DE102005043833A1 - Vorrichtung zur Ermittlung der Relativposition zwischen zwei im Wesentlichen flächigen Elementen - Google Patents

Vorrichtung zur Ermittlung der Relativposition zwischen zwei im Wesentlichen flächigen Elementen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Relativposition in der X-Y-Ebene zwischen zwei im Wesentlichen flächigen Elementen, die mit Abstand in Z-Richtung im Wesentlichen übereinander angeordnet sind, mit mindestens einem zwischen den Elementen angeordneten optischen Aufnehmer, mit dem mindestens jeweils zwei Punkte auf den zueinander weisenden Flächen der Elemente aufnehmbar sind, und einer Auswerteeinheit, in der die Bilder der Punkte hinsichtlich ihrer Relativposition in der X-Y-Ebene ausgewertet werden. Dabei weist der optische Aufnehmer mindestens einen Zeilensensor auf, der relativ zu beiden Elementen derart verfahrbar ist, dass die zueinander weisenden Flächen der Elemente zumindest bereichsweise optisch nach Art eines Scanners abtastbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Relativposition in der X-Y-Ebene zwischen zwei im Wesentlichen flächigen Elementen, die mit Abstand in Z-Richtung im Wesentlichen übereinander angeordnet sind, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise verwendet, um in einem Sieb- oder Schablonendrucker, mit dem Leiterplatten oder ähnliche Substrate mit elektrischen Leiterbahnen bedruckt werden, eine möglichst exakte Relativposition zwischen der Schablone und der zu bedruckenden Leiterplatte bzw. dem zu bedruckenden Substrat zu erzielen, damit bei der Bedruckung durch die Schablone hindurch sichergestellt ist, dass das zu druckende Medium, beispielsweise Lotpaste oder Kleber, exakt die jeweiligen auf der Leiterplatte vorgesehenen Anschlusspunkte erreicht. Dabei sind in der Praxis Genauigkeiten kleiner 20 μm und darunter gefordert.
  • Aus der EP 0 469 856 A3 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der zwischen die beiden relativ zu einander positionierenden Elemen te eine Kameraanordnung eingebracht wird, mit der jeweils zwei Referenzpunkte auf den zueinander weisenden Flächen der beiden Elemente ermittelt werden. Über eine Auswerteeinheit, in der die Bilder der Referenzpunkte verglichen werden, werden dann die genauen Positionen der Referenzpunkte in Relation zueinander errechnet und die so erhaltenen Koordinaten als Stellgröße einer Stelleinrichtung zugeführt, die die beiden Elemente in der X-Y-Richtung derart relativ zueinander platziert, dass die Referenzpunkte paarweise jeweils zur Deckung gelangen.
  • Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch, dass zum einen die Referenzpunkte bei jeder neuen Variante bzw. Größe von Leiterplatte bzw. Substrat neu festgelegt werden müssen, so dass die Anlage bei einem Wechsel auf ein neues Leiterplattenmodell „angelernt" bzw. aufwändig einjustiert werden muss, und zum anderen aufgrund der Herstellungstoleranzen bei Substrat bzw. Leiterplatte bei nur wenigen, insbesondere bei lediglich zwei, Referenzpunktpaaren eine ausreichend genaue Deckung von Schablone und Leiterplatte bzw. Substrat nicht sichergestellt ist. Insbesondere aufgrund des sogenannten „Leiterplattenstretchings" ergibt sich regelmäßig ein zu berücksichtender Offset, der für jeden Leiterplattentyp gesondert in Versuchen ermittelt werden muss. Dies erfordert insbesondere eine hohen Überwachungsaufwand und bedingt zudem einen vergleichsweise hohen Ausschuss.
    •
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die bei einfacher Bedienung und einfachem Aufbau eine erhöhte Genauigkeit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Vorrichtung zur Ermittlung der Relativposition in der X-Y-Ebene zwischen zwei im Wesentlichen flächigen Elementen, die mit Abstand in Z-Richtung im Wesentlichen übereinander angeordnet sind, weist in an sich bekannter Weise mindestens einen zwischen den Elementen angeordneten optischen Aufnehmer auf, mit dem mindestens jeweils zwei Punkte auf den zueinander weisenden Flächen der Elemente aufnehmbar sind. Die X-Y-Ebene ist dabei eine Ebene, die jeweils durch die beiden Elemente gebildet wird, bzw. eine Ebene, die dazu parallel verläuft. Die Z-Richtung ist die Achse, die senkrecht zu den durch die Elemente gebildeten Ebenen und damit senkrecht zur X-Y-Ebene verläuft.
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik weist der optische Aufnehmer mindestens einen Zeilensensor auf, der relativ zu beiden Elementen derart verfahrbar ist, dass die zueinander weisenden Flächen der Elemente zumindest bereichsweise optisch nach Art eines Scanners abtastbar sind. Dabei ist der Zeilensensor vorzugsweise als Farbzeilensensor ausgebildet.
  • Dies bedeutet also mit anderen Worten, dass im Gegensatz zum Stand der Technik nicht die relative Position weniger Referenzpunktepaare ermittelt wird, sondern vielmehr unter Herstellung eines Bildes flächige Bereiche der beiden Elemente gescannt werden. Diese Bilder werden dann einer Auswerteeinheit zugeführt und können dort beispielsweise mittels automatischem softwaregesteuerten Bildvergleich hinsichtlich ihrer Relativposition in der X-Y-Ebene verglichen werden, wobei die dabei ermittelten Positionsunterschiede als Stellsignal für eine Positioniereinrichtung für das erste und/oder zweite Element verwendet werden können. Da die tatsächlichen Positionsunterschiede zwischen den Elementen und nicht mehr nur Positionsunterschiede von einzelnen Referenzpunkten ermittelt werden, kann zum einen die Genauigkeit erhöht werden, und zum anderen sind beim Wechsel unterschiedlicher Typen und Varianten von Elementen keine Anlernvorgänge mehr nötig. Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass ein Offset aufgrund Leiterplattenstretchings nicht mehr berücksichtigt werden muss.
  • In grundsätzlich beliebiger Weise kann der Zeilensensor ortsfest angeordnet sein, und die beiden zu scannenden Elemente können am ortsfesten Zeilensensor vorbei geführt werden. Entscheidend dabei ist lediglich eine Relativbewegung zwischen den zu scannenden Elementen und dem Zeilensensor. Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch ist der Zeilensensor an einem Träger angeordnet, der mittels eines Antriebs im Wesentlichen in der X-Y-Ebene zwischen den zu scannenden Elementen bewegbar ist. Dadurch kann auf einfache Weise ein großer Bereich der zueinander weisenden Flächen der Elemente abgetastet werden.
  • Eine weitere Möglichkeit der Vergrößerung des abzutastenden Bereichs ergibt sich nach einem weiteren Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Zeilensensor am Träger beweglich angeordnet ist.
  • Es ist grundsätzlich denkbar, dass lediglich ein Zeilensensor vorgesehen ist, mit dem zunächst der zu scannende Bereich der Fläche des ersten Elementes abgetastet wird. Anschließend wird mit dem selben Zeilensensor der zu scannende Bereich der Fläche des zweiten Elementes abgetastet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass beim Durchfahren des Spaltes zwischen den beiden Elementen zunächst mit dem Zeilensensor das erste Element abgetastet wird, dann der Zeilensensor an seine Träger um im Wesentlichen 180 Grad verschwenkt wird und anschließend beim Rücklauf das zweite Element abgetastet wird. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel jedoch sind mindestens zwei Zeilensensoren vorgesehen, wobei vorzugsweise die mindestens zwei Zeilensensoren derart am Träger angeordnet sind, dass ein erster Zeilensensor zur zugeordneten Fläche des ersten Elementes und ein zweiter Zeilensensor zur zugeordneten Fläche des zweiten Elementes weist, so dass in einem Durchlauf gleichzeitig beide Elemente abgetastet werden können.
  • Die Erfindung betrifft weiter eine Anlage zum Bedrucken von Leiterplatten oder mit elektrischen Leiterbahnen zu versehenden Substraten unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste der beiden Elemente durch eine Schablone und das zweite der beiden Elemente durch die zu bedruckende Leiterplatte bzw. durch das zu bedruckende Substrat gebildet wird.
  • Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Anlage kann die Vorrichtung nach dem Bedrucken der Leiterplatte bzw. des Substrates in der Anlage weiter Verwendung finden, um die Qualität der Bedruckung dadurch zu überprüfen, dass die bedruckte Leiterplatte im Druckbereich gescannt wird und das so erhaltene Bild wiederum in einer Auswerteeinheit mit einem Referenzbild verglichen wird. Dabei kann die Überprüfung erfolgen, während gleichzeitig eine nachfolgende Leiterplatte bedruckt wird. Dadurch kann eine separate nachgeschaltete Prüfvorrichtung entfallen.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel zeigender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 in schematischer Ansicht von oben ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
  • 2 das Ausführungsbeispiel nach 1 in seitlicher Ansicht.
  • Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein lediglich schematisch angedeutetes Grundgestell 1 auf. Über diesem Grundgestell 1 ist auf einer nicht dargestellten Transport- bzw. Haltevorrichtung ein erstes Element 2 in Form einer zu bedruckenden Leiterplatte angeordnet. In Z-Richtung über der Leiterplatte 2 ist ein zweites Element 3 in Form einer Druckschablone angeordnet und dort über eine nicht dargestellte Gestellanordnung gehalten. Dabei weist die Druckschablone das Druckmuster auf, mit dem die Leiterplatte 2 zu bedrucken ist. Zum Bedrucken muss die Druckschablone 3 passgenau an der Leiterplatte 2 zur Anlage gebracht werden, um beim anschließenden Druckvorgang das Muster in exakter Anordnung beispielsweise zu Anschlusspunkten auf die Leiterplatte zu übertragen.
  • Zwischen Leiterplatte 2 und Druckschablone 3 ist ein sich im Wesentlichen in Y-Richtung erstreckender Träger 4 angeordnet, der mittels eines schematisch dargestellten Antriebes 5 in X-Richtung verfahrbar ist. Auf dem Träger 4 ist auf einer Tragplatte 6 jeweils ein oberer und ein unterer Zeilensensor 7 bzw. 8 angeordnet, die mittels des Antriebs 5 und des Trägers 4 in X-Richtung verfahrbar sind. Gleichzeitig ist die Tragplatte 6 auf dem Träger 4 in Y-Richtung verfahrbar, so dass durch die beiden Zeilensensoren 7 bzw. 8 die gesamten zueinander weisenden Flächen der Leiterplatte 2 und der Druckschablone 3 optisch abtastbar sind. Durch Vergleich der durch die beiden Zeilensensoren 7 und 8 aufgenommenen Bilder der korrespondierenden Bereiche von Leiterplatte 2 und Druckschablone 3 in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit lässt sich in einfacher Weise die Relativposition von Leiterplatte und Druckschablone mit hoher Genauigkeit ermitteln.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Ermittlung der Relativposition in der X-Y-Ebene zwischen zwei im Wesentlichen flächigen Elementen, die mit Abstand in Z-Richtung im Wesentlichen übereinander angeordnet sind, mit mindestens einem zwischen den Elementen angeordneten optischen Aufnehmer, mit dem mindestens jeweils zwei Punkte auf den zueinander weisenden Flächen der Elemente aufnehmbar sind, und einer Auswerteeinheit, in der die Bilder der Punkte hinsichtlich ihrer Relativposition in der X-Y-Ebene ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Aufnehmer mindestens einen Zeilensensor (7, 8) aufweist, der relativ zu beiden Elementen (2, 3) derart verfahrbar ist, dass die zueinander weisenden Flächen der Elemente (2, 3) zumindest bereichsweise optisch nach Art eines Scanners abtastbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeilensensor (7, 8) an einem Träger (4) angeordnet ist, der mittels eines Antriebs (5) im Wesentlichen in der X-Y-Ebene zwischen den Elementen (2, 3) bewegbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeilensensor (7, 8) am Träger (4) beweglich angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zeilensensoren (7, 8) vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Zeilensensoren (7, 8) derart am Träger (4) angeordnet sind, dass ein erster Zeilensensor (7) zur zugeordneten Fläche des ersten Elementes (2) und ein zweiter Zeilensensor (8) zur zugeordneten Fläche des zweiten Elementes (3) weist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeilensensor (7, 8) ein Farbzeilensensor ist.
  7. Anlage zum Bedrucken von Leiterplatten oder mit elektrischen Leiterbahnen zu versehenden Substraten unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste der beiden Elemente durch eine Druckschablone (3) und das zweite der beiden Elemente durch die zu bedruckende Leiterplatte (2) bzw. durch das zu bedruckende Substrat gebildet wird.
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