DE102010023187A1

DE102010023187A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Untersuchen von Leiterplatten

Info

Publication number: DE102010023187A1
Application number: DE102010023187A
Authority: DE
Inventors: Victor Romanov; Oleh Yuschuk
Original assignee: DTG International GmbH
Current assignee: ASM Assembly Systems Switzerland GmbH
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-15
Also published as: WO2011154464A2; WO2011154464A9; TW201211558A; WO2011154464A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Untersuchen von Leiterplatten oder Baugruppen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein fingertester mit zumindest einem optischen Testfinger, der eine optische Detektionseinrichtung aufweist. Die optische Detektionseinrichtung ist mit einer Autofokussiereinrichtung versehen, um ein Detektionselement automatisch auf die Oberfläche einer im Prüfbereich angeordneten Leiterplatte zu fokussieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen von Leiterplatten.
Aus der US 2008/0272793 A1 ist ein Fingertester zum Prüfen von unbestückten Leiterplatten mit zumindest zwei Prüffingern bekannt, die jeweils eine Prüfsonde besitzen, wobei oberhalb einer jeden Prüfsonde eine optische Detektionseinrichtung zum optischen Erfassen der Position von zumindest einer Kontaktspitze der Prüfsonde vorhanden ist. Die Detektionseinrichtung weist als Sensorelement ein Kameramodul auf, an dem ein rohrförmiger Tubus befestigt ist. Im Tubus befindet sich eine Objektivlinse zum Fokussieren der Oberfläche einer zu prüfenden Leiterplatte auf das Kameramodul. Am vom Kameramodul entfernten Ende ist am rohrförmigen Tubus ein Spiegel angeordnet, mit welchem das von der Leiterplatte reflektierte Licht zum Kameramodul gelenkt wird. Diese optische Detektionseinrichtung wird zum Detektieren der Position der Prüfspitze der jeweiligen Prüfsonde verwendet. Hierdurch kann eine exakte Positionierung der Prüfspitze erzielt werden.
Die Verwendung einer optischen Detektionseinrichtung zum Überprüfen der Position der Prüfspitzen von Prüfsonden geht auch aus der US 2005/0083038 A1 hervor. In der US 2008/0272792 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine zu untersuchende Leiterplatte optisch abgetastet wird und die hierbei erzeugten Bilder mit CAD-Daten verglichen werden. Hierdurch ist es möglich, Fehler in den CAD-Daten zu korrigieren und einzelne Leiterplattentestpunkte, die in der realen Leiterplatte von den CAD-Daten in der Form und/oder im Typ (Durchgangskontaktierung, Pad-Feld) abweichen, entsprechend richtig zu stellen.
In der EP 1 186 898 B1 ist ein Verfahren zum Prüfen von Leiterplatten beschrieben, bei dem sowohl ein optisches Prüfen als auch ein elektrisches Prüfen von Leiterplattentestpunkten stattfindet. Eng nebeneinander liegende Leiterplattentestpunkte in vorgeschriebenen Abtastbereichen werden optisch auf Kurzschluss und Unterbrechung geprüft. Die übrigen Leiterplattentestpunkte werden elektrisch geprüft.
Aus der EP 1 623 242 B1 geht ein Verfahren zum Test von unbestückten Leiterplatten mittels eines Fingertestes hervor. Die einzelnen Prüffinger weisen Prüfspitzen auf. Anhand des Zeitpunktes und der Position der Prüfspitze beim Kontaktieren der Oberfläche der zu testenden Leiterplatte wird deren Niveau ermittelt. Die weiteren Kontaktierungsvorgänge werden anhand des ermittelten Niveaus angesteuert. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft bei nicht exakt ebenflächigen Leiterplatten, insbesondere bei flexiblen Leiterplatten.
Die Firma CANAON Inc. bietet unter den Handelsbezeichnungen DIGISUPER 27AF, DIGISUPER 86AF und DIGISUPER 100AF Objektive für HDTV-Aufnahmen mit einer Autofokussiereinrichtung, die anhand der Phase eine passive Autofokusierung durchführt („TTL-Secondary Image Registration Phase-detection System; siehe: www:canon.com/bctv/faq/aft.html).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuterte Vorrichtung derart weiterzubilden, dass das Prüfen einer Leiterplatte noch effizienter, insbesondere noch schneller und/oder genauer, erfolgen kann.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs X1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Untersuchen von Leiterplatten umfasst

– einen Prüfbereich, in dem eine zu prüfende Leiterplatte angeordnet werden kann,
– zumindest eine Traverse, die mit Abstand etwa parallel zum Prüfbereich angeordnet ist,
– zumindest einen Schlitten, der entlang der Traverse verfahrbar ist,
– eine optische Detektionseinrichtung, die am Schlitten angeordnet ist,
– eine Dreheinrichtung zum Drehen der optischen Detektionseinrichtung um eine zum Prüfbereich etwas senkrecht stehende Drehachse.

Die Detektionseinrichtung weist ein optisches Detektionselement auf, das an einem Ende eines Tubus angeordnet ist. Am Tubus ist an dem vom Detektionselement entfernten Ende ein Spiegel angeordnet, um Licht von dem Detektionselement zum Prüfbereich oder vom Prüfbereich zum Detektionselement zu lenken, und im Tubus ist zumindest ein optisches Element angeordnet, um das Detektionselement auf die Oberfläche einer im Prüfbereich angeordneten Leiterplatte zu fokussieren.
Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Detektionseinrichtung mit einer Autofokussiereinrichtung versehen ist, um das Detektionselement automatisch auf die Oberfläche einer im Prüfbereich angeordneten Leiterplatte zu fokussieren.
Durch die Verwendung einer Autofokussiereinrichtung kann die Qualität des mit dem optischen Detektionselementes aufgenommen Bildes erheblich gesteigert werden. Hierdurch ist es möglich, die einzelnen Bilder schneller abzutasten und/oder einen größeren Bereich der zu testenden Leiterplatte abzutasten. Dies führt zu einer erheblichen Steigerung der Effizienz des Verfahrens zum Untersuchen von Leiterplatten. Weiterhin können durch das Vorsehen einer Autofokussiereinrichtung auch Leiterplatten zuverlässig optisch abgetastet werden, die nicht exakt ebenflächig sind. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum Testen von bestückten Leiterplatten (= Baugruppen) geeignet. Weiterhin können flexible Leiterplatten, die oftmals eine gewisse Welligkeit besitzen, zuverlässig optisch abgetastet werden, da die Fokussierung automatisch einstellbar ist.
Durch die Verwendung einer Autofokussiereinrichtung wird zumindest der relative Abstand zwischen dem Detektionselement und der abgetasteten Oberfläche zugänglich. Hierdurch kann das Niveau der zu testenden Leiterplatte am abgetasteten Bereich bestimmt werden. Dies erlaubt ähnlich dem aus der EP 1 623 242 B1 bekannten Verfahren das Kontaktieren von Leiterplattentestpunkten mittels Prüffinger nach Maßgabe des anhand der optischen Detektionseinrichtung ermittelten Niveaus anzusteuern. Da mit einer solchen optischen Detektionseinrichtung das Niveau an unterschiedlichen Stellen der Leiterplatte sehr schnell erfasst werden kann, kann ein Modell des Niveauverlaufs der Leiterplatte und/oder der Baugruppe erzeugt werden, das bei der Steuerung der Bewegung der elektrisch kontaktierenden Prüffinger verwendet wird. Dieses Modell kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer Spline-Funktionen dargestellt werden. Die erfindungsgemäße optische Detektionseinrichtung ist auch zum Durchführen der in den US 2008/0272793 A1 , US 2005/0083038 A1 , US 2008/0272792 A1 und der EP 1 186 898 B1 offenbarten Verfahren geeignet.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der alleine oder in Kombination mit dem oben erläuterten Aspekt der Erfindung ausgeführt werden kann, ist die optische Detektionseinrichtung derart an dem Schlitten angeordnet, dass die Drehachse sich in der Nähe des Schwerpunktes der Einheit umfassend die optische Detektionseinrichtung, den Tubus mit dem darin enthaltenen optischen Elementen angeordnet ist. In der Nähe bedeutet, dass der Abstand zwischen der Drehachse und dem Schwerpunkt nicht größer als 10% der gesamten Länge dieser Baueinheit vorzugsweise nicht größer als 5% der gesamten Länge dieser Baueinheit ist. Da die optische Detektionseinrichtung normalerweise das schwerste Element dieser Baueinheit bildet, befindet sich die Drehachse in der Nähe der optischen Detektionseinrichtung oder erstreckt sich sogar durch die optische Detektionseinrichtung hindurch. Da die Masse dieser Baueinheit im Wesentlichen in der optischen Detektionseinrichtung konzentriert ist, ist das gesamte Trägheitsmoment klein, da ein Großteil der Masse sehr nahe and er Drehachse angeordnet ist. Dies bedeutet, dass diese Baueinheit, die im Folgenden als optischer Testfinger bezeichnet wird, sehr schnell und präzise in die gewünschte Position gedreht werden kann.
Vorzugsweise ist dieser optische Testfinger mit einer eigenen Dreheinrichtung versehen, die nur den optischen Testfinger und keinen elektrischen Testfinger zum elektrischen Kontaktieren eines Leiterplattentestpunktes betätigt.
Die Vorrichtung kann mehrere elektrische Testfinger und eine oder mehrere optische Detektionsfinger aufweisen. Vorzugsweise weist sie zwei optische Detektionsfinger auf, wobei jeweils ein optischer Detektionsfinger zum Abtasten einer Seite einer zu testenden Leiterplatte oder Baugruppe angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung nur einen oder mehrere optische Testfinger aufweist. Ein elektrisches Testen der zu testenden Leiterplatte kann dann in einer hiervon unabhängigen Prüfvorrichtung ausgeführt werden.
Die Autofokussiereinrichtung ist vorzugsweise eine aktive Autofokussiereinrichtung, die eine Lichtquelle aufweist, welche Licht aussendet, das auf einen bestimmten Bereich der Leiterplatte gerichtet wird. Dieses Licht wird als Pilotlicht bezeichnet. Das von der Leiterplatte reflektierte Pilotlicht wird vom optischen Element detektiert und in einer Steuereinrichtung ausgewertet. Die Auswertung erfolgt beispielsweise dadurch, dass ein bestimmtes Muster im Bild erkannt wird oder das Bild eine bestimmte optische Eigenschaft, wie z. B. einen vorbestimmten Abstand im Muster (= Triangulation) oder einen vorbestimmten Kontrast, aufweist. Dieser Kontrast kann beispielsweise durch eine Frequenzanalyse, wie z. B. eine Fourier-Analyse, erfolgen, wobei der hervorhebende Kontrast durch einen bestimmten Anteil höhere Frequenzen festgestellt wird.
Es ist auch möglich, bestimmte optische Eigenschaften, wie z. B. Kontrast oder Phase, anhand des Umgebungslichtes zu detektieren. Da hierzu keine Pilotlichtquelle notwendig ist bezeichnet man dies als passive Autofokussierung.
Die Detektionseinrichtung kann eine Lichtquelle zum Ausleuchten eines vorbestimmten Bereichs der Leiterplatte aufweisen. Diese Lichtquelle kann unabhängig von der Autofokussiereinrichtung vorgesehen sein und beispielsweise mittels einer Leuchtiode, die weißes Licht abgibt, ausgebildet sein. Diese Lichtquelle ist vorzugsweise neben dem Detektionselement angeordnet, um mittels eines Strahlteilers in einen sich vom Detektionselement zum Prüfbereich führenden Lichtweg eingekoppelt. Das Detektionselement ist vorzugsweise in geradliniger Verlängerung dieses Lichtweges hinter dem Strahlteiler angeordnet, sodass das Detektionselement etwa 50% des vor dem Strahlteiler vorhandenen Lichtes zugeführt wird. Das Licht der Lichtquelle und evtl. einer weiteren Pilotlichtquelle der Autofokussiereinrichtung wird mittels Spiegel, Prismen oder dergleichen auf den Strahlteiler und von dort durch den Tubus auf einen weiteren Spiegel gelenkt, von dem die Lichtstrahlen auf eine zu testenden Leiterplatte bzw. Baugruppe gelenkt werden.
Vorzugsweise sind das optische Detektionselement, die Pilotlichtquelle und die Beleuchtungslichtquelle in einem einzigen Körper integriert, der vorzugsweise ein Kunststoff- bzw. Aluminiumkörper ist.
Der erfindungsgemäße optische Testfinger bzw. die Vorrichtung zum Untersuchen von Leiterplatten mit einem solchen optischen Testfinger kann vorzugsweise so eingesetzt werden, dass während der Bewegung des optischen Testfingers dieser im Fokus gehalten wird, so dass bei Ankunft an der zu untersuchenden Stelle, der optische Testfinger bereits fokussiert ist und die optische Untersuchung ohne Verzögerung durchgeführt werden kann. Das Fokussieren während einer geschlossenen Regelschleife wird vorzugsweise mittels einer geschlossenen Regelschleife ausgeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
1 einen optischen Testfinger zusammen mit einem Teil der Dreheinrichtung in perspektivischer Ansicht,
2 den optischen Testfinger aus 1 in einer Ansicht von Vorne ohne einen Umlenkspiegel,
3 den optischen Testfinger aus 1 in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A gemäß 2 in einer Ansicht von unten,
4 eine Detektionseinrichtung des optischen Testfingers aus 3 in vergrößerter Darstellung,
5 schematisch eine Vorrichtung zum Prüfen einer Leiterplatte mit einem optischen Testfinger, und
6a–6c jeweils ein von einem Detektionselement detektiertes Lichtmuster eines Pilotlichtes.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Untersuchen von Leiterplatten (Prüfvorrichtung 1) kann ein Fingertester 1 (5) sein, der zum elektrischen Kontaktieren eines Prüflings 2 mehrere elektrische Kontaktfinger 3 aufweist. Die Kontaktfinger 3 sind jeweils an einem Schlitten 4 angeordnet, die entlang einer oder mehrerer Traversen 5 verfahrbar sind. Die Traversen 5 überspannen einen Prüfbereich 6, in dem Befestigungselemente 7 zum Befestigen des Prüflings 2 vorgesehen sind. Die Traversen 5 sind etwa parallel zum Prüfbereich 6 angeordnet und können mit einer Verfahreinrichtung versehen sein, sodass sie quer zu ihrer Längsrichtung in einer Ebene parallel zum Prüfbereich 6 verfahren werden können. Es ist auch möglich, dass die Traversen 5 ortsfest angeordnet sind. Dann ist es zweckmäßig, dass an jedem Schlitten 4 eine Dreheinrichtung vorgesehen ist, welche die elektrischen Kontaktfinger um eine zum Prüfbereich 6 etwa senkrecht stehende Drehachse drehen kann, sodass die einzelnen Kontaktfinger einen Bereich neben den Traversen 5 überstreichen können.
Unabhängig von der Bauart des Fingertesters 1 ist eine jede beliebige Stelle des Prüfbereichs 6 mittels eines elektrischen Kontaktfingers 3 kontaktierbar.
Die Schlitten 4 sind vorzugsweise an den Traversen 5 mit hochpräzisen, langzeitstabilen Kugelumlauf-Linearführungen gelagert, die mit Keramikkugeln versehen sein können. Als Antriebsmittel wird vorzugsweise ein Linearmotor verwendet. Dies erlaubt eine extrem schnelle und präzise Bewegung der Schlitten und damit Positionierung der Kontaktfinger 3.
Vorzugsweise ist auch die Drehachse der Dreheinrichtung der elektrischen Kontaktfinger 3 mit einem Präzisionskugellager gelagert.
Anstelle des Präzisionskugellager zum Lagern der Schlitten an den Traversen bzw. zum Lagern der Drehachse der Dreheinrichtung ist es auch möglich diese Elemente mittels eines Luftlagers zu lagern.
Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung 1 weist neben den elektrischen Kontaktfingern 3 auch zumindest einen vorzugsweise mehrere optische Testfinger 8 (1–4) auf.
Der optische Testfinger 8 dient zum optischen Abtasten des Prüflings 2. Er ist genau so wie einer der elektrischen Kontaktfinger 3 mittels einer Dreheinrichtung drehbar an einem der Schlitten 4 angeordnet. Der Schlitten 4 und die Dreheinrichtung des optischen Testfingers 8 sind genau so wie die Schlitten 4 und die Dreheinrichtungen der elektrischen Kontaktfinger 3 ausgebildet.
Der optische Testfinger 8 weist eine optische Detektionseinrichtung 9, einen rohrförmigen Tubus 10 und einen Spiegel 11 auf (3, 4). An einem Ende des Tubus 10 ist die optische Detektionseinrichtung 9 angesetzt. Am anderen Ende des Tubus 10 befindet sich der Spiegel 11. Das Ende des Tubus 10 mit dem Spiegel 11 wird als freies Ende 12 bezeichnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Tubus 10 eine Länge von 370 mm auf. Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, den Tubus 10 mit einer Länge von zumindest 150 mm, insbesondere zumindest 200 mm und vorzugsweise zumindest 300 mm auszubilden. Je länger der Tubus 10 ist, desto größer ist auch der Bereich, der von einem optischen Testfinger 8 abgedeckt werden kann. Jedoch kann der Tubus 10 nicht beliebig lang ausgebildet sein, da ein sehr langer Tubus das Trägheitsmoment bei der Drehung des optischen Testfingers 8 um die vertikal stehende Drehachse erhöht. Weiterhin wird durch einen sehr langen Tubus 10 die Positionierung des freien Endes des Tubus 10 über dem Prüfbereich 6 schwieriger, da geringste Tolleranzen im Drehwinkel der Dreheinrichtung bereits zu großen Ausschlägen am freien Ende des Tubus 10 führen.
Der Tubus 10 ist aus einem oder mehreren Rohrstücken aus Aluminium oder faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Tubus 10 drei Rohrstücke auf, die in Richtung zum freien Ende einen zunehmend kleineren Durchmesser besitzen.
Der Spiegel 11 befindet sich in einer separat vom Tubus 10 ausgebildeten Spiegelhalterung 13, in welcher der Spiegel 11 mit einer Neigung von 40° bis 55° gegenüber der Längsrichtung des Tubus 10 angeordnet ist. In der Spiegelhaltung 13 ist eine Öffnung bzw. Apertur 14 gegenüberliegend zur Spiegelfläche des Spiegels 11 ausgebildet (1). Der Tubus muss nicht exakt parallel zu der zu prüfenden Leiterplatte angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel neigt sich der Tubus 10 mit etwa 5° in Richtung zum freien Ende 12 zur Leiterplatte. Damit die Lichtstrahlen aus dem Tubus etwa im rechten Winkel auf der Leiterplatte auftreffen, beträgt die Neigung des Spiegels 50°.
Benachbart zum Spiegel 11 ist im Tubus 10 ein Mikroskopobjektiv 15 angeordnet. Das Mikroskopobjektiv 15 umfasst mehrere Linsen, die vorzugsweise Kunststofflinsen sind. Dieses Mikroskopobjektiv 15 besitzt eine hohe Brennweite, wodurch eine starke Vergrößerung erzielt wird.
Eine Tubuslinse 16 ist etwa in der Längsmitte des Tubus 10 angeordnet. Mit der Tubuslinse 16 wird ein virtuelles Bild des Mikroskopobjektivs 15 auf ein optisches Detektionselement 17 in der optischen Detektionseinrichtung 9 abgebildet.
Die Tubuslinse 16 kann aus einer oder mehreren einzelnen Linsen bestehen. Die Tubuslinse 16 ist genauso wie das Mikroskopobjektiv 15 vorzugsweise aus Kunststofflinsen ausgebildet, so dass das Gewicht der einzelnen Linsen klein ist.
Eine Längsachse 18 des Tubus 10 stellt die optische Achse zum Mikroskopobjektiv 15, zur Tubuslinse 16 und zum optischen Detektionselement 17 dar. Diese drei Elemente sind somit in geradliniger Flucht zueinander angeordnet.
Die optische Detektionseinrichtung 9 weist einen Grundkörper 19 aus einem leichten Material, wie z. B. Aluminium oder Kunststoff auf. In den Grundkörper 19 ist eine zentrale Tubusbohrung 20 ausgebildet. Der Grundkörper 19 ist derart an den Tubus 10 gekoppelt, dass die Tubusbohrung 20 konzentrisch zur optischen Achse 18 angeordnet ist. Die Tubusbohrung 20 ist eine durchgehende Bohrung. An der vom Tubus 10 entfernten Seite ist in der Tubusbohrung 20 ist das optische Detektionselement 17 angeordnet. Das optische Detektionselement 17 kann ein Bild-Sensor, insbesondere ein CCD-Sensor, oder ein Kameramodul mit einem solchen Bildsensor und weiteren Elektronikbauteilen zur Bildverarbeitung, sein. Das optische Detektionselement 17 ist mit einer Mikroprozessorsteuerung verbunden, die als Einchipsystem oder als Computer ausgebildet sein kann. In der Mikroprozessorsteuerung ist eine Software zur automatischen Bildverarbeitung der vom optischen Detektionselement erzeugten Bilder gespeichert.
An der dem optischen Detektionselement 17 gegenüberliegenden Seite der Tubusbohrung 20 ist am Grundkörper 19 ein Flansch 21 zum Verbinden der optischen Detektionseinrichtung 9 mit dem Tubus 10 ausgebildet. Dieser Flansch 21 bildet den optischen Eingang der optischen Detektionseinrichtung 9.
Quer zur Tubusbohrung 20 und benachbart zum optischen Eingang ist ein optischer Kanal 22 ausgebildet, der einen rechteckförmigen bzw. quadratischen Querschnitt aufweist und sich von einem Randbereich des Grundkörpers 19 bis in die Tubusbohrung 20 hineinerstreckt.
In diesen optischen Kanal 22 mündet eine benachbart zur Tubusbohrung 20 angeordnete Beleuchtungsbohrung 23.
Auf der zur Tubusbohrung 20 gegenüberliegenden Seite der Beleuchtungsbohrung 23 ist eine Pilotlichtbohrung 24 ausgebildet, die auch in den optischen Kanal 22 mündet. Die Pilotlichtbohrung 24, die Beleuchtungsbohrung 23 und die Tubusbohrung 20 sind parallel zueinander angeordnet. Am rückwärtigen Rand des Grundkörpers 19 ist eine rückwärtige Pilotlichtbohrung 25 quer zur optischen Achse 18 eingebracht, die mit einem Ende in der Pilotlichtbohrung 24 mündet. Die rückwärtige Pilotlichtbohrung 24 geht in eine Pilotlichtzuführbohrung 26 mit kleinem Durchmesser über, die im rechten Winkel im Grundkörper 19 bis zu einer Kammer 27 zur Aufnahme einer Pilotlichtquelle 28 geführt ist. Die Pilotlichtquelle ist eine Leuchtdiode oder ein Halbleiterlaser. Die Pilotlichtquelle emittiert vorzugsweise Licht einer bestimmten Farbe. In einem Prototypen wird eine Pilotlichtquelle verwendet, die rotes Licht abgibt.
In dem sich überschneidenden Bereich des optischen Kanals 22 und der Tubusbohrung 20 befindet sich ein Strahlteiler 29 in Form eines eine dreieckige Grundfläche aufweisenden geraden Prismas. Die dreieckige Grundfläche hat die Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit einer Basisseite 39 und zwei Schenkelseiten, wobei die beiden Schenkelseiten einen Winkel von 45° begrenzen. Die Basisseite 39 ist mit einem halbdurchlässigen Spiegel beschichtet. Der halbdurchlässige Spiegel ist bspw. eine dünne Silberschicht. Die Basisseite 39 ist mit einem Winkel von 45° zur optischen Achse 18 und zu einer Längsachse des optischen Kanals 22 angeordnet. Die Anordnung der verspiegelten Basisseite 39 von 45° gegenüber der optischen Achse bewirkt, dass ein Lichtstrahlbündel, das durch den Tubus entlang der optischen Achse 18 gelenkt wird und auf den Strahlteiler trifft, diesen mit 50% seiner Lichtintensität geradlinig durchtritt.
Angrenzend an der Basisseite 39 des Strahlteilers 29 ist ein erstes Einkoppelprisma 30 angeordnet. Das erste Einkoppelprisma ist ein schiefes Prisma mit einer quadratischen Grundfläche, so dass es mit einer Seitenfläche bündig auf der Basisseite 39 des Strahlteilers 29 anliegen kann. Das erste Einkoppelprisma 30 ist mit einer Grundfläche zum optischen Eingang der optischen Detektionseinrichtung 9 und mit der anderen Grundfläche fluchtend zur Beleuchtungsbohrung 23 angeordnet. Die zur Basisseite 39 gegenüberliegende Seitenfläche ist als erste Spiegelfläche 40 ausgebildet. Diese erste Spiegelfläche 40 besteht aus einer dielektrischen Spiegelschicht, die für Licht der Pilotlichtquelle 28 (hier: rotes Licht) transparent ist und für den übrigen Wellenlängenbereich eine gute Reflektionseigenschaft besitzt.
Ein zweites Einkoppelprisma 31 ist parallel zum ersten Einkoppelprisma angeordnet. Das zweite Einkoppelprisma 31 weist die gleiche Form wie das erste Einkoppelprisma 30, wobei das zweite Einkoppelprisma 31 mit einer Seitenfläche bündig auf der ersten Spiegelfläche 40 des ersten Einkoppelprismas 30 aufliegt. Die beiden Einkoppelprismen 30, 31 sind mit ihren Grundflächen jeweils in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Das zweite Einkoppelprisma ist mit einer Grundfläche fluchtend zur Pilotlichtbohrung 24 angeordnet. Die der Spiegelfläche 40 gegenüberliegende Seitenfläche des zweiten Einkoppelprismas 31 ist als zweite Spiegelfläche 41 ausgebildet. Diese zweite Spiegelfläche 41 besteht aus einer Silberschicht, die Licht annähernd vollständig reflektiert.
Die Basisseite 39 mit dem teildurchlässigen Spiegel, die erste Spiegelfläche 40 und die zweite Spiegelfläche 41 sind zueinander parallel angeordnet, so dass sie jeweils in einem Winkel von 45° zur Längsachse des optischen Kanals 22 angeordnet sind.
Der Strahlteiler 29 und die beiden Einkoppelprismen 30, 31 sind jeweils aus einem optisch transparenten Material, insbesondere Glas oder einem transparenten Kunststoff, wie Polycarbonat, ausgebildet.
In der Beleuchtungsbohrung 23 befindet sich eine Lichtquelle 32 und ein Objektiv 33. Die Lichtquelle 32 weist eine weißes Licht abgebende Leuchtiode auf, wobei die Lichtquelle 32 derart angeordnet ist, dass das Licht von der Lichtquelle in Richtung zum ersten Einkoppelprisma 30 abgestrahlt wird. Dieses Licht durchquert das benachbart zum ersten Einkoppelprisma 30 angeordnete Objektiv 33. Das Objektiv 33 bündelt das Licht. An der ersten Spiegelfläche 40 wird das Licht in Richtung zur Basisseite 39 des Strahlteilers 29 reflektiert. Von der Basisseite 39 des Strahlteilers 29 wird 50% der Lichtintensität des Lichtes der Lichtquelle 32 in den Tubus 10 entlang der optischen Achse 18 reflektiert. Dieses Licht dient zum Beleuchten des Prüflings und wird deshalb als Beleuchtungslicht bezeichnet.
Im Bereich der Ecke der Pilotlichtzuführbohrung 26 und im Bereich der Ecke der optischen Detektionseinrichtung 9, an welcher die rückwärtige Pilotbohrung 25 in die Pilotbohrung 24 mündet, ist jeweils ein erster Spiegel 34 und ein zweiter Spiegel 35 angeordnet. Die beiden Spiegel 34, 35 sind derart ausgerichtet, dass Licht von der Lichtquelle 32 durch die Pilotlichtzuführbohrung 26, die rückwärtige Pilotlichtbohrung 25 und die Pilotlichtbohrung 24 zum zweiten Einkoppelprisma 31 gelenkt wird.
Eine Blende 36 ist im Bereich zwischen dem zweiten Spiegel 35 und dem zweiten Einkoppelprisma 31 angeordnet.
Die Blende 36 weist ein Blendenmuster, wie z. B. zwei kreisförmige Blendenöffnungen auf, sodass aus dem einen Lichtstrahlkegel des Pilotlichtes beispielsweise zwei kreisförmige Lichtstrahlbündel geformt werden. Im Rahmen der Erfindung können auch andere Muster und Strukturen in der Blende vorgesehen werden, wie z. B. ein Kreuz, ein Strichmuster oder dergleichen. Das Pilotlicht gelangt von der Blende 36 in das zweite Einkoppelprisma 31. Von einer dem ersten Einkoppelprisma 30 gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des zweiten Einkoppelprismas 31 wird das Licht in Richtung zum Strahlteiler 29 reflektiert und dort an der Grenzfläche zwischen dem Strahlteiler 29 und dem ersten Einkoppelprisma 30 in den Tubus 10 reflektiert.
Die beiden Einkoppelprismen 30, 31 wirken somit mit dem als Prisma ausgebildeten Strahlteiler 29 derartig zusammen, dass das Pilotlicht bzw. das Beleuchtungslicht in den Lichtweg vom optischen Detektionselement 17 zum Spiegel 11 am freien Ende 12 des Tubus 10 eingekoppelt wird. Dieses Licht wird vom Spiegel 11 in Richtung zum Prüfbereich 6 gelenkt.
Diese optische Detektionseinrichtung 9 ist sehr kompakt ausgebildet. Zur kompakten Ausbildung trägt die spezielle Anordnung aus dem Strahlteiler 29, dem ersten Einkoppelprisma 30 und dem zweiten Einkoppelprisma 31 bei, die es erlaubt, die Lichtwege für das zu detektierende Licht zum optischen Detektionselement 17, des Beleuchtungslichtes von der Lichtquelle 32 und des Pilotlichts von der Pilotlichtquelle 28 auf engstem Raum nebeneinander – teilweise sogar sich kreuzend – zu führen und in den Lichtweg durch den Tubus 10 einzukoppeln. Diese kompakte Bauweise ermöglicht auch, dass die optische Detektionseinrichtung 9 sehr leicht ist. Ein funktionierender Prototyp der optischen Detektionseinrichtung 9 weist ein Gewicht von 220 g auf.
Dadurch, dass sich das optische Detektionselement 17 auf der optischen Achse 18 befindet gelangt das aus dem Tubus kommende Licht geradlinig durch den Strahlteiler 29, so dass am Strahlteiler lediglich 50% der Lichtintensität verloren geht. Grundsätzlich wäre es auch möglich, das optische Detektionselement im Bereich des Lichtweges des Pilotlichtes oder des Beleuchtungslichtes anzuordnen. Hier würde jedoch die Lichtintensität am optischen Detektionselement stärker verringert sein.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der optische Testfinger 8 umfassend die optische Detektionseinrichtung 9 und den Tubus 10 mittels einer Schwenkeinrichtung 37 (1) an einem Drehmechanismus 38 eines Schlittens (nicht in 1 gezeigt) befestigt. Die Schwenkeinrichtung 37 dient zum Schwenken des optischen Testfingers 8 um eine zum Prüfbereich 6 parallele Achse, sodass das freie Ende 12 mit unterschiedlichem Abstand zum Prüfbereich 6 angeordnet werden kann. Die Schwenkeinrichtung weist ein Stellelement auf, sodass elektrisch gesteuert der optische Testfinger 8 geschwenkt werden kann.
Im Betrieb wird zunächst mittels der Pilotlichtquelle 28 Pilotlicht erzeugt, das von der Blende 36 geformt wird und auf einen Prüfling 2 gelenkt wird. Das Lichtmuster wird von dem Prüfling 2 reflektiert, wobei ein Teil des reflektierten Lichtes vom Spiegel 11 zur optischen Detektionseinrichtung 9 gelenkt wird und dort vom optischen Detektionselement 17 detektiert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Blende 36 mit zwei kreisförmigen Blendenöffnungen ausgebildet, die zwei Lichtstrahlbündel erzeugen. Der gestreckte Abstand der Pilotlichtquelle 28 vom Strahlteiler 29 liegt ein gutes Stück hinter dem optischen Detektionselement 17. Die Abbildung der Pilotlichtquelle entsteht also nicht auf der Oberfläche des Detektionselementes 17, wodurch die beiden Lichtstrahlbündel zwei separate, unscharfe, kreisförmigen Punkte 42a, 42b (6a–6c) auf der lichtempfindlichen Oberfläche des Detektionselementes 17 erzeugen. Der Mittenabstand zwischen den beiden Lichtpunkten 42a, 42b ist ein unmittelbares Maß für den Abstand des Prüflings 2 von dem Detektionselement 17. 6b zeigt die beiden Lichtpunkte im optimalen Abstand des Prüflings zum Detektionselement 17. Die beiden Lichtpunkte 42a, 42b weisen in 6b einen Mittenabstand von 3 mm auf. In 6a ist der Prüfling gegenüber dem optimalen Abstand um –0,2 mm versetzt, so dass die beiden Lichtpunkte 42a, 42b näher zueinander angeordnet sind. In 6c ist der Prüfling 2 gegenüber dem optimalen Abstand um +0,2 mm versetzt, so dass die beiden Lichtpunkte 42a, 42b weiter voneinader entfernt sind. Da der Abstand der Lichtpunkte 42a, 42b bzgl. deren Mitte bzw. deren Schwerpunkt gemessen wird, ist es nicht notwendig, dass die beiden Lichtpunkte mit einem scharfen Rand auf dem optischen Detektionselement 17 abgebildet werden.
Ein optimaler Abstand ist ein Abstand zwischen der Detektionseinrichtung 9 und dem Prüfling 2, so dass der Prüfling mit dem Beleuchtungslicht der Lichtquelle 32 scharf auf das optische Detektionselement 17 abgebildet wird.
Bei diesem Messverfahren, das einer Triangulation entspricht, ist es wichtig, dass der optische Weg zwischen der Pilotlichtquelle 28, dem Prüfling 2 und dem optischen Detektionselement 17 sich ein gutes Stück von dem optischen Weg von der Lichtquelle 32, zum Prüfling 2 und zum optischen Detektionselement 17 unterscheidet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der optische Weg des Pilotlichtes länger als der des Beleuchtungslichtes. Damit der notwendige Bauraum für die Detektionseinrichtung 9 klein gehalten werden kann, ist der optische Weg des Pilotlichtes an den Spiegeln 24, 25 und an der zweiten Spiegelfläche 41 abgewinkelt.
Der Abstand der Lichtpunkte 42a, 42b ist nicht nur ein Maß für die Abweichung der Position des Prüflings 2 von der optimalen Position, sondern gibt auch die Richtung an, in welche der Prüfling zur optimalen Position bewegt werden muss. Der optische Testfinger 8 kann deshalb gezielt in Richtung zur optimalen Position verschwenkt werden. Dies erlaubt eine sehr schnelle optimale Ausrichtung des Testfingers 8 bzgl. des Prüflings 2. Es hat sich gezeigt, dass der optische Testfinger 8 sogar so schnell justiert werden kann, dass er in einer geschlossenen Regelschleife nachgeführt werden kann. Dies kann bspw. dazu verwendet werden, dass der optische Testfinger beim Bewegen desselben im Fokus gehalten wird, so dass bei der Ankunft an einer zu untersuchenden Stelle ohne Verzögerung mit deren optischer Untersuchung begonnen werden kann.
Somit bildet die Pilotlichtquelle 28, die Blende 36, die optische Detektionseinrichtung 9 und die Schwenkeinrichtung zusammen mit der Mikroprozessorsteuerung eine aktive Autofokussiereinrichtung.
Ist der optische Testfinger 8 optimal positioniert und damit das optische Detektionselement 17 bzgl. der Beleuchtungslichtquelle 32 exakt fokussiert, dann wird die Pilotlichtquelle 28 abgeschaltet und die Lichtquelle 32 zum Erzeugen des Beleuchtungslichtes eingeschaltet. Das Beleuchtungslicht wird in den Tubus eingekoppelt, vom Spiegel 11 auf den Prüfling 2 gelenkt und ein Teil des Beleuchtungslichtes wird vom Spiegel 11 zurück zur optischen Detektionseinrichtung 9 und auf das optische Detektionselement 17 gelenkt. Das optische Detektionselement 17 erzeugt ein Bild des Prüflings. Das Bild ist aufgrund der vorher durchgeführten Autofokussierung sehr scharf und präzise. Mit einem Prototypen wurde ein Zielbereich von 0,5 mm × 0,5 mm des Prüflings mit einer Auflösung von einem Megapixel in Farbe abgetastet. Die Schärfentiefe beträgt etwa 3 μm. Das heißt, die Autofokussierung muss mit einer Toleranz von maximal +/–1,5 μm arbeiten, um korrekte Bilder zu erzeugen. Mit dem Prototypen wurde eine Genauigkeit der Fokussierung von ca. 0,5 μm erzielt.
Das optische Detektionselement 17 des Prototypens erzeugt ein Bild mit 1292×964 Bildpunkten. Beim Fokussieren wird lediglich ein Ausschnitt von z. B. 1292×200 Bildpunkten verwendet. Dieser kleine Bildausschnitt kann schneller als das gesamte Bild verarbeitet werden. Um eine Welligkeit eines Prüflings von +/–20 μm nachzuführen muss der optische Testfinger lediglich um einen Winkel von +/–50 nrad verschwenkt werden.
Der gesamte mechanisch mögliche Schwenkbereich erlaubt eine Abstandsänderung des freien Endes 12 gegenüber der Leiterplatte von +/–0,5 mm. Mit der Autofokussiereinrichtung kann eine maximale Abstandsänderung von etwa +/–0,25 mm bis etwa +/–0,3 mm aufgelöst werden. Eine Abstandsänderung von etwa +/–0,25 mm entspricht einem Schwenkbereich von etwa +/–0,7 mrad. Innerhalb so geringer Winkeländerungen entstehen hierdurch keine die Messungen beeinträchtigenden Verzerrungen.
Mit dem optischen Testfinger 8 können größere Bereiche des Prüflings 2 sehr schnell und sehr exakt optisch abgetastet werden.
Wird der Schwenkwinkel des optischen Testfingers 8 erfasst, so kann durch einfache trigonometrische Umrechnungen der Abstand der abgetasteten Oberfläche zu einem vorbestimmten Bezugspunkt berechnet werden. Hierdurch kann beim optischen Abtasten mit dem optischen Testfinger 8 zusätzlich zu exakten Bildern des Prüflings auch dessen Höhenprofil erfasst werden.
Eine derart abgetastete Leiterplatte oder Baugruppe kann mit den elektrischen Kontaktfingern 3 sehr schnell und zuverlässig kontaktiert werden, da sowohl der Ort, als auch die Form als auch der Typ (Durchkontaktierung oder Pad-Feld) der Leiterplattentestpunkte sowie das Höhenprofil der Leiterplatte aufgrund der erfassten Daten bekannt sind.
Weiterhin kann aufgrund der hohen Auflösung der Bilder bereits eine optische Vorprüfung der Leiterplatte erfolgen, so dass bestimmte Fehler der Leiterplatte optisch erfasst werden. Prinzipiell ist es auch möglich, den optischen Testfinger 8 zum Durchführen einer herkömmlichen rein optischen Überprüfung einer Leiterplatte oder einer Baugruppe zu verwenden. Aufgrund der mit dem hochauflösenden optischen Testfinger (1292×964 Bildpunkte) erzeugten großen Datenmenge pro Farbbild kann es jedoch zweckmäßig sein, lediglich bestimmte Abschnitte der Leiterplatte selektiv zu testen.
Der optische Testfinger 8 ist besonders zum optischen Abtasten von konturierten Prüflingen, wie z. B. flexiblen Leiterplatten, die in einer Prüfrichtung immer etwas wellig angeordnet sind, oder von Baugruppen, geeignet.
Die in 5 gezeigte Vorrichtung ist ein Fingertester, mit mehreren elektrischen Kontaktfingern 3 und einem optischen Testfinger 8. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, eine Prüfvorrichtung mit lediglich einem oder mehreren optischen Testfingern 8 auszustatten, die wie bei einem herkömmlichen Fingertester über einen Prüfling automatisch verfahren werden.
Aufgrund der Präzisen Lagerung des Schlittens und der Dreheinrichtung kann der optische Testfinger sehr schnell und präzise bewegt und insbesondere schnell beschleunigt und verzögert werden.
Die Pilotlichtquelle ist vorzugsweise eine farbige Leuchtdiode, insbesondere eine Leuchtiode, die Licht in der Farbe Rot abstrahlt. Hierdurch ist das Pilotlicht gut erkennbar und unterscheidet sich von dem Beleuchtungslicht. Die Größe des Lichtmusters ist so zu bemessen, dass es unabhängig von den Strukturen des Prüflings ist. Das heißt die einzelnen Elemente des Musters sollten deutlich größer als die Strukturen des Prüflings sein. Anstelle der Detektion von vorbestimmten Formen im Lichtmuster ist es auch möglich andere physikalische Parameter, wie z. B. den Kontrast im Lichtmuster zu detektieren. Wird beispielsweise ein streifenförmiges Lichtmuster erzeugt, dann kann mittels einer Fourier-Analyse die Frequenzverteilung ermittelt werden. Ein großer Anteil hoher Frequenzen bedeutet einen hohen Kontrast. Wird ein bestimmter Anteil hoher Frequenzen detektiert, dann bedeutet dies, dass das Muster auf dem Prüfling einen vorbestimmten hohen Kontrast aufweist und der optische Testfinger 8 exakt fokussiert ist.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird die Fokussierung durch Schwenken des optischen Testfingers 8 eingestellt. Aufgrund der großen Länge des optischen Testfingers gibt es durch Veränderung des Schwenkwinkels kaum Verzerrungen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, anstelle einer Schwenkeinrichtung andere Elemente zum Einstellen der Fokussierung vorzusehen. Beispielsweise kann das optische Detektionselement 17 mit einem Stellelement versehen sein, das die axiale Position des Detektionselementes 17 verändern kann. Hierdurch kann die Länge des optischen Weges zwischen dem optischen Detektionselement 17 und dem Prüfling 2 verändert werden. Anhand der Bewegung des optischen Detektionselementes 17 kann auch die Höhe des Prüflings festgestellt werden.
Die Fokussierung kann auch mittels eines entsprechend einstellbaren Objektives erfolgen. Jedoch ist es zweckmäßig, die verstellbaren Linsen des Objektives möglichst nahe am Grundkörper 19 der optischen Detektionseinrichtung 9 oder in diesem vorzusehen, da der damit verbundene Verstellmechanismus ein erhebliches Gewicht der gesamten optischen Detektionseinrichtung 9 verursacht.
Der Mechanismus der Schwenkeinrichtung ist vorzugsweise ein Motor, der einen Exzenter antreibt, der auf ein Viergelenk mit Festkörpergelenken einwirkt. Ein derartiger Schwenkmechanismus weist ein äußerst geringes Spiel auf und erlaubt eine sehr präzise Einstellung des Schwenkwinkels.
Beim obigen Ausführungsbeispiel ist die Beleuchtungslichtquelle in der optischen Detektionseinrichtung integriert. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich eine separat von der optischen Detektionseinrichtung ausgebildete Beleuchtungseinrichtung zu verwenden. Eine solche Beleuchtungseinrichtung kann bspw. am freien Ende 12 des optischen Testfingers 8 angeordnet sein. Sie ist vorzugsweise als sogenannte Dunkelfeldbeleuchtung ausgebildet, die ein möglichst schattenfreies licht erzeugt, indem bspw. mehrere Lichtquellen kreisförmig um die Öffnung 14 des optischen Testfingers 8 angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Fingertester
2: Prüfling
3: Kontaktfinger
4: Schlitten
5: Traverse
6: Prüfbereich
7: Befestigungselement
8: optischer Testfinger
9: optische Detektionseinrichtung
10: Tubus
11: Spiegel
12: freies Ende
13: Spiegelhalterung
14: Öffnung
15: Mikroskopobjektiv
16: Tubuslinse
17: optisches Detektionselement
18: Längsachse
19: Grundkörper
20: Tubusbohrung
21: Flansch
22: optischer Kanal
23: Beleuchtungsbohrung
24: Pilotlichtbohrung
25: rückwärtige Pilotlichtbohrung
26: Pilotlichtzuführbohrung
27: Kammer
28: Pilotlichtquelle
29: Strahlteiler
30: erstes Einkoppelprisma
31: zweites Einkoppelprisma
32: Lichtquelle
33: Objektiv
34: erster Spiegel
35: zweiter Spiegel
36: Blende
37: Schwenkeinrichtung
38: Dreheinrichtung
39: Basisseite
40: erste Spiegelfläche
41: zweite Spiegelfläche
42a: Lichtpunkt
42b: Lichtpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2008/0272793 A1 [0002, 0013]
US 2005/0083038 A1 [0003, 0013]
US 2008/0272792 A1 [0003, 0013]
EP 1186898 B1 [0004, 0013]
EP 1623242 B1 [0005, 0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

www:canon.com/bctv/faq/aft.html [0006]

Claims

Vorrichtung zum Untersuchen von Leiterplatten, umfassend – einen Prüfbereich (6), in dem eine Prüfling (2) angeordnet werden kann, – zumindest eine Traverse (5), die mit Abstand etwa parallel zum Prüfbereich (6) angeordnet ist, – zumindest einen Schlitten (4), der entlang der Traverse (5) verfahrbar ist, – eine optische Detektionseinrichtung (9), die am Schlitten (4) angeordnet ist, – eine Dreheinrichtung (38) zum Drehen der optischen Detektionseinrichtung (9) um eine zum Prüfbereich (6) etwa senkrecht stehende Drehachse, wobei die optische Detektionseinrichtung (9) ein optisches Detektionselement (17) aufweist, und die optische Detektionseinrichtung (9) an einem Ende eines Tubus (10) angeordnet ist, und am Tubus (10) an dem von der optischen Detektionseinrichtung (9) entfernten Ende ein Spiegel (11) angeordnet ist, um Licht von der optischen Detektionseinrichtung (9) zum Prüfbereich (6) oder vom Prüfbereich (6) zur optischen Detektionseinrichtung (9) zu lenken, und im Tubus (10) zumindest ein optisches Element (15, 16) angeordnet ist, um das optische Detektionselement (17) auf die Oberfläche eines im Prüfbereich (6) angeordneten Prüflings (2) zu fokussieren, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Detektionseinrichtung (9) mit einer Autofokussiereinrichtung versehen ist, um das Detektionselement (17) automatisch auf die Oberfläche eines im Prüfbereich (6) angeordneten Prüflings (2) zu fokussieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Autofokussiereinrichtung eine aktive Autofokussiereinrichtung ist, die eine Pilotlichtquelle (28) aufweist, welche ein Pilotlicht aussendet, das auf einen bestimmten Bereich des Prüflings (2) gerichtet wird, wobei das vom Prüfling (2) reflektierte Pilotlicht vom optischen Detektionselement (17) detektiert und in einem Mikroprozessorsystem ausgewertet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotlichtquelle (28) ein optisches Element, wie z. B. eine Blende oder eine facettierte Linse zugeordnet ist, um mit dem Pilotlicht ein bestimmtes Muster auf dem Prüfling (2) zu erzeugen, wobei das optische Detektionselement (17) korrekt fokussiert ist, wenn das von dem Detektionselement erfasste Bild dieses Muster oder eine andere bestimmte optische Eigenschaft, wie z. B. einen vorbestimmten Abstand im Muster oder einen vorbestimmten Kontrast, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotlichtquelle separat angeordnet ist, wobei das Pilotlicht durch den Tubus (10) hindurch auf einen im Prüfbereich (6) befindlichen Prüfling (2) gelenkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Autofokussiereinrichtung eine passive Autofokussiereinrichtung ist, bei welcher bestimmte optische Eigenschaften des von dem optischen Detektionselementes (17) erfassten Bildes, wie z. B. Kontrast oder Phase, gemessen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fokussieren ein Stellelement, das das optische Detektionselement (17) in seiner Position verstellen kann, und/oder eine Schwenkeinrichtung zum Schwenken der optischen Detektionseinrichtung (9) um eine etwa zum Prüfbereich (6) parallele Achse vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Untersuchen von Leiterplatten, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend – einen Prüfbereich (6), in dem ein Prüfling angeordnet werden kann, – zumindest eine Traverse (5), die mit Abstand etwa parallel zum Prüfbereich (6) angeordnet ist, – zumindest einen Schlitten (4), der entlang der Traverse (5) verfahrbar ist, – eine optische Detektionseinrichtung (9), die am Schlitten (4) angeordnet ist, – eine Dreheinrichtung zum Drehen der optischen Detektionseinrichtung (9) um eine zum Prüfbereich etwa senkrecht stehende Drehachse, wobei die optische Detektionseinrichtung (9) ein optisches Detektionselement (17) aufweist, und die optische Detektionseinrichtung (9) an einem Ende eines Tubus (10) angeordnet ist, und am Tubus (10) an dem von der optischen Detektionseinrichtung (9) entfernten Ende ein Spiegel (11) angeordnet ist, um Licht von der Detektionseinrichtung zum Prüfbereich oder vom Prüfbereich (6) zur Detektionseinrichtung (9) zu lenken, und im Tubus (10) zumindest ein optisches Element (15, 16) angeordnet ist, um das optische Detektionselement (17) auf die Oberfläche eines im Prüfbereich angeordneten Prüflings (2) zu fokussieren, dadurch gekennzeichnet, dass eine drehbare Baueinheit, die zumindest die optische Detektionseinrichtung (9) und den Tubus (10) zusammen mit den darin enthaltenen optischen Elementen umfasst, mit ihrem Schwerpunkt in der Nähe der Drehachse angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der drehbaren Baueinheit und der Drehachse nicht größer als 10% der gesamten Länge der Baueinheit und vorzugsweise nicht größer als 5% der gesamten Länge der Baueinheit ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Detektionseinrichtung (9) eine Lichtquelle (32) aufweist, mit welcher ein vorbestimmter Bereich des Prüflings ausgeleuchtet wird, wobei die Lichtquelle (32) vorzugsweise neben dem optischen Detektionselement (17) angeordnet ist und ein Strahlteiler (29) vorgesehen ist, um das Licht der Lichtquelle (32) in einen von dem optischen Detektionselement (17) zum Prüfbereich (6) führenden Lichtweg einzukoppeln.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (32) eine Leuchtdiode aufweist.
Verfahren zum Untersuchen eines Prüflings, insbesondere von Leiterplatten oder Baugruppen, mittels eines Fingertesters, der mehrere elektrische Kontaktfinger (3) aufweist, um elektrische Kontaktstellen des Prüflings aufeinanderfolgend zu kontaktieren, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird, und mittels der Autofokussiereinrichtung die Höhe des Prüflings an mehreren Stellen erfasst wird und anhand der erfassten Höhen die Bewegung der Kontaktfinger zum Kontaktieren der Kontaktstellen angesteuert wird.
Verfahren zum Untersuchen eines Prüflings, insbesondere nach Anspruch 11, mittels eines Fingertesters, der mehrere elektrische Kontaktfinger (3) aufweist, um elektrische Kontaktstellen des Prüflings aufeinanderfolgend zu kontaktieren, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird, wobei während der Bewegung des optischen Kontaktfingers (8) dieser mittels der Autofokussiereinrichtung bzgl. des Prüflings fokussiert wird.
Verfahren zum Untersuchen eines Prüflings, insbesondere nach Anspruch 11 oder 12, mittels eines Fingertesters, der mehrere elektrische Kontaktfinger (3) aufweist, um elektrische Kontaktstellen des Prüflings aufeinanderfolgend zu kontaktieren, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird, und mittels von der Oberfläche der zu testenden Leiterplatte erfassten Bilder die Position und/oder der Typ und/oder die Art der zu kontaktierenden Leiterplattentestpunkte festgestellt wird.
Verfahren zum Untersuchen eines Prüflings, insbesondere nach einem der Ansprüche 11 bis 13, mittels eines Fingertesters, der mehrere elektrische Kontaktfinger (3) aufweist, um elektrische Kontaktstellen des Prüflings aufeinanderfolgend zu kontaktieren, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird, und zunächst die Oberfläche eines Prüflings optisch abgetastet und geprüft wird, und falls potentielle Fehler festgestellt werden, diese elektrisch getestet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass unbestückte Leiterplatten oder Baugruppen getestet werden.