CN1173167C - 激光束检查仪 - Google Patents

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Abstract

一种激光束检查仪，适于检查诸如安装在一基底上的诸IC的电子元件。检查仪包括：一激光发射器，发射用于检查若干目标物的激光；一移动从所述激光发射器发射的激光束的扫描机构，以在一给定扫描范围中扫描诸目标物的一个对象目标，所述扫描机构设计成可以改变激光束的发射方位，以改变扫描范围；以及，一接收从对象目标返回的激光束的激光接收器，以提供被检查目标物的数据；所述扫描机构包括沿所述激光发射器发射的激光束的光学路径而彼此相邻设置的折射件，并使所述折射件绕一给定旋转轴旋转，所述扫描机构被设计成可以改变折射件之间的相对角。由此，无论被检查的电子元件的类型如何，都能使检查误差降到最小。

Description

激光束检查仪
(1)技术领域
本发明总的涉及一种检查其上制有电子部件的基底上是否有缺陷的激光束检查仪，尤其涉及这样一种激光束检查仪，它被设计成可以监控电子部件或元件是否安装在基底上的所需位置处以及它们是否是所需要的正确的电子部件或元件。
(2)背景技术
已有技术上述类型的检查仪一般包括一向每一电子元件诸如安装在一基底上的IC放射激光束的激光发射器、一接收从电子元件或部件返回的激光束的激光接收器和一处理返回激光束以获得有关电子元件外观的信息的检查线路。具体地讲，这类检查仪设计成用三角测量法以获得有关电子元件的外观信息。
但是，上述检查仪具有这样的缺陷，即当电子元件的尺寸改变时，就可能出现检查误差。
具体地讲，检查仪首先固定一扫描范围，激光束在该扫描范围内照射到基底上，然后在该扫描范围用激光束进行扫描，以确定在该范围内的电子元件中的目标(靶)件的尺寸大小，以及该目标电子元件是否安装在正确的方位。因此，当需要在已确定的所述扫描范围内检查一较大的元件时，由于这个扫描范围是在前一检查周期内检查较小元件时确定的，这就有可能不能扫描到该较大电子元件包括公差在内的整个区域，这就导致检查误差。
反之，在前面一阶段检查一较大的电子元件时确定了一扫描范围，如果现在要在该扫描范围检查一较小的电子元件，那么对该较小的电子元件的检查点的数目就会减少，从而导致分辨率减小或检查精度下降。
(3)发明内容
因此，本发明的主要目的是避免已有技术的缺陷。
本发明的另一目的是提供一种检查仪，它能根据要检查的目标物体的类型来改变激光束扫描的方位和/或扫描的范围。
根据本发明的一个方面，提供一检查仪，它包括：(a)一激光发射器，发射用于检查若干目标物的激光；(b)一移动从激光发射器发射的激光束的扫描机构，以在给定扫描范围中扫描目标物的一个对象目标，扫描机构设计成可以改变激光束的发射方位，以改变扫描范围；以及(c)一接收从对象目标返回的激光束的激光接收器，以提供被检查目标物的数据，扫描机构包括沿着激光发射器发射的激光束的光学路径而彼此相邻设置的折射件，并使所述折射件绕一给定旋转轴旋转，所述扫描机构被设计成可以改变折射件之间的相对角。
折射件由平板制成。
扫描机构可以使折射件沿相同方向绕所述旋转轴旋转，以获得激光束的圆形扫描。扫描机构保持诸折射件之间有一给定的相对角，并使折射件旋转，以在扫描范围获得激光束的圆形扫描。
扫描机构包括一角度变化机构，它被设计成可以改变折射件之间的相对角，以改变扫描范围，然后旋转折射件，同时保持该相对角，以在改变的扫描范围中获得激光束的圆形扫描。
角度改变机构改变折射件中的一个的旋转速度，以改变扫描范围。
还具有一移动机构，它被设计成可以使检查仪在完成一个目标物的扫描之后从该目标物移动到另一尺寸不同的目标物。角度改变机构在检查仪移动过程中改变折射件之间的相对角。
扫描机构可使折射件反方向地绕给定旋转轴同速度地旋转，以获得激光束的直线扫描，在该直线扫描中，激光束的光点沿直线扫描路径移动。
角度改变机构可以改变折射件之间的相对角，以改变直线扫描的方位。
要检查的诸目标物可以是电子元件，每一电子元件由一本体和一从本体中伸出的引线制成。这样，扫描机构使平板制成的折射件以相同方向绕给定旋转轴同步地旋转，以当每一电子元件的本体被检查时获得激光束的圆形扫描。角度改变机构改变折射件之间的相对角，然后把它保持在180°，以当检查引线时使激光束线性移动。
角度改变机构可改变折射件之间的相对角，然后使折射件沿相反的方向同速度旋转，同时将折射件之间的相对角保持在一给定值，以当检查引线时完成激光束的直线扫描。
根据下面给出的详细说明和本发明较佳实施例的附图将能更全面地了解本发明，但是，本发明并不限于这些特定的实施例，这些实施例仅仅是为了解释和便于理解本发明的目的。
(4)附图说明
附图中：
图1是一局部剖视图，它示出了本发明的一检查仪；
图2是一线路方块图，它示出了图1检查仪的线路结构；
图3是一平面图，它示出了检查具有不同尺寸的电子元件的激光束扫描路径。
图4(a)、4(b)和4(c)是侧视图，它分别示出了一对内置在图1检查仪中的折射件，它们被设计成可以根据这对折射件之间的相对角改变扫描范围的面积；
图4(d)示出了图4(b)情况下的激光束的扫描轨迹；
图5(a)和5(b)是时间图，它示出了改变如图4(a)至4(c)所示的折射件之间的相对角的伺服电动机之间的速度差异；
图5(c)是一时间图，它示出了由图5(a)和5(b)中示出的伺服电动机的速度差所限定的折射件之间的相对角；
图6是一局部视图，它示出了由图1的检查仪完成的在圆形扫描中的激光束扫描路径；
图7是一视图，它示出了图1的检查仪有所改变后的激光束扫描路径；
图8是一平面图，它示出了检查安装在一电子元件中的引线脚的激光束扫描路径；
图9(a)、9(b)和9(c)是侧视图，它们示出了内置在图1检查仪中的一对折射件，它们被设计成可以改变直线扫描的激光束的扫描方位；
图9(d)是一平面图，它示出了由图9(a)至9(c)所示的折射件之间的相对角所限定的激光束扫描的方位；
图10是一视图，它示出了当以直线扫描检查安装在一IC中的若干引线脚时的激光束的扫描路径；以及
图11是通过圆形扫描检查引线的比较例子，其中折射件保持在180°的相对角。
(5)具体实施方式
现请参阅附图，在这些附图中，类似的标号表示类似的零部件，首先参阅图1，它示出了本发明的一激光束检查仪，它被设计成可以监控每一电子元件是否安装在基底上的所需位置上以及它们是否是所需的(正确的)电子元件。
检查仪包括一本体1、一传感器头2、一组平的玻璃板5和6(即折射件)、伺服电动机9和10以及一移动机构70。
传感器头2内有一激光发射器3和一激光接收器4。玻璃板5和6设置在激光器头2的下面并沿从激光发射器3发射的激光束光学路径彼此间隔一定的间隔而相邻设置。玻璃板5和6分别通过定时皮带7和8可转动地支承并连接于伺服电动机9和10。移动机构70包括例如一XY工作台，它被设计成可以在一平面上水平和垂直移动本体1。
放置在检查仪下面的是一基底11，其上安装多个电路元件12。图3示出安装在基底11上的若干电子元件的一个例子。电子元件12a尺寸最大。电子元件12b次之。电子元件12d最小。
图2示出检查仪的电路结构。
伺服电动机9和10分别与位置探测器(例如编码器)13和14相连。激光发射器包括例如一半导体激光器。激光接收器4包括例如一光敏元件。激光接收器4和位置探测器13和14与一中央处理器(CPU)15相连。具体地讲，位置探测器13和14分别监控伺服电动机9和10的角位置并将电动机9和10的位置信号输出至CPU15。
如上所述，伺服电动机9和10分别通过定时皮带9和10连接于玻璃板5和6并连接于电动机驱动机17和18。电动机驱动器17和18通常通过一同步线路16使伺服电动机9和10同步地旋转，但电动机驱动器17和18都由CPU15控制，以临时改变伺服电动机9和10中的相应一个的速度，如图4(a)、4(b)和4(c)所示，以在玻璃板5和6之间建立三个角度关系。具体地讲，CPU15向同步线路16提供一同步中止信号，中止伺服电动机9和10的同步，提高或降低玻璃板5或6的速度，以在玻璃板5和6之间建立一所需的角度关系。
图4(a)示出了玻璃板5和6的表面彼此平行的情况，这在下面将被称为零(0°)相对角。通过伺服电动机9和10同步地旋转玻璃板5和6，同时保持0°的相对角，这样，由激光发射器3发射的激光束如图4(a)下侧所示沿一较大的圆扫描。
图4(b)示出了玻璃板5和6表面的方位处在相对角为90°的不同方向的情况。图4(d)示出了图4(b)情况的激光束的扫描轨迹。图中r1表示玻璃板5的旋转路径的半径。r2表示玻璃板6的旋转路径的半径。θ表示玻璃板5和6之间的相对角。实线表示经过玻璃板5和6的激光束的扫描轨迹。具体地讲，通过伺服电动机9和10同步地旋转玻璃板5和6，同时保持90°的相对角，这样，由激光发射器3发射的激光束沿比图4(a)所示要小的一个圆扫描，这个圆的大小如图4(b)的下侧所示。
图4(c)示出了玻璃板5和6表面的方位处在相对角为180°的相对方向的情况。该位置关系是通过中止同步线路16、改变玻璃板5和6中的一个并在该一个玻璃板5或6已从图4(b)的状态旋转90°或从图4(a)的状态旋转180°之后停止该玻璃板而获得的。通过伺服电动机9和10同步地旋转玻璃板5和6，同时保持180°的相对角，由激光发射器3发射的激光束就形成一如图4(c)下侧所示的光点。
图5(a)、5(b)和5(c)示出了伺服电动机10和9的速度控制与玻璃板5和6间的相对角之间的关系的一个例子。假定首先由电动机驱动器18和17控制伺服电动机10和9，使它们以相同的速度A0旋转，而玻璃板5和6的相对角θ0为0°。当需要在玻璃板5与6之间建立一个180°的相对角时，电动机驱动器18降低伺服电动机10的速度，以速度A1旋转伺服电动机10一段时间T1，直至达到180°的相对角θ2，然后再使伺服电动机10的速度回到A0。其后，当需要在玻璃板5与6之间建立一个90°的相对角时，电动机驱动器18增加伺服电动机10的速度，以速度A2旋转伺服电动机10一段时间T2，直至相对角θ1达到90°为止，然后再使伺服电动机10的速度回到A0。随后，当需要将相对角θ1回到相对角θ2时，电动机驱动器18使伺服电动机10的速度下降，以速度A3的速度旋转伺服电动机10一段时间T3，直至相对角θ2达到180°，然后使伺服电动机10的速度回到A0。
要注意的是，时间段T1、T2和T3彼此既可相同，也可不同。在时间段T1、T2和T3定为彼此相等时，可以改变伺服电动机10的速度A1、A2和A3，以在玻璃板5与6之间建立所需的相对角度。反之，在速度A1、A2和A3保持不变时，时间段T1、T2和T3可以设定成彼此不同。具体地说，CPU15可控制伺服电动机9和10中的任何一个或两个的速度，以将玻璃板5与6之间的角度改变到一所需的角度，由此改变从传感器头2发射的激光束的扫描范围的面积。
当检查仪通过移动机构70移动到从图1看过去的右侧，同时将玻璃板5和6之间的相对角保持在一所需的角度时，这将使激光束朝右侧传送，如图的下侧所示，同时沿所需尺寸的圆扫描基底11的表面。
当需要检查如图3所示的基底11上的电子元件12a至12c时，CPU15使检查仪水平移动，并以相同的速度同步旋转伺服电动机9和10，同时将玻璃板5与6之间的相对角保持在零(0°)，由此使激光束沿最大圆扫描最大的电子元件12a。在对电子元件12a进行了一定数量的圆形扫描循环之后，CPU15对存储在安装于检查仪中的存储器中的数据进行查找，以确定下一个要检查的电子元件12c的位置和尺寸，并调整玻璃板5与6之间的相对角至例如160°，将扫描范围改到根据电子元件12c的尺寸的预定的扫描范围。CPU15通过移动机构70使检查仪朝上移动到电子元件12c，并开始在最小的扫描范围中扫描电子元件12c。玻璃板5与6之间的相对角的调整可在将检查仪移动到电子元件12c的过程中进行。对电子元件12c完成了一定数量的圆形扫描之后，CPU15通过对存储在存储器中的数据的查找来确定下一个要检查的电子元件12b的位置和尺寸，并调整玻璃板5与6之间的相对角至例如100°，将扫描范围改到根据电子元件12b的尺寸所预定的扫描范围。CPU15通过移动机构70使检查仪水平移动到电子元件12b，并开始在中等尺寸的扫描范围中扫描电子元件12b。对电子元件12b完成了一定数量的扫描之后，CPU15对存储在存储器中的数据进行查找，来确定下一个要检查的电子元件12c的位置和尺寸，并调整玻璃板5与6之间的相对角至与第二次扫描相等的160°。然后CPU15水平移动检查仪并开始扫描电子元件12c。
从上述讨论可以清楚看出，本实施例的检查仪能够根据要检查的电子元件的尺寸改变扫描范围，由此使检查误差降至最小。具体地讲，在图3的例子中，电子元件12a至12c的尺寸各不相同，它们具有不同的安装在基底11上的公差。因此，检查电子元件12a至12c的最佳扫描范围的面积也各不相同。如果用扫描电子元件12c的最小扫描范围来扫描最大的电子构造12a，那么在探测电子元件12a时会导致误差。反之，如果以最大的扫描范围扫描最小的电子元件12c，则将会白白浪费时间，从而导致增加检查电子元件12a至12c的总的时间。
在图3所示的例子中，不管电子元件12a至12c的尺寸如何，激光束扫描各电子元件12a至12c时都扫描四个循环。将最大的电子元件12a作为一个例子，如图6所示，激光束首先从基底11在点a开始在电子元件12a上进行扫描，然后下降到基底的点b。接着，激光束在点c再在电子元件上扫描，并下降到基底11的点d。这样的扫描循环再重复两次。激光束最后从电子元件12a在点j下降到基底。具体地说，以完成四次扫描来在电子元件12a上采集十个数据。激光接收器4接收从基底11返回的激光束，并将它转换成一电子信号，再把该信号输到CPU15。CPU15从来自从激光接收器4输出的信号采集数据，并将它们与存储在存储器60中的参考数据相比较，来确定例如电子元件12a的尺寸和方位，由此确定电子元件12a是否安装在基底11的正确位置上以及电子元件12a是否是所需的那一个。
图7示出的与上述第一实施例略有不同。
在操作时，检查仪首先移动至基底11的电子元件12a上，并停止在其上方。激光发射器3发射一激光束，但仅对电子元件12a扫描一个循环。具体地说，玻璃板5和6以如图4(a)所示的角度关系转动一圈。以一半径小于电子元件12a的长度的圆形范围扫描电子元件12a能够在点A、B、C和D采集到四个电子元件12a上的数据。这导致检查精度的降低，但与上述实施例相比，检查每一电子元件所需的时间减少了。因此，这种改变适用于安装精度不是很重要的场合。
图8示出了在要求检查一电子元件12d的三个终端引线头12B是否正确地安装在基底11上以及检查安装在基底11上的电子元件12a至12c时的激光束的扫描路径。终端引线头12B从电子元件12d的本体12A朝外伸出。
在操作中，完成了对电子元件12b的扫描之后，CPU15调整玻璃板5与6之间的相对角至180°，如图4(c)所示，以将圆形扫描范围改至一点的范围，并使激光束沿一虚线移动，如图8所示，扫描三个终端引线头12B。这样在不停止玻璃板5和6的旋转或改变它们之间的相对角度以缩小扫描范围的情况下就能够检查若干小的部分。
检查仪在上述实施例中也可以以相反的方向旋转玻璃板5和6，以获得激光束沿一直的扫描路径移动的直线扫描，由此可高速检查小的电子部分诸如IC的若干引线，而这用圆形扫描是难以很快检查的。
下面结合图9(a)至11详细描述上述的直线扫描技术。
图9(a)示出相对角保持在零(0°)的玻璃板5和6。以相反方向同步旋转玻璃板5和6，使从激光发射器3发射的激光束沿图9(d)中用A表示的直线扫描路径移动，从图中看直线是水平延伸的。
图9(b)示出相对角保持在90°的玻璃板5和6。以相反方向同步旋转玻璃板5和6，使从激光发射器3发射的激光束沿一直线扫描路径移动，如图9(d)中用B表示的直线相对于扫描路径A以45°延伸。
图9(c)示出相对角保持在180°的玻璃板5和6。以相反方向同步旋转玻璃板5和6，使从激光发射器3发射的激光束沿一直线扫描路径移动，如图9(d)中用C表示的直线相对于扫描路径A以90°延伸。
图10示出用上述的直线扫描检查安装在基底11上的电子元件的一个例子。
基底11具有多个设置在其上的IC12e(为了简单起见只示出一个)。IC12e有多个从本体12E的周边朝外伸出的引线12F。
在操作中，移动机构70使检查仪的本体1围绕IC12e沿一如图10所示的虚线A移动。首先，移动机构70使本体1停止在从附图中看是水平延伸的一个引线12F之上。然后，CPU15调整玻璃板5与6之间的相对角至零(0°)，如图9(a)所示，并以相反的方向同步旋转玻璃板5和6，由此使激光束沿图9(d)所示的扫描路径A水平地移动。具体地说，激光束经过引线12e的长度，从而使CPU15确定引线12F是否以正确的位置安装在基底11上。
完成了引线12F的右阵列的最下一个的扫描之后，如图10所示，移动机构70将本体1移动至引线12F的下面阵列的最右一个，并将它停止在上面。CPU15调整玻璃板5与6之间的相对角至180°，如图9(c)所示，并以相反的方向同步旋转玻璃板5与6，由此使激光束沿图9(d)所示的扫描路径C垂直移动。具体地说，激光束经过引线12f的长度，从而使CPU15确定是否是将引线12F以一正确的位置安装在基底11上。
图11示出了通过玻璃板5和6保持在180°的相对角的圆形扫描来检查引线12F的情况，用以作为的一个比较的例子。在圆扫描的情况下，如果要检查所有的引线12F就要求激光束沿一Z字形的虚线B移动，这导致增加扫描路径的总的长度，从而降低了检查速度。
尽管为了便于更好地理解本发明而结合较佳实施例描述了本发明，但应予以理解的是，在不脱离本发明原理的情况下，本发明可以多种方式加以实施。因此，应予理解的是，在不脱离如所附权利要求所述的本发明的原理的情况下，本发明的保护范围包括所示实施例以及所示实施例以外的所有可能的实施例及其种种变化。

Claims (14)

1.一种检查仪，它包括：
一激光发射器，发射用于检查若干目标物的激光；
一移动从所述激光发射器发射的激光束的扫描机构，以在一给定扫描范围中扫描诸目标物的一个对象目标，所述扫描机构设计成可以改变激光束的发射方位，以改变扫描范围；以及
一接收从对象目标返回的激光束的激光接收器，以提供被检查目标物的数据；
其特征在于，所述扫描机构包括沿所述激光发射器发射的激光束的光学路径而彼此相邻设置的折射件，并使所述折射件绕一给定旋转轴旋转，所述扫描机构被设计成可以改变折射件之间的相对角。
2.如权利要求1所述的检查仪，其特征在于，这些折射件由平板制成。
3.如权利要求1所述的检查仪，其特征在于，所述扫描机构使折射件沿相同方向绕所述给定旋转轴旋转，以获得激光束的圆形扫描；所述扫描机构在折射件之间保持一给定的相对角，并使折射件旋转，以在扫描范围获得激光束的圆形扫描。
4.如权利要求3所述的检查仪，其特征在于，所述扫描机构包括一角度变化机构，它被设计成可以改变折射件之间的相对角，以改变扫描范围，然后旋转折射件，同时保持该相对角，以在改变的扫描范围中获得激光束的圆形扫描。
5.如权利要求4所述的检查仪，其特征在于，所述角度改变机构改变折射件中的一个的旋转速度，以改变扫描范围。
6.如权利要求4所述的检查仪，其特征在于，还包括一移动机构，它被设计成使检查仪在完成一个目标物的扫描之后从该目标物移动到另一尺寸不同的目标物，所述角度改变机构在检查仪移动过程中改变折射件之间的相对角。
7.如权利要求1所述的检查仪，其特征在于，所述扫描机构可使折射件以相反的方向绕给定旋转轴同速度地旋转，以获得激光束的直线扫描，在该直线扫描中，激光束的一光点沿直线扫描路径移动。
8.如权利要求7所述的检查仪，其特征在于，所述扫描机构包括一角度改变机构，它被设计成可以改变折射件之间的相对角，以改变直线扫描的方位。
9.如权利要求8所述的检查仪，其特征在于，所述角度改变机构改变折射件中的一个的旋转速度，以改变折射件之间的相对角。
10.如权利要求9所述的检查仪，其特征在于，还包括一移动机构，它被设计成可以使检查仪在完成一个目标物的扫描之后从该目标物移动到另一尺寸不同的目标物，所述角度改变机构在检查仪移动过程中改变折射件之间的相对角。
11.如权利要求4所述的检查仪，其特征在于，要检查的诸目标物是电子元件，每一电子元件由一本体和一从本体中伸出的引线制成，所述扫描机构使平板制成的折射件以相同方向绕一给定旋转轴同步地旋转，以当每一电子元件的本体被检查时获得激光束的圆形扫描，所述角度改变机构改变折射件之间的相对角，然后把它保持在180°，以当检查引线时获得线性移动的激光束。
12.如权利要求11所述的检查仪，其特征在于，还包括一移动机构，它被设计成可以使检查仪在完成一个目标物的扫描之后从该目标物移动到另一尺寸不同的目标物，所述角度改变机构在检查仪移动过程中改变折射件之间的相对角。
13.如权利要求8所述的检查仪，其特征在于，要检查的诸目标物是电子元件，每一电子元件均由一本体和一从本体中伸出的引线制成，所述扫描机构使平板制成的折射件以相同方向绕一给定旋转轴同步地旋转，以当每一电子元件的本体被检查时获得激光束的圆形扫描，所述角度改变机构改变折射件之间的相对角，然后使它们以相反的方向以相同速度旋转，同时把折射件之间的相对角保持在一给定值，以当检查引线时使激光束进行直线扫描。
14.如权利要求13所述的检查仪，其特征在于，还包括一移动机构，它被设计成可以使检查仪在完成一个目标物的扫描之后从该目标物移动到另一尺寸不同的目标物，所述角度改变机构在检查仪移动过程中改变折射件之间的相对角。
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