專(zhuān)利名稱(chēng)：元件的對(duì)象邊緣高度位置的測(cè)量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到元件的對(duì)象邊緣高度位量的一種測(cè)量方法和一種裝置。
當(dāng)自動(dòng)插裝印刷電路板或者用SMD-元件(表面裝配技術(shù))陶瓷基片時(shí)，借助于插裝頭將單個(gè)元件從庫(kù)中或送料裝置中取出來(lái)，并且然后定位在印刷電路板或陶瓷基片預(yù)先規(guī)定的位置上。因?yàn)樵趲?kù)里或在送料裝置的取出位置上，元件有大約為一個(gè)毫米的位置誤差，但是在印刷電路板或陶瓷基片上必須以高精度定位，要求自動(dòng)位置識(shí)別和修正。此外特別是對(duì)于多極的SMD元件必須檢測(cè)分度和同平面度，也就是說(shuō)接頭的均勻的高度位置。在制造SMD-元件時(shí)這種檢測(cè)例如是作為質(zhì)量控制進(jìn)行的。
已知的作為元件接頭的位置識(shí)別和分度檢查裝置，是經(jīng)過(guò)物鏡將元件或元件的一段在一個(gè)平的CCD攝像機(jī)上成象，和經(jīng)過(guò)數(shù)字圖象處理求得元件接頭的位置以及接頭的分度。
從US 5 440 391中已知同平面度測(cè)量的一種三角測(cè)量法，在其中SMD-元件接頭的高度位置是這樣確定的，將接頭用激光從兩個(gè)方向照射，并且用CCD-攝像機(jī)檢測(cè)接頭的投影圖。從而在攝像機(jī)后面接上的圖象處理單元上求得接頭的高度位置。當(dāng)同平面度有不可靠的偏差時(shí)，將可能導(dǎo)致在插裝到印刷電路板上時(shí)，不是所有的接頭都會(huì)產(chǎn)生接觸，用這種方式和方法識(shí)別有誤差的元件，并且在插裝過(guò)程中被淘汰。這種方法的缺點(diǎn)是，激光對(duì)接頭表面狀態(tài)反射的高敏感性，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。
從WO 93/19577中已知元件的一種同平面度測(cè)量方法。在其中將接頭用透射光照射，和將SMD-元件接頭端部的投影圖投影在一個(gè)傳感器上。成象的光軸與水平放置的物鏡之間具有一個(gè)不等于90°的定義角。從這個(gè)角度，接頭到傳感器的距離和投影圖在傳感器上的位置，可以計(jì)算出接頭的高度位置。由于元件的大小不同和從而得出不同的元件位置，在裝置上用這種方法產(chǎn)生在傳感器上接頭投影的不清晰成象。此外如果元件距離傳感器比較遠(yuǎn)時(shí)，在傳感器上的投影位置可以不同，則使計(jì)算高度位置有困難。
在US 4 875 779中已知元件接頭同平面度測(cè)量的一種成象方法。為此將接頭放置在一個(gè)參考平面上，并且對(duì)放置區(qū)進(jìn)行照射，當(dāng)同平面度有缺陷時(shí)在參考平面與接頭之間產(chǎn)生一個(gè)間隙，將這個(gè)間隙成象在一個(gè)傳感器上和為確定同平面度在后置的圖象處理裝置上進(jìn)行計(jì)算。放置在參考平面導(dǎo)致了在插裝過(guò)程所不希望的時(shí)間損失，并且在復(fù)雜和昂貴的結(jié)構(gòu)例如在插裝頭上附加地存在一個(gè)參考平面。此外由于在傳感器的上述成象只能達(dá)到很小的聚焦深度，則不同大小的元件在測(cè)量前必須很麻煩地定位在光學(xué)成象位置上。
本發(fā)明的任務(wù)是改進(jìn)元件接頭同平面度測(cè)量的一種方法和一種裝置，這種方法和裝置對(duì)于不同大小的元件產(chǎn)生接頭的可處理的投影圖象，沒(méi)有三角測(cè)量法的表面敏感性。
按照本發(fā)明，此任務(wù)是通過(guò)具有權(quán)利要求1和10特征部分的一種方法和一種裝置解決的。
通過(guò)本發(fā)明的方法，如果接頭的位置在透鏡和平行光管之間預(yù)先規(guī)定的范圍內(nèi)變化，用特殊方法將元件接頭投影在傳感器上的成象也是可以處理的。如果元件位于離傳感器很近的位置時(shí)，對(duì)于已知的直接投影圖象方法達(dá)到清晰的，可計(jì)算的投影。如果接頭距傳感器在允許范圍內(nèi)時(shí)對(duì)于計(jì)算來(lái)說(shuō)成象具有足夠的清晰度。通過(guò)本發(fā)明方法，這個(gè)范圍的長(zhǎng)度大約為兩倍，因?yàn)樵谄渲挟a(chǎn)生可處理的投影成象的光學(xué)成象點(diǎn)范圍現(xiàn)在不僅遠(yuǎn)離傳感器，而且在傳感器方向延伸。因此允許不同大小的元件進(jìn)行測(cè)量。
在使用本發(fā)明的方法時(shí)的另外的優(yōu)點(diǎn)在于，在使用伸縮定心(telezentrisch)成象時(shí)在傳感器上成象的投影位置不變，而且即使接頭的位置距光學(xué)成象點(diǎn)遠(yuǎn)時(shí)。
其它的特殊結(jié)構(gòu)敘述在從屬權(quán)利要求中。例如這樣是有利的，可以將接頭通過(guò)選擇的伸縮定心放大地成象在傳感器上，以便使小結(jié)構(gòu)也還可以具有足夠的分辨率。
如在權(quán)利要求14中敘述的其它有利的是，通過(guò)本發(fā)明，傳感器與元件之間的距離比較大，可以將傳感器與環(huán)境隔開(kāi)，以便例如對(duì)灰塵達(dá)到在很大程度上的隔離。在光軸方向光通過(guò)的罩子中的臟東西只在很小程度上干擾成象特性。
借助于附圖表示的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地?cái)⑹觥?br> 附圖表示附

圖1是實(shí)施本發(fā)明裝置的側(cè)視簡(jiǎn)圖，在其中從兩個(gè)不同角度照射接頭，附圖2是實(shí)施本發(fā)明裝置的側(cè)視簡(jiǎn)圖，在其中只用一個(gè)光源照射接頭，附圖3是實(shí)施本發(fā)明裝置的上視簡(jiǎn)圖，在其中只用一個(gè)光源，附圖4同平面度測(cè)量傳感器的橫截面簡(jiǎn)圖。
在附圖1上表示了，如何對(duì)具有多個(gè)位于對(duì)象水平面3方向上元件1的接頭2進(jìn)行照射和成象。此時(shí)發(fā)自光源4的射線束例如通過(guò)平行光管5轉(zhuǎn)換為平行光，這個(gè)平行光照射元件1的接頭2。透鏡6將接頭2在行傳感器7上投影成象。除了與對(duì)象水平面3成α角的照射以外，還安排了與對(duì)象水平面3成第二個(gè)角度β的另外的照射。此時(shí)將發(fā)自第二個(gè)光源10的射線束同樣通過(guò)第二個(gè)平行光管11轉(zhuǎn)換為平行光，并且接頭2通過(guò)第二個(gè)透鏡在第二個(gè)行傳感器13上成象。借助于附圖上沒(méi)有表示的圖象處理單元，對(duì)行傳感器7和第二個(gè)行傳感器13上的成象可以這樣繼續(xù)處理，可以計(jì)算出接頭2的高度位置。此外用這種方法可以確定接頭2距傳感器7的距離和距第二個(gè)傳感器13的距離。
在附圖2上表示了一種方法，當(dāng)對(duì)象水平面3與光軸之間的角度很小時(shí)(直到大約10°)只用一個(gè)照射就足夠了。同樣此時(shí)發(fā)自光源4的射線束通過(guò)平行光管5轉(zhuǎn)換為平行光，并且接頭2通過(guò)透鏡6在行傳感器7上投影成象。由于角度很小確保了，將接頭2變化的高度位置轉(zhuǎn)換為在傳感器7上變化的高度位置。如附圖3所示，為了測(cè)量所有的接頭，將元件1的位置移向光軸，這或者可以通過(guò)移動(dòng)元件或移動(dòng)照射裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果準(zhǔn)備成象的接頭2的對(duì)象邊緣不在透鏡6和平行光管5之間的光學(xué)成象點(diǎn)上，則作為投影邊緣在傳感器7上產(chǎn)生一個(gè)寬的亮-暗-過(guò)渡。在立式位置上檢測(cè)亮-暗-過(guò)渡的平均亮度，當(dāng)然在本發(fā)明的方法中立式位置的變化只不明顯地依賴(lài)于接頭2與光學(xué)成象點(diǎn)之間的距離。
例如在附圖4上表示了實(shí)施本方法的一種裝置。這種裝置例如可以安排在插裝自動(dòng)機(jī)上作為單獨(dú)的站，或安排作為質(zhì)量控制裝置，或者也可以固定在插裝自動(dòng)機(jī)的插裝頭上。光源4位于殼體15內(nèi)(例如一個(gè)紅外發(fā)射的發(fā)光二極管或激光二極管)，將其光束通過(guò)平行光管5轉(zhuǎn)換為平行光。通過(guò)反射鏡17將光折射，照射元件1的接頭2，元件是固定在沒(méi)有被表示的插裝頭的一個(gè)吸管18上的，通過(guò)另外的反射鏡17折射到透鏡6上，這個(gè)透鏡將接頭2的投影成象在行傳感器7上。在行傳感器7后面接上圖象處理單元14，借助于圖象處理單元可以確定接頭2的高度位置。替代行傳感器7也可以使用一個(gè)位置敏感的檢測(cè)器(位置敏感檢測(cè)器PSD)。行傳感器可以通過(guò)附加的罩子，這個(gè)罩子是在光軸1的光通過(guò)方向上構(gòu)成的，對(duì)環(huán)境的影響(灰塵，臟東西)加以保護(hù)。成象質(zhì)量相對(duì)于直接投影圖象方法由于臟東西在光透過(guò)的罩子中的影響是可以忽略不計(jì)的。
裝置安裝在殼體15內(nèi)，殼體可以由沒(méi)有表示的驅(qū)動(dòng)這樣移動(dòng)，所有位于一排上的元件1的接頭2先后依次在行傳感器7上成象，并且在圖象處理單元14上進(jìn)行同平面度檢查。通過(guò)元件1垂直于光軸的水平移動(dòng)也可以測(cè)量接頭2相互之間的距離，并且從而進(jìn)行了所謂的分度檢查。如果接頭2位于透鏡6和平行光管5之間的26mm長(zhǎng)范圍的位置時(shí)，裝置提供高度位置確定4σ精確度，大約為6μm。從而在這個(gè)裝置上不需要復(fù)雜的調(diào)整可以確定不同大小元件(一般6mm至60mm)的接頭高度位置。范圍的擴(kuò)展相對(duì)于投影圖象方法成為成倍的大小，在這個(gè)范圍內(nèi)接頭2是可以定位的，從而其投影成象是可以處理的。元件可以從其最佳的成象位置不僅在傳感器7方向而且也可以在離開(kāi)傳感器的方向移動(dòng)，由于在直接投影圖象方法中元件1的位置直接靠在傳感器7上，這是不可能的。
權(quán)利要求
1.元件(1)的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量方法，在其中，對(duì)象邊緣(2)是由至少一個(gè)光源(4)的平行光束照射的，對(duì)象邊緣(2)的投影通過(guò)透鏡(6)伸縮定心地在傳感器(7)上成象，并且在接在傳感器(7)后面的圖象處理單元(14)中確定對(duì)象邊緣(2)的高度位置。
2.按照權(quán)利要求1的對(duì)象邊緣高度位置的測(cè)量方法，其特征為，對(duì)象邊緣是元件(1)的接頭(2)的邊，并且用這種方法檢查接頭(2)的同平面度。
3.按照權(quán)利要求1或2的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量方法，其特征為，平行光束是由安裝在光源(4)與對(duì)象邊緣(2)之間光路中的平行光管(5)產(chǎn)生的。
4.按照權(quán)利要求1至3的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量方法，其特征為，光束與元件的對(duì)象水平面(3)之間是一個(gè)小的角度。
5.按照權(quán)利要求1至3的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量方法，其特征為，元件(1)對(duì)象邊緣(2)的附加投影圖象是通過(guò)第二個(gè)光源(10)用第二個(gè)平行光管(11)的平行光照射的，并且通過(guò)第二個(gè)透鏡(12)在第二個(gè)傳感器(13)上成象產(chǎn)生的，此時(shí)在元件對(duì)象水平面(3)與各個(gè)光源之間的角度(α，β)是不同的，并且在傳感器(7，13)上的兩個(gè)成象在圖象處理單元(14)中檢測(cè)對(duì)象邊緣(2)的高度位置。
6.按照權(quán)利要求5的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量方法，其特征為，附加地確定對(duì)象邊緣(2)距傳感器(7)的距離。
7.按照權(quán)利要求1至6之一的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量方法，其特征為，元件(1)距光軸的位置是變化的，以便測(cè)量不同的對(duì)象邊緣(2)。
8.按照權(quán)利要求1至7之一的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量方法，其特征為，測(cè)量不同的對(duì)象邊緣(2)之間的距離。
9.按照權(quán)利要求1至8之一的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量方法，其特征為，對(duì)象邊緣(2)的投影是放大地在傳感器(7)上成象的。
10.元件(1)的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量裝置，具有至少一個(gè)用于照射對(duì)象邊緣(2)的光源(4)和具有至少一個(gè)具有后置圖象處理單元(14)的傳感器(7)，其特征為，至少一個(gè)平行光管(5)和至少一個(gè)透鏡(6)是這樣安置在光路上的，元件(1)的對(duì)象邊緣(2)是用平行光照射的，并且對(duì)象邊緣(2)的投影是伸縮定心地在傳感器(7)上成象的。
11.按照權(quán)利要求10的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量裝置，其特征為，第二個(gè)光源(10)、第二個(gè)平行光管(11)、第二個(gè)透鏡(12)和第二個(gè)同樣與圖象處理單元(14)相連的傳感器(13)是這樣安排的，對(duì)象邊緣(2)是從第二個(gè)方向照射和成象的。
12.按照權(quán)利要求10或11的對(duì)象邊緣(2)高度位置的測(cè)量裝置，其特征為，裝置是安裝在一個(gè)殼體(15)內(nèi)的。
13.按照權(quán)利要求10、11或12之一的對(duì)象邊緣(2)的高度位置的測(cè)量裝置，其特征為，殼體(15)含有改變裝置相對(duì)元件(1)位置的驅(qū)動(dòng)裝置，以便使元件(1)的不同對(duì)象邊緣(2)在傳感器(7)上成象。
14.按照權(quán)利要求10至13之一的對(duì)象邊緣(2)的高度位置的測(cè)量裝置，其特征為，圍繞傳感器(7)安排了一個(gè)罩子，罩子在光軸方向是透光的。
15.按照權(quán)利要求10至14之一的對(duì)象邊緣(2)的高度位置的測(cè)量裝置，其特征為，作為傳感器(7)安排了垂直于光軸和垂直于對(duì)象邊緣(2)的行傳感器。
16.按照權(quán)利要求10至15之一的對(duì)象邊緣(2)的高度位置的測(cè)量裝置，其特征為，作為傳感器(7)安排了垂直于光軸和垂直于對(duì)象邊緣(2)的位置敏感的傳感器(位置敏感檢測(cè)器PSD)。
17.按照權(quán)利要求10至16之一的對(duì)象邊緣(2)的高度位置的測(cè)量裝置，其特征為，一個(gè)紅外發(fā)射的發(fā)光二極管作為光源(4)。
18.按照權(quán)利要求10至16之一的對(duì)象邊緣(2)的高度位置的測(cè)量裝置，其特征為，一個(gè)紅外發(fā)射的激光二極管作為光源(4)。
全文摘要
在插裝自動(dòng)機(jī)上的元件對(duì)象的邊緣高度位置的測(cè)量方法和裝置。已知的裝置使用三角測(cè)量法,以便檢測(cè)在插裝自動(dòng)機(jī)上的元件(1)接頭(2)的同平面度。由于使用激光得到了很強(qiáng)的,不希望的表面敏感性。如果接頭(2)準(zhǔn)確定位時(shí),在投影圖象方法中接頭(2)才能在傳感器(7)上清晰地成象。對(duì)象邊緣(接頭)(2)用平行光照射和用透鏡(6)在傳感器(7)上成象。如果對(duì)象邊緣位于平行光管(5)和透鏡(6)之間的一個(gè)范圍之內(nèi),通過(guò)伸縮定心成象也可以達(dá)到對(duì)象邊緣(2)在傳感器(7)上清晰地投影成象在插裝自動(dòng)機(jī)上進(jìn)行同平面度檢查。
文檔編號(hào)H05K13/04GK1262026SQ98806824
公開(kāi)日2000年8月2日 申請(qǐng)日期1998年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月30日
發(fā)明者M·布羅德特, H·斯坦茲爾, M·斯托克曼 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司