La inspección automatizada por rayos X ( AXI ) es una tecnología basada en los mismos principios que la inspección óptica automatizada (AOI). Utiliza rayos X como fuente, en lugar de luz visible , para inspeccionar automáticamente características que normalmente están ocultas a la vista.
La inspección automatizada por rayos X se utiliza en una amplia gama de industrias y aplicaciones, predominantemente con dos objetivos principales:
Aunque la AOI se asocia principalmente a la fabricación de productos electrónicos (debido a su uso generalizado en la fabricación de PCB), la AXI tiene una gama mucho más amplia de aplicaciones. Abarca desde el control de calidad de llantas de aleación [1] hasta la detección de fragmentos de hueso [2] en carne procesada. Allí donde se producen grandes cantidades de artículos muy similares según un estándar definido, la inspección automática mediante software avanzado de procesamiento de imágenes y reconocimiento de patrones ( visión por computadora ) se ha convertido en una herramienta útil para garantizar la calidad y mejorar el rendimiento en el procesamiento y la fabricación. [3]
Mientras que la inspección óptica produce imágenes a todo color de la superficie del objeto, la inspección con rayos X transmite rayos X a través del objeto y registra imágenes en escala de grises de las sombras proyectadas. Luego, la imagen se procesa mediante un software de procesamiento de imágenes que detecta la posición y el tamaño/forma de las características esperadas (para la optimización del proceso) o la presencia/ausencia de objetos o características inesperados/no deseados (para la detección de anomalías).
Los rayos X se generan mediante un tubo de rayos X, que normalmente se encuentra directamente encima o debajo del objeto que se está inspeccionando. Un detector ubicado en el lado opuesto del objeto registra una imagen de los rayos X transmitidos a través del objeto. El detector convierte primero los rayos X en luz visible, que se captura mediante una cámara óptica, o bien los detecta directamente utilizando un conjunto de sensores de rayos X. El objeto que se está inspeccionando se puede capturar con un aumento mayor al acercarlo al tubo de rayos X, o con un aumento menor al acercarlo al detector.
Dado que la imagen se produce debido a la diferente absorción de los rayos X al pasar a través del objeto, puede revelar estructuras dentro del objeto que están ocultas a la vista exterior.
Con el avance del software de procesamiento de imágenes, el número de aplicaciones para la inspección automatizada por rayos X es enorme y crece constantemente. Las primeras aplicaciones comenzaron en industrias en las que el aspecto de seguridad de los componentes exigía una inspección cuidadosa de cada pieza producida (por ejemplo, las costuras de soldadura de las piezas metálicas de las centrales nucleares), porque se esperaba que la tecnología fuera muy cara al principio. Pero con la adopción más amplia de la tecnología, los precios bajaron significativamente y abrieron la inspección automatizada por rayos X a un campo mucho más amplio, parcialmente impulsada de nuevo por aspectos de seguridad (por ejemplo, la detección de metal, vidrio u otros materiales en alimentos procesados) o para aumentar el rendimiento y optimizar el procesamiento (por ejemplo, la detección del tamaño y la ubicación de los agujeros en el queso para optimizar los patrones de corte). [4]
En la producción en masa de artículos complejos (por ejemplo, en la fabricación de productos electrónicos), la detección temprana de defectos puede reducir drásticamente el costo total, ya que evita que se utilicen piezas defectuosas en pasos de fabricación posteriores. Esto produce tres beneficios principales: a) proporciona información lo antes posible sobre si los materiales son defectuosos o si los parámetros del proceso se han descontrolado; b) evita agregar valor a los componentes que ya son defectuosos y, por lo tanto, reduce el costo total de un defecto; y c) aumenta la probabilidad de defectos de campo en el producto final, ya que el defecto puede no detectarse en etapas posteriores de la inspección de calidad o durante las pruebas funcionales debido al conjunto limitado de patrones de prueba.
La detección de cuerpos extraños, el control del nivel de llenado y el control de procesos son las tres áreas principales en las que se utiliza AXI en la industria alimentaria. Especialmente en productos envasados al final de la línea de llenado y envasado, el uso de escáneres de rayos X se ha convertido en la norma, en lugar de la excepción. A menudo se utiliza en combinación con otras medidas de control de calidad, especialmente con básculas de control en línea.
La mayor parte se limita a una comprobación de bueno/malo, es decir, produce rechazos después de la estación AXI, pero en algunas aplicaciones se utiliza directamente para el control de procesos donde los datos del AXI se introducen en el proceso y pueden controlar otras variables. Un ejemplo que se cita a menudo es el control del grosor de las lonchas de queso después de que un AXI determina la distribución y la posición de los "orificios" dentro del bloque de queso (para garantizar un peso total del paquete constante).
Recientemente, se han desarrollado métodos automatizados para la inspección por rayos X de los alimentos que pasan por una cinta transportadora. [5] [6] [7]
El uso cada vez mayor de circuitos integrados (CI ) con encapsulados como los BGA ( matriz de rejilla de bolas ), en los que las conexiones están debajo del chip y no son visibles, significa que la inspección óptica ordinaria es imposible. Debido a que las conexiones están debajo del encapsulado del chip, existe una mayor necesidad de garantizar que el proceso de fabricación pueda acomodar estos chips correctamente. Además, los chips que utilizan encapsulados BGA tienden a ser los más grandes y tienen muchas conexiones. Por lo tanto, es esencial que todas las conexiones se realicen correctamente. [8]
El proceso de inspección por rayos X consiste en obtener la estructura interna del objeto de prueba y luego observar la información interna del objeto de prueba sin romperlo.
AXI a menudo se combina con las pruebas proporcionadas por la prueba de escaneo de límites , la prueba en circuito y la prueba funcional.
Como las conexiones BGA no son visibles, la única alternativa es utilizar una inspección por rayos X de bajo nivel . AXI puede encontrar fallas como circuitos abiertos, cortocircuitos, soldadura insuficiente, soldadura excesiva, piezas eléctricas faltantes y componentes desalineados. Los defectos se detectan y reparan en un corto tiempo de depuración.
Estos sistemas de inspección son más costosos que los sistemas ópticos convencionales, pero son capaces de comprobar todas las conexiones, incluso las que están debajo del paquete del chip.
Para lograr el máximo rendimiento, las máquinas AXI utilizan imágenes de rayos X 2D individuales siempre que sea posible para tomar una decisión. Sin embargo, a medida que aumenta la densidad de componentes en ambos lados de la PCB, es más difícil lograr una imagen 2D clara que no esté oscurecida por otros componentes. A menudo se utilizan técnicas como la tomosíntesis para filtrar los componentes de fondo creando primero un modelo 3D a partir de múltiples imágenes de rayos X tomadas desde diferentes ángulos.
Las siguientes son tecnologías relacionadas y también se utilizan en la producción electrónica para probar el correcto funcionamiento de las placas de circuitos impresos electrónicos.