CN1446444A - 光学监控系统中控制发光单元的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一个光学监控系统中的发光单元，尤其是用在进行装配或加工电子元件时，利用闪光脉冲(FI)进行控制，以数字形式存储闪光脉冲的参数，即强度和持续时间。闪光脉冲本身是以这些数字数值为基础，通过脉冲宽度调制而产生。用这种方式就能使某些发光元件和某些机器预定参数的配合和以简单的软件方法来进行改变，而无需手动调节脉冲电路。

Description

光学监控系统中控制发光单元的方法和装置
本发明是关于控制发光单元的方法，每个发光单元至少有一个发光元件，以在一个光学监控系统中，尤其是在加工机器中进行电气和/或电子元件和/或组件定位时，在一个具有预定强度和持续时间的闪光脉冲的请求信号到达时，对发光单元进行控制。此外，本发明阐述了一种实施该方法的装置。
本发明的一个典型应用领域有，例如印刷电路板的自动装配或带有电气元件的其它基片，这里必须将元件的位置规定为相对地对着安放位置。另一个重要的使用情况是用激光束加工电气元件，此时必须将激光束的击中点准确地对准要加工的元件。在这些过程中，为了位置识别要应用所谓的观测-系统，它包括有一个摄象机，例如CCD-摄象机，和一个照明装置。摄象机向由一个闪光脉冲控制的照明装置发出一个请求信号，摄象机就能拍摄一张最佳图象。为了在此时给最佳光学测定产生足够的光线，将在正常情况作为发光元件的二极管用一个电流过驱动，该电流最高可等于额定电流的5倍。
对于传统的设备，发光二极管是经过数字-模拟-转换器控制，此时控制电路是针对各种具体应用情况而设计，此外为了补偿部件散射还必须用微调电位计使其与所应用的二极管匹配。原件的老化也只能考虑通过手动校准。
在US 5 469 294 A中，也已经提到通过相应的控制指令去选择照明强度，这样在一次基本调节之后就不再需要进行机械上的匹配。但是对一台专用机器数值的基本调节，在那里也允许用手去进行单个配合。
本发明的目的，是要提出一种方法和装置去控制开头所说的那类照明单元，这里根本不要求脉冲产生与一台专用机器或与发光元件的具体特性进行机械匹配。
按照本发明，此目标在开头所说的那类方法时这样实现，即将闪光脉冲的强度和持续时间以数字形式规定在一个参数存储器中，并经过一个数据传输线传到一个脉冲发生装置，该装置经过驱动按照强度和持续时间产生闪光脉冲并在请求信号之后发送。
闪光脉冲最好通过一个脉冲宽度调制作为单个脉冲的一个序列产生的，单个脉冲的脉冲/间隔-比确定闪光脉冲的强度。
对于本发明，照明闪光的强度不是按照硬件来确定，而是以数字数值形式存储的。这些存储的数值然后传给脉冲发生装置，优先传给一台以后产生所要求的闪光脉冲的脉冲宽度调制器。脉冲发生装置不是单个地到某个仪器上或某些二极管特性上进行调节，而是能产生与所要求的参数对应的闪光脉冲。这样，也有可能以通过改变所存储参数的简单方式，使闪光脉冲的产生与新的需求匹配。可以通过一个自动校准程序实现与发光元件，即二极管公差的配合，此时要测量光强度，使得当与规定值出现偏差时，能进行一个修正计算并能由此为控制脉冲发生装置获得新参数。这样一个校准测量一般是在投入运行时来做，以便使数值与所应用的发光元件相配。但也可在一定时间间隔之后进行重复，以便例如补偿发光二极管的老化。
如果发光元件，如发光二极管过驱动，则只允许它们在一定的界限内运行。因此在本发明的一种优选的实施形式被设计成，监控发光单元的脉冲/间隔-比在每个闪光脉冲之后预定一个最低-间隔时间以避免发光元件的热损坏。能够规定最低-间隔时间使其与发光元件的性能以及闪光脉冲的强度和持续时间有关。在这个最低-间隔时间内，一个或许要出现的请求信号要受到抑制。
其次，能预先规定用一个持续光强度控制发光单元(代替用闪光脉冲)，该强度最高相当于发光元件的额定值或持久负荷能力。
一种为了实施本发明方法的装置，有一个以数字形式存储闪光脉冲强度和持续时间数值的参数存储器，以及一个脉冲发生装置，在参数存储器中存储的数值经一个数据总线传送给所述脉冲发生装置，此外该脉冲发生装置有一个用于请求信号的输入端，最后还有闪光脉冲-输出端，这些输出端各与一个相应的发光单元连接。
所述装置在一个扩展结构中还有一个带光学测量装置和比较装置的校准装置，它能按照需求和/或在一定时间间隔后，在闪光脉冲的一定参数条件下测量发光单元的光强度，与存储的规定值去比较，并在有偏差时将参数存储器中的数值进行更改。
本发明在下面用一个实施例并利用附图来进一步说明。
图1是按照本发明控制的照明装置的方框图，
图2是示有用闪光脉冲控制发光单元强度的时间曲线，
图3是示有在用不同强度控制发光单元时电流分布的时间曲线。
图1大致示出了在一个光学监控系统中一个照明装置的布置。示出了在其上已布置和要布置元件的一个印刷电路板1，可将它插向不同的侧面并要准确测量其位置，以便精确地将一些元件布置于其上或用激光钻孔、激光结构化或激光微调和类似方法进行加工。为此目的将印刷电路板或其它目标用摄象机2在一定的时刻拍照，此时要测量在印刷电路板1上一些未进一步示出的标记点。为了用摄象机2，例如CCD-摄象机，拍出清晰的图象，要将目标，即印刷电路板1在一定的摄象时间点用闪光脉冲照明。为此目的要用发光单元LE1、LE2和LE3，它们在例子中总是由一定数量的发光二极管LD1和LD3或者只由唯一的发光二极管LD2组成。但也可以设想去应用其它的发光元件。各种发光单元的发光二极管，能例如用于不同波长的光束，以便通过连接发光单元LE1、LE2或LE3产生不同的光效应。但也可以设想用其它发光元件代替发光二极管。
为了进行准确的拍摄，摄象机2经过请求信号f请求一个或数个发光单元LE1至LE3一个闪光脉冲FI。在一个脉冲宽度调制器PWM中单独为每个发光单元而产生闪光脉冲，并各经过一个串联电阻RV传给要涉及的发光单元。经过串联电阻RV确定相应的电流强度；光强度与对应发光二极管对电流的特性值成正比。
在参数存储器PSP中单独为每个发光单元确定各闪光脉冲FI的强度和间隔持续时间，更确切地说要用相当于当时所希望的光强度LI去照射目标。这样，在参数存储器PSP中为发光单元LE1确定了光强度LI11、LI12...至LI1n，为发光单元LE2确定了光强度LI21、LI22和至LI2n以及为发光单元LE3确定了所属的光强度LI31、LI32至LI3n等等。对于每个光强度LI，有一个所属的要产生闪光脉冲的脉冲强度PI被存储起来，脉冲强度与发光元件即发光二极管的性能相应。这样，例如脉冲强度PI11与光强度LI11相对应，脉冲强度PI12与光强度LI12相对应和脉冲强度PI3n与光强度LI3n相符合。这种分配对于装置是凭经验确定并存放在参数存储器中。除此之外，给每个闪光脉冲分配一个脉冲持续时间，例如T11、T12等。因为发光元件或发光二极管在当时的闪光脉冲情况被过驱动，它们在每个脉冲之后需要有个一定的冷却时间，这取决于脉冲的强度和持续时间。因此，在参数存储器PSP中还要给每个脉冲参数存储一个最小间隔持续时间PD，将该时间一起传到脉冲宽度调制器PWM并抑制在脉冲间隔持续时间内产生下一个闪光脉冲FI。
经过一个中央控制单元CU，为各发光单元LE1至LE3选择脉冲参数，并经过一个数据总线，例如一个本来存在的PROFIBUS，传给脉冲宽度调制器PWM。如所说那样，在那里，以请求信号f触发各闪光脉冲FI。
如所述，将闪光脉冲的参数存放在对应于所希望的光强度和发光元件特性的参数存储器中。为一定光强度分配的参数，在投入运行时通过校准测量确定，但也可在稍后一段距离或选择之后进行重复，以便例如顾及到发光元件的老化。为此目的，在展示的例子中设置一个由光测量装置3和比较装置4组成的校准装置，用它在由中央控制单元CU控制之后将在选择闪光脉冲PIx时比较实际光强度LI与存储的光强度LIx。如果在比较装置4中确定测量的光强度对存储的光强度LIx有偏差，这会导致修改强度值；代替PIx存储一个数值PIx’并为将来的闪光脉冲所用。
图2是在一个曲线中示出例如闪光脉冲的分布。它表示关于时间t的脉冲强度Int。例如100％的强度表示发光二极管用一个与持续负荷能力相应的持续光强度控制。这样一个在此未表示出的持续照明，能代替闪光照明被调节。按照图2所示，在时间点t1产生一个闪光脉冲F1，它在例子中有个500％的强度PI11，也就是说使发光元件的过驱动为它持续负荷能力的5倍。闪光脉冲本身有个脉冲持续时间T11；之后强度又降回到0％。
由于过驱动之故，发光单元LE就需要一个恢复时间；它通过相应于脉冲强度和脉冲持续时间的最小间隔持续时间来确定。如果例如在此最小间隔持续时间时出现另一个请求信号f，例如在时间点t2，则在脉冲宽度调制器PWM中没有闪光脉冲产生。只有当间隔持续时间PD11过后再出现一个请求信号时，在图2中的时间点t3，才又有个强度PI11和持续时间T11的闪光脉冲产生并传给发光单元。
此外，图2示出调节另一个光强度的可能性，就是在时间点4产生一个强度PI12的闪光脉冲，此脉冲导致一个只有200％的过驱动并且脉冲持续时间例如为T21。相应于该强度和脉冲持续时间，就确定有另外一个最小间隔持续时间PD21。这个转变能通过在参数存储器中的简单选择来进行，而不必改变脉冲宽度调制器PWM或一个其它别的固定接线装置。
图3示出另一个时间曲线中通过脉冲宽度调制器产生脉冲强度。横坐标是时间t，纵坐标是电流强度，电流强度是通过设计二极管电路一次性地确定为一定的数值并且不变，在本例子中为50mA。脉冲宽度调制器PWM用这个一次性调节的电流强度，由于单个脉冲序列的脉冲/间隔-比的改变，产生不同的闪光脉冲强度，单个脉冲以预定强度一起发出闪光脉冲。如果用一个500％的过驱动产生一个闪光脉冲的话，则脉冲宽度调制器PWM产生脉冲宽度为a1和间隔宽度为b1的单个脉冲，而在产生强度为200％时就有了脉冲宽度a2和间隔宽度b2的关系。
总是在相同大小的电流强度时，经脉冲宽度调制器产生的强度和以数字形式在参数存储器PSP存放的脉冲参数，在硬件改动时有可能不改变布线或另外的校准装置，只须改变软件使光强度与新的硬件布置匹配。

Claims (10)

1.控制发光单元(LE1、LE2、LE3)的方法，每个单元至少有一个发光元件(LD1、LD2、LD3)，其目的是在一个光学监控系统中，尤其是在加工机器中进行电气和/或电子元件和/或组件的定位时，在具有预定强度和持续时间的闪光脉冲(FI)的请求信号(f)到达时，对发光单元(LE1、LE2、LE3)进行控制，
其特征在于：
所述强度(PI11、PI12...PI1n)的数值和闪光脉冲(F1)的持续时间(T11、T12...)以数字形式规定在参数存储器(PSP)中，并经过一个数据传输线传到一个脉冲发生装置(PWM)，该装置按照强度和持续时间通过调制产生闪光脉冲(FI)，并在请求信号(f)之后被传送。
2.如权利要求1的方法，
其特征在于，
闪光脉冲(FI)通过一个脉冲宽度调制器作为一个单个脉冲的序列而产生，其脉冲/间隔-比(a1/b1；a2/b2)决定闪光脉冲的强度。
3.如权利要求1或2的方法，
其特征在于：
发光元件(LD1、LD2、LD3)通过闪光脉冲(FI)经历一个相当于数倍发光元件持续负荷允许强度的过驱动，在每个闪光脉冲(FI)之后禁止对参数存储器中规定的最低/间隔持续时间(PD)的控制。
4.如权利要求3的方法，
其特征在于，
对于每个发光单元(LE1、LE2、)，根据发光元件(LD1、LD2、LD3)的类型和特性和/或闪光脉冲(FI)的强度(PI)和持续时间以数字方式确定最小间隔持续时间(PD)。
5.如权利要求1的方法，
其特征在于：
代替闪光脉冲(FI)，而用一个持续光强度来控制发光单元(LE1、LE2、LE3)，所述持续光强度最高相当于发光元件持续负荷能力的。
6.如权利要求1至4之一的方法，
其特征在于：
在一个预先规定的光强度时，通过校准测量求出针对每个发光单元(LE1、LE2、LE3)的闪光脉冲所需的参数值(PI11...)，并将所述参数值(PI11...)存储在参数存储器(PSP)中。
7.如权利要求1至6之一的方法，
其特征在于：
以列表方式确定每个发光单元(LE1、LE2、LE3)对每次确定的闪光脉冲(FI)强度(PI)的最小间隔持续时间(PD)。
8.控制发光单元(LE1、LE2、LE3)的装置，每个发光单元至少有一个发光元件(LD1、LD2、LD3)，其目的是在一个光学监控系统中，尤其是在加工机器中进行电气和/或电子元件和/或组件的定位时，在具有预定强度和持续时间的闪光脉冲(FI)的请求信号(f)到达时，对发光单元(LE1、LE2、LE3)进行控制，按照权利要求1至7之一，
其特征在于：
设置一个参数存储器(PSP)，将闪光脉冲(FI)的强度(PI)和持续时间(PD)的数值以数字形式存储其中，设置一个脉冲发生装置(PWM)，经过一个数据总线(Profibus)将参数存储器(PSP)中存储的数值传给它，此外它有一个用于请求信号(f)的输入端和脉冲输出端，每个输出端与一个发光单元(LE1、LE2、LE3)相连接。
9.如权利要求8的装置，
其特征在于：
发光元件是发光二极管(LD1、LD2、LD3)。
10.如权利要求8或9之一的装置，
其特征在于，
设置一台带有光测量装置(3)和比较装置(4)的校准装置，所述校准装置能按照需要和/或在一定的时间间隔之后，测量在闪光脉冲(FI)的一定参数(PIx)时的发光单元(LE1、LE2、LE3)的光强度并且与所存储的规定值(LIx)进行比较，在有偏差时更改存储器中的数值。
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