Good news, everyone!
Отклик на предыдущую статью был неплохой, все собирался продолжить, да только новогодние выходные дали такую возможность.
В этот раз хочу рассказать про опыт нашей разработки портативной системы для рентгеновского контроля печатных плат и различной электроники/гаджетов.
Для чего мы этим занимаемся – рентгеновские детекторы премиального класса у нас уже есть, их активно используют в контроле сварки, керамики, композитов и научных исследованиях (например в питерском ЛЭТИ или Ядерном институте в Дубне).
Следующий шаг — «потыкать» в рынок готовых рентгеновских систем и комплексов «под ключ». Тут взор падает на два направления: рентген электроники и томография. В обоих случаях нужно получить максимальное разрешения и низкий уровень шумов в рентгеновском изображении, с чем наша продукция справляется идеально.
Начнем с рентгена электроники, ибо томография это отдельный мир.
Варианты ответа, нужное подчеркнуть:
Архитектурно схема простая – нам нужен детектор (есть), источник рентгеновского излучения (нашли), система перемещения или что-то для автоматизации подачи объекта контроля (сделаем). Заворачиваем все это в свинцовую обертку, ставим ПО и вуаля – система готова.
Источников рентгеновского излучения в мире много, производятся они и в России. Отличаются анодным напряжением, мощностью, размером фокуса, углом выхода рентгеновского пучка, еtс. Нам интересен только класс микрофокусных источников, это когда пучок рентгеновского излучения исходит из очень маленького пятна (фокуса). Диаметр этого пятна должен составлять микроны, что позволяет работать в режиме геометрического увеличения. Меньше фокус – меньше размытие на границе рентгеновской проекции нашего объекта и большее увеличение мы можем сделать. В пределе получается рентгеновская микроскопия 5000 крат и более.
Для наглядности:
В целом это не penis canina. Пятнышко микронного размера (5-30 мкм) даже на вольфрамовом аноде не может принять в себя большую тепловую мощность, а она нужна для просвечивания металлических корпусов и работы в видео режиме (экспозиция на кадр в миллисекундах).
Решений этой проблемы много: алмазные подложки, титанические системы охлаждения анода, рентгеновские трубки с жидким металлическим анодом (стоят как самолет).
Мы выбрали отечественную рентгеновскую трубку с фокусом 15-30 мкм и водяной системой охлаждения анода дабы не раздувать итоговую цену системы. Коэффициент геометрического увеличения у нее невелик (до 50 крат), мощность тоже (до 10 Вт), но этого хватает для решения обычных задач.
Нам необходимо перемещать объект контроля под рентгеном (оси XY), играться с увеличением (ось Z), желательно иметь возможность посмотреть объект под углом или повернуть его на угол (оси АВ). Итого максимум 5 осей перемещения.
Трехмерная модель выглядит примерно так:
Ничего не напоминает? По сути это 3д принтер с пятью осями на CoreXY геометрии.
Слава науке, в мире огромное количество энтузиастов трехмерной печати и существуют открытые проекты по электронике и встраиваемому ПО для них. Мы сделали прототип на RAMPS + ПО GRBL,аккуратно сильно доработав напильником.
Настоятельно рекомендую развести и собрать новые версии плат управления и драйверов шаговых двигателей. Купленные с алиэкспресса детали могут подвести в любой момент. В части драйверов нам хватило обычных А4988, которые были под рукой, но можно присмотреться и к более мощным собратьям на микросхеме TB6600 или аналогам.
В части направляющих – любые брендовые, например Hiwin, все остальное – лотерея.
Многие комплектующие для 3д принтеров и ЧПУ, продаваемые у нас, это тот же алиэкспресс. Никаких гарантий вам не дадут. Из личного опыта – кривые рельсы, ручная прочистка кареток, смазка, шаговые двигатели с разным количеством витков и габаритами, разные модели втулок и гаек при одинаковых артикулах – все это прелесть работы с ноунеймом. Зато дешево, да.
Мы, естественно, все переделали.
Для старта использовали ОЕМ ПО для работы с рентгеновскими изображениями, т.к. есть ряд партнерских компаний-разработчиков под наши детекторы с хорошим функционалом.
Для управление системой перемещения использовали форк утилиты UGS, доработан напильником.
Следующий шаг — разработка собственного ПО, максимально заточенного под задачу контроля электроники + автоматизации анализа на нейросетях.
Собрали и запустили MVP, отлаживаем и собираем серию. Даже удивительно, что при цене в 50% от ближайшего европейца\японца решаем «на ура» большую часть рутинных задач.
P.S. Если вам интересно то, чем мы занимаемся — пишите. Будем хайрить команду под этот проект. Desktop, Qt, openCV, Linux, из вкусного — опционально поддержка Эльбруса.
На что похожа работа с системой с точки зрения пользователя:
Отклик на предыдущую статью был неплохой, все собирался продолжить, да только новогодние выходные дали такую возможность.
В этот раз хочу рассказать про опыт нашей разработки портативной системы для рентгеновского контроля печатных плат и различной электроники/гаджетов.
Для чего мы этим занимаемся – рентгеновские детекторы премиального класса у нас уже есть, их активно используют в контроле сварки, керамики, композитов и научных исследованиях (например в питерском ЛЭТИ или Ядерном институте в Дубне).
Следующий шаг — «потыкать» в рынок готовых рентгеновских систем и комплексов «под ключ». Тут взор падает на два направления: рентген электроники и томография. В обоих случаях нужно получить максимальное разрешения и низкий уровень шумов в рентгеновском изображении, с чем наша продукция справляется идеально.
Начнем с рентгена электроники, ибо томография это отдельный мир.
Зачем нужен рентген электроники?
Варианты ответа, нужное подчеркнуть:
- Монтаж печатных плат делали «рукожопы»
- Технологи намудрили с режимами при автоматической пайке
- Микросхемы с контактами BGA (в основном память) не работают
- Плата не стартанула, возможно из-за КЗ
- Контрафакт микросхем (вообще без контактов или муляж, на хабре есть отдельная статья на эту тему)
- Плохой контакт горячих элементов и радиатора, срабатывает отключение
- Любой другой сюрприз на фабрике дядюшки Ляо
- Лень разбирать уже готовое изделие
- Большой брат следит за нами и норовит поставить жучок
Окей гугл, как сделать рентген электроники без регистрации и смс?
Архитектурно схема простая – нам нужен детектор (есть), источник рентгеновского излучения (нашли), система перемещения или что-то для автоматизации подачи объекта контроля (сделаем). Заворачиваем все это в свинцовую обертку, ставим ПО и вуаля – система готова.
Источников рентгеновского излучения в мире много, производятся они и в России. Отличаются анодным напряжением, мощностью, размером фокуса, углом выхода рентгеновского пучка, еtс. Нам интересен только класс микрофокусных источников, это когда пучок рентгеновского излучения исходит из очень маленького пятна (фокуса). Диаметр этого пятна должен составлять микроны, что позволяет работать в режиме геометрического увеличения. Меньше фокус – меньше размытие на границе рентгеновской проекции нашего объекта и большее увеличение мы можем сделать. В пределе получается рентгеновская микроскопия 5000 крат и более.
Для наглядности:
Микрофокусный рентгеновский источник
В целом это не penis canina. Пятнышко микронного размера (5-30 мкм) даже на вольфрамовом аноде не может принять в себя большую тепловую мощность, а она нужна для просвечивания металлических корпусов и работы в видео режиме (экспозиция на кадр в миллисекундах).
Решений этой проблемы много: алмазные подложки, титанические системы охлаждения анода, рентгеновские трубки с жидким металлическим анодом (стоят как самолет).
Мы выбрали отечественную рентгеновскую трубку с фокусом 15-30 мкм и водяной системой охлаждения анода дабы не раздувать итоговую цену системы. Коэффициент геометрического увеличения у нее невелик (до 50 крат), мощность тоже (до 10 Вт), но этого хватает для решения обычных задач.
Система перемещения
Нам необходимо перемещать объект контроля под рентгеном (оси XY), играться с увеличением (ось Z), желательно иметь возможность посмотреть объект под углом или повернуть его на угол (оси АВ). Итого максимум 5 осей перемещения.
Трехмерная модель выглядит примерно так:
Ничего не напоминает? По сути это 3д принтер с пятью осями на CoreXY геометрии.
Слава науке, в мире огромное количество энтузиастов трехмерной печати и существуют открытые проекты по электронике и встраиваемому ПО для них. Мы сделали прототип на RAMPS + ПО GRBL,
Прелести работы с дядюшкой Ляо
Настоятельно рекомендую развести и собрать новые версии плат управления и драйверов шаговых двигателей. Купленные с алиэкспресса детали могут подвести в любой момент. В части драйверов нам хватило обычных А4988, которые были под рукой, но можно присмотреться и к более мощным собратьям на микросхеме TB6600 или аналогам.
В части направляющих – любые брендовые, например Hiwin, все остальное – лотерея.
Многие комплектующие для 3д принтеров и ЧПУ, продаваемые у нас, это тот же алиэкспресс. Никаких гарантий вам не дадут. Из личного опыта – кривые рельсы, ручная прочистка кареток, смазка, шаговые двигатели с разным количеством витков и габаритами, разные модели втулок и гаек при одинаковых артикулах – все это прелесть работы с ноунеймом. Зато дешево, да.
Мы, естественно, все переделали.
Программное обеспечение
Для старта использовали ОЕМ ПО для работы с рентгеновскими изображениями, т.к. есть ряд партнерских компаний-разработчиков под наши детекторы с хорошим функционалом.
Для управление системой перемещения использовали форк утилиты UGS, доработан напильником.
Следующий шаг — разработка собственного ПО, максимально заточенного под задачу контроля электроники + автоматизации анализа на нейросетях.
Итог
Собрали и запустили MVP, отлаживаем и собираем серию. Даже удивительно, что при цене в 50% от ближайшего европейца\японца решаем «на ура» большую часть рутинных задач.
P.S. Если вам интересно то, чем мы занимаемся — пишите. Будем хайрить команду под этот проект. Desktop, Qt, openCV, Linux, из вкусного — опционально поддержка Эльбруса.
Видео
На что похожа работа с системой с точки зрения пользователя:
Картинки
Ткнуть сюда
checkpoint
Какова цена вопроса?
Пользуемся стоматологическим рентгеном из соседней с нами клиники (излучатель 70кВ, пятно 300мкм + сенсор 25 линий на мм). Картинка неколько хуже чем у вас, но основные дефекты пайки хорошо различимы. Цена комплекта порядка 300 тыс. руб.
primogengrout Автор
Дороже, существенно.
Если хватает скорости дентальника — то отлично. Это самый бюджетный вариант
MinimumLaw
Хорошая штука. Но даже для большой организации дороговата. Конечно, если говорить о разработчиках РЭА в условиях современной России.
Мы по необходимости ездим к тем, у кого подобное есть. Отличный вариант. Подавляющей большинство проблем выявляет. А меньшинство… Была у нас проблема с картами памяти CompactFlash — при переходе через -10С они теряли данные. Но сохраняли работоспособность. При паспортной рабочей до -40С. Больше того, при -40С можно было включить и работать — хоть бы что. С таким рентген не поможет. Во всяком случае мы ничего не нашли. Но в целом если вдруг в партии очень много брака сразу — поездка на рентген за разумные деньги почти всегда вскрывает основные проблемы (а побочные, как правило, уходят следом).
0lom5zhdovdv
В стабилизаторе внутри карты что-то было не термокомпенсированное. Я такое видел с картридерами, только с полным капутом при опускании к -15 и работе. После — кирпич. но в моем случае и взятки гладки — картридер был не для таких условий изначально
MinimumLaw
Наверное. На самом деле мы свозили на рентген старую редакцию, проблеме не подверженную и новую. Стало понятно что это принципиально разные карты, ничего общего кроме этикетки не имеющие. Ну и отказались. Нам нужно было изделие работающие, а не понять что не так с картой. Благо выбор Industrial CF, с интерфейсом именно CF, а не IDE тогда еще был.
А вот замена карт в 300 изделиях разбежавшихся по всей России тот еще квест был. И, самое обидное, на пустом месте. Мы все проверяли. И даже работу при -40С… Теперь умнее. И проверяем не только граничные, но и весь диапазон. Долго и дорого, но надежность важнее.
checkpoint
У дентальника очень большой диаметр фокального пятна, из-за этого нет возможности получить геометрическое увеличение, т.е. сенсор приходится прикладывать плотно к печатной плате. Скажите сколько стоил ваш излучатель с пятном 30мкм?
primogengrout Автор
Излучатель производства Элтех-Мед (ЛЭТИ). В зав-ти от энергии и мощности, порядка 500-700 тыч р
checkpoint
Нда, тихий ужас. Японские излучатели стоят столько же, при том, что японские более надежны и имеют больше нарабоки. На что люди надеятся выставляя такие цены за свою продукцию — остается только догадываться.
primogengrout Автор
Японские такого класса стоят в три раза дороже. Боюсь вы сравнивание разные классы оборудования, это всё-таки не дентальные аппараты
checkpoint
Маломощные (70/90кВ) трубки Toshiba с диаметром фокального пятна от 50мкм стоят порядка $15k. Я не знаю какого они класса, так как плохо разбираюсь в этой теме, но это в 10 раз лучше чем то, что сейчас предлагается для стоматологов. Установить такую трубку на сервоплатформу, установить дентальный сенсор MyRay HD и это закроет 90% всех потребностей в контроле для небольших предприятий разработчиков РЭА. Цена токого решения будет порядка 1200 тыс руб. Я бы приобрел :-).
primogengrout Автор
Забыли про высоковольтный блок для трубок, это еще порядка $5-10k.
Про модели трубок Тошиба не скажу, не изучал, лучше Oxford Instruments взять.
Маленький MyRay HD будет тормозить на видео режиме, да и помереть может на 90 кВ. Мы думали об этом, неэффективно для больших плат формата ATX — слишком долго снимать одну плату придется
checkpoint
Видео в подавляющем случае не нужно, достаточно статической картинки. Материнские платы тоже не каждый день приходится разрабатывать. Меня вполне устроит вариант с просветкой только BGA корпусов, всю плату просвечивать смысла особого нет.
Если хочется всю плату и на видео, то теоритически можно было бы как-то автоматизировать процесс, т.е. система делаеть много много снимков и формирует из них видео, оператор приходит через пару часов и просматривает результат.
primogengrout Автор
Мы сейчас так и делаем, скрипт выполняет сканирование всей платы участками, потом алгоритм сшивает картинки в одну большую для анализа и сравнения с референсом.
По видео — каждому свое, нашим заказчикам и их технологам необходима эта функция.