DE102011084309A1 - Präzisions-Bildverarbeitungs-Inspektionsverfahren für Lötstopplack-Passgenauigkeit - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Bildverarbeitungs-Inspektionssystems offenbart, um eine Fluoreszenz-Abbildungshöhe zum Erfassen eines Fluoreszenzbildes zum wiederholten Bestimmen des Orts eines Merkmals innerhalb des fluoreszierenden Materials zu bestimmen. Die Höhe eines frei liegenden Werkstücksteils, das außerhalb des fluoreszierenden Materials frei liegt, wird bestimmt (z. B. unter Verwendung eines Höhensensors oder von Autofokus-Arbeitsgängen). Die bestimmte Höhe ist wiederholbar. Der frei liegende Teil weist eine charakteristische Höhe bezüglich des fluoreszierenden Materials und/oder darin liegender Merkmale auf. Die Fluoreszenz-Abbildungshöhe, die innerhalb des fluoreszierenden Materials liegen kann, wird bezüglich der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils bestimmt. Die Fluoreszenz-Abbildungshöhe wird so bestimmt, dass sie die Erkennung des gewünschten, innerhalb des fluoreszierenden Materials liegenden Merkmals in dem sich ergebenden Fluoreszenzbild verbessert. Für eine Vielfalt von Werkstücken sieht das Verfahren automatische Erfassung geeignet scharf gestellter Fluoreszenzbilder zuverlässiger vor als zuvor bekannte Verfahren.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Bildverarbeitungs-Inspektionssysteme und genauer auf Verfahren zum Inspizieren von Werkstücksmerkmalen, die innerhalb fluoreszierenden Materials liegen.
  • Hintergrund
  • Präzisions-Bildverarbeitungs-Inspektionssysteme (oder kurz „Bildverarbeitungssysteme”) können benutzt werden, um präzise Dimensionsmessungen von inspizierten Objekten zu erhalten und verschiedene andere Eigenschaften des Objekts zu inspizieren. Solche Systeme können einen Computer, eine Kamera und ein optisches System sowie eine Präzisionsbühne enthalten, die in vielfachen Richtungen beweglich ist, um der Kamera zu ermöglichen, die Merkmale eines Werkstücks abzutasten, das inspiziert wird. Ein beispielhaftes System nach dem Stand der Technik, das im Handel erhältlich ist, ist die Serie QUICK VISION® PC-basierter Bildverarbeitungssysteme und die Software QVPAK®, die von der in Aurora, IL ansässigen Mitutoyo America Corporation (MAC) erhältlich sind. Die Merkmale und die Betriebsweise der QUICK VISION®-Serie von Bildverarbeitungssystemen und der QVPAK®-Software sind zum Beispiel allgemein beschrieben in der QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine User's Guide (Bedienungsanleitung für die Bildverarbeitungs-Messmaschine QVPAK 3D CNC), herausgegeben im Januar 2003, und der QVPAK 3D CNC Vision Measuring Machine Operation Guide (Betriebsanleitung für die Bildverarbeitungs-Messmaschine QVPAK 3D CNC), herausgegeben im September 1996, von denen jede hierdurch in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen ist. Dieses Produkt, zum Beispiel veranschaulicht durch das Modell QV-302 Pro, ist in der Lage, ein optisches System vom Mikroskoptyp zu verwenden, um Bilder eines Werkstücks bei verschiedenen Vergrößerungen vorzusehen und die Bühne zu bewegen, wie es notwendig ist, um die Werkstückoberfläche über die Grenzen eines beliebigen einzelnen Videobildes hinaus zu überqueren. Ein einzelnes Videobild erfasst typischerweise bei gegebener gewünschter Vergrößerung, Messauflösung und den Beschränkungen der physischen Größe solcher Systeme nur einen Teilbereich des Werkstücks, das beobachtet oder inspiziert wird.
  • Bildverarbeitungs-Inspektionssysteme verwenden im Allgemeinen automatisierte Videoinspektion; das US-Patent Nr. 6,542,180 (das Patent '180) gibt verschiedene Aspekte einer solchen automatisierten Videoinspektion an und ist hier in seiner Gesamtheit durch Verweis aufgenommen. Wie im Patent '180 angegeben, weisen Messgeräte zur automatisierten Videoinspektion im Allgemeinen eine Programmierfähigkeit auf, die es ermöglicht, dass durch den Benutzer für jede einzelne Werkstückanordnung eine Ereignissequenz für die automatische Inspektion festgelegt wird. Dies kann zum Beispiel durch textbasierte Programmierung ausgeführt sein oder über einen Aufzeichnungsmodus, der die Inspektions-Ereignissequenz nacheinander „lernt”, indem er eine Sequenz von Maschinensteueranweisungen speichert, die einer Sequenz von Inspektionsarbeitsgängen entspricht, die durch einen Benutzer mit Hilfe einer grafischen Benutzerschnittstelle durchgeführt werden, oder über eine Kombination beider Verfahren. Ein solcher Aufzeichnungsmodus wird oft als „Lernmodus” oder „Trainingsmodus” bezeichnet. Sobald die Inspektions-Ereignissequenz im „Lernmodus” festgelegt ist, kann eine solche Sequenz dann benutzt werden, um automatisch Bilder eines Werkstücks während des „Laufmodus” zu erfassen (und zusätzlich zu analysieren oder zu inspizieren).
  • Die Maschinensteueranweisungen, welche die spezielle Inspektions-Ereignissequenz enthalten (d. h. wie jedes Bild zu erfassen und jedes erfasste Bild zu analysieren/inspizieren ist), sind im Allgemeinen als „Teilprogramm” oder „Werkstückprogramm” gespeichert, das spezifisch für die spezielle Werkstückanordnung ist. Zum Beispiel legt ein Teilprogramm fest, wie jedes Bild zu erfassen ist, etwa wie die Kamera bezüglich des Werkstücks zu positionieren ist, bei welchem Beleuchtungspegel, bei welcher Vergrößerungsstufe usw. Weiter legt das Teilprogramm fest, wie ein erfasstes Bild zu analysieren/inspizieren ist, zum Beispiel durch Verwenden eines oder mehrerer Video-Tools, wie etwa Kanten-/Begrenzungserkennungs-Video-Tools.
  • Video-Tools (oder kurz „Tools”) und andere grafische Benutzerschnittstellen-Merkmale können manuell benutzt werden, um eine manuelle Inspektion und/oder Maschinensteuerungsvorgänge (im „Handmodus”) auszuführen. Ihre Einstellparameter und der Betrieb können ebenfalls während des Lernmodus aufgezeichnet werden, um Programme für die automatische Inspektion oder „Teilprogramme” zu erstellen. Video-Tools können zum Beispiel Kanten-/Begrenzungserkennungs-Tools, Autofokus-Tools, Form- oder Mustervergleichs-Tools, Dimensionsmess-Tools und dergleichen umfassen.
  • Eine Anwendung für ein Bildverarbeitungs-Inspektionssystem ist die Inspektion einer Leiterplatte, wobei es wünschenswert sein kann, die Passbeziehung zwischen einem Muster in einer Lötstopplackschicht und leitfähigen Merkmalen zu messen, die frei liegen und/oder durch die Löstopplackschicht isoliert sein sollen. Verfahren nach dem Stand der Technik zum Messen der Passgenauigkeit des Lötstopplacks sind weder schnell genug, noch genau genug, noch robust genug, um zuverlässig die Inspektionsanforderungen für die immer kleineren Merkmale zu erfüllen, die bei aktuellen oder künftigen Generationen der Leiterplattentechnik auftreten. Einige Lötstopplacke umfassen fluoreszierendes Material. Einige bekannte Bildverarbeitungs-Inspektionssysteme sind in der Lage zum Abbilden mit Licht, das fluoreszierende Merkmale von Werkstücken nicht zum Fluoreszieren bringt, und mit Licht, das fluoreszierende Merkmale von Werkstücken zum Fluoreszieren bringt. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 5,039,868 (das Patent '868) ein solches Inspektionssystem. Jedoch bezieht sich das Patent '868 allgemein auf Mustererkennung von Merkmalen auf einer Leiterplatte und befasst sich nicht mit Scharfstellvorgängen und Mitteln zum Erzeugen von hoch auflösenden und höchst wiederholbaren Messungen von Orten von Werkstücksmerkmalskanten, die durch eine Lötstopplackschicht verdeckt sind und/oder von zugehörigen Kantenabständen oder dergleichen, die mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 10 μm oder weniger gemessen werden müssen. Verbesserungen bei den Inspektionsverfahren, die sich auf das Orten von Merkmalen beziehen, die frei liegen und/oder durch eine fluoreszierende Materialschicht, wie etwa eine Lötstopplackschicht, isoliert sein sollen, wären wünschenswert.
  • Zusammenfassung
  • Diese Zusammenfassung ist vorgesehen, um eine Auswahl an Konzepten in einer vereinfachten Form einzuführen, die nachstehend in der genauen Beschreibung näher beschrieben sind. Diese Zusammenfassung soll keine Hauptmerkmale des beanspruchten Gegenstands angeben, noch soll sie als Hilfe beim Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
  • Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Bildverarbeitungs-Inspektionssystems geschaffen, um eine zuverlässige und wiederholbare Fluoreszenz-Abbildungshöhe zu bestimmen, wie sie zum Erfassen eines Fluoreszenzbildes zum genauen und wiederholbaren Bestimmen des Orts einer Werkstückkante benutzt werden kann, die innerhalb eines fluoreszierenden Materials (z. B. einer Schicht fluoreszierenden Materials) inspiziert werden soll. In einer Anwendung kann das Verfahren als Teil eines Verfahrens zum Messen einer Passgenauigkeit oder eines Überlappungsmaßes einer Lötstopplackschicht bezüglich eines leitfähigen Elements verwendet werden, das es auf einer Leiterplatte abdeckt.
  • Das Verfahren kann in verschiedenen Ausführungsformen Schritte umfassen, zu denen gehören: (a) Positionieren eines frei liegenden Teils einer Oberfläche des Werkstücks derart, dass seine Höhe durch das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem bestimmt werden kann, wobei der frei liegende Teil nicht durch die Schicht fluoreszierenden Materials abgedeckt ist und eine charakteristische Oberflächenhöhe entlang einer Fokus-Achse bezüglich einer Höhe innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials aufweist; (b) Einrichten des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils; (c) Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils; (d) Bestimmen einer Fluoreszenz-Abbildungshöhe, die zur Fluoreszenz-Abbildung einer Werkstücks-Merkmalskante zu benutzen ist, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt, wobei die Fluoreszenz-Abbildungshöhe in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils bestimmt wird; und Durchführen mindestens eines aus (e) und (f), wobei (e) Speichern der bestimmten Fluoreszenz-Abbildungshöhe in Verbindung mit einem Teilprogramm zur späteren Verwendung beim Erfassen eines Fluoreszenzbildes umfasst, das zum Inspizieren der Werkstücks-Merkmalskante verwendet wird, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt (z. B. stellt die Werkstücks-Merkmalskante eine entsprechende Werkstücks-Merkmalskante dar, die innerhalb einer entsprechenden Schicht fluoreszierenden Materials auf einem entsprechenden Werkstück liegt, das unter Verwendung des Teilprogramms inspiziert wird), und (f) Verwenden der Fluoreszenz-Abbildungshöhe umfasst, die in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils während der Ausführung eines Teilprogramms bestimmt ist, wenn ein Fluoreszenzbild erfasst wird, das zum Inspizieren der Werkstücks-Merkmalskante verwendet wird, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Werkstück ein Muster-Werkstück, und das Verfahren wird in Verbindung mit einem Lern-Betriebsmodus des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems durchgeführt, der benutzt wird, um ein Teilprogramm zu erstellen, das zum Inspizieren von Werkstücken ähnlich dem Muster-Werkstück benutzt werden soll, und das Verfahren umfasst das Durchführen der Schritte (a), (b), (c), (d) und (e). In einigen Ausführungsformen kann das im Lernmodus durchgeführte Verfahren weiter folgende Schritte enthalten: (g) Positionieren der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials im Sichtfeld des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems liegt; (h) Positionieren des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems in der bestimmten Fluoreszenz-Abbildungshöhe; (i) Beleuchten des Sichtfelds unter Verwendung eines Anregungs-Wellenlängenprofils, welches das fluoreszierende Material dazu bringt, zu fluoreszieren und Fluoreszenz-Abbildungslicht abzugeben; (j) Erfassen eines Fluoreszenzbildes des Sichtfeldes unter Verwendung der Fluoreszenz-Abbildungshöhe und dabei Beleuchten des Sichtfeldes unter Verwendung des Anregungs-Wellenlängenprofils; und (k) Bestimmen eines Orts der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt, auf Grundlage eines Orts einer entsprechenden Intensitätsänderung im Fluoreszenzbild. In einigen Ausführungsformen können die Schritte (g), (h), (i) und (j) als Teil des Schritts (d) durchgeführt werden, um die Ergebnisse auszuwerten und eine Vorab-Schätzung der bestimmten Fluoreszenz-Abbildungshöhe zu verfeinern. In einigen Ausführungsformen kann der Schritt (k) auch als Teil des Schritts (d) durchgeführt werden, um Kantenerkennungs-Ergebnisse auszuwerten und in Schritt (d) möglicherweise eine wirksamere Fluoreszenz-Abbildungshöhe zu bestimmen. In anderen Anwendungen können die Schritte (g), (h), (i) und (j) sowie in einigen Fällen (k) einfach durchgeführt werden, um die Wirksamkeit der in Schritt (d) bestimmten Fluoreszenz-Abbildungshöhe auszuwerten und zu bestätigen. In einigen Ausführungsformen des Lernmodus umfasst Schritt (k) das Einrichten der Parameter eines Kantenerkennungs-Video-Tools und das Verwenden dieses Video-Tools, um den Ort der Werkstücks-Merkmalskante an dem Muster-Werkstück zu bestimmen, und das Verfahren umfasst weiter einen Schritt (l), der das Speichern der eingerichteten Parameter des Kantenerkennungs-Video-Tools in Verbindung mit dem Teilprogramm enthält, um sie später zum Bestimmen des Orts der Werkstücks-Merkmalskante in Fluoreszenzbildern von Werkstücken ähnlich dem Muster-Werkstück zu verwenden.
  • In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren in Verbindung mit einem Lauf-Betriebsmodus des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems durchgeführt, indem ein Teilprogramm ausgeführt wird, welches das Inspizieren der Werkstücks-Merkmalskante enthält, die innerhalb des fluoreszierenden Materials auf einem Werkstück liegt, das ähnlich einem Muster-Werkstück ist, welches zum Erstellen des Teilprogramms benutzt wurde, und das Verfahren umfasst das Durchführen der Schritte (a), (b), (c), (d) und (f). In solchen Ausführungsformen kann in Schritt (d) das Bestimmen der für die Fluoreszenz-Abbildung der Werkstücks-Merkmalskante zu verwendende Fluoreszenz-Abbildungshöhe das Abrufen der in Verbindung mit dieser Werkstücks-Merkmalskante im Teilprogramm gespeicherten Fluoreszenz-Abbildungshöheninformation und das Bestimmen der Fluoreszenz-Abbildungshöhe auf Grundlage dieser Information umfassen. Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen die Fluoreszenz-Abbildungshöhe als Versatzmaß in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils während des Lernmodus bestimmt und in dem Teilprogramm gespeichert werden. Dann kann das Versatzmaß während des Laufmodus abgerufen und zu der während des Laufmodus bestimmten Höhe des frei liegenden Teils addiert werden, um die während des Laufmodus benutzte Fluoreszenz-Abbildungshöhe zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen ist die Fluoreszenz-Abbildungshöhe als dieselbe wie die bestimmte Höhe des frei liegenden Teils bestimmt (z. B. fehlt das Versatzmaß oder ist gleich Null).
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das im Laufmodus durchgeführte Verfahren weiter folgende Schritte enthalten: (g) Positionieren der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials im Sichtfeld des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems liegt; (h) Positionieren des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems in der bestimmten Fluoreszenz-Abbildungshöhe; (i) Beleuchten des Sichtfeldes unter Verwendung eines Anregungs-Wellenlängenprofils, welches das fluoreszierende Material dazu bringt, zu fluoreszieren und Fluoreszenz-Abbildungslicht abzugeben; (j) Erfassen eines Fluoreszenzbildes des Sichtfelds unter Verwendung der Fluoreszenz-Abbildungshöhe und dabei Beleuchten des Sichtfeldes unter Verwendung des Anregungs-Wellenlängenprofils; und (k) Bestimmen eines Orts der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt, auf Grundlage eines Orts einer entsprechenden Intensitätsänderung im Fluoreszenzbild. In einigen Laufmodus-Ausführungsformen umfasst Schritt (k) das Konfigurieren eines Kantenerkennungs-Video-Tools des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems gemäß zugehörigen Parametern, die in dem Teilprogramm gespeichert sind, und Verwenden dieses Kantenerkennungs-Video-Tools, um den Ort der Werkstücks-Merkmalskante in dem Fluoreszenzbild zu bestimmen.
  • In einigen Ausführungsformen, die das Durchführen des Schritts (k) enthalten, kann das Verfahren weiter umfassen: Schritt (m) Bestimmen des Orts einer Kante der Schicht fluoreszierenden Materials; und (n) Bestimmen eines Maßes einer Maßbeziehung zwischen dem Ort der Kante der Schicht fluoreszierenden Materials und dem Ort der Werkstücks-Merkmalskante, die unter der Schicht fluoreszierenden Materials verborgen ist. In einigen solcher Ausführungsformen kann die Kante der Schicht fluoreszierenden Materials vorteilhaft eine Kante angrenzend an den frei liegenden Teil sein, und ein Bild dieser Kante kann unter Verwendung der ersten, in Schritt (b) erstellten Einrichtung des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems vorgesehen sein, und die Kante der Schicht fluoreszierenden Materials kann in diesem Bild bestimmt werden. In anderen solcher Ausführungsformen ist die Kante der Schicht fluoreszierenden Materials vorteilhaft in dem in Schritt (j) erfassten Fluoreszenzbild des Sichtfelds enthalten, und die Kante der Schicht fluoreszierenden Materials kann in diesem Bild bestimmt werden.
  • In einigen Ausführungsformen (z. B., wenn die Kamera des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems empfindlich für eine Wellenlänge des Anregungs-Wellenlängenprofils ist) kann das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem ein Fluoreszenz-Abbildungsfilter umfassen, das mindestens diejenige Wellenlänge eines Anregungs-Wellenlängenprofils blockiert, die als Beleuchtung beim Erfassen eines Fluoreszenzbildes benutzt wird, und mindestens eine Wellenlänge des Fluoreszenz-Abbildungslichts durchlässt, das durch das fluoreszierende Material ausgesendet wird, und in Schritt (j) umfasst das Erfassen des Fluoreszenzbildes die Verwendung des Fluoreszenz-Abbildungsfilters zum Filtern des Bildlichts, das benutzt wird, um das Fluoreszenzbild zu bilden (z. B. durch Einfügen des Fluoreszenz-Abbildungsfilters in den Abbildungspfad). Durch Blockieren des von verschiedenen Oberflächen reflektierten Anregungslichts sind die durch Fluoreszenz beleuchteten Merkmale innerhalb des fluoreszierenden Materials im resultierenden Bild deutlicher zu sehen.
  • Zur besten Genauigkeit und Zuverlässigkeit in bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, eine Ausführungsform des Verfahrens zu verwenden, bei der die Fluoreszenz-Abbildungshöhe so bestimmt ist, dass sie in die Schicht fluoreszierenden Materials fällt, und/oder bei welcher der frei liegende Teil der Oberfläche des Werkstücks eine Oberflächenhöhe aufweist, die innerhalb eines Höhenmaßes der Schicht fluoreszierenden Materials liegt, und/oder der frei liegende Teil der Oberfläche des Werkstücks so gewählt ist, dass er nominell auf derselben Oberflächenhöhe liegt wie eine Oberfläche einer Materialschicht, welche die Werkstücks-Merkmalskante aufweist, die unter dem fluoreszierenden Material verborgen ist, obwohl das Ausführen dieser Besonderheiten nicht in allen Anwendungen möglich oder sogar wünschenswert sein mag.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem einen Oberflächenhöhensensor, umfassend eins aus einem Sensor vom Messtastertyp, einem Sensor vom optischen Triangulationstyp und einem Schärfesignalsensor, und Schritt (a) kann das Positionieren des frei liegenden Teils in einem Arbeitsbereich des Oberflächenhöhensensors umfassen, Schritt (b) kann das Einrichten des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zum Verwenden des Oberflächenhöhensensors zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils umfassen, und Schritt (c) kann das Verwenden des Oberflächenhöhensensors zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen (z. B. wenn kein Höhensensor zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils benutzt wird) kann Schritt (a) das Positionieren des frei liegenden Teils in einem Sichtfeld des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems umfassen, kann Schritt (b) das Einrichten des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems in einer ersten Anordnung zum Vorsehen eines Bildes zumindest des frei liegenden Teils umfassen, und Schritt (c) kann das Bestimmen einer Schärfehöhe des frei liegenden Teils auf Grundlage von Bildern des frei liegenden Teils umfassen, die in verschiedenen Höhen erfasst werden, während sich das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem in der ersten Anordnung befindet, und Verwenden dieser Schärfehöhe als die bestimmte Höhe des frei liegenden Teils.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem eine steuerbare Beleuchtung, die nicht nur das Anregungs-Wellenlängenprofil ausgeben kann, das für die Fluoreszenz-Abbildung benutzt wird, sondern auch ein Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil, welches das Werkstück so beleuchtet, dass das Werkstück primär reflektiertes Bildlicht und eine unbedeutende Menge an Fluoreszenzlicht vorsieht. In einigen Ausführungsformen wird das Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil in der ersten Anordnung zum Abbilden des frei liegenden Teils benutzt. Da jedoch der frei liegende Teil nicht innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt und nicht fluoresziert, kann in anderen Ausführungsformen das Anregungs-Wellenlängenprofil in der ersten Anordnung benutzt werden, um nutzbare Bilder der Oberfläche des frei liegenden Teils vorzusehen.
  • In verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen wird eine Fluoreszenz-Abbildungshöhe, die zum Abbilden von Merkmalen innerhalb eines fluoreszierenden Materials auf Grundlage seines Fluoreszenzlichts benutzt werden soll, in Relation zu der bestimmten Höhe eines nicht fluoreszierenden frei liegenden Teils einer Fläche bestimmt, die auf Grundlage reflektierter Beleuchtung abgebildet wird. Mit anderen Worten, der „frei liegende” Teil der Fläche ist nicht mit einem fluoreszierenden Material abgedeckt. Solche Ausführungsformen ermöglichen verbesserte Zuverlässigkeit, Wiederholbarkeit und/oder Genauigkeit beim Abbilden und Inspizieren von Werkstücksmerkmalen, die innerhalb einer Schicht fluoreszierenden Materials liegen, wie es bei Lötstopplack-Passgenauigkeitsmessungen wünschenswert oder erforderlich sein kann, die immer häufiger Toleranzen in der Größenordnung von um aufweisen, oder bei anderen Anwendungen, die Bildverarbeitungs-basierte Inspektion innerhalb fluoreszierender Materialien enthalten.
  • Beschreibung der Zeichnung
  • Die vorstehenden Aspekte und viele der zugehörigen Vorteile dieser Erfindung werden leichter zu bewerten, wenn diese durch Bezug auf die folgende genaue Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung besser verständlich werden, in der
  • 1 eine Skizze ist, die verschiedene typische Bestandteile eines Allzweck-Präzisions-Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zeigt;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Steuersystemteils und eines Bildgebungskomponententeils des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems von 1 ist;
  • 3 eine Skizze ist, die weitere Einzelheiten von Teilen des Bildgebungskomponententeils des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems von 2 zeigt;
  • 4 eine Draufsicht und eine Schnittansicht von Merkmalen auf einem Muster-Werkstück zeigt, die zu Signalstärkeprofilen entlang einer Abtastlinie durch ein nicht fluoreszierendes Bild der Merkmale und ein Fluoreszenzbild der Merkmale ausgerichtet sind; und
  • die 5A und 5B Flussdiagramme zeigen, die ein Verfahren und eine Routine zum Betreiben eines Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zum Bestimmen einer zuverlässigen und wiederholbaren Fluoreszenz-Abbildungshöhe umreißen.
  • Genaue Beschreibung
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Bildverarbeitungs-Inspektionssystems 10, das gemäß hier beschriebenen Verfahren verwendbar ist. Das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem 10 enthält eine Bildverarbeitungs-Messmaschine 12, die betriebsmäßig zum Austausch von Daten und Steuersignalen mit einem steuernden Computersystem 14 verbunden ist. Das steuernde Computersystem 14 ist weiter betriebsmäßig zum Austausch von Daten und Steuersignalen mit einem Monitor oder Display 16, einem Drucker 18, einem Joystick 22, einer Tastatur 24 und einer Maus 26 verbunden. Der Monitor oder das Display 16 kann eine Benutzerschnittstelle anzeigen, die zum Steuern und/oder Programmieren der Arbeitsgänge des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems 10 geeignet ist.
  • Die Bildverarbeitungs-Messmaschine 12 enthält eine bewegliche Werkstückbühne 32 und ein optisches Abbildungssystem 34, das ein Zoom-Objektiv oder austauschbare Objektive enthalten kann. Das Zoom-Objektiv oder die austauschbaren Objektive sehen im Allgemeinen verschiedene Vergrößerungen für die durch das optische Abbildungssystem 34 vorgesehenen Bilder vor. Das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem 10 ist allgemein vergleichbar mit der Serie QUICK VISION® von Bildverarbeitungssystemen und der Software QVPAK®, die oben beschrieben sind, sowie mit ähnlichen, im Handel erhältlichen Präzisions-Bildverarbeitungs-Inspektionssystemen nach dem Stand der Technik. Das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem 10 ist auch in den gemeinsam zugeteilten US-Patenten Nr. 7,454,053 , 7,324,682 , den US-Patentanmeldungen der Serien-Nummern 12/343,383, eingereicht am 23. Dezember 2008, und 12/608,943, eingereicht am 29. Oktober 2009, beschrieben, die hier jeweils in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen sind.
  • Das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem 10 kann ausgelegt sein zum Abbilden und Messen von Werkstücksmerkmalen, die unter geeignetem Anregungslicht fluoreszieren, sowie zum Abbilden und Messen von Kombinationen von Werkstück-Oberflächenmerkmalen, die nicht fluoreszieren, und Werkstück-Oberflächenmerkmalen, die fluoreszieren, wie nachstehend genauer dargelegt ist.
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystemteils 120 und eines Bildgebungskomponententeils 200 eines Bildverarbeitungs-Inspektionssystems 100. Wie nachstehend genauer beschrieben ist, wird der Steuersystemteil 120 benutzt, um den Bildgebungskomponententeil 200 zu steuern. Der Bildgebungskomponententeil 200 enthält einen optischen Baugruppenteil 205, Lichtquellen 220, 230, 230 und 240 und eine Werkstückbühne 210 mit einem zentralen transparenten Teil 212. Die Werkstückbühne 210 ist entlang der X- und der Y-Achse steuerbar beweglich, die in einer Ebene liegen, die allgemein parallel zur Fläche der Bühne liegt, auf der ein Werkstück 20 positioniert werden kann. Der optische Baugruppenteil 205 enthält ein Kamerasystem 260 und ein austauschbares Objektiv 250 und kann eine Objektivrevolverbaugruppe 280 mit Objektiven 286 und 288 enthalten. Alternativ zur Objektivrevolverbaugruppe kann ein manuell austauschbares vergrößerungsveränderndes Objektiv oder eine Zoom-Objektivanordnung oder dergleichen enthalten sein. Der optische Baugruppenteil 205 ist entlang einer Z-Achse steuerbar beweglich, die allgemein orthogonal zur X- und Y-Achse steht, unter Verwendung eines steuerbaren Motors 294, wie weiter unten beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann ein optionaler Oberflächenhöhensensor 298 in dem optischen Baugruppenteil 205 enthalten oder daran angebracht sein. In einigen Ausführungsformen kann der Oberflächenhöhensensor 298 von anderen Bestandteilen des Sensors des optischen Baugruppenteils 205 getrennt sein. In anderen Ausführungsformen kann er bestimmte Bestandteile mit anderen Systemen gemeinsam haben. Zum Beispiel kann er in einigen Ausführungsformen Licht durch das Objektiv 250 aussenden und/oder empfangen. In jedem Fall kann der Oberflächenhöhensensor 298 so eingerichtet sein, dass er sein schematisch dargestelltes Höhenerfassungsmittel 298 benutzt, um die Höhe des Oberflächenbereichs des Werkstücks 20 entlang der Z-Achse oder Schärferichtung zu bestimmen. In einigen Fällen arbeitet der Oberflächenhöhensensor 298 in Kombination mit dem Z-Achsen-Bewegungssteuersystem, um die Höhe des Oberflächenbereichs zu bestimmen. Der optionale Oberflächenhöhensensor ist genauer nachstehend mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Ein Werkstück 20 oder eine Trägerplatte oder Halterung, die eine Vielzahl von Werkstücken 20 hält, die oder die unter Verwendung des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems 100 abzubilden sind, wird auf die Werkstückbühne 210 gesetzt. Die Werkstückbühne 210 kann so gesteuert werden, dass sie sich bezüglich des optischen Baugruppenteils 205 bewegt, sodass sich das austauschbare Objektiv 250 zwischen Orten auf einem Werkstück 20 und/oder zwischen einer Vielzahl von Werkstücken 20 bewegt. Eins oder mehrere aus einem Bühnenlicht 220, einem ersten Koaxiallicht 230, einem zweiten Koaxiallicht 230 und einem Oberflächenlicht 240 (z. B. einem Ringlicht) können jeweils Quelllicht 222, 232, 232' und/oder 242 aussenden, um das Werkstück oder die Werkstücke 20 zu beleuchten. Die Lichtquellen 230 und 230' können Licht 232 und 232' entlang einem Pfad aussenden, der einen Spiegel 290 enthält, wie genauer mit Bezug auf 3 beschrieben. Das zweite Koaxiallicht 230' kann Quelllicht 232' aussenden, das ein Wellenlängenprofil aufweist, das bestimmte Werkstückmaterialien (z. B. Lötstopplack) zum Fluoreszieren bringt, wie nachstehend genauer beschrieben. Das Quelllicht wird als Werkstücklicht 255 reflektiert oder durchgelassen, oder fluoreszierendes Werkstücklicht 255' wird emittiert, und das zum Abbilden benutzte Werkstücklicht geht durch die austauschbare Objektivlinse 250 und die Objektivrevolverbaugruppe 280 und wird durch das Kamerasystem 260 aufgefangen. Das durch das Kamerasystem 260 erfasste Bild des/der Werkstück(e) 20 wird auf einer Signalleitung 262 an den Steuersystemteil 120 ausgegeben. Die Lichtquellen 220, 230, 230' und 240 können über Signalleitungen oder Busse 221, 231 bzw. 241 mit dem Steuersystemteil 120 verbunden sein. Um die Bildvergrößerung zu ändern, kann der Steuersystemteil 120 über eine Signalleitung oder einen Bus 281 die Objektivrevolverbaugruppe 280 entlang der Achse 284 drehen, um ein Revolverobjektiv zu wählen.
  • In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ist der optische Baugruppenteil 205 in der vertikalen Z-Achsenrichtung bezüglich der Werkstückbühne 210 unter Verwendung eines steuerbaren Motors 294 beweglich, der einen Aktuator, einen Bowdenzug oder dergleichen antreibt, um den optischen Baugruppenteil 205 entlang der Z-Achse zu bewegen, um die Schärfe des durch das Kamerasystem 260 erfassten Bildes des Werkstücks 20 zu verändern. Der Begriff Z-Achse, wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf die Achse, die benutzt werden soll, um das durch den optischen Baugruppenteil 205 erhaltene Bild scharf zu stellen. Der steuerbare Motor 294 ist im Gebrauch mit der Ein-/Ausgabeschnittstelle 130 über eine Signalleitung 296 verbunden.
  • Wie in 2 gezeigt, enthält der Steuersystemteil 120 in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen eine Steuerung 125, die Ein-/Ausgabeschnittstelle 130, einen Speicher 140, einen Werkstückprogramm-Generator und -Ausführungsteil 170 und ein Netzteil 190. Jeder dieser Bestandteile sowie die nachstehend beschriebenen zusätzlichen Bestandteile können über einen oder mehrere Daten-/Steuerbusse und/oder Anwendungsprogrammierungs-Schnittstellen oder über direkte Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen untereinander verbunden sein.
  • Die Ein-/Ausgabeschnittstelle 130 enthält eine Abbildungssteuerungs-Schnittstelle 131, eine Bewegungssteuerungs-Schnittstelle 132, eine Beleuchtungssteuerungs-Schnittstelle 133, eine Objektivsteuerungs-Schnittstelle 134 und eine Höhensensor-Schnittstelle 139 in Ausführungsformen, die den Oberflächenhöhensensor 298 enthalten. Die Bewegungssteuerungs-Schnittstelle 132 kann ein Positionssteuerungselement 132a und ein Geschwindigkeits-/Beschleunigungs-Steuerelement 132b enthalten. Jedoch sollte einzusehen sein, dass in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen solche Elemente zusammengefasst und/oder ununterscheidbar sein können. Die Beleuchtungssteuerungs-Schnittstelle 133 enthält Beleuchtungssteuerungselemente 133a–133n und 133fl, die zum Beispiel die Auswahl, die Leistung, den Ein-/Ausschalter und ggf. die Abtastimpuls-Zeitsteuerung für die verschiedenen entsprechenden Lichtquellen des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems 100 steuern. Das Beleuchtungssteuerungselement 133fl kann die Auswahl, die Leistung, den Ein-/Ausschalter und ggf. die Abtastimpuls-Zeitsteuerung für das zweite Koaxiallicht 230 steuern, das fluoreszierende Werkstückmaterialien anregen kann, Fluoreszenzbildlicht auszusenden. Die Höhensensor-Schnittstelle 139 kann Steuer- und/oder Messsignale mit dem Oberflächenhöhensensor 298 und/oder anderen Elementen über einen Steuer- und Signalbus (nicht gesondert gezeigt) austauschen.
  • Der Speicher 140 enthält einen Bilddatei-Speicherteil 141, einen Werkstückprogramm-Speicherteil 142, der ein oder mehrere Teilprogramme oder dergleichen enthalten kann, und einen Video-Tool-Teil 143. Der Video-Tool-Teil 143 enthält den Tool-Teil 143a und andere ähnliche Tool-Teile (z. B. 143n) und kann in einigen Ausführungsformen ein Fluoreszenzbild-Kantenerkennungs-Tool 143fl enthalten, welche die grafische Benutzerschnittstelle, den Bildverarbeitungsvorgang usw. für jedes der entsprechenden Tools bestimmen. Der Video-Tool-Teil 143 enthält auch einen Untersuchungsbereich-Generator 143x, der automatische, halbautomatische und/oder manuelle Arbeitsgänge unterstützt, die verschiedene Untersuchungsbereiche festlegen, welche in verschiedenen, im Video-Tool-Teil 143 enthaltenen Video-Tools bearbeitet werden können.
  • Allgemein speichert der Speicher-Teil 140 Daten, die benutzbar sind, um den Bildgebungskomponententeil 200 zu betreiben, ein Bild des Werkstücks 20 derart zu gewinnen oder zu erfassen, dass das erfasste Bild des Werkstücks 20 gewünschte Bildeigenschaften aufweist. Der Speicher-Teil 140 kann auch Daten von Inspektionsergebnissen speichern und kann weiter Daten speichern, die benutzbar sind, um das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem 100 zu betreiben, um verschiedene Inspektions- und Messvorgänge an den erfassten Bildern (z. B. teilweise als Video-Tools ausgeführt) entweder manuell oder automatisch durchzuführen und die Ergebnisse über die Ein-/Ausgabeschnittstelle 130 auszugeben. Der Speicher-Teil 140 kann auch Daten enthalten, die eine grafische Benutzerschnittstelle definieren, die über die Ein-/Ausgabeschnittstelle 130 bedienbar ist.
  • Die Signalleitungen oder Busse 221, 231 und 241 des Bühnenlichts 220, der Koaxiallichter 230 und 230 bzw. des Oberflächenlichts 240 sind alle mit der Ein-/Ausgabeschnittstelle 130 verbunden. Die Signalleitung 262 vom Kamerasystem 260 und die Signalleitung 296 vom steuerbaren Motor 294 sind mit der Ein-/Ausgabeschnittstelle 130 verbunden. Außer dass sie Bilddaten trägt, kann die Signalleitung 262 ein Signal von der Steuerung 125 tragen, das die Bilderfassung anstößt.
  • Eine oder mehrere Display-Vorrichtungen (z. B. das Display 16 von 1) und eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 138 (z. B. der Joystick 22, die Tastatur 24 und die Maus 26 von 1) können mit der Ein-/Ausgabeschnittstelle 130 verbunden sein. Die Display-Vorrichtungen 136 und Eingabe-Vorrichtungen 138 können benutzt werden, um eine Benutzerschnittstelle darzustellen, die verschiedene grafische Benutzerschnittstellen-(GUI-)Bestandteile enthalten kann, die benutzbar sind, um Inspektionsarbeitsgänge durchzuführen und/oder Teilprogramme zu erstellen und/oder abzuändern, die durch das Kamerasystem 260 erfassten Bilder darzustellen und/oder den Bildgebungskomponententeil 200 direkt zu steuern.
  • In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen erzeugt ein Benutzer, wenn der Benutzer das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem 100 zum Erstellen eines Teilprogramms für das Werkstück 20 benutzt, Teilprogramm-Anweisungen entweder durch explizites automatisches, halbautomatisches oder manuelles Codieren unter Verwendung einer Werkstück-Programmiersprache und/oder durch Erzeugen der Anweisungen durch Betreiben des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems 100 in einem Lernmodus, um eine gewünschte Bilderfassungs-Trainingssequenz vorzusehen. Zum Beispiel kann eine Trainingssequenz das Positionieren eines Werkstücksmerkmals eines Muster-Werkstücks im Sichtfeld (FOV), das Einstellen von Lichtpegeln, das Scharfstellen oder automatische Scharfstellen, das Erfassen eines Bildes und das Vorsehen einer auf das Bild angewandten Trainingssequenz (z. B. unter Verwendung von Video-Tools) umfassen. Der Lernmodus arbeitet so, dass die Sequenz(en) erfasst oder aufgezeichnet und in entsprechende Teilprogramm-Anweisungen umgewandelt werden. Wenn das Teilprogramm ausgeführt wird, veranlassen diese Anweisungen das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem, die trainierten Bilderfassungs- und Inspektions-Arbeitsgänge nachzuvollziehen, um ein Werkstück oder Werkstücke zu inspizieren, die zu dem Muster-Werkstück passen, das beim Erstellen des Teilprogramms benutzt wurde.
  • Diese Analyse- und Inspektionsverfahren, die verwendet werden, um Merkmale in einem Werkstückbild zu inspizieren, sind typischerweise in verschiedenen Video-Tools verwirklicht, die in dem Video-Tool-Teil 143 des Speichers 140 enthalten sind. Viele bekannte Video-Tools oder kurz „Tools” sind in im Handel erhältlichen Bildverarbeitungs-Inspektionssystemen enthalten, wie etwa der oben beschriebenen Serie QUICK VISION® von Bildverarbeitungssystemen und der zugehörigen Software QVPAK®.
  • Es ist ein besonderes Problem bei Allzweck-Bildverarbeitungs-Inspektionssystemen, Verfahren und Tools vorzusehen, die relativ unausgebildeten Benutzern ermöglichen, solche Systeme mit robusten Inspektionsarbeitsgängen zu programmieren, die zuverlässig genaue Messungen vorsehen. Dies gilt besonders bezüglich Inspektionsmerkmalen, die unter einer fluoreszierenden Beschichtung (z. B. einer Lötstopplackschicht) verborgen sind. Zum Beispiel können solche Beschichtungen lichtdurchlässig sein und/oder können partikelförmige Füllstoffmaterialien enthalten, sodass es automatischen Präzisions-Scharfstellvorgängen nicht gelang, zuverlässig ein auf gewünschte Weise scharf gestelltes Bild vorzusehen (insbesondere bei Merkmalen, die unter oder innerhalb des fluoreszierenden Materials liegen), wenn herkömmliche Beleuchtungs- und Scharfstellverfahren verwendet wurden. Außerdem emittiert das fluoreszierende Material bei der Verwendung von Fluoreszenz-Abbildungstechniken Licht aus seinem gesamten Volumen, sodass es keine genau definierte Schärfehöhe für die aus diesem emittierten Licht erzeugten Bilder gibt. Somit unterstützten Verfahren nach dem Stand der Technik keine genaue und zuverlässige Scharfstellung zur Inspektions-Bilderfassung zum Inspizieren von Merkmalen, die unter einer fluoreszierenden Beschichtung verborgen sind, insbesondere wenn es erwünscht ist, das Verfahren an einem Muster-Werkstück (z. B. während Lernmodus-Arbeitsgängen) zu programmieren und dann zuverlässige Inspektionsergebnisse an ähnlichen Werkstücken zu erhalten, die bedeutenden Fertigungsschwankungen des fluoreszierenden Materials unterworfen sind. Dieses Problem wird insofern weiter verschärft, dass Toleranzen für Lötstopplack-Passfehler und dergleichen ständig schrumpfen, sodass die damit verknüpfte Inspektions-Wiederholbarkeit und Genauigkeit für Merkmale, die innerhalb fluoreszierender Materialien liegen, in einigen Anwendungen wünschenswerterweise in der Größenordnung von 10 μm oder weniger liegen. Verfahren nach dem Stand der Technik für Scharfstellen, Bilderfassung und Bildanalyse sahen keine zuverlässigen und robusten Inspektionslösungen bei diesen Genauigkeitsgraden vor. Verschiedene hier offenbarte Systemmerkmale und/oder Verfahren lösen diese Art von Messproblemen. Insbesondere sind automatische Scharfstellkriterien und -verfahren geschaffen, die ein Fluoreszenzbild vorsehen, das mit guter Wiederholbarkeit und Genauigkeit einen Ort eines darunter liegenden Kantenmerkmals (z. B. eines nicht fluoreszierenden Materials, das innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt) vorsieht.
  • In einigen Ausführungsformen können hier offenbarte Verfahren durch Arbeitsgänge umgesetzt werden, die bekannte Komponenten und Video-Tools (z. B. Autofokus-Tools und Kantenerkennungs-Tools) nutzen. Jedoch können in anderen Ausführungsformen die hier offenbarten Verfahren durch Einbeziehen eines spezialisierten Fluoreszenzbild-Kantenerkennungs-Tools, wie etwa des Fluoreszenzbild-Kantenerkennungs-Tools 143fl, umgesetzt sein. Zum Beispiel kann das Fluoreszenzbild-Kantenerkennungs-Tool 143fl so eingerichtet sein, dass es Fluoreszenzbild-Scharfstell-Nutzerschnittstellenfunktionen und/oder Kriterien und Verfahren einsetzt, wie sie hier offenbart sind, um es einem relativ einfachen Benutzer zu ermöglichen, das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem 100 zuverlässig und wiederholbar zu bedienen, um eine Kante eines Werkstücksmerkmals zu messen, die innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt. In einigen Anwendungen kann dies das Bestimmen genauer Maßbeziehungen zwischen einer solchen Kante und einer nahegelegenen Kante des fluoreszierenden Materials ermöglichen (z. B. zum Messen der Passgenauigkeit eines gemusterten fluoreszierenden Materials, wie etwa einer Lötstopplackschicht, bezüglich eines darunter liegenden Merkmals). Das Fluoreszenzbild-Kantenerkennungs-Tool 143fl kann besonders gut für die Inspektion von Leiterplatten geeignet sein (z. B. für Messungen zur Lötstopplack-Passgenauigkeit bezüglich darunter liegender Merkmale auf den Leiterplatten). Automatische Fluoreszenzbild-Scharfstellfunktionen, -kriterien und -arbeitsgänge, die getrennt oder in Verbindung mit dem Fluoreszenzbild-Kantenerkennungs-Tool 143fl verwendbar sind, sind nachstehend genauer beschrieben.
  • 3 ist eine schematische Skizze 300, die eine Ausführungsform steuerbarer Beleuchtungselemente des Bildgebungskomponententeils 200 (in 2 gezeigt) sowie eine Ausführungsform des Oberflächenhöhensensors 298 zeigt. Zusätzlich zu in 2 gezeigten Elementen zeigt die Skizze 300 ein optionales Anregungs-Beleuchtungsfilter 231' und ein optionales Fluoreszenz-Abbildungsfilter 261', die enthalten sein können, um die steuerbare Beleuchtung zu verbessern, die bei verschiedenen hier offenbarten Verfahren benutzbar ist. Außerdem ist gezeigt, dass das Werkstück 20 ein fluoreszierendes Material 20f und einen frei liegenden Teil 20ex enthält, der nicht durch das fluoreszierende Material 20f abgedeckt ist. Wie zuvor umrissen, kann das Koaxiallicht 230' Quelllicht 232' aussenden, das ein „Anregungs-Wellenlängenprofil” aufweist, welches das fluoreszierende Material 20f zum Fluoreszieren bringt. Das von dem fluoreszierenden Material 20f emittierte fluoreszierende Werkstücklicht 255' kann durch das Kamerasystem 260 empfangen werden, um fluoreszierende Bilder vorzusehen. Das Koaxiallicht 230 kann Quelllicht 232 aussenden, und/oder das Ringlicht 240 kann Quelllicht 242 aussenden, die in den vielseitigsten Ausführungsformen jeweils ein „Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil” aufweisen können, welches das fluoreszierende Material 20f nicht maßgeblich zum Fluoreszieren bringt, obwohl dies nicht in allen Ausführungsformen notwendig ist. In jedem Fall kann in verschiedenen Gestaltungen, da der frei liegende Teil 20ex nicht das fluoreszierende Material enthält, beliebiges Quelllicht (z. B. das Quelllicht 232, 242 und/oder 232'), das vom frei liegenden Teil 20ex reflektiert ist, durch das Kamerasystem 260 empfangen werden, um Nicht-Fluoreszenzbilder mindestens des frei liegenden Teils vorzusehen, sogar falls das Quelllicht Anregungs-Wellenlängen enthält.
  • In vielen Anwendungen kann reflektiertes Licht viel stärker als das emittierte Fluoreszenzlicht sein. Fluoreszenzbilder können daher in einigen Ausführungsformen verstärkt werden, indem ein optionales Anregungs-Beleuchtungsfilter 231' benutzt wird, um die durch die Quelle 230' vorgesehenen Anregungs-Wellenlängen zu filtern und das Band des Anregungs-Wellenlängenprofils in dem Licht 232' weiter auf diejenigen einzuengen, die zum Stimulieren der Fluoreszenz am effektivsten sind. Außerdem kann in einigen Ausführungsformen der halbversilberte Spiegel 290 ein optionales dichroitisches Filter 290' (z. B. ein Dünnfilmfilter) enthalten, das so gestaltet ist, dass es so viel wie möglich von dem eingeengten Anregungs-Wellenlängenprofil reflektiert und andere Wellenlängen durchlässt. Somit sind alle der Anregungs-Wellenlängen, die von dem Werkstück 20 reflektiert werden, im Wesentlichen vom Erreichen des Kamerasystems 260 blockiert, wenn ein Fluoreszenzbild erwünscht ist. Das optionale Anregungs-Beleuchtungsfilter 231' kann beweglich sein und so positioniert sein, dass es den Inhalt des Quelllichts 232 von der Quelle 230 nicht filtert, wenn das Quelllicht 232 zum Vorsehen von Nicht-Fluoreszenzbildern benutzt wird.
  • Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehenden Fluoreszenz-Abbildungsmitteln kann ein optionales Fluoreszenz-Abbildungsfilter 261 benutzt werden, um zu verhindern, dass alle Wellenlängen außer emittierten Fluoreszenz-Abbildungs-Wellenlängen zu Bildern in dem Kamerasystem 260 beitragen. Im Prinzip kann das Fluoreszenz-Abbildungsfilter 261' benutzbare Fluoreszenzbilder vorsehen, selbst wenn eine bedeutende Menge an Quelllicht von dem Werkstück 20 reflektiert wird. Jedoch blockiert es Nicht-Fluoreszenz-Bildlicht. Daher ist das optionale Anregungs-Beleuchtungsfilter 231' beweglich und so positioniert, dass es das reflektierte Licht nicht filtert, wenn das System zum Vorsehen von Nicht-Fluoreszenzbildern benutzt wird.
  • Auf Grundlage des Vorstehenden ist zu verstehen, dass die deutlichsten Fluoreszenzbilder am leichtesten vorgesehen werden, wenn nur ein Anregungs-Wellenlängenprofil zum Abbilden des Werkstücks ausgegeben wird (z. B. vom Quelllicht 232'). Umgekehrt werden die deutlichsten Nicht-Fluoreszenzbilder am leichtesten vorgesehen, wenn nur ein Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil zum Abbilden des Werkstücks ausgegeben wird (z. B. vom Quelllicht 232 oder 242).
  • Es ist einzusehen, dass die oben für die optischen Pfade umrissenen speziellen Merkmale und Elemente, die das Quelllicht für Fluoreszenz- und Nicht-Fluoreszenz-Abbildung vorsehen, nur beispielhaft und nicht einschränkend sind. Zahlreiche Alternativen zur Beleuchtung und/oder Abbildung auf eine Weise, die kompatibel zu den hier offenbarten Verfahren ist, sind für einen Fachmann offenbar.
  • Wie nachstehend genauer beschrieben, kann, um eine wiederholbare und zuverlässige Schärfehöhe für Fluoreszenzbilder von innerhalb eines fluoreszierenden Materials liegenden Werkstücksmerkmalen zu bestimmen, die Höhe eines frei liegenden Teils des Werkstücks (das heißt, eines Teils, der nicht mit einem fluoreszierenden Material abgedeckt ist), wie etwa des frei liegenden Teils 420ex, bestimmt werden, und die Fluoreszenz-Abbildungs-Schärfehöhe kann in Relation zu dieser bestimmten Höhe des frei liegenden Teils bestimmt werden. Dies kann zuverlässiger sein als zum Beispiel Scharfstellen auf Grundlage eines Fluoreszenzbildes. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe des frei liegenden Teils auf Grundlage der Höhe bestimmt werden, die dem besten Kontrast in einem entlang der Z-Achsen-Richtung verteilten Satz von Autofokus-Bildern entspricht. Jedoch kann, wie in 3 gezeigt, das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem in anderen Ausführungsformen einen optionalen Oberflächenhöhensensor 298 umfassen, und das System kann so eingerichtet sein, dass der frei liegende Teil 420ex innerhalb eines Arbeitsbereichs des Oberflächenhöhensensors 298 positioniert ist, der so betrieben werden kann, dass er sein schematisch dargestelltes Höhenerfassungsmittel 298' benutzt, um die Höhe des frei liegenden Teils 420ex des Oberflächenbereichs entlang der Z-Achse oder Schärfenrichtung zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann der Oberflächenhöhensensor 298 einen Sensor vom Messtastertyp umfassen, und das Höhenerfassungsmittel 298' kann seinen Messtasterstift umfassen. In anderen Ausführungsformen kann der Oberflächenhöhensensor 298 einen Sensor vom optischen Triangulationstyp umfassen, z. B. einen Triangulationssensor, bei dem eine Höhenbeziehung bezüglich einer Oberfläche die Position eines reflektierten Lichtstrahls (den das Erfassungsmittel 298' vorsehen kann) auf einem lichtempfindlichen Detektor des Sensors bestimmt. In anderen Ausführungsformen kann der Oberflächenhöhensensor 298 einen Schärfesignalsensor umfassen, z. B. einen Schärfesignalsensor, bei dem eine Höhenbeziehung bezüglich einer Oberfläche den Pfad eines reflektierten Lichtstrahls (den das Erfassungsmittel 298 vorsehen kann) durch ein Objektiv und zu einem Ort auf einem lichtempfindlichen Detektor des Sensors bestimmt. In jedem Fall können solche Sensoren benutzt werden, um gemäß bekannten Techniken eine bestimmte Höhe für den frei liegenden Teil 20ex in verschiedenen Ausführungsformen der hier offenbarten Verfahren vorzusehen.
  • 4 zeigt eine Draufsicht 400 eines Sichtfelds des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems, welche die Merkmale eines Muster-Werkstückteils 420 und eine Schnittsansicht 450 entlang einem Schnitt a-a (a-a in Ansicht 400 gezeigt) der Merkmale des Muster-Werkstück-Teils 420 zeigt. Einige Maße sind in 4 zur deutlichen Darstellung übertrieben. Die oberen Koordinatenachsen entsprechen der Draufsicht 400, und die unteren Koordinatenachsen entsprechen der Schnittansicht 450. Ausgerichtet unterhalb der Ansichten 400 und 450 sind entsprechende Signalstärkeprofile 450 und 460. Jedes der Signalstärkeprofile 450 und 460 stellt die Intensitätsänderung entlang einer Abtastlinie durch ein Bild der Merkmale in einem Nicht-Fluoreszenzbild (z. B. einem mit einem ersten „Nicht-Anregungs”-Wellenlängenprofil beleuchteten Bild) bzw. einem zweiten Fluoreszenzbild der Merkmale (z. B. einem mit einem „Fluoreszenzanregungs”-Wellenlängenprofil beleuchteten Bild) dar. Somit gilt das Signalstärkeprofil 450 für ein herkömmliches Bild, und das Signalstärkeprofil 460 gilt für ein Fluoreszenzbild. Die Abtastlinie liegt in diesem Beispiel in jedem Bild so, dass sie der Schnittstelle a-a entspricht. Wie mit Bezug auf 3 umrissen, kann das erste Wellenlängenprofil durch eins oder beide der Quelllichter 232 und/oder 242 vorgesehen sein (und/oder in einigen Ausführungsformen reflektiertes Licht, das vom Quelllicht 232' stammt), und das Anregungs-Wellenlängenprofil kann durch das Quelllicht 232' vorgesehen sein. Der Muster-Werkstückteil 420 kann in einigen Fällen ein Teil eines Muster-Werkstücks sein, das zum Erstellen eines Teilprogramms in einem Lernmodus benutzt wird, oder in anderen Fällen ein Werkstück, das Inspektions-Arbeitsgängen in einem Laufmodus unterzogen wird.
  • Die in den Ansichten 400 und 450 gezeigten Merkmale enthalten ein Substrat; eine Lötstopplackschicht 420f, auch als fluoreszierendes Material 420f bezeichnet (mit gepunkteter Füllung gezeigt), mit Kanten an den X-Achsen-Stellen ef1 und ef2; eine Kontaktfläche 423 (gezeigt mit einer Parallelschraffur) mit Kanten an den X-Achsen-Stellen ep1 und ep2; einen frei liegenden Teil 420ex (z. B. einen frei liegenden metallisierten oder gelöteten Teil der Kontaktfläche 423, gezeigt mit einer Kreuzschraffur) mit Kanten an den X-Achsen-Stellen es1 und es2; eine Leiterbahn 424 (gezeigt mit einer Parallelschraffur) mit Kanten an den X-Achsen-Stellen et1 und et2. Der frei liegende Teil 420ex kann einfach ein frei liegender Teil der Kontaktfläche 423 sein, wenn die Leiterbahnen einer Leiterplatte zum Zeitpunkt der Inspektion nicht metallisiert oder gelötet sind. Die Ansicht 400 zeigt auch einen Kantenerkennungs-Video-Tool-(kurz Kanten-Tool-)Untersuchungsbereich ROI-fl ep2 und einen zugehörigen Autofokus-Video-Tool-(kurz Autofokus-Tool-)Untersuchungsbereich ROI-fl AF sowie einen Kanten-Tool-Untersuchungsbereich ROI-fl et1 und einen zugehörigen Autofokus-Video-Tool-(kurz Autofokus-Tool-)Untersuchungsbereich ROI-fl AF', die nachstehend genauer beschrieben sind. Wie in der Technik allgemein bekannt, können solche Untersuchungsbereiche (ROIs) eine solche Größe aufweisen und so in einem Bild liegen, dass sie die Ausdehnung des Bildes festlegen, das unter Verwendung von Bildverarbeitungsvorgängen zu analysieren ist, die Teil des zugehörigen Video-Tools sind. Gemäß Konvention kann sich die ROT eines Video-Tools (z. B. ROI-fl ep2) auch auf alle Arbeitsgänge des zugehörigen Video-Tools, nicht einfach auf seinen Untersuchungsbereich, beziehen, und die Bedeutung wird aus dem Kontext eines solchen Bezugs deutlich.
  • 4 ist ein Beispiel einer relativ „idealen” Fertigung. Die Kanten der Lötstopplackschicht 420f fallen mit den Kanten des frei liegenden Teils 420ex zusammen, wie es der Fall sein kann, wenn der frei liegende Teil nicht metallisiert ist oder wenn die Metallisierung oder das Lot durch eine vorher vorhandene Lötstopplackschicht 420f hindurch aufgebracht ist. Die Lötstopplackschicht 420f überlappt und isoliert die Kontaktfläche 423 um ihren gesamten Umfang und isoliert auch die Leiterbahn 424 vollständig. Ein Musterbeispiel einer minimalen erwünschten isolierenden „Überlappungs”breite dmin (typisch) für die Lötstopplackschicht 420f bezüglich der Kante des benachbarten leitfähigen Elements ist zwischen den Kanten ef2 und ep2 gezeigt. Allgemeiner ist die Überlappung dmin entlang der gesamten jeder Kante eines leitfähigen Elements erwünscht, um unerwünschte elektrische Kurzschlüsse zwischen leitfähigen Elementen zu verhindern. In einigen Anwendungen kann dmin in der Größenordnung von 10 μm oder sogar weniger liegen. Die Lötstopplackschicht 420f weist ein Dickenmaß T auf. In einigen Anwendungen kann die Dicke T in der Größenordnung von 25–150 μm oder mehr liegen, was dazu führen kann, dass die Lötstopplackschicht 420f die abgebildete Kante ep2 beträchtlich verbirgt.
  • Es kann erwünscht sein, dmin an mehreren repräsentativen Stellen zu inspizieren, um sicherzustellen, dass das Muster der Lötstopplackschicht 420f korrekt bezüglich des Musters leitfähiger Elemente ausgerichtet ist. Dies kann zuverlässige automatische Abbildung und/oder Ortung der Kanten der leitfähigen Elemente mit einer Genauigkeit von weniger als 10 μm durch eine relativ dicke lichtdurchlässige Schicht fluoreszierenden Materials hindurch erfordern, was ein schwieriges Problem ist. Zugehörige Punkte sind mit Bezug auf die Profile 450 und 460 beschrieben.
  • Wie zuvor angegeben, stellen die Signalstärkeprofile 450 und 460 die Intensitätsänderung entlang einer Abtastlinie an der Stelle a-a in einem herkömmlichen Bild bzw. einem Fluoreszenzbild dar. Zum Beispiel rührt das Signalstärkeprofil 450 von reflektiertem Bildlicht von den Oberflächen des fluoreszierenden Materials 420f und des frei liegenden Teils 420ex her. Das Signalstärkeprofil 450 zeigt Intensitätsänderungen an den Stellen der Kante es1 und/oder ef1 sowie der Kante es2 und/oder ef2. Wenn das Bild, welches das Signalstärkeprofil 450 vorsieht, auf Grundlage des auf dem frei liegenden Teil 420ex befindlichen Autofokus-Tools ROI-AF automatisch scharf gestellt wird, dann ist die Schärfeebene für das Bild ungefähr die bestimmte Höhenebene DHP1, und die Kanten es1 und es2 können primär die Stelle der Intensitätsänderungen bestimmen. Wenn das Bild, welches das Signalstärkeprofil 450 vorsieht, auf Grundlage eines auf einer Oberfläche des fluoreszierenden Materials 420f (z. B. auf der Ebene P0) befindlichen Autofokus-Tools ROI (nicht gezeigt) automatisch scharf gestellt wird, dann kann die Schärfeebene für das Bild näher an der Ebene PO liegen, und die Kanten ef1 und ef2 können primär die Stelle der Intensitätsänderungen bestimmen. Wenn das fluoreszierende Material 420f jedoch lichtdurchlässig ist, kann es in einigen Fällen ungenaue und/oder unzuverlässige Autofokus-Ergebnisse erzeugen. Dennoch können in beiden Fällen die zugehörigen Kantenorte auf Grundlage der Intensitätsänderungen gemäß bekannten Verfahren bestimmt werden (z. B. an den Stellen der maximalen Änderungsrate der Intensität). Jedoch können Merkmale (z. B. Kanten), die innerhalb des fluoreszierenden Materials 420f liegen, wenig oder kein Signal im herkömmlichen Bild aus reflektiertem Licht erzeugen, das für das Signalstärkeprofil 450 benutzt wird. Dagegen kann ein Fluoreszenzbild solche verborgenen Merkmale anzeigen, wie im Signalstärkeprofil 460 gezeigt.
  • Elemente und Arbeitsgänge, die benutzbar sind, um ein Fluoreszenzbild zu erfassen, wurden zuvor mit Bezug auf 3 umrissen. (Z. B. fluoresziert das fluoreszierende Material 420f, um Fluoreszenzbildlicht vorzusehen, wenn es durch das Quelllicht 232' angeregt ist.) Zu Zwecken der Beschreibung enthält das Signalstärkeprofil 460 eine durchgehende Signallinie, die das Intensitätssignal angibt, das aus einem auf die bestimmte Höhe DHP1 scharf gestellten Fluoreszenzbild abgeleitet ist, und eine gepunktete Signallinie, die eine Intensitätssignal-Variation zeigt, die bei einem anderen Fluoreszenzbild beobachtet wurde, das auf eine der Schärfehöhen FP2 oder FP3 scharf gestellt war. Dies veranschaulicht ein bedeutendes Problem, das mit dem Bestimmen des Orts von Merkmalen verknüpft ist, die innerhalb eines fluoreszierenden Materials in einem Fluoreszenzbild liegen.
  • Insbesondere wird die Signalstärke des Fluoreszenzbildes potenziell an verschiedenen Orten durch Faktoren beeinflusst, zu denen gehören: die Menge des diffusen Fluoreszenzlichts, das über die gesamte Dicke des fluoreszierenden Materials 420f an dieser speziellen Stelle emittiert wird, und die Reflektion des Fluoreszenzlichts durch die Werkstücksmerkmale, die innerhalb des fluoreszierenden Materials in der Nähe dieser Stelle liegen, sowie durch die Bildschärfehöhe und ihre Beziehung zu dem Z-Höhenbereich des fluoreszierenden Materials 420f und der Z-Höhe der den Merkmalen innerhalb des fluoreszierenden Materials benachbarten Fläche(n) (z. B. der Z-Höhe der Kontaktfläche 423). Somit gibt es im Signalstärkeprofil 460 des Beispiels des Intensitätssignals, das an einer Schärfehöhe vorgesehen ist, die auf DHP1 eingestellt ist (die durchgezogene Linie), ein maximales Signal, wo das fluoreszierende Material 420f am dicksten ist, und ein minimales Signal, wo es kein fluoreszierendes Material 420f gibt. Bei der auf DHP1 eingestellten Schärfehöhe (die durchgezogene Linie) gibt es einen gewissen Abfall vom Maximum im Signal an den Kanten ep1, ep2, et1 und et2. Weil jedoch das auf der Höhenebene DHP1 bestimmte Bild fern von der Fläche der Kontaktfläche 423 und der Leiterbahn 424 ist, sind die mit ihnen verknüpften Effekte verschwommen, und der Signalabfall ist nicht stark. Kantenerkennung auf Grundlage der zugehörigen Signaländerungen kann weniger zuverlässig und weniger genau oder sogar unmöglich sein. Zum Beispiel sind die linke und die rechte Kante der ROI-fl ep1 durch die Grenzen ROIl und ROIr im Signalstärkeprofil 460 markiert, und die durch die durchgehende Linie an der Kante ep2 angezeigte Intensitätsänderung ist nicht groß. Wenn das Kanten-Tool ROI-fl ep1 trainiert wird, diese schwache Kante in einem Fluoreszenzbild zu finden, das nicht optimal für dieses Kantenmerkmal scharf gestellt ist (das heißt, wenn die Video-Tool-Kantenerkennungsparameter auf Grundlage dieses Mustersignals bestimmt sind und in einem Teilprogramm zum Inspizieren von Kanten auf ähnlichen Teilen gemäß bekannten Video-Tool-Verfahren gespeichert sind), arbeitet das sich ergebende Teilprogramm möglicherweise nicht zuverlässig. Es ist einzusehen, dass die Ergebnisse sogar schlechter sein könnten, wenn die Schärfeebene höher im fluoreszierenden Material 420f oder an seiner Oberfläche (z. B. der Ebene P0) läge. Dagegen gibt es im Profil 460 des Beispiels des Intensitätssignals, das an einer Schärfehöhe vorgesehen ist, die auf FP2 oder FP3 eingestellt ist (einschließlich der durch die gepunkteten Signallinien angegebenen Signalabweichungen), einen bedeutenderen Abfall im Signal an den Kanten ep1, ep2 und et1, weil die Bildschärfeebene so bezüglich der Oberfläche der Kontaktfläche 423 und der Leiterbahn 424 liegt, dass die mit ihnen verknüpften Effekte entweder wirksamer auf das Intensitätssignal oder weniger unscharf im Fluoreszenzbild sind, oder beides. Video-Tool-Kantenerkennungsparameter, die auf Grundlage dieses Mustersignals (z. B. aus einem optimal scharf gestellten Fluoreszenzbild abgeleitet) bestimmt und in einem Teilprogramm gespeichert sind, können relativ zuverlässiger und genauer sein. Es ist in den meisten Anwendungen wünschenswert, dass die Fluoreszenz-Abbildungshöhe so bestimmt wird, dass sie die Erkennung des gewünschten, innerhalb des fluoreszierenden Materials liegenden Merkmals in dem sich ergebenden Fluoreszenzbild am besten erhöht. In einigen Ausführungsformen kann ein Fenster in einer grafischen Benutzerschnittstelle der Bildverarbeitungs-Inspektion ein Intensitätssignalprofil analog dem Profil 460 anzeigen, sodass die beste Fluoreszenz-Abbildungshöhe durch einen Benutzer leichter beurteilt werden kann. Alternativ kann ein solches Signalprofil automatisch als Funktion der Höhe ausgewertet werden, um die Fluoreszenzbild-Schärfehöhe zu bestimmen, die den maximalen Intensitätssignalanstieg in der Nähe der gewünschten Kante vorsieht.
  • Es sollte einzusehen sein, dass das Signal, obwohl gezeigt ist, dass in diesem Beispiel das Signal oberhalb der Kontaktfläche 423 und der Leiterbahn 424 abfällt, bei einer anderen Farbe oder Reflektivität oder möglichen Fluoreszenz im Substrat oder bei einem Kantenmerkmal aus einem anderen Material als diese leitfähigen Elemente an den Kanten des Kantenmerkmals steigen könnte. Jedoch können immer noch analoge fokussierungsabhängige Beträge kantenanzeigender Signaländerung beobachtet werden.
  • Wie oben umrissen, kann die Schärfeebene eines Fluoreszenzbildes ein wichtiger Faktor beim Vorsehen wiederholbarer und genauer Erkennung des Orts verborgener Merkmale unterhalb einer Schicht fluoreszierenden Materials sein. Bei engen Merkmalstoleranzen (z. B. 10 μm) kann dieser Faktor kritisch werden. Jedoch ist automatisches Scharfstellen unter Verwendung von Fluoreszenzbildern insofern unzuverlässig, als automatisches Scharfstellen gewöhnlich auf Grundlage von Bildkontrastmessungen erfolgt und die höchste Kontrastbildhöhe für ein Fluoreszenzbild aufgrund von Schwankungen der Ebenheit, Dicke, des Blasengehalts, Partikelgehalts sowie besonderen verdeckten Merkmalen in einer Schicht fluoreszierenden Materials unzuverlässig sein kann. Dies ist besonders problematisch, wenn Bildverarbeitungs-Inspektions-Arbeitsgänge und Tool-Parameter (z. B. im Lernmodus) unter Verwendung eines Muster-Werkstücks gelernt werden und dann versucht wird, ein ähnliches Werkstück unter Verwendung identischer Arbeitsgänge zu inspizieren, da die Toleranzen und die Fertigungssteuerung bezüglich fluoreszierender Schichten relativ schlecht im Vergleich zu vielen anderen Materialien und Fertigungsverfahren sein können, die bei Miniatur-Präzisionsvorrichtungen angewandt werden. Daher ist es wünschenswert, eine Schärfehöhe für Fluoreszenzbilder gemäß besser wiederholbaren Verfahren vorzusehen, wie sie hier offenbart sind.
  • Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen eines Verfahrens, das eine zuverlässige Schärfehöhe für Fluoreszenzbilder vorsieht, die Höhe eines frei liegenden Teils (das heißt, eines Teils, der nicht mit einem fluoreszierenden Material abgedeckt ist) eines Werkstücks, wie etwa des frei liegenden Teils 420ex bestimmt werden, um eine zuverlässige Bezugshöhe vorzusehen. Diese Bezugshöhe kann dann als Grundlage zum Scharfstellen eines Fluoreszenzbildes benutzt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Höhensensor, wie etwa der Oberflächenhöhensensor 298, benutzt werden, um die Höhe des frei liegenden Teils zu bestimmen, wie zuvor umrissen. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen der Oberflächenhöhensensor 298 weggelassen sein und/oder die Höhe des Höhenbereichs des frei liegenden Teils kann bestimmt werden, indem ein Autofokus-Arbeitsgang an dem frei liegenden Teil unter Verwendung von Beleuchtungs- und Abbildungsverfahren durchgeführt wird, die mit Bezug auf 3 und/oder weiter unten umrissen sind. Wenn die bestimmte Höhe des frei liegenden Teils 420ex durch einen Autofokus-Arbeitsgang bestimmt ist, kann die Autofokus-Höhe auf der Höhe besten Bildkontrasts für den frei liegenden Teil 420ex beruhen, wie sie durch einen Satz Nicht-Fluoreszenz-Autofokusbilder (z. B. „nicht fluoreszierend” zumindest an der Stelle des frei liegenden Teils) angezeigt ist, dann kann diese auf Grundlage des frei liegenden Teils (z. B. seiner Höhe „bester Schärfe” oder zumindest einer gut scharf gestellten Höhe) bestimmte Schärfehöhe die bestimmte Höhe sein, die als Grundlage für eine Fluoreszenz-Abbildungs-Schärfehöhe benutzt wird.
  • In einer Ausführungsform kann die bestimmte Höhe auf Grundlage des frei liegenden Teils (z. B. seiner Schärfehöhe) als Fluoreszenz-Abbildungs-Schärfehöhe oder -ebene benutzt werden, insbesondere wenn die Höhe des frei liegenden Teils nahe der Höhe der an das Kantenmerkmal angrenzenden Oberfläche liegt, das in dem Fluoreszenzbild geortet werden soll. In anderen Anwendungen kann es wünschenswert sein, die auf Grundlage des frei liegenden Teils bestimmte Höhe als Bezugshöhe zu benutzen (das heißt, eine Höhe, die eine relativ vorhersagbare Höhenbeziehung zu einer Höhe des fluoreszierenden Materials oder zu der Oberfläche aufweist, in der das Kantenmerkmal in dem fluoreszierenden Material liegt) und eine Fluoreszenz-Abbildungs-Schärfehöhe oder -Schärfeebene zu verwenden, die um einen definierten Abstand von dieser Bezugshöhe versetzt ist.
  • Zum Beispiel zeigt 4, dass die Schärfeebene FP2 gegenüber der Z-Höhe der bestimmten Höhenebene DHP1 um einen definierten Z-Versatz Off12 versetzt ist. Die Schärfeebene FP2 kann besser geeignet zum Erfassen eines Fluoreszenzbildes sein, das zum Erkennen der in dem Kanten-Tool ROI-fl ep2 liegenden Kante ep2 zu benutzen ist. Ein Z-Versatz Off13 könnte bei Bedarf ähnlich zwischen DHP1 und FP3 eingeführt werden. Die Schärfeebene FP3 kann besser geeignet zum Erfassen eines Fluoreszenzbildes sein, das zum Erkennen der in dem Kanten-Tool ROI-fl et1 liegenden Kante et1 zu benutzen ist. Jedoch kann allgemeiner der für eine beliebige bestimmte Kantenerkennung am besten zu benutzende Versatz durch einen Benutzer während des Lernmodus an einem Muster-Werkstück bestimmt und in einem Teilprogramm als ein Parameter gespeichert werden, der mit dem Erfassen des zugehörigen Fluoreszenzbildes zur Kantenerkennung während des Laufmodus verknüpft ist.
  • Zum Beispiel kann die Z-Höhe, in der ein gewünschtes Merkmal innerhalb des fluoreszierenden Materials (z. B. eine Kante) gut durch eine Intensitätsänderung in einem Fluoreszenzbild definiert ist, manuell oder automatisch bestimmt werden, und die bestimmte Z-Höhe, die dem frei liegenden Teil entspricht (z. B. wie sie durch einen Höhensensor oder einen Autofokus-Arbeitsgang bestimmt ist), kann bestimmt werden, und der Z-Versatz zwischen diesen Höhen kann während des Lernmodus bestimmt und in dem Teilprogramm gespeichert werden. Dann kann während des Laufmodus die Fluoreszenz-Abbildungshöhe für das entsprechende Kantenmerkmal auf Grundlage der Höhe des entsprechenden frei liegenden Teils (z. B. wie sie durch einen Höhensensor oder einen Autofokus-Arbeitsgang bestimmt ist) bestimmt werden, indem um den gespeicherten Z-Versatz bewegt wird, um eine Fluoreszenz-Abbildungshöhe in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils einzurichten, und ein Fluoreszenzbild in dieser Fluoreszenz-Abbildungshöhe erhalten wird, das zum Bestimmen des Orts der Kante innerhalb des fluoreszierenden Materials zu benutzen ist. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Versatz vorteilhafterweise so bestimmt, dass die Fluoreszenz-Abbildungshöhe in die Schicht fluoreszierenden Materials fällt.
  • In einigen Anwendungen ist es am vorteilhaftesten, die Höhe eines frei liegenden Teils zu bestimmen, der so gewählt ist, dass er eine Oberflächenhöhe aufweist, die innerhalb des Höhenmaßes des fluoreszierenden Materials fällt, welches das Merkmal abdeckt, das in der Fluoreszenz-Abbildungshöhe abzubilden ist. In einigen Anwendungen ist es am vorteilhaftesten, die Höhe eines frei liegenden Teils zu bestimmen, der so gewählt ist, dass er dieselbe Oberflächenhöhe aufweist wie die Oberfläche einer Materialschicht, die ein Kantenmerkmal innerhalb des fluoreszierenden Materials aufweist, das an der Fluoreszenz-Abbildungshöhe abzubilden ist. In einigen solcher Ausführungsformen kann es angemessen sein, wenn die Fluoreszenz-Abbildungshöhe einfach auf dieselbe wie die bestimmte Höhe des frei liegenden Teils eingestellt wird. Es ist jedoch einzusehen, dass solche besonderen Wahlmöglichkeiten für den frei liegenden Teil und die Fluoreszenz-Abbildungshöhe nicht einschränkend sind und nicht für alle Werkstücke oder Anwendungen möglich oder optimal sein können.
  • Bei einigen Werkstücken kann die Dicke und/oder Zusammensetzung der Schicht fluoreszierenden Materials hoch variabel sein. Somit kann es in einigen Ausführungsformen wünschenswert sein, eine Fluoreszenzbildhöhe auf Grundlage von mehr Informationen über solche Schwankungen zu bestimmen, zusätzlich zu einer auf Grundlage des frei liegenden Teils festgelegten Bezugshöhe, wie oben umrissen. Zum Beispiel können die Höhe der Oberfläche des fluoreszierenden Materials 420f und/oder seine Dicke festgestellt werden (z. B. auf Grundlage von Oberflächenhöhensensor-Messungen oder Autofokus-Arbeitsgängen, die Nicht-Fluoreszenz-Abbildung benutzen, oder anderen bekannten Verfahren). Dann kann der oben umrissene Z-Versatz zumindest teilweise auf Grundlage dieser zusätzlichen Informationen bestimmt werden (z. B. als Verhältnis der Dicke in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils oder eine andere gewünschte Beziehung).
  • In einigen Anwendungen ist der Ort des Merkmals innerhalb des fluoreszierenden Materials die gewünschte Inspektionsinformation und kann auf Grundlage des Fluoreszenzbildes bestimmt werden (z. B. durch Erkennen des Orts der Kante ep2 unter Verwendung des Kanten-Tools ROI-fl ep2). In anderen Anwendungen ist das Maß dmin die gewünschte Inspektionsinformation und kann auf Grundlage des Erkennens des Orts der Kante ep2 in dem Fluoreszenzbild und Bestimmen des Orts der Kante ef2 entweder in einem Fluoreszenzbild oder einem Nicht-Fluoreszenzbild (z. B. unter Verwendung eines weiteren Kanten-Tools) und Bestimmen der Differenz zwischen ihren Orten bestimmt werden.
  • In einigen Ausführungsformen können die in 4 gezeigten Video-Tools bekannte Typen von Kantenerkennungs-Tools und Autofokus-Tools sein, die zusammen mit bekannten Bewegungs-Arbeitsgängen und Programmierungsanweisungen und dergleichen in einer Sequenz eingesetzt werden, die Arbeitsgänge gemäß den hier offenbarten Verfahren durchführt. In anderen Ausführungsformen können die in 4 gezeigten Video-Tools neue Typen von Video-Tools sein, die spezifisch für die Fluoreszenzbild-Kantenerkennung sind. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform ein Benutzer das Video-Tool ROI-fl ep2 aus einer Symbolleiste in einer Benutzerschnittstelle wählen, das den Benutzer-einstellbaren Untersuchungsbereich von ROI-fl ep2 auf einem Echtzeit-Videobild erscheinen lassen kann (z. B. als 420), zusammen mit dem „verknüpften” Autofokus-Untersuchungsbereich von ROI-fl AF. Das Video-Tool kann so eingerichtet sein, dass der Benutzer den Untersuchungsbereich von ROI-fl et1 auf einen gewünschten frei liegenden Teil ziehen und größenanpassen kann und es zum automatischen Scharfstellen unter Verwendung reflektierten Lichts ausführen kann (z. B. wie zuvor umrissen). In einer Ausführungsform kann das Video-Tool so eingerichtet sein, dass es dann eine Fluoreszenz-Abbildungskonfiguration umsetzt und ein Fluoreszenzbild an der aktuellen Schärfehöhe anzeigt. Der Benutzer kann dann den Untersuchungsbereich von ROI-fl ep2 auf eine gewünschte Kante ziehen und größenanpassen und auch die Schärfehöhe verändern, falls die aktuelle Schärfehöhe kein erwünschtes Kantenbild erzeugt. Die Kanten-Tool-Parameter können dann unter Verwendung des besten Fluoreszenzbildes trainiert werden, und trainierte Kantenparameter und der aktuelle Z-Versatz bezüglich der bestimmten Höhe des zugehörigen frei liegenden Teils können in dem Teilprogramm zur späteren Benutzung beim Inspizieren ähnlicher Werkstücke gespeichert werden. Die Video-Tools ROI-fl et1 und ROI-fl AF' können ähnlich zugeordnet und trainiert werden, oder in einer Ausführungsform kann das Video-Tool ROI-fl et1 eingerichtet sein, zuvor bestimmte Parameter eines frei liegenden Teils zu benutzen, die mit ROI-fl AF verknüpft sind, wenn es in demselben Sichtfeld liegt, und der Video-Tool-Bereich ROI-fl AF kann weggelassen sein. Andere Video-Tool-Ausführungsformen und zugehörige grafische Benutzerschnittstellen-Merkmale sind für einen Fachmann offensichtlich, der den Nutzen der allgemeinen, hier offenbarten Lehren besitzt.
  • Die 5A und 5B zeigen Flussdiagramme 500A und 500B, die ein Verfahren zum Betreiben eines Bildverarbeitungs-Inspektionssystems umreißen, um eine zuverlässige und wiederholbare Fluoreszenz-Abbildungshöhe zu bestimmen, wie sie zum Erfassen eines Fluoreszenzbildes zum Inspizieren des Orts einer Werkstückkante benutzt werden kann, die innerhalb einer Schicht fluoreszierenden Materials liegt.
  • In einer Ausführungsform kann das in den 5A und 5B gezeigte Verfahren, zumindest zum Teil, durch einen Benutzer angewendet werden, indem er das Fluoreszenzbild-Kantenerkennungs-Tool 143fl wählt und betreibt, das in 2 gezeigt und/oder wie es mit Bezug auf eine Ausführungsform des in 4 gezeigten Kanten-Tools ROI-fl ep2 beschrieben ist. In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren unter Verwendung verschiedener bekannter Tools und/oder Programmierschritte umgesetzt sein.
  • Das Verfahren beginnt, und bei einem Block 505 wird ein frei liegender Teil eines Werkstücks (das heißt, ein Teil, der nicht durch ein fluoreszierendes Material abgedeckt ist) so positioniert, dass seine Höhe durch das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem bestimmt werden kann, wobei der frei liegende Teil eine charakteristische Oberflächenhöhe entlang einer Schärfenachsenrichtung (z. B. der Z-Achsen-Richtung) bezüglich einer Höhe innerhalb einer auf dem Werkstück enthaltenen Schicht fluoreszierenden Materials aufweist. In einigen Ausführungsformen, in denen das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem einen Oberflächenhöhensensor enthält, kann dies das Positionieren des frei liegenden Teils in einem Arbeitsbereich des Oberflächenhöhensensors umfassen. In einigen Ausführungsformen kann dies das Positionieren des frei liegenden Teils in einem Sichtfeld eines Bildverarbeitungs-Inspektionssystems umfassen (z. B. für einen Autofokus-Vorgang). In verschiedenen Anwendungen kann der frei liegende Teil so gewählt sein, dass er eine Oberflächenhöhe oberhalb, innerhalb oder unterhalb eines Höhenbereichs des fluoreszierenden Materials aufweist. Wenn eine bloße Leiterplatte das Werkstück ist, kann der frei liegende Teil des Werkstücks einen frei liegenden Teil, wie etwa den in 4 gezeigten frei liegenden Teil 420ex, umfassen, der ein metallisierter oder gelöteter Teil einer Kontaktfläche, wie etwa der Kontaktfläche 423, oder ein frei liegender Teil eines Substrats oder eines bestückten Bauteils oder dergleichen sein kann.
  • Bei einem Block 510 wird das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem zum Bestimmen der Höhe mindestens des frei liegenden Teils eingerichtet. In einigen Ausführungsformen, in denen das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem einen Oberflächenhöhensensor enthält, kann dies das Einrichten des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zum Verwenden des Oberflächenhöhensensors zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils umfassen. In einigen Ausführungsformen kann dies das Einrichten des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems in einer ersten Anordnung zum Vorsehen eines Bildes zumindest des frei liegenden Teils umfassen (z. B. Einrichten der Beleuchtung usw. für einen Autofokus-Vorgang). In solchen Ausführungsformen erzeugt zumindest der frei liegende Teil in Bildern, die unter Verwendung der ersten Anordnung erfasst werden, ein Nicht-Fluoreszenzbild, wie oben mit Bezug auf 3 umrissen. In einigen Ausführungsformen kann das Sichtfeld in der ersten Anordnung unter Verwendung eines ersten „nicht anregenden” Wellenlängenprofils beleuchtet sein, das keine bedeutende Fluoreszenz im fluoreszierenden Material verursacht. Verschiedene alternative Ausführungsformen und Überlegungen bezüglich der Einrichtung des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils wurden zuvor umrissen (z. B. mit Bezug auf 3).
  • Bei einem Block 515 wird die Höhe des frei liegenden Teils bestimmt. In einigen Ausführungsformen, in denen das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem einen Oberflächenhöhensensor enthält, kann dies das Verwenden des Oberflächenhöhensensors zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils umfassen. In einigen Ausführungsformen kann dies das Bestimmen einer Schärfehöhe des frei liegenden Teils auf Grundlage von Bildern des frei liegenden Teils umfassen, die in verschiedenen Höhen erfasst werden, während sich das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem in der ersten, oben umrissenen Anordnung befindet, und Verwenden dieser Schärfehöhe als die bestimmte Höhe des frei liegenden Teils. Eine solche Schärfehöhe, in welcher der frei liegende Teil gut scharf abgebildet ist, kann nach bekannten Verfahren bestimmt werden (z. B. durch Analysieren des Bildkontrasts als Funktion der Z-Höhe). Verschiedene Überlegungen zur Auswahl des bei Block 515 zu verwendenden frei liegenden Teils wurden zuvor umrissen (z. B. mit Bezug auf 4). Das Flussdiagramm 500A setzt sich über einen in den 5A und 5B gezeigten Block A fort.
  • 5B zeigt Arbeitsgänge, die eine erwünschte Fluoreszenz-Abbildungshöhe bestimmen, die zur Fluoreszenz-Abbildung eines Werkstücks-Merkmals zu benutzen ist, das innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt, wobei die Fluoreszenz-Abbildungshöhe in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils bestimmt wird (z. B. wie oben bestimmt). Der Entscheidungsblock 520 gibt an, ob die Fluoreszenz-Abbildungshöhe zum ersten Mal bestimmt und gespeichert wird (z. B. während des Lernmodus), oder ob die Fluoreszenz-Abbildungshöhe im Laufmodus auf Grundlage zuvor gespeicherter Informationen bestimmt wird. Insbesondere wird beim Entscheidungsblock 520, wenn Arbeitsgänge durchgeführt werden, um im Lernmodus ein Teilprogramm zu erstellen, die Routine bei einem Block 525 fortgesetzt, sonst (z. B. während des Laufmodus) wird die Routine bei einem Block 530 fortgesetzt, wie nachstehend weiter beschrieben. Beim Block 525 wird eine Fluoreszenz-Abbildungshöhe bestimmt, die zur Fluoreszenz-Abbildung eines Werkstücks-Merkmals zu benutzen ist, das innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt – aus zuvor beschriebenen Gründen in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils, und die Fluoreszenz-Abbildungshöhe wird in Verbindung mit einem Teilprogramm zur späteren Verwendung gespeichert (z. B. wenn ein Fluoreszenzbild erfasst wird, das zum Inspizieren entsprechender Werkstücksmerkmale auf entsprechenden Werkstücken verwendet wird). In einigen Ausführungsformen der Arbeitsgänge beim Block 525 kann die Fluoreszenz-Abbildungshöhe in Form eines Versatzmaßes bezüglich der zuvor bestimmten Höhe des frei liegenden Teils oder wie hier anderweitig umrissen gespeichert werden.
  • Beim Block 530 (z. B. falls ein Teilprogramm aktuell im Laufmodus ausgeführt wird) wird eine Fluoreszenz-Abbildungshöhe für ein zugehöriges Merkmal, das innerhalb des fluoreszierenden Materials des aktuellen Werkstücks liegt, in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils des aktuellen Werkstücks bestimmt (zuvor während des Laufmodus ermittelt), und das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem wird auf diese Fluoreszenz-Abbildungshöhe scharf gestellt. Somit kann bei Block 530 das Bestimmen der Fluoreszenz-Abbildungshöhe das Abrufen der Fluoreszenz-Abbildungshöhen-Information umfassen, die in Verbindung mit einem aktuellen zu inspizierenden Merkmal in einem Teilprogramm gespeichert ist, sowie das Bestimmen der Fluoreszenz-Abbildungshöhe in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils auf Grundlage dieser Information. Verschiedene Überlegungen und alternative Ausführungsformen bezüglich der Fluoreszenz-Abbildungshöhe wurden zuvor umrissen (z. B. mit Bezug auf die 3 und 4).
  • Die Routine fährt bei Block 535 fort, wo das Werkstücksmerkmal (z. B. ein Kantenmerkmal), das innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt und zu der aktuellen Fluoreszenz-Abbildungshöhe gehört, in dem Sichtfeld des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems positioniert wird. Dann wird bei einem Block 540 das Sichtfeld unter Verwendung eines Anregungs-Wellenlängenprofils beleuchtet, welches das fluoreszierende Material dazu bringt, zu fluoreszieren, und bei einem Block 545 wird ein Fluoreszenzbild des Sichtfelds unter Verwendung der Fluoreszenz-Abbildungshöhe und des Anregungs-Wellenlängenprofils erfasst. Verschiedene Überlegungen und alternative Ausführungsformen bezüglich der Anregungsbeleuchtung und der Fluoreszenz-Abbildung wurden zuvor umrissen (z. B. mit Bezug auf die 3 und 4).
  • Als Nächstes wird bei Block 550 ein Ort des Werkstücks-Merkmals, das innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt, auf Grundlage des Bestimmens des Orts einer entsprechenden Intensitätsänderung in dem Fluoreszenzbild ermittelt, das bei Block 545 erfasst wurde, und die Routine endet. Zum Beispiel kann mit Bezug auf 4 die Kante ep2 auf Grundlage der Intensitätsänderung entlang der Abtastlinie an der Stelle a-a im Untersuchungsbereich des Kanten-Tools ROI-fl ep2 bestimmt werden, wie im Profil 460 angegeben. In einer Ausführungsform kann die Intensitätsänderung als der Ort der maximalen Intensitätssteigung oder des maximalen Gradienten in der Nachbarschaft der Kante ep2 gemäß bekannten Verfahren erfasst werden. (Z. B. kann die Nachbarschaft durch einen Parameter des Kanten-Tools ROI-fl ep2 angegeben sein.)
  • Es sollte einzusehen sein, dass die hier offenbarten Verfahren eine zuverlässigere und besser wiederholbare Fluoreszenz-Abbildungshöhe vorsehen als zuvor praktizierte Verfahren und zum Erfassen eines Fluoreszenzbildes zum genauen und wiederholbaren Bestimmen des Orts einer Werkstückkante benutzt werden können, die innerhalb eines fluoreszierenden Materials inspiziert werden soll. Außerdem können die Verfahren Genauigkeit und Wiederholbarkeit bei einer höheren Geschwindigkeit vorsehen als derjenigen, die verfügbar ist, wenn herkömmliche Fluoreszenzmikroskopie-Scharfstellverfahren benutzt werden. Während verschiedene bevorzugte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist einzusehen, dass verschiedene Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • 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 6542180 [0003]
    • US 5039868 [0006]
    • US 7454053 [0027]
    • US 7324682 [0027]

Claims (19)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zum Bestimmen einer Fluoreszenz-Abbildungshöhe zum Erfassen eines Fluoreszenzbildes zum wiederholten Bestimmen des Orts einer Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb einer Schicht fluoreszierenden Materials auf einem Werkstück liegt, wobei das Verfahren umfasst: (a) Positionieren eines frei liegenden Teils einer Oberfläche des Werkstücks derart, dass seine Höhe durch das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem bestimmt werden kann, wobei der frei liegende Teil nicht durch die Schicht fluoreszierenden Materials abgedeckt ist und eine charakteristische Oberflächenhöhe entlang einer Fokus-Achse bezüglich einer Höhe innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials aufweist; (b) Einrichten des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils; (c) Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils; (d) Bestimmen einer Fluoreszenz-Abbildungshöhe, die zur Fluoreszenz-Abbildung der Werkstücks-Merkmalskante zu benutzen ist, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt, wobei die Fluoreszenz-Abbildungshöhe in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils bestimmt wird; und Durchführen mindestens eines aus (e) und (f), wobei (e) umfasst: (e) Speichern der bestimmten Fluoreszenz-Abbildungshöhe in Verbindung mit einem Teilprogramm zur späteren Verwendung beim Erfassen eines Fluoreszenzbildes, das zum Inspizieren der Werkstücks-Merkmalskante verwendet wird, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt, und (f) umfasst: (f) Verwenden der Fluoreszenz-Abbildungshöhe, die in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils während der Ausführung eines Teilprogramms bestimmt ist, wenn ein Fluoreszenzbild erfasst wird, das zum Inspizieren der Werkstücks-Merkmalskante verwendet wird, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkstück ein Muster-Werkstück ist und das Verfahren in Verbindung mit einem Lern-Betriebsmodus des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems durchgeführt wird, der benutzt wird, um ein Teilprogramm zu erstellen, das zum Inspizieren von Werkstücken ähnlich dem Muster-Werkstück benutzt werden soll, und das Verfahren das Durchführen der Schritte (a), (b), (c), (d) und (e) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, weiter umfassend: (g) Positionieren der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials in einem Sichtfeld des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems liegt; (h) Positionieren des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems in der bestimmten Fluoreszenz-Abbildungshöhe; (i) Beleuchten des Sichtfeldes unter Verwendung eines Anregungs-Wellenlängenprofils, welches das fluoreszierende Material dazu bringt, zu fluoreszieren und Fluoreszenz-Abbildungslicht abzugeben; (j) Erfassen eines Fluoreszenzbildes des Sichtfeldes unter Verwendung der Fluoreszenz-Abbildungshöhe und dabei Beleuchten des Sichtfeldes unter Verwendung des Anregungs-Wellenlängenprofils; und (k) Bestimmen eines Orts der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt, auf Grundlage eines Orts einer entsprechenden Intensitätsänderung im Fluoreszenzbild.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei Schritt (k) das Einrichten der Parameter eines Kantenerkennungs-Video-Tools des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems und das Verwenden dieses Kantenerkennungs-Video-Tools umfasst, um den Ort der Werkstücks-Merkmalskante an dem Muster-Werkstück zu bestimmen, und das Verfahren weiter umfasst: (l) Speichern der eingerichteten Parameter des Kantenerkennungs-Video-Tools in Verbindung mit dem Teilprogramm, um sie später zum Bestimmen des Orts der Werkstücks-Merkmalskante in Fluoreszenzbildern von Werkstücken ähnlich dem Muster-Werkstück zu verwenden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren in Verbindung mit einem Lauf-Betriebsmodus des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems durchgeführt wird, indem ein Teilprogramm ausgeführt wird, welches das Inspizieren der Werkstücks-Merkmalskante enthält, die innerhalb des fluoreszierenden Materials auf einem Werkstück liegt, das ähnlich einem Muster-Werkstück ist, welches zum Erstellen des Teilprogramms benutzt wurde, und das Verfahren das Durchführen der Schritte (a), (b), (c), (d) und (f) umfasst, wobei in Schritt (d) das Bestimmen der für die Fluoreszenz-Abbildung der Werkstücks-Merkmalskante zu verwendenden Fluoreszenz-Abbildungshöhe das Abrufen der in Verbindung mit dieser Werkstücks-Merkmalskante im Teilprogramm gespeicherten Fluoreszenz-Abbildungshöheninformation und das Bestimmen der Fluoreszenz-Abbildungshöhe auf Grundlage dieser Information umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, umfassend: (g) Positionieren der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials im Sichtfeld des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems liegt; (h) Positionieren des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems in der bestimmten Fluoreszenz-Abbildungshöhe; (i) Beleuchten des Sichtfeldes unter Verwendung eines Anregungs-Wellenlängenprofils, welches das fluoreszierende Material dazu bringt, zu fluoreszieren und Fluoreszenz-Abbildungslicht abzugeben; (j) Erfassen eines Fluoreszenzbildes des Sichtfeldes unter Verwendung der Fluoreszenz-Abbildungshöhe und dabei Beleuchten des Sichtfeldes unter Verwendung des Anregungs-Wellenlängenprofils; und (k) Bestimmen eines Orts der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb des fluoreszierenden Materials liegt, auf Grundlage eines Orts einer entsprechenden Intensitätsänderung im Fluoreszenzbild.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Schritt (k) das Einrichten eines Kantenerkennungs-Video-Tools des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems gemäß zugehörigen Parametern umfasst, die in dem Teilprogramm gespeichert sind, und Verwenden dieses Kantenerkennungs-Video-Tools, um den Ort der Werkstücks-Merkmalskante in dem Fluoreszenzbild zu bestimmen.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend: (l) Bestimmen des Orts einer Kante der Schicht fluoreszierenden Materials; und (m) Bestimmen eines Maßes einer Maßbeziehung zwischen dem Ort der Kante der Schicht fluoreszierenden Materials und dem Ort der Werkstücks-Merkmalskante, die innerhalb der Schicht fluoreszierenden Materials liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei: die Kante der Schicht fluoreszierenden Materials eine in dem in Schritt (j) erfassten Fluoreszenzbild des Sichtfelds enthaltene Kante ist; und in Schritt (l) das Bestimmen des Orts einer Kante der Schicht fluoreszierenden Materials das Orten der in dem in Schritt (j) erfassten Fluoreszenzbild enthaltenen Kante der Schicht fluoreszierenden Materials umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem ein Fluoreszenz-Abbildungsfilter umfasst, das mindestens eine Wellenlänge eines Anregungs-Wellenlängenprofils blockiert, die als Beleuchtung beim Erfassen eines Fluoreszenzbildes benutzt wird, und mindestens eine Wellenlänge des Fluoreszenz-Abbildungslichts durchlässt, das durch das fluoreszierende Material ausgesendet wird, und in Schritt (j) das Erfassen des Fluoreszenzbildes die Verwendung des Fluoreszenz-Abbildungsfilters zum Filtern des Bildlichts umfasst, das benutzt wird, um das Fluoreszenzbild zu bilden.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fluoreszenz-Abbildungshöhe als Versatzmaß in Relation zu der bestimmten Höhe des frei liegenden Teils bestimmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fluoreszenz-Abbildungshöhe so bestimmt ist, dass sie in die Schicht fluoreszierenden Materials fällt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der frei liegende Teil so gewählt ist, dass er eine Oberflächenhöhe aufweist, die innerhalb eines Höhenmaßes der Schicht fluoreszierenden Materials fällt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der frei liegende Teil der Oberfläche des Werkstücks so gewählt ist, dass er nominell auf derselben Oberflächenhöhe liegt wie eine Oberfläche einer Materialschicht, welche die Werkstücks-Merkmalskante aufweist, die in dem fluoreszierenden Material liegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem einen Oberflächenhöhensensor umfasst, umfassend einen aus einem Sensor vom Messtastertyp, einem Sensor vom optischen Triangulationstyp und einem Schärfesignalsensor; Schritt (a) das Positionieren des frei liegenden Teils in einem Arbeitsbereich des Oberflächenhöhensensors umfasst; Schritt (b) das Einrichten des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems zum Verwenden des Oberflächenhöhensensors zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils umfasst; und Schritt (c) das Verwenden des Oberflächenhöhensensors zum Bestimmen der Höhe des frei liegenden Teils umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: Schritt (a) das Positionieren des frei liegenden Teils in einem Sichtfeld des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems umfasst; Schritt (b) das Einrichten des Bildverarbeitungs-Inspektionssystems in einer ersten Anordnung zum Vorsehen eines Bildes zumindest des frei liegenden Teils umfasst; und Schritt (c) das Bestimmen einer Schärfehöhe des frei liegenden Teils auf Grundlage von Bildern des frei liegenden Teils umfasst, die in verschiedenen Höhen erfasst werden, während sich das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem in der ersten Anordnung befindet, und Verwenden dieser Schärfehöhe als die bestimmte Höhe des frei liegenden Teils.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei: das Bildverarbeitungs-Inspektionssystem eine steuerbare Beleuchtung umfasst, die steuerbar ist, mindestens zwei Wellenlängenprofile auszugeben, die umfassen: ein Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil, welches das Werkstück so beleuchtet, dass das Werkstück primär reflektiertes Bildlicht und eine unbedeutende Menge an Fluoreszenzlicht als Reaktion auf das Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil vorsieht, sodass das Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil benutzt werden kann, um Nicht-Fluoreszenzbilder zu erfassen, und ein Anregungs-Wellenlängenprofil, welches die Schicht fluoreszierenden Materials dazu bringt, zu fluoreszieren und eine beträchtliche Menge an Fluoreszenz-Abbildungslicht abzugeben, sodass das Anregungs-Wellenlängenprofil benutzt werden kann, um das Fluoreszenzbild zu erfassen; und in Schritt (b) die erste Anordnung das Einrichten der steuerbaren Beleuchtung enthält, das Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil auszugeben und das Anregungs-Wellenlängenprofil nicht auszugeben.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die steuerbare Beleuchtung ein Ringlicht umfasst und die erste Anordnung das Ausgeben des Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofils aus dem Ringlicht enthält.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei Erfassen des Fluoreszenzbildes das Einrichten der steuerbaren Beleuchtung enthält, das Anregungs-Wellenlängenprofil auszugeben und das Nicht-Anregungs-Wellenlängenprofil nicht auszugeben.
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