Mira, he estado alrededor del bloque de automatización unas cuantas veces. Si está construyendo un equipo de inspección óptica automatizada (AOI), conoce la pesadilla. La máquina está en marcha, las placas de circuito impreso pasan volando por la cinta transportadora y, de repente, se paran. Falso rechazo. Otra vez.
La cámara pensó que una sombra era una grieta. O tal vez la iluminación parpadeó, y su sensor no vio un defecto en el puente de un microcontrolador. Es frustrante.
La mayoría de la gente se limita a mejorar el software o a utilizar cámaras de mayor resolución para solucionar el problema. Pero, ¿honestamente? Eso suele ser mirar al lado equivocado del caballo. El verdadero cuello de botella suele ser la velocidad bruta y la sensibilidad del elemento sensor físico.
Aquí es donde fotodiodos para visión artificial y, en concreto, la variedad PIN de silicio (Si). No me refiero a los sensores de luz genéricos que se compran por cinco céntimos. Hablo del material de calidad industrial con el que trabajamos en BeePhoton.
Hoy quiero explicarte por qué cambiar a las soluciones Si PIN puede ser la actualización que necesita tu equipo de inspección de PCB. Mantendré las matemáticas pesadas al mínimo, pero tenemos que hablar un poco de física para entender por qué estas cosas son tan rápidas.
El problema de las cámaras estándar en AOI de alta velocidad
A todos nos encanta una buena cámara CMOS. Son estupendas para hacer una foto bonita de todo el tablero. Pero cuando se buscan defectos microscópicos en una línea que se mueve a 2 metros por segundo, la velocidad de fotogramas se convierte en un asesino.
Incluso una cámara con obturador global tiene un tiempo de “lectura”. Mientras la cámara procesa los datos del último fotograma, tu PCB se ha movido.
Los fotodiodos no tienen marcos. Ofrecen una salida analógica continua que se correlaciona instantáneamente con la intensidad de la luz. Cuando se utilizan para triangulación láser o comprobación puntual de componentes específicos, el tiempo de respuesta se mide en nanosegundos, no en milisegundos.
En el mundo de Sensores de inspección de PCB, Esa diferencia lo es todo.
Por qué los fotodiodos PIN de Si son el punto dulce de la AOI
Entonces, ¿por qué específicamente PIN de Si? ¿Por qué no APD (fotodiodos de avalancha) o fototransistores estándar?
Este es el trato.
- Velocidad: Los fototransistores son lentos. Tienen una alta ganancia, pero son lentos. Los diodos PIN de Si utilizan una capa intrínseca (la ‘I’ de PIN) que reduce la capacitancia de la unión. Menor capacitancia = mayor velocidad.
- Linealidad: En inspección óptica automatizada (AOI), necesita saber exactamente cuánta luz rebota de esa unión soldada. Los diodos PIN de Si son increíblemente lineales. Si duplicas la luz, duplicas la corriente. No hay juegos de adivinanzas.
- Coste frente a rendimiento: Los APD son más rápidos, pero requieren un alto voltaje y son muy ruidosos si no se controla la temperatura. Los PIN de Si son el caballo de batalla: estables, rápidos y asequibles.
Recuerdo que el año pasado ayudé a un cliente que estaba construyendo una máquina para comprobar la rectitud de las patas de los chips TQFP. Su cámara emitía imágenes borrosas de los bordes. Cambiamos el mecanismo de disparo por un par láser/fotodiodo utilizando uno de nuestros equipos de alta velocidad. Fotodiodos PIN de Si, y aumentaron su velocidad de línea en 40% sin perder precisión.
Fotodiodo Si PIN Serie PDCP08 PDCP08-502
El PDCP08-502 es un fotodiodo PIN de silicio de 2,9×2,8 mm de alta respuesta diseñado para aplicaciones fotoeléctricas de precisión. Con baja capacitancia de unión, baja corriente oscura y un amplio rango espectral (340-1100 nm), es el componente ideal para interruptores ópticos y módulos de detección compactos que requieren una salida de señal estable y rápida.
Los detalles técnicos: Especificaciones
Bien, pongámonos un poco técnicos. Si usted es un ingeniero de abastecimiento de piezas para su próxima construcción, no se puede elegir cualquier diodo. Usted necesita mirar el Tiempo de subida y Respuesta espectral.
Tiempo de subida y ancho de banda
El ancho de banda (BW) de tu sistema está directamente ligado al tiempo de subida (tr) del fotodiodo. La fórmula aproximada que puedes introducir en tus notas es:
BW = 0,35 / tr
Si su fotodiodo tiene un tiempo de subida de 10 nanosegundos (ns), su ancho de banda es de aproximadamente 35 MHz.
¿Por qué es importante? Si el láser está escaneando una placa de circuito impreso de sólo 0,1 mm de ancho y la placa se mueve rápidamente, el “pulso” de luz que se refleja en el sensor es increíblemente corto. Si el sensor es demasiado lento, ese pulso se convierte en una mancha y no se detecta el defecto.
En BeePhoton, a menudo vemos que los ingenieros ignoran la capacitancia. La capacitancia de unión (Cj) combinada con su resistencia de carga (RL) crea un filtro de paso bajo.
tr = 2,2 * R_carga * Cj
(Nota: se trata de una aproximación simplificada, pero es válida para la mayoría de los diseños básicos).
Si quieres velocidad, necesitas baja capacitancia. Y necesitas mantener baja la resistencia de la carga, aunque eso disminuya tu señal de voltaje. Es un acto de equilibrio.
Respuesta espectral: Adaptación del láser
La mayoría de los sistemas AOI utilizan láseres rojos (alrededor de 650 nm) o infrarrojos cercanos (NIR) a 850 nm o 940 nm. El silicio es naturalmente excelente para detectar estas longitudes de onda.
Sin embargo, si está inspeccionando revestimientos especiales en placas de circuito impreso, es posible que utilice luz UV para comprobar la presencia de revestimientos conformados. Los detectores de Si estándar pierden sensibilidad en el rango UV. Para ello se necesitan diodos sensibles a UV mejorados.
He visto a gente intentar utilizar sensores estándar con filtro IR para aplicaciones UV y preguntarse por qué no obtienen ninguna señal. No sea ese tipo de persona. iguale la sensibilidad pico del diodo a su fuente de luz.
Integración de sensores BeePhoton: Guía práctica
Cuando coja un sensor de nuestro Fotodiodos PIN de Si catálogo, no está adquiriendo sólo un componente; está adquiriendo un instrumento de precisión. Pero hay que tratarlo bien.
Amplificador de transimpedancia (TIA)
No se puede simplemente conectar un fotodiodo a un multímetro. Necesitas un circuito TIA para convertir esa pequeña corriente (Fotocorriente) en un Voltaje utilizable.
La tensión de salida básica (Vout) es:
Vout = I_pd * Rf
Dónde:
I_pdes la fotocorriente generada por la luz.Rfes la resistencia de realimentación.
He aquí un consejo desde las trincheras: Mantenga las trazas entre el fotodiodo y el amplificador operacional (Op-Amp) tan cortas como sea físicamente posible. Me refiero a milímetros. Las trazas largas actúan como antenas. En una fábrica llena de motores y EMI, las trazas largas captarán ruido que se parece exactamente a un arañazo en una PCB.
El blindaje no es opcional
En inspección óptica automatizada (AOI) El ruido eléctrico está en todas partes. Si está diseñando un cabezal a medida para su máquina, encierre el fotodiodo y el amplificador en un blindaje metálico. Conecte el blindaje a tierra. Parece básico, pero 50% de las llamadas por “sensor defectuoso” que recibimos en info@photo-detector.com resultan ser problemas de conexión a tierra.
Si PIN Photodiode Array Dual PD PDCA02-103
En PDCA02-103 es un sistema de alto rendimiento Matriz de fotodiodos para transmisión de datos, con un robusto diseño de doble elemento. Con una gran área fotosensible de 10×5 mm por elemento y un encapsulado compacto de 16,5×14,5 mm, este fotodiodo PIN de silicio garantiza una estabilidad de señal y una tolerancia de alineación excepcionales para sistemas de comunicación óptica avanzados.
Caso práctico: El puente de soldadura “fantasma
Permítanme compartir con ustedes una breve historia (nombres ficticios para proteger el acuerdo de confidencialidad, obviamente).
Acudió a nosotros un fabricante de ECU de automoción. Utilizaban un sistema de visión para detectar puentes de soldadura entre pines. ¿Cuál era el problema? La máscara de soldadura brillante de la placa de circuito impreso reflejaba la luz de una forma que confundía el software de la cámara. Parecía un puente, pero no lo era.
Su tasa de falsos rechazos fue de 8%. Eso es enorme en automoción.
Decidieron añadir una comprobación secundaria: un barrido láser de alta velocidad utilizando fotodiodos para visión artificial.
Recomendamos un detector Si PIN específico con un ángulo de visión estrecho para bloquear la luz parásita.
El resultado:
- Ajustaron el umbral para que sólo la alta intensidad de un reflejo metálico directo (el puente de soldadura) activara el sensor. El reflejo de la máscara brillante de la placa de circuito impreso era demasiado débil para activarlo.
- Los falsos rechazos se redujeron a menos de 0,5%.
- El retorno de la inversión se consiguió en unos dos meses, simplemente ahorrando trabajo de reprocesado manual.
Por eso, el hardware especializado supera a las soluciones genéricas de software.
Comparación: Si PIN frente al resto
Para facilitarle la decisión, he elaborado esta tabla. En ella se comparan los tipos de sensores más utilizados en AOI.
| Característica | Fotodiodo PIN de Si | Fototransistor | Cámara CCD/CMOS | Fotodiodo de avalancha (APD) |
|---|---|---|---|---|
| Velocidad (tiempo de respuesta) | Muy rápido (ns) | Lento (µs) | Lento (basado en fotogramas) | Extremadamente rápido (ps/ns) |
| Gane | 1 (Unidad) | Alta | N/A | Alto (Ganancia interna) |
| Complejidad del circuito | Baja/Media | Bajo | Alta | Alta (necesita AT) |
| Coste | Bajo | Muy bajo | Alta | Alta |
| Lo mejor para | Recuento de alta velocidad, detección de bordes, triangulación láser | Detección básica de presencia | Reconocimiento visual de patrones | Telecomunicaciones de alta velocidad con poca luz |
Puede ver por qué Si PIN es el punto dulce para Sensores de inspección de PCB. Ofrece la velocidad de un APD sin el elevado coste y la complejidad de los circuitos.
Errores comunes en la selección de sensores AOI
Quiero ahorrarte algunos quebraderos de cabeza. Aquí hay cosas que veo que la gente mete la pata todo el tiempo.
- Ignorar la corriente oscura: Todos los fotodiodos generan una pequeña cantidad de corriente incluso en la más absoluta oscuridad. Esto es la “corriente oscura”. Si está intentando detectar defectos muy débiles, una corriente oscura elevada enterrará su señal. Consulte la hoja de datos.
- Deriva de temperatura: El silicio cambia de comportamiento cuando se calienta. Si su máquina AOI está dentro de un recinto caliente, la sensibilidad podría cambiar. Puede que necesite un sensor con mejor estabilidad térmica o añadir un circuito de compensación de temperatura.
- Campo de visión: Un fotodiodo ve todo lo que tiene delante. Si no se utiliza una lente o una abertura (un pequeño agujero), verá el defecto y el fondo. Necesitas control óptico para enfocar el sensor exactamente en el punto que quieres inspeccionar.
Fotodiodo PIN de Si con sensibilidad UV mejorada (190-1100nm) PDCT06-F01
Consiga una rápida captura de señales con nuestro fotodiodo PIN de Si de tiempo de subida rápido. Optimizado para comunicaciones ópticas y detección de impulsos con baja capacitancia y alta fiabilidad. Consiga hoy mismo el rendimiento de un fotodiodo Si PIN rápido.
¿Por qué asociarse con BeePhoton?
Hay millones de sitios donde comprar componentes electrónicos. ¿Por qué acudir a BeePhoton?
Porque no nos limitamos a enviar bolsas de piezas. Entendemos la óptica. Cuando intente averiguar si necesita un encapsulado TO-can o un chip de montaje superficial, o si necesita un filtro integrado para bloquear la luz ambiente de fábrica, podemos responder a esas preguntas.
Nuestra Fotodiodos PIN de Si se fabrican con estrictos controles de calidad porque sabemos que van a parar a máquinas que funcionan 24 horas al día, 7 días a la semana.
Hemos ayudado a docenas de fabricantes de equipos a poner a punto sus mazos ópticos. Sabemos que en B2B, una línea parada cuesta miles de dólares por minuto. Necesita fiabilidad.
Reflexiones finales sobre la actualización de la línea
Si su sistema AOI se topa con un muro, deje de culpar al código. Mire a los ojos de la máquina.
¿Son lo suficientemente rápidos? ¿Son lineales? ¿Ven lo que tienen que ver?
Cambiar a alto rendimiento fotodiodos para visión artificial suele ser la forma más rentable de aumentar simultáneamente el rendimiento y la precisión. No es magia, es mejor física.
No permita que una tecnología de sensores obsoleta frene su producción.
FAQ: Sensores de visión artificial
P: ¿Puedo sustituir una cámara por un fotodiodo en mi sistema AOI?
R: No del todo. Las cámaras son mejores para la coincidencia de patrones (como leer un código QR o comprobar si una pieza está girada). Los fotodiodos son mejores para el disparo a alta velocidad, la detección de bordes y la triangulación láser. Funcionan mejor juntos como sistema híbrido.
P: ¿Cuál es la principal ventaja del PIN de Si sobre los fototransistores estándar para placas de circuito impreso?
R: Velocidad y linealidad. Los fototransistores se saturan con facilidad y son demasiado lentos para las modernas líneas de transporte de alta velocidad. Los diodos PIN de Si responden instantáneamente a los cambios de luz, lo que permite velocidades de escaneado más rápidas.
P: ¿Necesito un circuito personalizado para los sensores BeePhoton?
R: Depende. Ofrecemos tanto componentes en bruto como sensores con preamplificadores integrados. Si está construyendo desde cero, necesitará un circuito amplificador de transimpedancia (TIA). Si se pone en contacto con nosotros, podemos compartir algunos diseños de referencia para empezar.
¿Está listo para aumentar la velocidad de sus inspecciones?
No deje que se le escapen defectos microscópicos. Si no está seguro de qué sensor se adapta a la arquitectura específica de su máquina, hablemos.
- Consulte nuestra gama completa aquí: Fotodiodos PIN de Si Catálogo
- ¿Necesita una solución personalizada? Escríbanos a Contacte con nosotros
- Envíe un correo electrónico directamente a nuestro equipo de ingenieros: info@photo-detector.com
Mejore su visión hoy mismo con BeePhoton.
