Cam Record 800); Vision-Rescan Inc. (США, цифровая видеокамера Phantom v7).

Анализ показал, что наиболее полно требованиям, предъявляемым к средствам регистрации быстропротекающих процессов сборки изделий микроэлектроники, отвечает видеокамера Motion BLITZ Cube 3-3, которая позволяет производить съемку с частотой до 120 тыс. кадров/сек., накапливать видеоинформацию в течение 3 секунд и затем анализировать ее в замедленном темпе или по кадрам. Ее отличительной особенностью является наличие 3 входов асинхронного запуска, благодаря чему во время какой-либо одной сборочной операции можно записывать до 12 независимых временных интервалов, синхронизированных с какими-либо событиями. Камера Motion BLITZ Cube 3-3 наряду с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками отличается умеренной ценой.

Созданный на основе этой камеры аппаратно-программный комплекс цифровой видеорегистрации быстропротекающих процессов сборки изделий микроэлектроники включает в себя ПК, необходимый для хранения, обработки и визуализации информации, и пакет специального программного обеспечения компании Mikrotron GmbH. Исполнение системы с переносным компьютером (рис. 2) позволяет в случае необходимости быстро организовать и провести необходимые исследования и испытания на действующем оборудовании в цеховых условиях. Таким образом обеспечивается возможность оперативно решать проблемы, возникающие на производстве, например, при внесении изменений в техпроцесс, внедрении новых изделий и т.д., повышать эффективность работы оборудования.

УП «КБТЭМ-СО» 220763, г. Минск, пр. Партизанский, 2
Тел. 223-72-17, факс 226-04-22, е-mail: Wolkenstein@kbtem.by