DE102013017878B4

DE102013017878B4 - Verfahren und System zum Markieren platten- oder stabförmiger Objekte

Info

Publication number: DE102013017878B4
Application number: DE102013017878.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Neubrand
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: DE102013017878A1; CN104812172A

Abstract

Verfahren zum Markieren eines stabförmigen oder plattenförmigen Objekts (10), das in einer X-Y Ebene angeordnet ist und zumindest abschnittsweise einer Durchbiegung in Z-Richtung unterliegt, mit den Schritten: – Bestimmen einer Orientierung des stabförmigen oder plattenförmigen Objekts (10) hinsichtlich Rotation und Position des Objekts (10) in der X-Y Ebene anhand wenigstens einer Passermarke (19) in Bezug auf einen Referenzort (RO), wobei sich die Passermarke (19) auf einer Oberfläche des Objekts (10) an einem Ort ohne eine nennenswerte Durchbiegung des Objekts (10) in Z-Richtung befindet, dessen Ist-Position zumindest annähernd auf dessen Soll-Position fällt; – Bestimmen einer Ist-Position (18) wenigstens eines Unikats (36), das sich auf derselben Oberfläche des Objekts (10) wie die Passermarke (19) befindet, wobei sich das Unikat (36) auf einer Oberfläche des Objekts (10) an einem Ort mit einer nennenswerten Durchbiegung des Objekts (10) in Z-Richtung befindet, dessen Ist-Position und Soll-Position auseinander liegen; – Ermitteln eines Versatzes (Δx1, Δy1) zwischen einer Soll-Position (17) des Unikats (36) und der Ist-Position (18) des Unikats (36); und – Beschriften des Objekts (10) mittels eines Laserstrahls (37), wobei zum Beschriften zumindest eine Ausrichtung (α2) des Laserstrahls (37) basierend auf dem ermittelten Versatz (Δx1, Δy1) korrigiert wird.

Description

Einleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Markieren eines stabförmigen oder plattenförmigen Objekts, das in einer X-Y Ebene angeordnet ist und zumindest abschnittsweise einer Durchbiegung in Z-Richtung unterliegt. Dabei erlauben das Verfahren und das System eine verbesserte Positioniergenauigkeit der Markierung.
Bei Beschriftungsanlagen, die ein Markierfeld eines Objekts markieren, ist es wichtig, dass das Objekt plan unter einem Beschrifter liegt. Bei herkömmlichen Anlagen wird das Objekt allerdings in der Regel auf zwei in Transportrichtung ausgerichteten Leisten transportiert. Dies hat zur Folge, dass das Objekt zwischen den Leisten durch sein Eigengewicht durchhängt oder sich durchbiegt. Wird nun das Objekt markiert, so bewirkt die Durchbiegung einen Versatz der Markierung gegenüber der gewünschten Position. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, ist es wichtig, das Objekt vor dem Markieren plan auszurichten. Bisher wurde das zu markierende Objekt z. B. mittels mechanischer Mittenunterstützung plan gehalten.
Stand der Technik
Bekannt ist aus der DE 102 14 817 A1 ein Verfahren zur Höhenmessung eines Lotpastenauftrages, welches auf einem Triangulationsverfahren beruht. Hierzu dient eine Vorrichtung mit einer Kamera, einem unter einem ersten vorbestimmten Winkel zur Kamera angeordneten ersten Projektor zur Erzeugung einer Linie auf der zu vermessenden Oberfläche, einem zweiten unter einem zweiten vorbestimmten Winkel zur Kamera angeordneten Projektor zur Erzeugung eines Lichtpunktes, und einem Auswertesystem. Dabei ist der Strahl des zweiten Projektors derart justiert, dass sein Auftreffpunkt auf der zu vermessenden Oberfläche mit einem Ende der vom ersten Projektor projizierten Linie zusammenfällt, wenn die Leiterplatte keiner Durchbiegung unterliegt.
Die DE 699 26 885 T2 offenbart ein System zur Überprüfung von Bauteilen auf Fehler, das dazu die Durchbiegung der Leiterplatte misst. Das System besteht aus einer senkrecht montierten Videokamera und einem Linienlaser, der im definierten Winkel zur Senkrechten angeordnet ist. Zunächst wird eine Kalibrierplatte im System arretiert und Höhenwerte ausgemessen, die als Sollwerte gespeichert werden. Jede zu prüfende Leiterplatte wird vor der eigentlichen Höhenmessung im gleichen Raster wie die Kalibrierplatte ausgemessen. Die ermittelten Höhenwerte der zu prüfenden Leiterplatten werden dann mit den abgespeicherten Sollwerten verglichen und als Korrekturwerte für die Höhenmessung verwendet, um Fehler in der Anordnung der Bauteile auf der Leiterplatte zu detektieren.
Die DE 10 2010 050445 A1 offenbart ein Verfahren zum Prüfen von Lötstellen. Zuerst wird ein Lichtstrahl auf ein Kalibrierungsobjekt projiziert und ein Bild der projizierten Lichtlinien aufgenommen und gespeichert. Gleiches erfolgt mit einer zu prüfenden Leiterplatte. Anschließend werden die projizierten Lichtstrahlen des Kalibrierungsobjekts und der zu prüfenden Leiterplatten verglichen. Damit lassen sich Durchbiegungen der Leiterplatte erfassen.
Die DE 10 2005 051318 A1 beschreibt ein Triangulationsverfahren zur Ermittlung von Erhebungen auf Leiterplatten.
Die DE 103 52 561 A1 offenbart ein Verfahren zum Markieren von Leiterplatten. Da die Markierungen nicht immer von guter Qualität/Lesbarkeit sind, wird die aufgebrachte Markierung mit einem Sollwert verglichen und dann angepasst.
Die DE 198 31 558 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Laserbearbeiten von flachen Werkstücken. Ein Werkstück wird zwischen zwei Klemmbacken einer Halteeinrichtung fixiert, wobei der Bearbeitungsbereich des Werkstücks in dem Ablenkbereich eines Lasers liegt. Die Klemmbacken sind rahmenförmig ausgebildet und umgreifen den Ablenkbereich des Laserstrahls in engem Abstand, sodass die Einspannfläche klein bleibt und Durchbiegungen im Werkstück vernachlässigbar werden.
Die DE 100 35 446 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen von Mikrobohrungen mittels eines Lasers. In dem Verfahren werden die Position und eine mögliche Verdrehung eines zu bearbeitenden Substrates gegenüber einem XY-Tisch ermittelt. Dazu werden die Soll- und Ist-Position von auf dem Substrat vorhandenen Markern mittels eines Kamerasystems erfasst und verglichen.
Weiterhin ist es bekannt, die Durchbiegung eines plattenförmigen Objekts für die Inspektion auf Fehler oder zur Messung der Lotpastenhöhe zu erfassen. In keiner der genannten Schriften ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Durchbiegung des Objekts erfasst und in einem anschließenden Beschriftungsverfahren herangezogen wird.
Zugrundeliegendes Problem
Folglich wird nach einer Lösung gesucht, wie ein Produkt markiert werden kann, wobei die Durchbiegung des Produkts in Z-Richtung, zum Beispiel durch sein Eigengewicht, seine Lagerungssituation, oder darauf befindliche Komponenten, keinen nennenswerten Versatz der Markierung in X- oder Y-Richtung gegenüber einer gewünschten Position zur Folge hat.
Vorgeschlagene Lösungen
Zur Lösung wird zum Markieren eines stabförmigen oder plattenförmigen Objekts, das in einer X-Y Ebene angeordnet ist und zumindest abschnittsweise einer Durchbiegung in Z-Richtung unterliegt, ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere hat das Verfahren die folgenden Schritte:
Bestimmen einer Orientierung des stabförmigen oder plattenförmigen Objekts hinsichtlich Rotation und Position des Objekts in der X-Y Ebene anhand wenigstens einer Passermarke in Bezug auf einen Referenzort;
Bestimmen einer Ist-Position wenigstens eines Unikats, das sich auf derselben Oberfläche des Objekts wie die Passermarke befindet, wobei sich das Unikat auf einer Oberfläche des Objekts an einem Ort mit einer nennenswerten Durchbiegung des Objekts in Z-Richtung befindet;
Ermitteln eines Versatzes zwischen einer Soll-Position des Unikats und der Ist-Position des Unikats; und
Beschriften des Objekts mittels eines Laserstrahls, wobei zum Beschriften zumindest eine Ausrichtung des Laserstrahls basierend auf dem ermittelten Versatz korrigiert wird.
Zur Lösung wird auch ein System zum Markieren eines stabförmigen oder plattenförmigen Objekts vorgeschlagen, das in einer X-Y Ebene angeordnet ist und zumindest abschnittsweise einer Durchbiegung in Z-Richtung unterliegt.
Durch diese Lösungen kann der Versatz infolge der Durchbiegung des Objekts mittels einer einzigen Kamera erfasst werden, die auf die Oberfläche des Objekts gerichtet ist. Dies ermöglicht eine reduzierte Anzahl der benötigten Bauteile im Gesamtsystem. Es ist auch keine mechanische Korrekturverschiebung in X-, Y-Richtung oder eine Korrekturdrehung um die Z-Achse zur Ausrichtung des Objekts notwendig. Das Objekt wird nicht unnötig mechanisch belastet und die Beschriftung kann mit größerem Durchsatz ausgeführt werden. Dies bewirkt einen geringeren Kostenaufwand sowie weniger Verschleiß und eine längere Standzeit der Anlage. Zudem ist dies ein effizienter Weg, bei einer integrierten Wendestation in einer Handhabungsanlage eine Durchbiegung des Objekts bei der Beschriftung zu kompensieren.
Eigenschaften und Ausgestaltungen
Bei den vorgeschlagenen Lösungen reicht es aus, den X- und ggf. den Y-Versatz zwischen der Soll-Position und der Ist-Position des Unikats zu ermitteln, um anschließend die Ausrichtung des Laserstrahls zur Beschriftung dementsprechend zu korrigieren. Mit anderen Worten ist keine Berechnung oder messtechnische Bestimmung des Z-Versatzes zwischen der Passermarke und der Sollposition nötig, um die Ausrichtung des Laserstrahls zu korrigieren.
Bei den vorgeschlagenen Lösungen kann das Unikat beispielsweise punktförmig, kreuzförmig, quadratisch oder kreisförmig sein. Das Unikat kann eine charakteristische Stelle einer Leiterbahn auf einer Leiterplatte sein, eine Bauteilkante oder Bauteilecke eines auf der Leiterplatte montierten Bauteils oder dergl. sein. Unabhängig davon kann die Passermarke beispielsweise punktförmig, kreuzförmig, quadratisch oder kreisförmig sein. Die Passermarke kann auf das Objekt geätzt oder gedruckt sein.
Die Sollposition des Unikats ist diejenige räumliche Position der X-/Y-Koordinaten, an denen sich das Unikat ohne die Durchbiegung des Objekts in Z-Richtung befinden würde. Dabei ist die Ist-Position des Unikats ein Ort auf der Oberfläche des Objekts, der sich durch beim Richten der Kamera auf die Ist-Position des Unikats ergibt.
Das Objekt kann jegliches plattenförmige oder stabförmige Produkt, zum Beispiel eine Leiterplatte oder eine Identitätskarte (z. B. Scheckkarte, Personalausweis, etc.) sein. Dabei kann das Objekt eine rechteckige, polygonale, kreisförmige, stabförmige oder andere Form haben. Auf dem Objekt können Komponenten, beispielsweise Schaltkreiskomponenten, angeordnet sein. Die Komponenten können Prozessor-Chips, Anschlusskomponenten, Schalter, Widerstandselemente, Kondensatoren, LEDs, und/oder andere montierbare Komponenten umfassen. Die Komponenten können auf dem Objekt beliebig angeordnet sein.
Ferner kann das Objekt auf mindestens drei Stützpunkte, die in einer X-Y Ebene liegen, gestützt werden. Dabei ist eine linienartige oder bandartige Stütze das statische Äquivalent zweier Stützpunkte, so dass das Objekt ähnlich wie auf einer linienartigen Stütze und einem weiteren Stützpunkt, die in einer X-Y Ebene liegen, gestützt werden kann. In der X-Y Ebene können auch weitere Stützpunkte, Stützlinien und/oder Stützflächen vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Objekt auf zwei im Randbereich des Objekts vorgesehenen Leisten gestützt werden, die eine X-Y Ebene definieren. Dabei können die Leisten parallel oder schräg relativ zueinander angeordnet sein.
Die Beschriftung des Objekts kann in einem Beschriftungsbereich erfolgen. Dabei kann der Beschriftungsbereich jeglicher Bereich auf der Oberfläche des Objekts sein, der im Wesentlichen frei von Komponenten ist. Der Beschriftungsbereich kann durch einen linienartigen Umriss oder durch ein zusätzliches Schichtmaterial definiert sein. Die Form des Beschriftungsbereichs kann rechteckig, quadratisch, mehreckig, kreisförmig, rund, oder unrund sein, oder jegliche andere Form haben. Im Beschriftungsbereich kann jede Schrift-, Bild- oder Designinformation aufgebracht werden.
Die Passermarke kann in einem Messbereich liegen. Dabei kann der Messbereich jeglicher Bereich auf der Oberfläche des Objekts sein, der frei von Komponenten ist. Der Messbereich kann zum Beispiel vollständig innerhalb des Beschriftungsbereichs liegen. Denkbar wäre allerdings auch, dass der Messbereich sich nur teilweise mit dem Beschriftungsbereich überlappt, oder dass der Messbereich vollständig außerhalb des Beschriftungsbereichs liegt. Bei der Größe und der Gestalt des Messbereichs ist es wesentlich, dass der Messbereich ausreichend groß ist, um jeglichen Versatz des projizierten Musters infolge einer Durchbiegung des Objekts zu umschließen. Die Form des Messbereichs kann rechteckig, quadratisch, mehreckig, kreisförmig, rund, oder unrund sein, oder jegliche andere Form haben.
Ferner können die obigen Schritte in Bezug auf eine zweite Passermarke, eine zweite Sollposition und eine zweite Ist-Position eines zweiten Unikats und einen zweiten Versatz durchgeführt werden. Im anschließenden Beschriftungsschritt wird dann die Ausrichtung des Laserstrahls basierend auf einen linear interpolierten Versatz zwischen dem ermittelten (ersten) Versatz und dem ermittelten zweiten Versatz korrigiert.
Somit kann der Versatz infolge einer Durchbiegung über ein Teil des Objekts oder über seine gesamte Oberfläche approximiert werden. Dabei ist es sinnvoll, dass die Schritte wiederholt werden, so dass Versatzinformationen für wenigstens den zu beschriftenden Bereich mit der gewünschten Genauigkeit ermittelt werden.
Der Prozessor kann Teil der Kamera sein, oder umgekehrt. Ebenso kann die Prozessoreinheit Teil des Laserstrahlers sein, oder umgekehrt. Laserstrahler, Kamera und Prozessoreinheit sind hier als funktionelle Einheiten zu verstehen, die keine bestimmte Gliederung bei der Ausführung implizieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen des vorliegend beschriebenen Verfahrens und Systems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den Zeichnungen.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Draufsicht einer Leiterplatte,
2 die Leiterplatte gemäß 1 mit eingezeichnetem Messbereich,
3a den Messbereich gemäß 2 mit einem projizierten Muster,
3b den Messbereich gemäß 2 mit einem versetzten Muster,
4 ein schematisches System zur Ermittlung einer Durchbiegung der Leiterplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
5a einen Querschnitt der Leiterplatte gemäß 1 durch die Linie A-A',
5b eine Vergrößerung des Querschnitts gemäß 2a,
6 ein schematisches System zur Ermittlung einer Durchbiegung der Leiterplatte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
7 die Leiterplatte gemäß 2 mit zwei weiteren Messbereichen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Wie in 1 veranschaulicht, liegt eine Leiterplatte 10 in einer X-Y Ebene (im Folgenden auch horizontale Ebene genannt) und wird dabei von zwei etwa im Abstand der Leiterplattenbreite angeordneten, hier lediglich angedeuteten Schienen oder Leisten 20a, 20b gestützt.
Die Leiterplatte 10 umfasst ein geschichtetes, elektrisch isolierendes Material mit daran haftenden oder darin verbauten, leitenden Verbindungen, üblicherweise aus Kupfer oder einem ähnlich leitenden Metall. Auf der Leiterplatte 10 sind einige Komponenten 12 angebracht. Das Eigengewicht des Leiterplattenmaterials sowie der darauf befestigten Komponenten 12 verursacht eine Durchbiegung der Leiterplatte 10 zwischen den Leisten 20a, 20b. Dabei hängt der Durchbiegungsgrad der Leiterplatte 10 von mehreren Faktoren ab, unter anderem der Form und der Größe der Leiterplatte 10, dem Gewicht und der Steifigkeit des Leiterplattenmaterials, dem Gewicht und der Anordnung der auf der Leiterplatte 10 angeordneten Komponenten 12, der Anordnung der Leisten 20a, 20b und der Abstand dazwischen, sowie der Ausrichtung der Leiterplatte 10 auf den Leisten 20a, 20b.
Auf der oberen Fläche der Leiterplatte 10 ist ein Beschriftungsbereich 14 vorgesehen, um Textinformationen (beispielsweise eine Komponentennummer oder eine Seriennummer), Herstellerinformationen und/oder Bildinformationen (beispielsweise ein Firmenzeichen oder Bildmarke) aufzubringen.
2 zeigt die Leiterplatte 10 der 1 mit einer auf der Oberfläche der Leiterplatte 10 befindlichen Passermarke 19. Diese Passermarke 19 dient zum Bestimmen einer Orientierung der Leiterplatte 10 hinsichtlich deren Rotation und Position in der X-Y Ebene in Bezug auf einen Referenzort RO. Die Passermarke 19 befindet sich auf einer Oberfläche der Leiterplatte 10 an einem Ort ohne eine nennenswerte Durchbiegung der Leiterplatte 10 in Z-Richtung; im hier veranschaulichten Beispiel ist dies nahe des Randes der Leiterplatte 10 und nahe einer der Leisten 20a, 20b. Der Referenzort RO ist hier eine ortsfeste Position innerhalb der Gesamtanordnung des Systems (der Maschine) in der X-Y Ebene. Diese Angaben dienen zusammen mit weiteren Angaben dazu, das Ausmaß der Durchbiegung der Leiterplatte 10 zu ermitteln. Eine Ist-Position 18 in den Fig. bezeichnet den Ort eines Unikats 36, das sich auf derselben Oberfläche der Leiterplatte 10 wie die Passermarke 19 befindet. Dabei befindet sich das Unikat 36, hier eine charakteristische Ecke einer schematisch gezeigten Leiterbahnstruktur, auf einer Oberfläche der Leiterplatte 10 an einem Ort mit einer nennenswerten Durchbiegung der Leiterplatte 10 in Z-Richtung; im hier veranschaulichten Beispiel ist dies nahe des Zentrums der Leiterplatte 10.
Anhand der bekannten Abmessungen der Leiterplatte 10 und dem Referenzort RO ist eine Position der Passermarke 19 ermittelbar, nämlich die X-, Y-Koordinate, an der sich die im Messbereich 16 befindende Passermarke 19 ohne die Durchbiegung der Leiterplatte 10 befände. Da sich Passermarke 19 an einem Ort ohne nennenswerte Durchbiegung der Leiterplatte 10 befindet, fällt – zumindest annähernd – deren Ist-Position auch auf ihre Sollposition. Da jedoch das Unikat 36 an einem Ort nennenswerter Durchbiegung auf der Oberfläche der Leiterplatte 10 gewählt ist, liegen Soll-Position 17 und Ist-Position 18 des Unikats 36 auseinander.
3a und 3b zeigen Vergrößerungen des Messbereichs 16, um das Verfahren zum Vermessen der Durchbiegung anhand der Passermarke 19 zu verdeutlichen. Wie in 3a gezeigt, hat die Passermarke 19 zu der Sollposition 17 des Unikats 36 einen bestimmten X- und Y-Versatz, wenn die Leiterplatte 10 keiner Durchbiegung unterliegt.
Wie in 3b gezeigt, verursacht die Durchbiegung der Leiterplatte 10 einen Versatz Δx, Δy des Unikats 36 auf eine Ist-Position 18. Dabei bestimmt die Lage des Unikats 36 einen X-Versatz Δx und gegebenenfalls einen Y-Versatz Δy, die gemeinsam den Versatz zwischen der Ist-Position 18 des Unikats 36 und der Passermarke 19 festlegen.
In 4 ist ein System zur Durchführung der Bemessung des Versatzes des Unikats 36 infolge der Durchbiegung der Leiterplatte 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Leiterplatte 10 wird zunächst in einen Verarbeitungsbereich unterhalb eines Laserstrahlers 30 und einer Kamera 40 eingebracht. Ein Lichtstrahl 32 wird vom Laserstrahler 30 unter einem Winkel α₁ auf die Sollposition 17 des Unikats 36 projiziert, wobei der Lichtstrahl 32 wegen der Durchbiegung der Leiterplatte 10 tatsächlich auf die versetzte Ist-Position 18 des Unikats 36 auf der Leiterplatte 10 trifft. Anschließend nimmt die Kamera 40 ein Bild auf, das wenigstens den Messbereich 16 und das Unikat 36 umfasst, wobei das Bild auch noch weitere Bereiche der Leiterplatte 10 oder sogar die ganze Leiterplatte 10 umfassen kann. Die Kamera 40 übermittelt das Bild an einen Prozessor 50 (auch Prozessoreinheit genannt), der das Bild analysiert, um die Ist-Position 18 und somit Versatz-Werte Δx, Δy relativ zu den Koordinaten der Soll-Position 17 zu ermitteln.
Im Anschluss an das oben beschriebene Messverfahren wird die Intensität des Laserstrahlers 30 erhöht, um einen Laserstrahl 37 zu erzeugen, der dazu geeignet ist, den Beschriftungsbereich 14 auf der Oberfläche der Leiterplatte 10 zu beschriften/mit einer Markierung zu versehen. Anhand der vom Prozessor 50 berechneten Versatz-Werte Δx, Δy korrigiert der Laserstrahler 30 eine Ausrichtung α₂ des Laserstrahls 37, um die Durchbiegung der Leiterplatte 10 zu kompensieren. Somit kann wie in der Figur gezeigt die Passermarke 19 exakt mit Laserstrahl 37 getroffen werden, und es entsteht im Beschriftungsbereich 14 eine Beschriftung, die durch die Durchbiegung der Leiterplatte 10 minimal verzerrt ist.
Bei diesem Markierverfahren muss der auf das Unikat 36 gerichtete Lichtstrahl 32, von dem selben Ausgangspunkt 34 relativ zur Leiterplatte 10 abgestrahlt werden, wie der Laserstrahl 37, mit dem die Leiterplatte 10 markiert wird. Die Berechnung der Versatz-Werte Δx, Δy in der X-Y Ebene ist nämlich zum Korrigieren der Ausrichtung α₂ des Laserstrahls 37 nur dann korrekt, wenn der Lichtstrahl 32 von demselben Ausgangspunkt 34 projiziert wird, wie der die Leiterplatte 10 markierende Laserstrahl 37.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Quelle oder Ausgangspunkt des Lichtstrahls 32 anders positioniert als die Quelle oder Ausgangspunkt des Laserstrahls 37. Um die Ausrichtung α₂ des Laserstrahls 37 korrekt zu bestimmen, wird in einem Zwischenschritt ein Z-Versatz Δz zwischen der Sollposition 17 und der Passermarke 19 berechnet. Dieser Berechnungsschritt wird anhand von 5a und 5b näher beschrieben.
5a zeigt einen Querschnitt der Leiterplatte 10 gemäß 1 durch die Linie A-A'. Dabei ist eine imaginäre Leiterplatte 10' gezeigt, die kein Eigengewicht (oder aber unendlich hohe Steifigkeit) hat, und folglich keiner Durchbiegung durch die Schwerkraft unterliegt. In Wirklichkeit unterliegt die Leiterplatte einer Durchbiegung zwischen den Stütz-Leisten 20a, 20b. Dabei wird der Z-Versatz Δz der Leiterplatte 10 infolge dieser Durchbiegung mittels des Lichtstrahls 32 erfasst.
5b zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereichs, in dem der Lichtstrahl 32 auf die Leiterplatte 10 trifft. Dabei wird der Lichtstrahl 32 unter dem Winkel α₁, der schräg zur Z-Achse steht, auf die Soll-Position 17 des Unikats 36 gerichtet. Im Falle der imaginären Leiterplatte 10' ohne Eigengewicht trifft der Lichtstrahl 32 genau auf die Soll-Position 17. Wegen der Durchbiegung der tatsächlichen Leiterplatte 10 trifft der Lichtstrahl 32 aber auf die Leiterplatte 10 an der versetzten Ist-Position 18 des Unikats 36. Der Versatz Δx (und, gegebenenfalls, Δy) zwischen der Soll-Position 17 und der Ist-Position 18 wird ermittelt durch die Kamera, der ein Prozessor zugeordnet ist. Anschließend wird der Z-Versatz Δz, der die Durchbiegung der Leiterplatte 10 approximiert, anhand des bekannten Winkels α₁ und des Versatzes Δx (und gegebenenfalls Δy) trigonometrisch berechnet.
Ein System zur Durchführung der Bemessung des Z-Versatzes infolge der Durchbiegung der Leiterplatte 10 und anschließender Beschriftung der Leiterplatte 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist in 6 dargestellt. Dabei ist das in 6 dargestellte System weitgehend mit dem in 4 dargestellten System identisch, wobei übereinstimmende Elemente nicht erneut beschrieben werden. Das in 6 dargestellte System hat eine Beleuchtungseinheit 30 zur Erzeugung des Lichtstrahls 32, und einen separaten Laserstrahler 35 zur Erzeugung des Laserstrahls 37.
Dabei wird von der Beleuchtungseinheit 32 der Lichtstrahl 32 unter dem Winkel α₁ auf die Soll-Position 17 gerichtet. Der Lichtstrahl 32 trifft an der versetzten Ist-Position 18 auf der Leiterplatte 10. Anschließend wird ein Bild vom Messbereich aufgenommen und analysiert, um die Ist-Position 18 und somit Versatz-Werte Δx, Δy zur Soll-Position 17 zu ermitteln. Anhand dieser ermittelten Versatz-Werte Δx, Δy sowie des Winkels α₁ berechnet der Prozessor 50 den z-Versatz Δz infolge der Durchbiegung der Leiterplatte 10 zwischen der Ist-Position 18 und der Soll-Position 17. Anhand des ermittelten Z-Versatzes Δz wird anschließend die Ausrichtung α₂ des Laserstrahls 37 korrigiert.
Zusammenfassend wird bei dem Messverfahren in einem Verarbeitungsbereich unterhalb des Laserstrahlers 30 und der Kamera 40 durch die ohnehin in der Anlage integrierte Kamera 40 zunächst die Position und Rotation der Leiterplatte 10 ermittelt. An Stellen ohne Durchbiegung, nämlich dort wo die Leiterplatte 10 von Leisten 20a, 20b gestützt ist, können charakteristische Marken, also Unikate, vermessen und zur Positions- und Rotationskompensation verwendet werden. An Stellen, an denen sich die Durchbiegung maximal auswirkt, meist im Bereich des Zentrums der Leiterplatte 10, werden Unikate mittels der Kamera 40 vermessen, und der Versatz Δx, Δy selbiger in Bezug auf den projizierten Ist-Positionen ermittelt. Mit diesem Versatz Δx, Δy wird der vertikale Versatz Δz der Leiterplatte 10 infolge der Durchbiegung trigonometrisch berechnet.
Um den Versatz Δx, Δy und gegebenenfalls Δz gemäß dem ersten und/oder dem zweiten Ausführungsbeispiel infolge der Durchbiegung linear zu approximieren, muss diese Vermessung an zwei Positionen durchgeführt werden. Dies wird anhand von 7 verdeutlicht.
7 zeigt die Leiterplatte gemäß 3 mit drei eingezeichneten Messbereichen 16a, 16b, 16c. Dabei werden drei Unikate 36 an drei Sollpositionen bestimmt, die sich jeweils auf einer in einem der Messbereiche 16a, 16b, 16c liegenden Passermarke 19a, 19b, 19c beziehen. Anschließend wird der Versatz Δx₁, Δy₁; Δx₂, Δy₂; Δx₃, Δy₃ (oder gegebenenfalls Δz₁, Δz₂, Δz₃) zwischen den Ist-Positionen 18a, 18b, 18c der Unikate 36 und den dazugehörigen Passermarken 19a, 19b, 19c ermittelt.
Jeweils zwischen zwei der drei Ist-Positionen 18a, 18b, 18c der Unikate 36 wird ein Versatz Δx_n, Δy_n (oder gegebenenfalls Δz_n) infolge der Durchbiegung der Leiterplatte 10 numerisch interpoliert. In ähnlicher Weise wird in einem gedachten Dreieck, das über die drei Ist-Positionen 18a, 18b, 18c definiert wird, der Versatz Δx_n, Δy_n (oder gegebenenfalls Δz_n) infolge der Durchbiegung der Leiterplatte 10 durch bilineare Interpolation approximiert. Ferner kann der Versatz Δx_n, Δy_n (oder gegebenenfalls Δz_n) außerhalb des gedachten Dreiecks oder entlang der Verlängerung der Verbindungslinien 18a–18b, 18a–18c, 18b–18c durch Extrapolation berechnet werden. Anhand des interpolierten Versatzes Δx_n, Δy_n oder ggf. Δz_n wird anschließend die Ausrichtung α₂ des Laserstrahls 37 korrigiert.

Claims

Verfahren zum Markieren eines stabförmigen oder plattenförmigen Objekts (10), das in einer X-Y Ebene angeordnet ist und zumindest abschnittsweise einer Durchbiegung in Z-Richtung unterliegt, mit den Schritten: – Bestimmen einer Orientierung des stabförmigen oder plattenförmigen Objekts (10) hinsichtlich Rotation und Position des Objekts (10) in der X-Y Ebene anhand wenigstens einer Passermarke (19) in Bezug auf einen Referenzort (RO), wobei sich die Passermarke (19) auf einer Oberfläche des Objekts (10) an einem Ort ohne eine nennenswerte Durchbiegung des Objekts (10) in Z-Richtung befindet, dessen Ist-Position zumindest annähernd auf dessen Soll-Position fällt; – Bestimmen einer Ist-Position (18) wenigstens eines Unikats (36), das sich auf derselben Oberfläche des Objekts (10) wie die Passermarke (19) befindet, wobei sich das Unikat (36) auf einer Oberfläche des Objekts (10) an einem Ort mit einer nennenswerten Durchbiegung des Objekts (10) in Z-Richtung befindet, dessen Ist-Position und Soll-Position auseinander liegen; – Ermitteln eines Versatzes (Δx₁, Δy₁) zwischen einer Soll-Position (17) des Unikats (36) und der Ist-Position (18) des Unikats (36); und – Beschriften des Objekts (10) mittels eines Laserstrahls (37), wobei zum Beschriften zumindest eine Ausrichtung (α₂) des Laserstrahls (37) basierend auf dem ermittelten Versatz (Δx₁, Δy₁) korrigiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Referenzort (RO) sich außerhalb des zu markierenden Objekts befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Unikat (36) sich im Bereich maximaler Durchbiegung des Objekts (10) in Z-Richtung befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei vor dem Beschriftungsschritt ein Berechnungsschritt erfolgt, in dem ein Z-Versatz (Δz₁) zwischen der Sollposition (17) des Unikats (36) und der Passermarke (19) anhand des Winkels (α₁) und des ermittelten Versatzes (Δx₁, Δy₁) berechnet wird, und wobei im Beschriftungsschritt die Ausrichtung (α₂) des Laserstrahls (32) basierend auf den berechneten Z-Versatz (Δz₁) korrigiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte des Bestimmens, des Ermittelns, und gegebenenfalls des Berechnens wiederholt in Bezug auf eine zweite Sollposition (17b), eine zweite Passermarke (19b), eine zweite Ist-Position (18b) und einen zweiten Versatz (Δx₂, Δy₂, Δz₂) durchgeführt werden; und wobei im Beschriftungsschritt die Ausrichtung (α₂) des Laserstrahls (32) basierend auf einem linear interpolierten Versatz (Δx_n, Δy_n, Δz_n) zwischen dem ermittelten Versatz (Δx₁, Δy₁, Δz₁) und dem zweiten Versatz (Δx₂, Δy₂, Δz₂) korrigiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Schritte des Projizierens, des Ermittelns, und gegebenenfalls des Berechnens wiederholt in Bezug auf eine dritte Sollposition (17c), eine dritte Passermarke (19c), eine dritte Ist-Position (18c) und einen dritten Versatz (Δx₃, Δy₃, Δz₃) durchgeführt werden; und wobei im Beschriftungsschritt die Ausrichtung (α₂) des Laserstrahls (37) basierend auf einem bilinear interpolierten Versatz (Δx_n, Δy_n, Δz_n) korrigiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objekt (10) eine Leiterplatte ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objekt (10) auf zwei im Randbereich des Objekts vorgesehenen Leisten (20a, 20b) gestützt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sollposition (17) in einem Messbereich (16) liegt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Beschriftungsschritt ein Beschriftungsbereich (14) des Objekts (10) beschriftet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausrichtungsschritt vor dem Schritt des Projizierens erfolgt, bei dem das Objekt (10) in einem Verarbeitungsbereich ausgerichtet wird.
System zum Markieren eines stabförmigen oder plattenförmigen Objekts (10), das in einer X-Y Ebene angeordnet ist und einer zumindest bereichsweisen Durchbiegung in Z-Richtung unterliegt, umfassend: – eine Kamera (40), die dazu eingerichtet ist, ein Bild zumindest einer Passermarke (19) aufzunehmen und an eine Prozessoreinheit (50) zu übersenden, wobei sich die Passermarke (19) auf einer Oberfläche des Objekts (10) an einem Ort ohne eine nennenswerte Durchbiegung des Objekts (10) in Z-Richtung befindet, dessen Ist-Position zumindest annähernd auf dessen Soll-Position fällt; – wobei die Prozessoreinheit (50) dazu eingerichtet und programmiert ist, eine Orientierung des stabförmigen oder plattenförmigen Objekts (10) hinsichtlich Rotation und Position des Objekts (10) anhand der wenigstens einen Passermarke (19) in Bezug auf einen Referenzort (RO) zu bestimmen, – wobei die Kamera (40) dazu eingerichtet ist, eine Ist-Position (18) wenigstens eines Unikats (36) aufzunehmen und an die Prozessoreinheit (50) zu übersenden, wobei sich das Unikat (36) auf derselben Oberfläche des Objekts (10) wie die Passermarke (19) befindet, und wobei sich das Unikat (36) auf einer Oberfläche des Objekts (10) an einem Ort mit einer nennenswerten Durchbiegung des Objekts (10) in Z-Richtung befindet, dessen Ist-Position und Soll-Position auseinander liegen; – wobei die Prozessoreinheit (50) dazu eingerichtet und programmiert ist, einen Versatz (Δx₁, Δy₁) zwischen einer Soll-Position des Unikats (36) und der Ist-Position (18) des Unikats (36) zu ermitteln; und – wobei die Prozessoreinheit (50) dazu eingerichtet und programmiert ist, einen Laserstrahler (35), der dazu eingerichtet ist, das Objekt (10) mittels eines Laserstrahls (37) zu markieren, mit Steuerdaten zum Beschriften des Objekts (10) zu beschicken, wobei diese Steuerdaten basierend auf dem ermittelten Versatz (Δx₁, Δy₁) zur Ausrichtung (α₂) des Laserstrahls (37) korrigiert sind.