CN102395875A - 用于以45°的极视角对电路板上的对象进行成像的旋转图像采集单元的布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于以45°的极视角对印刷电路板上的对象进行成像的旋转图像采集单元。本发明的目的以可能的最经济的方式实现从不同的可精细调节的视角(方位角和极角)的对象检查。根据本发明，该目的通过用于成像印刷电路板上的对象的旋转图像采集单元来实现，该成像组件包括馈电电缆、摄像机(1)、适配器(3)、物镜(4)、反射镜(7)、反射镜照明单元(8)、照明单元(9)、控制调节单元(10)、玻璃罩(11)和扩散盘(12)并被布置为可整体在0°到360°角之间旋转。

Description

用于以45°的极视角对电路板上的对象进行成像的旋转图像采集单元的布置
本发明涉及一种用于以45°的极视角对印刷电路板上的对象进行成像的旋转图像采集单元，尤其用于检查集成电路和分立元件中的焊点。其它应用包括检查半导体制造中的例如太阳能电池板和晶圆的二维对象。
在制备工艺中，电路板组件贯穿焊膏印刷、板上组装和焊接的技术步骤。焊接以后，通常利用自动光学检查装置来检查电路板组件的制作缺陷。
在这方面，焊点的检查造成了特殊的挑战。焊点检查的可靠性取决于摄像机获取的图像中包含的信息。
为了提高焊点检查的可靠性，需要改善成像/照明单元。除了改善照明，还包括能够以不同的方位角和极角来观察待检对象。
从专利文献中可以获知允许从任选方向和视角成像的用于检查印刷电路板上的电子元件和焊点的解决方案。美国专利5,064,291和5,862,973记载了通过利用多个静态设置在不同位置的摄像机来从不同视角(方位角，极角)检查对象。这些布置的不足在于视角方向分布粗略、材料投入大(每个角位一个摄像机物镜单元)以及由此导致的高成本。
在US 6,771,805 B1中，元件和/或焊点的检查以及为此所需要的成像通过可移动的反射镜单元(单反射镜)及后面的物镜和检测器(摄像机)来执行。通过操纵反射镜取向，能够实现极视角的改变。需要旋转检查的对象(印刷电路板)以确保方位视角的改变。这种元件的布置和导致的成像处理导致一些重大缺陷。
除了所需的视角的变化外，反射镜单元的变化导致检查的对象的视场的横向位移。在检查的对象的给定坐标的选定位置的检查过程中，必须以对应的方式补偿发生的横向位移。进一步的不足在于随着极角的增加，视场的可用尺寸变小。这是光学成像中焦点的受限深度导致的结果。尽管焦点深度的范围可以通过相应调节光学元件的孔径光阑而再次增大，但伴随的分辨能力和强度的损失严重限制了该方法。
此外，如果该方法在工业条件下进行自动检查的系统中使用，则通过旋转来处理检查的对象是非常不利的。
本发明的目的是能够以可能的最经济的方式实现从不同的可精细调节的视角(方位角和极角)的对象检查。
根据本发明，该目的通过一种用于以优选45°的极角对印刷电路板上的对象进行成像的旋转图像采集单元的布置来实现，其特征在于成像组件包括馈电电缆、摄像机、适配器、物镜、反射镜、反射镜照明单元、照明单元、控制调节单元、玻璃罩和扩散盘并且布置为可整体以0°到360°角之间的角度旋转，其中所述摄像机通过适配器相对于视平面倾斜布置，其中提供电气驱动用于旋转成像组件，其中以调节45°极角的方式通过两个反射镜的布置来实现光路的折叠，其中垂直于光路和/或在光路方向上进行照明，并且其中通过集成在组件中的控制调节单元来控制摄像机、反射镜照明单元、照明单元和电气驱动。在权利要求中示出更多的有利的实施例。
下面将参照实施例对本发明进行更全面地说明。附图示出：
图1是根据本发明的布置的示意图；和
图2是示出控制的示意图。
本发明提出了从0°到360°之间的任意方位角对平面上对象进行倾斜成像和照明的布置。
根据图1的布置包括相对于视平面2以定义的角度倾斜的摄像机1。物镜4通过一个机械适配器3连接到摄像机1。物镜4垂直于视平面2。反射镜7和组合的反射镜照明单元8构成的组件折叠光路并以45°角将其导向视平面2。照明单元9和组合的反射镜照明单元8产生观察所需要的光。由于该布置，能够垂直于观察方向和/或从观察方向照亮视平面2。
通过控制调节单元10来控制摄像机1、照明单元9和组合的反射镜照明单元8。图像采集模块整体(如图1中所示)由未示出的防护罩完全封闭。这样，与玻璃罩11组合，实现对灰尘的百分之百的防护。因此，形成了密闭系统。为了提高照明特性，在玻璃罩11内安装扩散盘12。
包括摄像机1、适配器3、物镜4、反射镜7、反射镜照明单元8、照明单元9、控制调节单元10、玻璃罩11和扩散镜12的整个布置固定到空心轴电机6的转子，观察方向可以在0°到360°(方位角)之间选择。
旋转电缆载体组5位于空心轴电机6的上方，用于为包含摄像机1、反射镜照明单元8、照明单元9和控制调节单元10的旋转电子组件提供馈电电缆。电缆载体组5包括七个可旋转安装的互连平面。当系统旋转特定的方位角时，该旋转角分布到各平面。在完整的旋转期间，平面相对于其上方平面的相对移动大约是52°。因此，可以在非常紧凑的安装空间内实现这种电缆引导，并将引导线上的张力减至最小。
在自动光学检查系统中，根据图1的布置固定到X-Y定位系统。这允许根据图1的整个布置移动至待检印刷电路板上的任意位置，在包括摄像机1、适配器3、物镜4、反射镜7、反射镜照明单元8、照明单元9、控制调节单元10、玻璃罩11和扩散盘12的单元旋转到该位置后，使得能够从0°到360°之间的任意方位角获取检查的物体的图像，以将这些图像传输至评估控制单元13，并对其进行评估。
以图2中所示的方式来实现根据图1的布置的控制：
中央评估控制单元13给控制调节单元10发送包含获取图像的参考方位角(取值范围0°-360°)和照明类型的命令。控制调节单元10给空心轴电机6发送移动命令。到达方位角以后，控制调节单元10同时开启所需的照明，摄像机1开始记录图像。在摄像机1的图像记录结束时，图像被发送到中央评估控制单元13。
附图标记
1摄像机
2视平面
3适配器
4物镜
5旋转电缆载体组
6空心轴电机
7反射镜
8反射镜照明单元
9照明单元
10控制调节单元
11玻璃罩
12扩散盘
13中央评估控制单元

Claims (28)

1.一种用于优选以45°的极视角对印刷电路板上的对象进行成像的旋转图像采集单元的布置，其特征在于：
成像组件，其包括馈电电缆、摄像机(1)、适配器(3)、物镜(4)、反射镜(7)、反射镜照明单元(8)、照明单元(9)、控制调节单元(10)、玻璃罩(11)和扩散盘(12)，所述成像组件被布置为能够整体地以0°到360°之间的角度旋转，
所述摄像机(1)通过适配器(3)成相对视平面(2)倾斜布置，
电气驱动，设置用于旋转所述成像组件，
以调节45°极角的方式通过两个反射镜的布置来执行光路的折叠，
垂直于光路和/或沿光路方向进行照明，
通过集成在组件中的所述控制调节单元(10)来执行所述摄像机(1)、所述反射镜照明单元(8)、所述照明单元(9)和电气驱动的控制。
2.根据权利要求1所述的布置，其特征在于能够调节0°到360°之间的任意旋转范围。
3.根据权利要求1或2所述的布置，其特征在于所述电气驱动被构造为具有或没有行程限制的空心轴电机(6)。
4.根据权利要求3所述的布置，其特征在于所述空心轴电机(6)被构造有用于获取位置和控制位置的行程测量系统。
5.根据前述权利要求之一所述的布置，其特征在于所述空心轴电机(6)被构造为电动步进电机。
6.根据权利要求1-4之一所述的布置，其特征在于所述空心轴电机(6)被构造为电动交流或直流伺服电机。
7.根据权利要求1-4之一所述的布置，其特征在于所述空心轴电机(6)被构造为旋转电机或线性电机。
8.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述电气驱动被构造为没有空心轴的电机。
9.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述旋转由气动驱动来执行。
10.根据权利要求1所述的布置，其特征在于在组件外部执行所述驱动、照明和摄像机(1)的控制。
11.根据权利要求1所述的布置，其特征在于可以通过所述反射镜(7)和所述反射镜照明单元(8)的布置以及所述摄像机(1)的修改的倾斜位置的布置来调节所述极角。
12.根据权利要求1和11所述的布置，其特征在于所述极角可以采用0°到90°之间的任意值。
13.根据权利要求1所述的布置，其特征在于使用棱镜或反射镜-棱镜组件用于折叠所述光路。
14.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述物镜(4)是远心物镜。
15.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述物镜(4)是变焦物镜。
16.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述物镜(4)是近心物镜。
17.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述摄像机(1)是矩阵相机。
18.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述摄像机(1)是线阵相机。
19.根据权利要求1所述的布置，其特征在于使用具有不同波长区域颜色的LED用于照明。
20.根据权利要求1所述的布置，其特征在于使用仅具有一个波长区域颜色的LED用于照明。
21.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述照明利用连续照明来执行。
22.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述照明被执行作为与所述摄像机(1)的图像采集同步的闪光照明。
23.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述馈电电缆通过电缆载体组(5)执行。
24.根据权利要求1所述的布置，其特征在于所述馈电电缆通过刷接触系统执行。
25.根据权利要求1所述的布置，其特征在于电源和信号馈送都由无线系统执行。
26.根据权利要求1所述的布置，其特征在于电源和信号馈送都由组合的无线/刷接触/电缆载体系统执行。
27.根据权利要求1所述的布置，其特征在于使用风扇或珀耳帖元件用于冷却所述组件。
28.根据权利要求1所述的布置，其特征在于从不同方向来执行所述照明。
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