CN101992347A - 焊头元件的摄像机辅助调整 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有焊头的超声波焊机，该焊头包括超声波工具，至少一可定位的焊头元件，以及在焊头内并构成焊头一部分的参考元件，其特征在于：所述至少一可定位的焊头元件的位置可相对于参考元件调整，所述超声波焊机具有摄像机，所述摄像机光学地拍摄至少在参考元件周围的区域，而且被光学地拍摄的区域显示在一显示装置上，以辅助所述至少一可定位的焊头元件相对于参考元件的定位。

Description

焊头元件的摄像机辅助调整
本申请是申请日为2004年7月17日、题为“焊头元件的摄像机辅助调整”，申请号为200480023962.3的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及对焊头(bonding head)进行定位操作的方法和设备，其中焊头元件相对参考元件定位，参考元件例如是超声波工具，特别是超声波工具的尖端(tip)。
背景技术
在例如用于进行线的焊接(wire bonding)、包括带有超声波工具的焊头的超声波焊机(ultrasonic bonder)领域中，已知各种焊头元件必须相对于超声波工具定位，特别是，相对于超声波工具的尖端定位。
例如，要求送线装置(wire feed)相对于超声波工具尖端的准确定位，以保证供应的线总是精确地位于超声波工具的尖端下面，例如，在V形槽中。送线装置相对于超声波工具尖端的准确定位是必须的，以能够产生优质的线的焊接。
同样，如果分离的刀片用于切断结合线(bonding wire)或产生期望的断裂点，也需要这种刀片相对于超声波工具准确定位。
已知这种定位操作要通过超声波焊机的用户人工地进行。经验表明这常常是相当不准确，因为操作用户靠其自己的感觉来进行这些元件相互之间的足够准确的定位。但是，在许多情况下，认为人工定位不充分，因此，焊接质量不能令人满意和/或会产生有特定缺陷的焊接。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以进行焊头元件相对参考元件(例如超声波工具)的准确定位的方法和/或超声波焊机。
根据本发明的方法，这个目的通过摄像机光学地拍摄至少围绕参考元件(特别是，超声波工具的尖端)区域来实现，并且在显示装置中显示为图像，至少一个标记叠置于显示器中，作为定位焊头元件的辅助手段。
例如，借助于下述超声波焊机可以实施根据本发明的方法，超声波焊机具有辅助焊头元件定位的摄像机，通过摄像机可以光学地拍摄至少在参考元件(例如，超声波工具的尖端)周围的区域。这种摄像机可以直接设置在超声波焊机上或可以形成分离的装置，从而甚至可以改进现有的超声波焊机，以便实施根据本发明的方法。
至少在参考元件(例如，超声波工具的尖端)周围区域的光学拍摄给出例如超声波工具尖端和围绕其设置的另外的焊头元件的放大图像，具体地说，该图像在显示装置中显示，所述另外的焊头元件例如是送线装置和/或刀片或要调整的其它元件。
在参考元件(特别是，超声波工具的尖端)周围区域的相应图像的拍摄和显示以及作为辅助设施的标记减轻了操作者的工作，操作者不再需要依靠他自己的感觉观察超声波工具。具体地说，当彼此相关地定位元件时，优选的经放大的显示达到提高的精度，由此，根据本发明可以提供期望的位置，因而，利用图像中的标记表示焊头元件相对参考元件(例如，超声波工具)的最佳位置，操作者可以把该标记用于定向的目的。
焊头元件可以用这种方式调整，即例如通过在焊头元件上的调整点与标记对齐，焊头元件在图像中位于相对于参考元件的期望位置。还可以提供标记，以再现要调整的焊头元件轮廓，和提供要位于这个轮廓中的焊头元件。
优选还可能提供在图像中以相对于参考元件(特别是，相对于超声波工具的尖端)的公差范围形式存在的标记。显示公差范围使用户可利用一区域，待调整的焊头元件将定位到该区域中。例如，焊头元件的特定部位(例如，焊头元件的尖端)可定位在该公差范围内。在这种情况下，公差范围可以例如以平行线的矩形形式设置在图像内，或者如果合适，仅仅用两平行线表示，或者如果没有公差，用十字表示。
定位的具体精度受在图像中表示焊头元件期望位置的公差范围或任何标记的位置的影响，所述公差范围或上述标记的位置作为参考元件或参考点(特别是图像中超声波工具的尖端)的位置的函数由数据处理单元确定。
因此，利用超声波焊机的内部标准，在计算机辅助的基础上，可以确定调整标记(例如，公差范围)的位置，从而所有操作者必须做的是通过操作合适的调整装置来确定要相对标记定位的焊头元件的位置。
为了使用作为参考元件(例如，超声波工具的尖端)位置的函数的例如公差范围的调整标记，在一可替换实施例中，可以人工确定参考元件的位置，特别是，通过在图像中标记这个位置。为了达到这个目的，例如，操作者可以在显示装置上显示的图像中标记参考元件(即，参考点)的相应位置，例如，通过鼠标光标点击超声波工具的尖端边缘或尖端。通过接触显示装置的触摸屏或通过把参考元件的位置传给数据处理单元的其它合适方法，也可以产生标记。
例如，该标记可用于通过计算机装置捕捉超声波工具尖端的精确位置，以便确定用于调整标记(例如，公差范围)的最佳位置，并且在显示装置的图像中显示该最佳位置，所述调整标记为所述超声波工具尖端的精确位置的函数。
根据另一可替换实施例，还可以提供计算机辅助图像识别确定的参考元件(例如，超声波工具的尖端)的位置。例如，计算机程序可以用于进行图形识别，以便识别所拍摄图像中的参考元件(诸如，超声波工具的尖端)并且确定位置。然后，根据这个自动计算机辅助位置识别，可以计算调整标记(例如，图像中的公差范围)的最佳位置，以便让该位置结合到图像中。
优选必须最佳地或在所有三维可接受公差内实现任何焊头元件的定位，诸如线导向器(wire guide)或刀片(blade)。如果至少拍摄在超声波工具尖端周围的区域，在所有情况下，总是仅形成二维图像，因此，在任何情况下，在任一调整步骤只能实现元件相互之间的二维最佳定位。
为了让焊头元件相对参考元件(诸如，超声波工具)的最佳定位，至少最初在二维，根据本发明摄像机可以记录参考元件的至少一侧视图，例如至少超声波工具尖端的一侧视图，和/或垂直于一侧面的参考元件的视图，诸如超声波工具尖端的端面的视图。特别是，当完成两个选项时，得到来自相互垂直方向的两个不同视图，所以，最终焊头元件可以相对整个三维最佳定位。
为了使用不同方向的参考元件(例如，超声波工具的尖端)的视图，可以优选提供反射镜，反射镜位于摄像机和参考元件之间的光路中，以改变视图。该反射镜优选以这种方式安装，即，当使用反射镜时，在摄像机和参考元件(诸如，超深波工具的尖端)之间的光路偏转90°。
在这种情况下，为了从参考元件的侧视图改变成参考元件(例如，端面)的视图，在所述侧视图中例如超声波工具的尖端优选精确地位于摄像机光轴的高度，焊头以及参考元件可以沿Z方向移动，优选同时平行于摄像机光轴，特别地，以光路的长度保持不变的方式。
因此，当考虑整个安装时，其中焊头位于跟着该位移的摄像机上面，反射镜能在参考元件下面(例如，在超深波工具的尖端下面)以45°方向移动，以便相应地偏转的光路并得到例如端面的未受干扰的视图，特别是，超声波工具的凹槽。
对于根据本发明的方法和根据本发明的超声波焊机，线导向器和刀片优选地相对于超声波工具尖端定位。但是，原则上，焊头上的任何可能的元件可以相对于任何期望的参考元件或任何期望的参考点定位。
因为在要观察的焊头元件周围区域的光照条件可能不充足，可能另外精确地给要调整的焊头元件人工提供照明，以便拍摄图像。特别是，优选设置在摄像机物镜周围的发光二极管可以用于这个目的。
附图说明
在下面的附图中图示本发明的示例性实施例，其中：
图1示出设置有焊头和用于直观观察超声波工具尖端的摄像机的超声波焊机的部分；
图2表示用摄像机拍摄的与另外的焊头元件在一起的超声波工具尖端及其附近区域的侧视图；
图3示出相对于超声波工具尖端、利用反射镜偏转光路的摄像机布置；
图4以尖端端面视图的形式、示出用摄像机拍摄的超声波工具尖端及其附近区域的图像。
具体实施方式
图1示出选自具有设置在其上的焊头1的超声波焊机的局部，通常包括设置在其上的超声换能器2和固接到超声换能器2上的楔形物形式的超声波工具3。而且，在超声波焊机上，如图1所示、记录超声波工具3尖端或尖端周围区域侧视图的摄像机8设置在相应的支架上。
图2示出用户在摄像机的显示装置(例如，屏幕)上可以看到的相应侧视图。可以清楚地看见用于把线12供应给超声波工具3的尖端3b的线导向器4和设置在这些元件之间的刀片5的关于超声波工具3的相对布置。
根据本发明，用户可以例如利用鼠标光标来标记超声波工具尖端的前边缘3b，以便将尖端的位置传递到数据处理单元。根据另一实施例，这个位置可以通过图形识别来自动判断。
由于超声波工具3的尖端3b的位置已经以这种方式预定，在这个实施例中，通过考虑内部标准，数据处理单元能够计算线导向器4和刀片尖端5的最佳定位。在目前的情况下，对于线导向器4的这个最佳位置以在图像内的相应公差范围6的形式出现。对于刀片尖端5定位的最佳位置也以公差范围7的形式置于图像中。
为了达到这些元件4、5的最佳位置，例如，用户通过操作适当的调整结构可以将线导向器4和刀片5的各个尖端设置在所在的公差范围6、7内，在这种情况下，公差范围6、7基本上是矩形形式。
在另一实施例中，数据处理单元可以通过调整机构的相应控制自动实现焊头元件的定位。在这种情况下，可以完全自动实现这些元件的相对定位。
在图1和2所示的实施例中，对于侧视图，仅允许线导向器4和刀片5在二维定位，即，基于图2的Y和Z方向。
同样，为了实现在X方向的另一维的最佳定位，根据本发明，提供用反射镜10偏转的光路，在焊头1沿Z方向设置并且平行于摄像机光轴后，例如，其通过将在支撑臂11上倾斜45°的反射镜10插入光路中可以实现，所以，现在偏转的光路给摄像机提供超声波工具3尖端的端面视图。
因此，如图3所示的布置得到相应于图4的X-Y平面的图像，其中除了在超声波工具3尖端中的V形槽3a之外，还可以辨别线导向器4和刀片5的各个尖端。特别是，在这种情况下，可以辨别在线导向器4中的凹槽4a；这个凹槽用于在超声波工具3的V型槽3a下面输送线12。
如果线导向器4的凹槽4a的路线与超声波工具3的V形槽对准，那么实现最佳定位，以便线12不受干扰地供应。
为了获得这个定位，通过用户人工或通过计算机辨别图形，根据超声波工具尖端的不同部位(例如，在边缘3b)，可能按顺序提供要确定的位置。作为这个位置确定的操作程序，标记或公差范围13(例如，在以两条平行线的形式的情况下)可以重叠在图像上，以便提供线导向器4凹槽4a的最佳定位。当凹槽4a的侧壁与公差范围13的线对准时，实现这种定位，如图4所示。
因此，特别是，借助于反射镜10使光路偏转，可以实现焊头元件(例如，线导向器和刀片)相对于超声波工具尖端在整个三维的最佳定位。
要是光照条件不充足的话，如图所示，可以在摄像机物镜周围设置发光二极管9，在超声波工具3的尖端附近提供充足的照明。

Claims (31)

1.具有焊头的超声波焊机，该焊头包括超声波工具，至少一可定位的焊头元件，以及在焊头内并构成焊头一部分的参考元件，其特征在于：所述至少一可定位的焊头元件的位置可相对于参考元件调整，所述超声波焊机具有摄像机，所述摄像机光学地拍摄至少在参考元件周围的区域，而且被光学地拍摄的区域显示在一显示装置上，以辅助所述至少一可定位的焊头元件相对于参考元件的定位。
2.如权利要求1所述的超声波焊机，其特征在于：所述参考元件包括超声波工具的尖端。
3.如权利要求1所述的超声波焊机，其特征在于：摄像机直接设置于超声波焊机上。
4.如权利要求1所述的超声波焊机，其特征在于：该可定位的焊头元件包括送线装置。
5.如权利要求1所述的超声波焊机，其特征在于：该可定位的焊头元件包括刀片。
6.如权利要求1所述的超声波焊机，其特征在于：超声波焊机通过计算机辅助图像识别确定参考元件的位置。
7.如权利要求1所述的超声波焊机，其特征在于：超声波焊机提供相对于三个轴的调整。
8.如权利要求1所述的超声波焊机，其特征在于：超声波焊机允许利用位于摄像机和参考元件之间的光路中的反射镜而在视图之间作改变。
9.如权利要求1所述的超声波焊机，其特征在于：该可定位的焊头元件被在摄像机周围设置的发光二极管人工照明。
10.一种超声波焊机，包括：
焊头，包括：
超声波工具，
参考元件，所述参考元件在焊头内并构成焊头的一部分，和
至少一可定位的焊头元件；
调整装置，用于调整该至少一可定位的焊头元件相对于所述参考元件的位置；以及
摄像机，所述摄像机光学地拍摄至少在所述参考元件周围的区域，其中被光学地拍摄的区域显示在一显示装置上，以对调整所述至少一可定位的焊头元件相对于所述参考元件的位置提供视觉辅助。
11.如权利要求10所述的超声波焊机，其中所述参考元件包括所述超声波工具的尖端。
12.如权利要求10所述的超声波焊机，
其中所述摄像机光学地拍摄所述区域的第一方向的图像；和
其中超声波焊机还包括反射镜，该反射镜可位于所述摄像机和所述参考元件之间，以光学地拍摄所述区域的第二方向的图像，该第二方向基本上垂直于第一方向。
13.如权利要求10所述的超声波焊机，其中所述至少一可定位的焊头元件包括刀片。
14.具有焊头的超声波焊机，该焊头包括超声波工具，至少一可定位的焊头元件，以及在焊头内并构成焊头一部分的参考元件，其特征在于：所述至少一可定位的焊头元件的位置可相对于参考元件调整，超声波焊机具有摄像机，所述摄像机光学地拍摄至少在参考元件周围的区域，而且被光学地拍摄的区域显示在一显示装置上，以辅助所述至少一可定位的焊头元件相对于参考元件的定位，并且其特征还在于，显示装置利用所述可定位的焊头元件相对于参考元件的期望位置的标记显示放大的图像。
15.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，所述参考元件包括超声波工具的尖端。
16.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，摄像机直接设置于超声波焊机上。
17.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，该可定位的焊头元件包括送线装置。
18.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，该可定位的焊头元件包括刀片。
19.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，标记再现要调整的可定位的焊头元件的轮廓。
20.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，标记相对所述参考元件以公差范围的形式显示在图像中。
21.如权利要求20所述的超声波焊机，其特征在于，超声波焊机确定公差范围的位置或任何标记的位置，该标记作为焊头的参考元件的位置的函数由数据处理单元来显示可定位的焊头元件的期望位置。
22.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，超声波焊机通过计算机辅助图像识别确定参考元件的位置。
23.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，超声波焊机提供相对于三个轴的调整。
24.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，超声波焊机允许利用位于摄像机和参考元件之间的光路中的反射镜而在视图之间作改变。
25.如权利要求14所述的超声波焊机，其特征在于，该可定位的焊头元件被在摄像机周围设置的发光二极管人工照明。
26.一种超声波焊机，包括：
焊头，包括：
超声波工具，
参考元件，所述参考元件在焊头内并构成焊头一部分，和
至少一可定位的焊头元件；
调整装置，用于调整该至少一可定位的焊头元件相对于所述参考元件的位置；以及
摄像机，所述摄像机光学地拍摄至少在所述参考元件周围的区域，其中被光学地拍摄的区域显示在一显示装置上，以对调整所述至少一可定位的焊头元件相对于所述参考元件的位置提供视觉辅助；
其中显示装置显示该光学地拍摄的区域的图像以及指示所述至少一可定位的焊头元件相对于所述参考元件的期望位置的标记。
27.如权利要求26所述的超声波焊机，其中，所述参考元件包括所述超声波工具的尖端。
28.如权利要求26所述的超声波焊机，其中标记包括图像中的公差范围。
29.如权利要求28所述的超声波焊机，还包括：
数据处理单元，其中所述数据处理单元基于参考元件在所述焊头内的位置来确定公差范围。
30.如权利要求26所述的超声波焊机，
其中所述摄像机光学地拍摄所述区域的第一方向的图像；和
其中超声波焊机还包括反射镜，该反射镜可位于所述摄像机和所述参考元件之间以光学地拍摄所述区域的第二方向的图像，该第二方向基本上垂直于第一方向。
31.如权利要求26所述的超声波焊机，其中所述至少一可定位的焊头元件包括刀片。
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