DE102004045742B3

DE102004045742B3 - Verfahren zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen zwei Kameras, Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern

Info

Publication number: DE102004045742B3
Application number: DE102004045742A
Authority: DE
Inventors: Stefan Burger; Karl-Heinz Dr. Besch; Matthias Hedrich; Barbara Hippauf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-09-22

Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen zwei Kameras (40, 60). Diese werden derart zueinander positioniert, dass sich jede Kamera (40, 60) jeweils in dem Gesichtsfeld der anderen Kamera (60, 40) befindet. Eine in einer ersten Kamera (60) angeordnete Markierung (65) wird von der zweiten Kamera (40) erfasst und aus der Position der erfassten Markierung innerhalb des Gesichtsfeldes der zweiten Kamera (40) wird mittels einer Bildauswerteeinheit die relative räumliche Lage zwischen den beiden Kameras (40, 60) ermittelt. In der ersten Kamera (60) kann die Markierung (65) neben einem Sensorchip (61) angeordnet sein oder in den Strahlengang mittels eines Strahlteilers (67) eingeblendet werden. Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit einem Bestückkopf (7), zwei Kameras (40, 60) und einer Auswerteeinheit, mittels welcher die Position der von der Kamera (40) erfassten Markierung (65) innerhalb des Gesichtsfeldes der Kamera (40) bestimmt und daraus die relative Lage zwischen den beiden Kameras (40, 60) abgeleitet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen einer ersten Kamera und einer zweiten Kamera, welche Kameras insbesondere in Bestückautomaten zum präzisen Bestücken von Bauelementeträgern bzw. Leiterplatten mit Bauelementen vorgesehen sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen, welche einen Bestückkopf zum Aufnehmen der Bauelemente aus einer Bauelement-Zuführeinrichtung, zum Transportieren der aufgenommenen Bauelemente hin zu einer Bestückposition und zum Aufsetzen der Bauelemente auf einen in einer Bestückebene angeordneten Bauelementeträger sowie zwei Kameras aufweist. Eine der beiden Kameras ist insbesondere zur Positionsvermessung von durch den Bestückkopf aufgenommenen Bauelementen und die andere Kamera ist insbesondere zur Positionsvermessung des in einen Bestückbereich der Bestückvorrichtung eingebrachten Bauelementeträgers vorgesehen.

Die automatische Bestückung von Bauelementeträgern, welche insbesondere Leiterplatten oder sonstige Arten von im Elektronikbereich verwendete bestückfähige Substrate umfassen, erfolgt üblicherweise in so genannten Bestückautomaten. Dabei werden Bauelemente von einer Bauelement-Zuführeinrichtung hin zu einer Bestückposition transportiert und auf dem Bauelementeträger an einem vorgesehenen Bauelement-Einbauplatz aufgesetzt. Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung von elektronischen Bauelementen beruht ein korrekter Bestückvorgang auf einer präzisen Lagevermessung sowohl von dem aufzusetzenden Bauelement als auch von dem zu bestückenden Bauelementeträger. Dazu werden typischerweise zwei Kamerasysteme verwendet, welche jeweils die räumliche Lage von Bauelementeträger bzw.

Bauelement vermessen. Um die räumliche Beziehung zwischen Bauelementeträger und Bauelement herzustellen, muss auch die relative räumliche Lage zwischen diesen beiden Kamerasystemen genau bekannt sein. Aus diesem Grund ist ein Kalibrierverfahren, bei dem die räumliche Lage zwischen einer ersten Kamera, mittels welcher die Position des Bauelementeträgers erfasst wird, und einer zweiten Kamera, mittels welcher die Lage des aufzusetzenden Bauelements relativ zu dem Bestückkopf erfasst wird, für einen präzisen Bestückvorgang unbedingt erforderlich.

Die Positionen der beiden Kameras innerhalb eines Bestückautomaten sind insbesondere durch Temperaturschwankungen ständigen Änderungen unterworfen. Diese werden beispielsweise durch thermische Ausdehnungen von Halterungen und/oder von den Trägerarmen eines Kamera-Positioniersystems verursacht. Um während des Betriebs eines Bestückautomaten eine konstant hohe Bestückgenauigkeit zu gewährleisten, ist es erforderlich, die relative Lage zwischen einer so genannten Leiterplatten- bzw. Bauelementeträger-Kamera und einer so genannten Bauelemente-Kamera zu vermessen und eine ggf. vorhandene Lageabweichung durch eine entsprechende Ansteuerung des Bestückkopfes zu kompensieren.

Aus der JP 07-162200 A ist ein Verfahren zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zweier Kameras bekannt. Die beiden Kameras werden stirnseitig einender gegenüberliegend derart zueinander positioniert, dass deren Gesichtfelder überlappen. Eine Kalibrierungsmarke wird zwischen die beiden Kameras eingeschwenkt und von beiden Kameras gleichzeitig erfasst. Aus den Positionen der Kalibrierungsmarke in den beiden jeweils aufgenommenen Bildern wird die relative räumliche Lage zwischen beiden Kameras bestimmt.

Aus der EP 829 192 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem während der Erfassung eines Bauelements mittels einer ersten Kamera diese erste Kamera ebenso eine auf einer Referenzplat te befindliche Markierung erfasst und zur gleichen Zeit eine zweite Kamera eine andere Markierung erfasst, welche sich ebenfalls auf der Referenzplatte befindet. Die dabei erhaltenen Bilddaten ermöglichen eine Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen den beiden Kameras.

Aus der DE 102 49 669 B3 ist ebenfalls ein Verfahren zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen zwei Kameras bekannt, wobei ein flächiger Sensor einer ersten Kamera derart beleuchtet wird, dass aufgrund der Umkehrbarkeit der Strahlengänge in der Objektebene ein reelles Zwischenbild des beleuchteten Kamerasensors erzeugt wird. Die beiden Kameras werden derart zueinander angeordnet, dass dieses Zwischenbild mit der zweiten Kamera aufgenommen wird und so der räumliche Zusammenhang zwischen den beiden Kameras bestimmt werden kann. Die Bestimmung der relativen räumlichen Lage durch die Erfassung des Zwischenbildes des Sensors hat jedoch den Nachteil, dass dieses Zwischenbild nur schwer von der zweiten Kamera erfasst werden kann, da ein Sensor üblicherweise eine spiegelnde Oberfläche darstellt und Strukturen auf dem Sensor nur schwer zu erfassen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen zwei Kameras anzugeben, welches Verfahren einfach und zügig durchführbar ist und eine zuverlässige und präzise relative Positionsvermessung von unterschiedlichen Objekten, insbesondere von Bauelemente und Leiterplatte ermöglicht. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen zu schaffen, welche Vorrichtung eine hohe Bestückgenauigkeit ermöglicht.

Die der Erfindung zugrunde liegende verfahrensbezogene Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Erfindungsgemäß werden die beiden Kameras derart zueinander positioniert, dass sich die zweite Kamera in einem ersten Gesichtsfeld der ersten Kamera und die erste Kamera in einem zweiten Gesichtsfeld der zweiten Kamera befindet. Eine Markierung, welche sich innerhalb der ersten Kamera in einem festen räumlichen Abstand relativ zu dem ersten Sensor befindet, wird von der zweiten Kamera erfasst und aus der Position der erfassten Markierung innerhalb des zweiten Gesichtsfeldes wird die relative räumliche Lage zwischen den beiden Kameras bestimmt.

Unter dem Begriff Gesichtsfeld wird in diesem Zusammenhang der dreidimensionale objektseitige Erfassungsbereich einer Kamera verstanden, in dem Objekte mehr oder weniger scharf erfasst werden können.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur relativen Lagevermessung eine innerhalb einer Kamera angeordnete Markierung verwendet werden kann. Die Markierung befindet sich bevorzugt in der Nähe des Kamerasensors, so dass deren relative räumliche Lage zu dem Sensor mit hoher Genauigkeit festgelegt werden kann. Da eine Markierung auf einfache Weise sehr kontrastreich gestaltet werden kann, ist das Zwischenbild der Markierung, welches mittels einer Abbildung über die erste Optik erzeugt wird, zuverlässig erfassbar. Die relative Lagevermessung zwischen den beiden Kameras erfolgt durch die Optiken beider Kameras hindurch, so dass auf vorteilhafte Weise alle optischen Komponenten im optischen Pfad zwischen den beiden Kamerasensoren erfasst und bei der Lagevermessung mit berücksichtigt werden.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass zur Durchführung des Verfahrens keinerlei mechanisch bewegliche Teile erforderlich sind, so dass das Verfahren innerhalb einer kurzen Messzeit verschleißfrei und unanfällig für Verschmutzungen durchgeführt werden kann. Die Erfindung ermöglicht somit eine relative Lagevermessung zwischen beiden Kameras im laufenden Bestückbetrieb. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren während eines Wechsels einer Leiterplatte, bei dem eine bereits fertig bestückte Leiterplatte aus dem Bestückbereich entfernt und eine neue zu bestückende Leiterplatte in dem Bestückbereich eingebracht wird, durchgeführt werden. Auf diese Weise werden keine oder nur sehr kurze Stillstandszeiten verursacht.

Das Verfahren nach Anspruch 2, bei dem während der Lagevermessung die optischen Achsen der beiden Kameras parallel ausgerichtet sind und entweder zumindest annähernd zusammenfallen oder einen definierten Parallelversatz aufweisen, hat den Vorteil, die Markierung auch dann zuverlässig von der zweiten Kamera erfasst werden kann, wenn diese zweite Kamera eine Optik mit einer kleinen numerischen Apertur aufweist. Die für die Kalibrierung relevanten Strahlengänge verlaufen somit relativ nahe zu der optischen Achse der zweiten Kamera, so dass eine besonders hohe Kalibriergenauigkeit erreicht werden kann.

Gemäß Anspruch 3 sind bei der Kalibrierung die beiden Kameras derart voneinander beabstandet, dass die zweite Kamera ein über die erste Optik erzeugtes Zwischenbild der Markierung erfasst.

Gemäß Anspruch 4 sind die beiden Kameras derart zueinander positioniert, dass das durch die erste Optik erzeugte Bild der Markierung in einer Fokusebene der zweiten Kamera liegt. Dies ermöglicht eine scharfe Aufnahme des Zwischenbildes und führt somit insgesamt zu einer hohen Messgenauigkeit.

Gemäß Anspruch 5 wird in das Gesichtsfeld der ersten Kamera ein Abbildungselement gebracht, auf welches die in der ersten Kamera befindliche Markierung projiziert wird. Die Projektion der Markierung wird von der ersten Kamera erfasst und aus der Position der erfassten Projektion innerhalb des ersten Gesichtsfeldes wird die exakte Lage der Markierung relativ zu dem ersten Sensor ermittelt. Durch eine derartige Erfassung der exakten Position der Markierung, bei der sich die erste Kamera quasi selbst vermisst, kann jede Lageveränderung der Markierung relativ zu dem ersten Sensor erfasst werden. Derartige Lageänderungen können beispielsweise durch thermische Ausdehnungen innerhalb der ersten Kamera verursacht werden, da der erste Sensor häufig eine relativ starke Wärmequelle darstellt.

Bevorzugt wird das Abbildungselement in die Fokusebene der ersten Kamera gebracht, so dass ein scharfes Zwischenbild der Markierung erfasst und die relative Lage der Markierung zu dem Sensor mit hoher Genauigkeit überprüft werden kann. Bei einer ggf. vorhandenen Lageänderung der Markierung kann diese für das weitere Kalibrierverfahren entsprechend berücksichtigt werden.

Das Abbildungselement kann ein beliebiges Element mit einer projektionsfähigen Oberfläche sein, beispielsweise eine Leinwand, eine Mattscheibe, ein Spiegel oder ein Retroreflektor.

Die Überwachung der exakten Lage der Markierung relativ zu dem ersten Sensor kann unabhängig von der aktuellen Position der zweiten Kamera durchgeführt werden. Die Überwachung kann also auch dann durchgeführt werden, wenn sich ein Bestückautomat gerade in einem Betriebszustand befindet, bei dem der Raumbereich vor der ersten Kamera gerade nicht von anderen Komponenten des Bestückautomaten belegt ist. Auf diese Weise kann eine Kollision des Abbildungselements mit den anderen Komponenten auf einfache Weise vermieden werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende vorrichtungsbezogene Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen und zum Durchführen des oben genannten Verfahrens umfasst einen Bestückkopf, welcher eingerichtet ist zum Aufnehmen der Bauelemente aus einer Bauelement-Zuführeinrichtung, zum Transportieren der aufgenommenen Bauelemente hin zu einer Bestückposition und zum Aufsetzen der Bauelemente auf einen in einer Bestückebene angeordneten Bauelementeträger. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner eine erste Kamera, welche einen ersten Sensor, eine erste Optik und eine in einem festen räumlichen Abstand relativ zu dem ersten Sensor angeordnete Markierung aufweist, und eine zweite Kamera, welche einen zweiten Sensor und eine zweite Optik aufweist. Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auswerteeinheit, die der zweiten Kamera nachgeschaltet und die zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen den beiden Kameras vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine besonders präzise Lagevermessung zwischen beiden Kameras insbesondere bei einer stabilen mechanischen Kopplung zwischen dem ersten Sensor und der Markierung dadurch erfolgen kann, dass die zweite Kamera die innerhalb der ersten Kamera angeordnete Markierung erfasst.

Gemäß Anspruch 7 ist die Markierung innerhalb der ersten Kamera neben dem ersten Sensor angeordnet. Dies bedeutet, dass die Markierung und der erste Sensor in einer gemeinsamen Ebene liegen, die senkrecht zur ersten optischen Achse orientiert ist. Somit fällt ein durch die erste Optik erzeugtes Zwischenbild der Markierung genau in die Fokusebene der ersten Kamera. Dies erleichtert eine Ausrichtung beider Kameras zueinander, so dass eine Kalibrierung der Koordinatensysteme beider Kameras einfach realisiert werden kann. Die Anordnung der Markierung innerhalb der ersten Kamera hat den Vorteil, dass zur Lagevermessung beider Kameras keinerlei mechanische Teile erforderlich sind.

Gemäß Anspruch 8 weist die erste Kamera zusätzlich einen Strahlteiler auf, welcher auf der optischen Achse der ersten Kamera derart angeordnet ist, dass die Markierung in den Strahlengang zwischen den beiden Kameras eingeblendet werden kann. Das Einblenden der Markierung hat den Vorteil, dass die Markierung in den Strahlengang zwischen den beiden Kameras mittig, d.h. in unmittelbarer Nähe der beiden optischen Achsen eingekoppelt werden kann. Somit kann auch bei einer vergleichsweise kleinen numerischen Apertur der zweiten Kamera die Markierung zuverlässig erfasst werden, da zur Erfassung des Bildes durch die zweite Kamera lediglich Strahlen erforderlich sind, welche weitgehend parallel und nahe zu der zweiten optischen Achse verlaufen.

Die optische Weglänge zwischen der Markierung und dem Strahlteiler kann dabei weitgehend frei gewählt werden. Für den Fall, dass diese gleich der optischen Weglänge zwischen dem ersten Sensor und dem Strahlteiler ist, wird ein Zwischenbild der Markierung genau in der Objektebene der ersten Kamera erzeugt. Die beiden optischen Weglängen können jedoch auch unterschiedlich sein, so dass durch die Wahl des Abstandes zwischen der Markierung und dem Strahlteiler die Ebene, in der das Zwischenbild der Markierung scharf abgebildet wird, frei festgelegt werden kann. Die Einblendung einer Markierung in den Strahlengang hat den Vorteil, dass die Anordnung der Markierung relativ zu dem ersten Sensor, welcher stets eine Wärmequelle darstellt, so gewählt werden kann, dass durch thermische Verzüge verursachte Positionsänderungen der Markierung innerhalb der Kamera so klein sind, dass sie in guter Näherung vernachlässigt werden können.

Gemäß Anspruch 9 ist die erste Kamera eine quasi stationäre Kamera, welche innerhalb der Bestückvorrichtung bezüglich einer X-Richtung und einer dazu senkrechten Y-Richtung in einer festen Position angeordnet ist. Dabei definieren die beiden Richtungen eine X-Y-Ebene, welche parallel zu der Bestückebene orientiert ist. Die quasi stationäre Kamera ist üblicherweise eine sog. Bauelemente-Kamera, welche sowohl zur Positionsvermessung eines von dem Bestückkopf aufgenommenen Bauelements als auch zur Überprüfung eines aufgenommenen Bauelements auf mechanische Beschädigungen vorgesehen ist. Die quasi stationäre Kamera kann mittels eines geeigneten Antriebs senkrecht zu der Bestückebene verschiebbar gelagert sein, so dass die beiden Kameras in einem gewünschten Abstand voneinander zueinander positioniert werden können.

Gemäß Anspruch 10 ist die zweite Kamera, welche bevorzugt zur Positionsvermessung eines Bauelementeträgers vorgesehen ist, direkt oder indirekt an dem Bestückkopf angebracht. Somit ist für diese Kamera keine eigene Positioniervorrichtung zur Bewegung parallel zu der Bestückebene erforderlich.

Gemäß Anspruch 11 kann die Erfindung mittels verschiedener Sensortypen realisiert werden. Bei der Verwendung von zumindest einem Zeilensensor in der zweiten Kamera erfolgt die Positionsvermessung der Markierung durch eine Relativbewegung zwischen beiden Kameras, wobei nacheinander eine Mehrzahl von eindimensionalen "Zeilenbilder" aufgenommen und zu einem zweidimensionalen Bild zusammengesetzt werden. Die Bewegungsrichtung verläuft senkrecht zu der Längsrichtung des Zeilensensors.

Gemäß Anspruch 12 ist in der ersten Kamera zusätzlich eine Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung der Markierung vorgesehen. Die Beleuchtung kann dabei eine Auflichtbeleuchtung und/oder eine Hintergrundbeleuchtung sein, bei der sich die Markierung und ggf. auch der erste Sensor vor einem hellen Hintergrund befinden.

Die Verwendung von zumindest einer telezentrischen Optik gemäß Anspruch 13 hat den Vorteil, dass eine präzise Lateralvermessung auch bei unterschiedlichen Höhenlagen des jeweils zu erfassenden reellen oder virtuellen Objekts möglich ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.

In der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen
1 eine perspektivische Darstellung einer Bestückvorrichtung,
2 die relative Lagevermessung zwischen zwei Kameras mittels einer neben dem Sensor der ersten Kamera angebrachten Markierung und
3 die relative Lagevermessung zwischen zwei Kameras durch die Erfassung einer über einen Strahlteiler eingeblendeten Markierung.
1 zeigt einen Bestückautomaten 1, welcher einen Rahmen 2 aufweist, an dem zwei parallel ausgerichtete Führungen 3 angebracht sind. Die beiden Führungen 3 tragen einen querstehenden Trägerarm 4, welcher selbst eine Führung 5 aufweist, an welchem ein Trägerelement 6 verschiebbar gelagert ist. Die beiden Führungen 3 verlaufen entlang einer Y-Richtung, die Führung 5 verläuft entlang einer X-Richtung. An dem Trägerelement 6 ist ein Bestückkopf 7 angeordnet, welcher zumindest eine als Saugpipette 8 ausgebildete Haltevorrichtung aufweist, die mittels eines nicht dargestellten Antriebs entlang einer zu der X- und zu der Y-Richtung senkrechten Z-Richtung verschiebbar ist.
Der Bestückautomat 1 weist ferner eine Bauelement-Zuführeinrichtung 10 auf, über welche Bauelemente 11 dem Bestückprozess zugeführt werden können. Ferner umfasst der Bestückautomat 1 ein Förderband 21, mit dem eine Leiterplatte 20 in den Bestückbereich eingebracht wird. Der Bestückbereich ist durch eine Bewegung des Bestückkopfes 7 innerhalb der X-Y-Ebene erreichbar.
An dem Trägerelement 6 ist zusätzlich eine sog. Leiterplatten-Kamera 40 befestigt, welche zur Erfassung einer an der Leiterplatte 20 angebrachten Markierung 22 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die genaue Position der in dem Bestückbereich eingebrachten Leiterplatte 20 durch eine Lagevermessung der Markierung 22 innerhalb des Gesichtsfeldes der Leiterplattenkamera 40 bestimmt werden.
Zur Positionsvermessung und zur Bauelementkontrolle ist eine Kamera 60 vorgesehen, welche in dem Bestückautomaten 1 in einer festen Position angeordnet ist. Die Vermessung eines Bauelements erfolgt bevorzugt unmittelbar nach der Aufnahme des Bauelements 11 von der Bauelement-Zuführeinrichtung 10 durch eine entsprechende Positionierung des Bestückkopfes 7 oberhalb der Bauelementekamera 60.
Um eine präzise Bestückung an die auf der Leiterplatte 20 vorgegebenen Bauelement-Einbaupositionen zu gewährleisten, müssen die Koordinatensysteme der beiden Kameras 40 und 60 in einen genauen Bezug zueinander gesetzt werden. Dies erfolgt dadurch, dass bevorzugt während des Einfahrens einer neuen Leiterplatte in den Bestückbereich die an dem Trägerelement 6 befestigte Leiterplatten-Kamera 40 oberhalb der Bauelementekamera 60 positioniert wird. Die relative Lagevermessung zwischen beiden Kameras wird nachfolgend anhand der 2 und der 3 beschrieben.
Wie aus 2 ersichtlich, umfasst die Leiterplattenkamera 40 einen Sensorchip 41 und ein Objektiv 42, welches gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein telezentrisches Objektiv ist. Durch den Sensorchip 41 und das Objektiv 42 wird eine optische Achse 43 der Leiterplattenkamera 40 definiert. Die Bauelementekamera 60 umfasst einen Sensorchip 61 und ein Objektiv 62, welche eine optische Achse 63 definieren. Zur relativen Lagevermessung zwischen den beiden Kameras 40 und 60 wird die Leiterplattenkamera 40 derart oberhalb der Bauelementekamera 60 positioniert, dass die beiden optischen Achsen 43 und 63 zumindest annähernd zusammenfallen.
Seitlich neben dem Sensorchip 61 ist eine Markierung 65 angebracht, welche über das Objektiv 62 auf ein Zwischenbild 65a abgebildet wird. Um dieses Zwischenbild 65a mit einem möglichst hohen Kontrast zu erhalten, ist in der Kamera 60 außerdem eine Beleuchtungseinheit 66 vorgesehen, welche die Markierung 65 mit einem spektral optimierten Beleuchtungslicht beleuchtet, so dass das Zwischenbildes 65a einen guten optischen Kontrast aufweist. Da die Markierung 65 relativ zu dem Sensorchip 61 in einer genau definierten räumlichen Position angeordnet ist, kann durch eine Erfassung des Zwischenbildes 65a durch die Leiterplattenkamera 40 die relative Lage zwischen den beiden Kameras 40 und 60 genau bestimmt werden.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass die Markierung 65 über einen Teilerwürfel 67 in den Strahlengang zwischen Sensorchip 61 und dem Objektiv 62 eingeblendet wird. Das Einblenden hat den Vorteil, dass die Markierung 65 in einem zu der optischen Achse 63 achsnahen Bereich eingekoppelt werden kann, so dass das Zwischenbild der Markierung 65a in der Mitte des Gesichtsfeldes der Leiterplattenkamera 40 liegt. Damit kann für die Leiterplattenkamera 40 eine kleine numerische Apertur gewählt werden, ohne dass sich das Zwischenbild 65a außerhalb des Gesichtsfeldes der Leiterplattenkamera 40 befindet. Eine kleine numerische Apertur hat sich für eine zuverlässige Bauelementerfassung als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Einkopplung der Markierung 65 auch in einen Bereich zwischen dem Objektiv 62 und der Fokusebene der Bauelementekamera 60 möglich ist. In diesem Fall ist zwischen dem Strahlteiler und der Markierung eine weitere Optik zum Erzeugen eines Zwischenbildes der Markierung erforderlich.
Das Einblenden der Markierung 65 hat zudem den Vorteil, dass innerhalb der Bauelementekamera 60 die Markierung 65 von dem Sensorchip 61 derart angeordnet sein kann, dass eine Positionsverschiebung der Markierung 65 relativ zu dem Sensorchip 61 insbesondere infolge von thermischen Ausdehnungen weitgehend verhindert wird.
Zur Überprüfung der exakten relativen Lage zwischen der Markierung 65 und dem Sensorchip 61 kann vor der eigentlichen Lagevermessung eine Leinwand 80 bevorzugt in die Messebene der Bauelementekamera 60 eingebracht werden, auf welche Leinwand 80 die Markierung 65 projiziert wird. Die Projektion der Markierung 65 befindet sich an der selben Stelle wie das Zwischenbild 65a. Durch eine Lagevermessung der projizierten Markierung auf der Leinwand 80 durch die Bauelementekamera 60 kann sich diese hinsichtlich der relativen Beabstandung von der Markierung 65 zu dem Sensorchip 61 quasi selbst kalibrieren. Bei einer Veränderung der Relativlage zwischen Markierung 65 und Sensorchip 61 kann diese veränderte Lage bei der nachfolgenden Vermessung der Relativposition zwischen den beiden Kameras 40 und 60 berücksichtigt und entsprechend kompensiert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Überprüfung der exakten relativen Lage zwischen Markierung und Sensorchip mittels einer Leinwand oder jedem anderen von projektionsfähigen Element auch bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden kann.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht nur mit flächigen Sensorchips 41 und 61 realisiert werden kann. Eine Lagevermessung zwischen den beiden Kameras 40 und 60 kann auch dann durchgeführt werden, wenn der Sensor derjenigen Kamera, welche die Markierung erfasst, ein Zeilensensor ist. In diesem Fall erfolgt die relative Lagevermessung zwischen beiden Kameras nicht durch eine einzige Bildaufnahme der Leiterplattenkamera 40, sondern durch eine Mehrzahl von sequentiell ausgenommenen Bildzeilen, wobei die beiden Kameras relativ zueinander senkrecht zu der Längserstreckung des Zeilensensors bewegt werden.
Die Erfindung kann selbstverständlich auch dann eingesetzt werden, wenn beide Kameras durch jeweils eine eigenen Positioniervorrichtung bewegt werden können. Die Erfindung beruht nämlich lediglich darauf, dass die beiden Kameras relativ zueinander positioniert werden können, wobei es keine Rolle spielt, welche der beiden Kameras beweglich angeordnet ist.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen einer ersten Kamera (60), welche einen ersten Sensor (61) und eine erste Optik (62) aufweist, und einer zweiten Kamera (40), welche einen zweiten Sensor (41) und eine zweite Optik (42) aufweist, bei dem • die beiden Kameras derart zueinander positioniert werden, dass sich die zweite Kamera (40) in einem ersten Gesichtsfeld der ersten Kamera (60) und die erste Kamera (40) in einem zweiten Gesichtsfeld (60) der zweiten Kamera befindet, • eine Markierung (65), welche sich innerhalb der ersten Kamera (60) in einem festen räumlichen Abstand relativ zu dem ersten Sensor (61) befindet, von der zweiten Kamera (40) erfasst wird, und • aus der Position der erfassten Markierung (65) innerhalb des zweiten Gesichtsfeldes die relative räumliche Lage zwischen den beiden Kameras bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die beiden Kameras derart zueinander positioniert werden, dass eine erste optische Achse (63) der ersten Kamera (60) und eine zweite optische Achse (43) der zweiten Kamera (40) • zumindest annähernd zusammenfallen oder • einen definierten Parallelversatz aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die beiden Kameras derart zueinander positioniert werden, dass die zweite Kamera (40) ein von der ersten Optik (62) erzeugtes Zwischenbild (65a) der Markierung (65) erfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die beiden Kameras derart zueinander positioniert werden, dass das durch die erste Optik (62) erzeugte Bild der Markierung (65) zumindest annähernd in einer Fokusebene der zweiten Kamera (40) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem • ein Abbildungselement (80) in das Gesichtsfeld der ersten Kamera (60) gebracht wird, • die Markierung (65) auf das Abbildungselement (80) projiziert wird, • die Projektion der Markierung (65) auf dem Abbildungselement (80) von der ersten Kamera (60) erfasst wird, und • aus der Position der erfassten Projektion innerhalb des ersten Gesichtsfeldes die exakte Lage der Markierung (65) relativ zu dem ersten Sensor (61) überwacht wird.
Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen und zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit • einem Bestückkopf (7), eingerichtet – zum Aufnehmen der Bauelemente (11) aus einer Bauelement-Zuführeinrichtung (10), – zum Transportieren der aufgenommenen Bauelemente (11) hin zu einer Bestückposition und – zum Aufsetzen der Bauelemente (11) auf einen in einer Bestückebene angeordneten Bauelementeträger (20), • einer ersten Kamera (60), insbesondere zur Positionsvermessung von durch den Bestückkopf (7) aufgenommenen Bauelementen (11), welche erste Kamera (60) einen ersten Sensor (61), eine erste Optik (62) und eine Markierung (65) aufweist, die sich in einem festen räumlichen Abstand relativ zu dem ersten Sensor (61) befindet, • einer zweiten Kamera (40), insbesondere zur Positionsvermessung des Bauelementeträgers (20), welche zweite Kamera (40) einen zweiten Sensor (41) und eine zweite Optik (42) aufweist, und • einer Auswerteeinheit, welche zumindest der zweiten Kamera (40) nachgeschaltet ist und welche zur Bestimmung der relativen räumlichen Lage zwischen den beiden Kameras eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Markierung (65) innerhalb der ersten Kamera (60) neben dem ersten Sensor (61) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die erste Kamera (60) zusätzlich einen Strahlteiler (67) aufweist, welcher auf der optischen Achse (63) derart angeordnet ist, dass die Markierung (65) in den Strahlengang zwischen den beiden Kameras eingeblendet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die erste Kamera (60) zumindest parallel zu der Bestückebene in einer festen räumlichen Position angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei der die zweite Kamera (40) an dem einem Bestückkopf (7) angeordnet ist und somit parallel zu der Bestückebene positionierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der der erste Sensor (61) und/oder der zweite Sensor (41) ein zweidimensionaler Flächensensor oder ein eindimensionaler Zeilensensor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei der die erste Kamera (60) zusätzlich eine Beleuchtungseinheit (66) zur Beleuchtung der Markierung (65) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei der die erste Optik (62) und/oder die zweite Optik (42) eine telezentrische Optik ist.