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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Herstellung von elektronischen Baugruppen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine optische Untersuchung von Bauelementen, welche zum Bestücken eines Bauelementträgers vorgesehen sind. Weiter insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Information bezüglich der Höhenlage einer Vorderseite von einem Anschluss, welcher an einem Bauelement, insbesondere einem elektronischen Bauelement, angebracht ist. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Bestückautomaten zum automatischen Bestücken von Bauelementträgern mit Bauelementen und ein Verfahren zum Bestücken eines Bauelementträgers mit Bauelementen.
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Technischer Hintergrund
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Elektronische Baugruppen und Schaltkreise, welche elektronische Bauelemente aufweisen, sind im Allgemeinen aus einem oder mehr Bauelementträgern (wie zum Beispiel gedruckte Leiterplatten (PCB)) aufgebaut. Ein Herstellungsprozess von einem Bauelementträger beinhaltet typischerweise ein Bestücken des Bauelementträgers mit Bauelementen. Wenn Bauelemente auf die Oberfläche eines Bauelementträgers angebracht werden, so spricht man von surface mounting technology (SMT). Ein SMT Prozess wird ausgeführt von einem Bestückkopf.
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In einem Bestückprozess können von einem Bestückautomaten Bauelemente auch mittels Durchsteckmontage bestückt werden. Hierfür weisen die Bauelemente Anschlüsse (beispielsweise Drahtanschlüsse bzw. THT (through hole technology)-Pins) auf, die bei der Durchsteckmontage durch Kontaktlöcher in dem Bauelementträger gesteckt werden. Weiterhin werden in der Durchsteckmontage auch Zentrierstifte, Rastclips oder Board Locks verwendet, welche für eine bessere Fixierung sorgen. Um eine Durchsteckmontage von hoher bzw. ausreichender Qualität zu gewährleisten, müssen die Anschlüsse möglichst genau die Kontaktlöcher in dem Bauelementträger treffen. Um die Anschlüsse messtechnisch zu bewerten bieten sich optische Messungen während des Bestückungsprozesses an.
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Hierbei stellt sich jedoch das Problem, dass die Anschlüsse der Bauelemente optisch schlecht zu erkennen sein können, insbesondere mit 2D-Messungen. Bedingt durch den Herstellungsprozess eines Anschlusses kann die Vorderseite eines Anschlusses stark variieren. Auch bei einer leichten Verbiegung der Anschlüsse kann eine optische Vermessung schwer sein. Dann lassen sich Vorderseiten der Anschlüsse schlecht von Flanken der Anschlüsse unterscheiden, so dass es zu einem Fehler bei einer Positionsbestimmung kommen kann.
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Dazu kommt, dass es oft schwierig ist die Anschlüsse von einem Hintergrund, nämlich dem Teil des Bauelements, welcher nicht den Anschluss aufweist, zu unterscheiden. Oft gibt es helle Hintergründe, Reflexe oder andere metallische Anschlüsse, die eine einfache Unterscheidung eines Merkmals vom Hintergrund auf Grund von Helligkeitsunterschieden verhindern.
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Zusammengefasst kann eine Information bezüglich der Höhenlage der Anschlüsse in bisherigen optischen 2D-Messungen nicht effizient gemessen werden und Defekte, wie zu kurze oder zu lange und/oder verbogene Anschlüsse, können daher bislang nicht effizient erkannt werden.
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In 6 ist ein Beispiel aus dem Stand der Technik gezeigt. Hierbei wird ein Bauelement 650 bereitgestellt, welches Anschlüsse 651 aufweist. Mittels einer Lichtquelle 620 werden Vorderseiten der Anschlüsse 651 seitlich von Beleuchtungslicht 621 beleuchtet. Gestreutes Messungslicht 611 wird mittels einer Kamera 610 aufgenommen. Eine Betrachtung eines aufgenommenen Bildes 652 zeigt, dass eine Lage der Anschlüsse 651 erkannt werden kann. Jedoch kann eine Orientierung (die Anschlüsse sind verzogen) und die Länge der Anschlüsse nicht effizient erkannt werden kann. Durch die seitliche Beleuchtung kann es nämlich zu Verdeckungen der Merkmale kommen, welche Verdeckungen eine Vermessung erschweren oder sogar unmöglich machen. Die Anschlüsse können durch Bauelementteile oder andere Anschlüsse abgeschattet werden, so dass eine vollständige Beleuchtung aller Anschlüsse nicht möglich ist.
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Die
JP 2008-76107 A lehrt eine Höhenlagebestimmung einer Anschlussvorderseite eines Bauelemente nur auf der Grundlage einer Phasenverschiebung eines Lichtmusters.
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Es könnte daher ein Bedarf bestehen, ein effizientes und robustes Verfahren, sowie eine Vorrichtung, zum Bestimmen einer Information bezüglich der Höhenlage einer Vorderseite von einem Anschluss bereitzustellen, welche die Effizienz und die Zuverlässigkeit eines Bestückungsprozesses von einem Bauelementträger erhöht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dieser Bedarf könnte gedeckt werden mittels eines Verfahrens zum Bestimmen einer Information bezüglich der Höhenlage einer Vorderseite von einem Anschluss, einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Information bezüglich der Höhenlage einer Vorderseite von einem Anschluss, einem Bestückautomaten zum automatischen Bestücken von Bauelementträgern mit Bauelementen und einem Verfahren zum Bestücken eines Bauelementträgers mit Bauelementen gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mittels der abhängigen Ansprüche beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt von der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Bestimmen einer Information bezüglich einer Höhenlage einer Vorderseite von einem Anschluss, welcher an einem Bauelement angebracht ist. Das Verfahren weist auf: i) Bereitstellen des Bauelements vor einer Kamera, so dass die Vorderseite des Anschlusses sich in einer ersten Objektposition zumindest annährend in der Fokusebene der Kamera befindet, ii) Aufnehmen eines ersten Bildes der Vorderseite des Anschlusses in der ersten Objektposition mittels der Kamera, iii) Verschieben des Bauelements entlang einer vorbestimmten Richtung, so dass die Vorderseite des Anschlusses sich in einer zweiten Objektposition zumindest annährend in der Fokusebene der Kamera befindet, iv) Aufnehmen eines zweiten Bildes der Vorderseite des Anschlusses in der zweiten Objektposition mittels der Kamera und v) Bestimmen der Information bezüglich der Höhenlage der Vorderseite des Anschlusses basierend auf dem ersten Bild und dem zweiten Bild.
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Das beschriebene Verfahren basiert auf der Idee, dass eine Information bezüglich der Höhenlage einer Vorderseite eines Anschlusses, welcher sich an einem Bauelement befindet, relativ zu der Fokusebene einer Kamera bestimmt werden kann. Hierbei wird nicht die Kamera, sondern das Bauelement selbst in eine vorbestimmte Richtung verschoben. Die zu untersuchende Vorderseite des Anschlusses befindet sich hierbei zumindest annähernd in der Fokusebene der Kamera. Daher wird die Vorderseite des Anschlusses in einem Kamerabild optisch stärker verschoben als ein Teil des Bauelements, welches sich außerhalb der Fokuseben der Kamera befindet. Es wird ein erstes Bild und ein zweites Bild von der Vorderseite des Anschlusses aus zwei verschiedenen Perspektiven erhalten, d.h. es wird eine stereoskopische Messung durchgeführt.
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Es ist zu beachten, dass ein Objekt zwischen Kamera und Fokusebene im Bild weiter verschoben wird als ein Objekt in der Fokusebene der Kamera. Ebenso wird ein Objekt hinter der Fokusebene der Kamera im Bild weniger weit verschoben als ein Objekt in der Fokusebene der Kamera. Objekte welche sich oberhalb bzw. unterhalb der Fokuseben befinden, werden also unterschiedlich weit verschoben, wenn das erste Bild mit dem zweiten Bild verglichen wird. Somit kann eine Informationen bezüglich der Höhenlage der Vorderseite des Anschlusses auf einfache und robuste Weise erhalten werden. Dadurch kann das Bauelement, welches den Anschluss aufweist, zuverlässig an einen Bauelementträger bestückt werden. Bisherige Probleme, dass i) Bauelemente optisch schlecht zu erkennen sind, insbesondere mit 2D-Messungen, ii) ein Unterscheiden von der Vorderseite eines Anschlusses von den Flanken eines Anschlusses nicht effizient möglich ist, sowie iii) ein Unterscheiden von Anschlüssen und einem Hintergrund, nämlich dem Teil des Bauelements, welcher nicht den Anschluss aufweist, nicht effizient möglich ist, können mit dem beschriebenen Verfahren überwunden werden. Ein entscheidender Vorteil gegenüber anderen Verfahren liegt darin, dass keine Abschattungseffekte berücksichtigt werden müssen. Für das Verfahren sind weiterhin keine Hardware-Änderungen an den bestehenden Vorrichtungen, insbesondere sogenannter Vision Systeme von Bestückautomaten, nötig. Das beschriebene Verfahren kann also direkt in einen bestehenden Bestückungsprozess eines Bauelementträgers integriert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt von der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum Bestimmen einer Information bezüglich einer Höhenlage einer Vorderseite von einem Anschluss, welcher an einem Bauelement angebracht ist. Die Vorrichtung weist eine Kamera auf, welche eingerichtet ist zum i) Aufnehmen eines ersten Bildes der Vorderseite des Anschlusses, welcher sich in einer ersten Objektposition zumindest annährend in einer Fokusebene der Kamera, ii) Aufnehmen eines zweiten Bildes der Vorderseite des Anschlusses, welcher sich in einer zweiten Objektposition zumindest annährend in der Fokusebene der Kamera befindet. Ferner weist die Vorrichtung eine Verschiebungseinheit auf, welche eingerichtet ist zum Verschieben des Bauelements entlang einer vorbestimmten Richtung, wobei die Vorderseite des Anschlusses von der ersten Objektposition zu der zweiten Objektposition verschoben wird. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinheit auf, welche eingerichtet ist zum Bestimmen der Information bezüglich der Höhenlage der Vorderseite des Anschlusses basierend auf dem ersten Bild und dem zweiten Bild.
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Die beschriebene Vorrichtung kann das oben beschriebene Verfahren ausführen. Die Vorrichtung basiert auf derselben Idee wie das Verfahren und kann dieselben Vorteile wie das Verfahren bereitstellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt von der Erfindung wird ein Bestücktautomat zum automatischen Bestücken von Bauelementträgern mit Bauelementen bereitgestellt. Der Bestückautomat kann hierbei die oben beschriebene Vorrichtung aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt von der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestücken eines Bauelementträgers mit Bauelementen bereitgestellt. Das Verfahren zum Bestücken weist hierbei ein Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen auf. Weiterhin weist das Verfahren auf i) Bereitstellen eines Bauelements, welches einen Anschluss aufweist und ii) Bestücken des Bauelementträgers mit dem Bauelement nur in dem Fall, dass die Information bezüglich der Höhenlage einer vorbestimmten Information bezüglich der Höhenlage entspricht.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Vorderseite des Anschlusses“ insbesondere den Abschnitt des Anschlusses bezeichnen, welcher distal zu dem Teil des Bauelements liegt, an welchem der Anschluss befestigt ist, wobei der besagte Teil des Bauelements den Anschluss nicht aufweist und auch als Körper des Bauelements bezeichnet werden kann. Der Abschnitt des Anschlusses, welcher an dem Teil des Bauelements angebracht ist, kann als proximaler Abschnitt des Anschlusses bezeichnet werden und weist nicht die Vorderseite des Anschlusses auf. Im Fall, dass der Anschluss spitz zulaufend geformt ist, kann der distale Abschnitt des Anschlusses eine Kegel- bzw. Pyramiden-Form aufweisen. Diese Kegel- bzw. Pyramiden-Form kann als Vorderseite des Anschlusses verstanden werden. Im Fall, dass der Anschluss eine flache Stirnseite aufweist, kann die flache Stirnseite und/oder der Abschnitt des Anschlusses, welcher sich unmittelbar an der Stirnseite befindet, als Vorderseite des Anschlusses verstanden werden. Die geometrischen Begriffe Kegel und Pyramide werden in diesem Dokument insbesondere zur Veranschaulichung herangezogen. Daraus folgt, dass der Anschluss besagte Formen nicht exakt aufweisen muss. So kann der Anschluss beispielsweise auch abgewinkelt, abgeknickt und/oder verbogen sein, insbesondere durch Fabrikationsfehler.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Bauelement“ insbesondere einen Träger einer physikalischen oder elektronisch realisierbaren Eigenschaft und/oder ein diskretes Bauteil bezeichnen. Das Bauelement weist zumindest einen Anschluss auf, mittels welchem das Bauelement an einen Bauelementträger verbunden werden kann. Das Bauelement kann aus verschiedenen Bauteilen zusammengesetzt sein. Ein Bauelement kann zum Beispiel ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule, eine Diode, ein Transistor, eine integrierte Schaltung oder ein Mikroprozessor sein, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist. Im Prinzip kann in diesem Dokument jedes Objekt als Bauelement verstanden werden, welches mittels eines Anschlusses an einen Bauelementträger verbunden und insbesondere elektrisch kontaktiert werden kann.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Bauelementträger“ insbesondere jegliche Unterstützungsstruktur bezeichnen, welche fähig ist ein oder mehr Bauelemente darauf und oder darin aufzunehmen. Dabei wird sowohl eine mechanische Unterstützung als auch eine elektrische Verbindung bereitgestellt. Ein Bauelementträger kann eine elektrisch leitfähige Schicht und eine elektrisch isolierende Schicht aufweisen. Die elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise Kupfer sein und die elektrisch isolierende Schicht kann z.B. ein Harz sein, insbesondere ein Epoxid-Harz, und/oder das Material FR4 aufweisen. Hierbei kann der Bauelementträger als ein Laminat der genannten Schichten ausgebildet sein. Der Bauelementträger kann eine gedruckte Leiterplatte (printed circuit board, PCB) sein.
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Der Begriff „Fokusebene“ kann insbesondere diejenige Ebene im Objektraum bezeichnen, deren Punkte von einer Linse oder einem fotografischen Objektiv als scharfe Punkte auf der Bildebene im Bildraum abgebildet werden. Wenn ein Bild eines Objekts von einer Kamera aufgenommen wird, so kann die Fokusebene der Kamera als diejenige Ebene im Raum angesehen werden, in welcher sich die höchstmögliche Anzahl von Details des Objektes in dem Bild erkennen lässt. Wird also eine Vorderseite des Objekts vor der Kamera positioniert, so kann sich die höchstmögliche Anzahl von Details der Vorderseite des Objektes in dem aufgenommenen Bild erkennen lassen, wenn sich die Vorderseite des Objekts in der Fokusebene der Kamera befindet. Die Fokusebene kann auch als Ebene mit der höchsten Schärfe bezeichnet werden. Schärfe kann beispielsweise quantitativ erfasst werden durch eine maximale Anzahl an erkennbaren Objekten, insbesondere Linien, innerhalb eines Einheitsabstands.
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Ein erster Bereich oberhalb der Fokusebene und ein zweiter Bereich unterhalb der Fokusebene können als „zumindest annährend“ in der Fokusebene verstanden werden. Dieser erste Bereich bzw. der zweite Bereich sollten sich jeweils nicht weiter als eine halbe Höhe eines Anschlusses von der Fokusebene aus nach oben bzw. nach unten erstrecken. Insbesondere sollten sich der erste Bereich bzw. der zweite Bereich jeweils nicht weiter als die Vorderseite des Anschlusses von der Fokusebene aus nach oben bzw. nach unten erstrecken. Beispielsweise kann der erste Bereich bzw. der zweite Bereich sich jeweils um ungefähr 2 mm von der Fokusebene aus nach oben bzw. nach unten erstrecken.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Objektposition“ insbesondere eine Position oder eine Lage bezeichnen, an welcher sich ein Objekt befindet. Beispielsweise kann sich die Vorderseite eines Anschlusses in einer ersten Position oder Lage befinden. Sobald der Anschluss räumlich verschoben wird, bewegt sich die Vorderseite des Anschlusses in eine zweiten Position oder Lage, welche zu der ersten Position verschieden ist.
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Der Begriff „vorbestimmte Richtung“ kann insbesondere eine Raumrichtung bezeichnen in welcher ein Objekt, beispielsweise ein Anschluss, verschoben werden kann. So kann der Anschluss von einer ersten Objektposition in einer Raumrichtung in eine zweite Objektposition verschoben werden. Die vorbestimmte Richtung ist hierbei vorzugsweise eine Richtung, welche senkrecht zur Gravitationsrichtung ist. Das Objekt wird also bevorzugt nicht in der Höhe sondern der Tiefe des Raumes verschoben. Weiterhin kann der Richtung auch ein Abstand zugeordnet sein. So kann dies der Abstand zwischen einer ersten Objektposition und einer zweiten Objektposition sein.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Bild“ insbesondere eine grafische Repräsentation von einem Objekt bezeichnen. Ein Bild kann zum Beispiel mittels einer Kamera aufgenommen bzw. erzeugt werden. Ein Bild kann digital mittels Pixeln dargestellt werden. Zum Beispiel kann Beleuchtungslicht an einer Vorderseite von einem Anschluss gestreut und/oder reflektiert werden.
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Das gestreute und/oder reflektierte Licht kann mittels einer Kamera aufgenommen werden, um ein Bild zu erhalten, insbesondere ein Pixelbasiertes Bild. Der Begriff „Kamera“ kann insbesondere ein optisches Instrument zum Aufnehmen eines Bildes bezeichnen. Die Kamera kann jede beliebige optische Einrichtung sein, welche in der Lage ist, Bauelemente optisch zu erfassen. Die Kamera kann beispielsweise eine gewöhnliche CCD Kamera sein. Die Kamera kann ein oder mehr Sensoren aufweisen.
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Der Begriff „Information bezüglich der Höhenlage“ kann insbesondere eine Information bezüglich der Höhe und/oder Länge eines Anschlusses bezeichnen, welche verwendet werden kann, um die Qualität eines Anschlusses zu bewerten. Beispielsweise kann eine gemessene Höhenlage mit einer Referenz-Höhenlage eines Anschlusses verglichen werden. Weiterhin kann eine Information bezüglich der Höhenlage mit einer Referenz-Information bezüglich der Höhenlage verglichen werden. Je ähnlicher die bestimmte Information bezüglich der Höhenlage und die Referenz-Information bezüglich der Höhenlage sind, desto höher mag die Qualität des Anschlusses bewertet werden. Die Höhenlage kann eine Vielzahl von verschiedenen geometrischen Informationen bezüglich des Anschlusses aufweisen. Die Information bezüglich der Höhenlage kann eine absolute Höhenlage oder eine relative Höhenlage aufweisen. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein Anschluss im Vergleich zu anderen Anschlüssen zu lang oder zu kurz ist. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Höhenlage der Vorderseite des Anschlusses aufgrund einer unveränderlichen Länge des Anschlusses in einen geometrischen Zusammenhang mit der 2D-Position der Vorderseite des Anschlusses aufweist. Damit weist die „Höhenlage-Information“ auch eine 2D-Information bezüglich einer Position in einer Ebene auf, welche senkrecht zu einer Aufsetzbewegung des Bauelements beim Bestücken ist. So kann beispielsweise die 2D-Position von mehreren Anschlüssen eines Bauelements ermittelt werden, woraus dann eine optimale Bestückposition des Bauelements an einen Bauelementträger bestimmt werden kann. Ist zum Beispiel ein Anschluss verbogen oder abgewinkelt, so gibt es keine optimale Bestückposition und das Bauelement kann verworfen werden. Somit kann anhand der Information bezüglich der Höhenlage, welche indirekt auch eine Information bezüglich der 2D-Position einer Vorderseite eines Anschlusses umfasst, auf eine optimale Bestückposition rückgeschlossen werden. Die Erfindung in ihren genannten Aspekten weist zum Bestimmen der Information bezüglich der Höhenlage ferner auf: i) Ermitteln von einem Bildposition-Abstand von einer ersten Bildposition der Vorderseite des Anschlusses in dem ersten Bild zu einer zweiten Bildposition der Vorderseite des Anschlusses in dem zweiten Bild, ii) Vergleichen des Bildposition-Abstandes mit einem Referenz-Abstand, welcher der vorbestimmten Richtung zugeordnet ist, wobei die Höhenlage basierend auf einem Ergebnis des Vergleichens bestimmt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Höhenlage der Vorderseite des Anschlusses auf eine effiziente und robuste Weise bestimmt werden kann, indem etablierte Verfahren der Stereoskopie direkt angewendet werden können.
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Im Folgenden werden nun Ausführungsbeispiele des beschriebenen Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung erläutert.
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Eine Bildposition kann hierbei einen Objektpunkt in einer Bildebene, beispielsweise der lichtsensitiven Oberfläche einer CCD Ebene, darstellen. Objektpunkte können wiederum Oberflächenelementen zugeordnet sein. Eine Vorderseite eines Anschlusses kann hierbei ein oder mehr Oberflächenelemente aufweisen. So kann beispielsweise die Vorderseite eines Anschlusses mittels einer Mehrzahl von Bildpositionen grafisch dargestellt werden. Wenn jede Bildposition einem Objektpunkt entspricht, welcher einem Oberflächenelement zugeordnet ist, so sind die Bildpositionen nebeneinander angeordnet, um zusammen ein Abbild der Objektpunkte, und damit des Oberflächenelements, zu erhalten. Zum Beispiel könnten 1000 Bildposition zusammengesetzt werden, von denen jede einem Objektpunkt eines Oberflächenelements der Vorderseite eines Anschlusses zugeordnet ist. So kann ein vollständiges Bild der Vorderseite des Anschlusses erzeugt werden. Weiterhin kann eine Bildposition einem Pixel eines Sensors der Kamera zugeordnet sein.
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Um einen Bildposition-Abstand von einer ersten Bildposition zu einer zweiten Bildposition zu ermitteln, muss die zweite Bildposition in dem zweiten Bild gefunden werden, welche zu der ersten Bildposition in dem ersten Bild korrespondiert. Hierfür muss es nicht notwendig sein das gesamte zweite Bild nach der korrespondierenden zweiten Bildposition zu durchsuchen. Die zweite Bildposition in dem zweiten Bild kann auf einer Linie mit der ersten Bildposition in dem ersten Bild liegen. Diese Linie kann die Projektion der ersten Bildposition in das zweite Bild sein und als Epipolarlinie bezeichnet werden. Nur auf dieser Epipolarlinie kann eine zweite Bildposition in dem zweiten Bild vorhanden sein, welche zu der ersten Bildposition in dem ersten Bild korrespondiert. Dadurch wird der zu durchsuchende Raum auf einen 1-D Raum (Epipolarlinie) reduziert. Es sind dem Fachmann verschiedene Verfahren bekannt wie eine solche korrespondierende Bildposition gefunden werden kann. Beispielsweise können Computer-Algorithmen verwendet werden, wie beispielsweise intensity-based stereo matching, block-matching, graph-cut matching, winner-takes-all (WTA) und semi-global matching (SGM). Bei diesen Algorithmen handelt es sich vorrangig um Verfahren zur Energieminimierung. Weiterhin kann eine Verfeinerung der Disparität vorgenommen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird für eine erste Bildposition, welche z.B. einem ersten Pixel (an Position x, y) der Kamera zugeordnet sein kann, die korrespondierende zweite Bildposition, welche z.B. einem zweiten Pixel der Kamera zugeordnet sein kann, im verschobenen zweiten Bild mittels Bildverarbeitung ermittelt. Im zweiten Bild wird die zweite Bildposition an den Positionen (x, y) bis (x + dmax, y) gesucht, wenn das Objekt in x-Richtung verschoben wurde. Die Differenz der beiden x-Positionen in den Bildern bezeichnet dann die Disparität zwischen der ersten Bildposition und der zweiten Bildposition.
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Verglichen mit einem Referenz-Abstand kann der ermittelte Bildposition-Abstand größer oder kleiner sein als der Referenz-Abstand. Basierend auf dem Ergebnis, ob der ermittelte Bildposition-Abstand größer oder kleiner als der Referenz-Abstand ist, kann eine Information bezüglich der Höhenlage erhalten werden. So kann z.B. die Information erhalten werden, ob ein Anschluss, verglichen mit einem Referenz-Anschluss, zu lang oder zu kurz ist. Weiterhin kann die Information erhalten werden, ob ein Anschluss verglichen mit einem Referenz-Anschluss verbogen oder abgewinkelt ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: i) nach dem Aufnehmen des ersten Bildes und wenn sich die Vorderseite des Anschlusses in der ersten Objektposition befindet, Verschieben eines Sensors der Kamera, insbesondere um eine Länge, welche einem halben Pixel des Sensors entspricht, ii) Aufnehmen eines zusätzlichen ersten Bildes der Vorderseite des Anschlusses mittels der Kamera, in welchem zusätzlichen ersten Bild die Vorderseite des Anschlusses einer zusätzlichen ersten Bildposition zugeordnet ist, iii) nach dem Aufnehmen des zweiten Bildes und wenn sich die Vorderseite des Anschlusses in der zweiten Objektposition befindet, Verschieben des Sensors der Kamera, insbesondere um die Länge, welche einem halben Pixel des Sensors entspricht, iv) Aufnehmen eines zusätzlichen zweiten Bildes der Vorderseite des Anschlusses mittels der Kamera, in welchem zusätzlichen zweiten Bild die Vorderseite des Anschlusses einer zusätzlichen zweiten Bildposition zugeordnet ist, wobei v) die Information bezüglich der Höhenlage ferner basierend auf dem zusätzlichen ersten Bild und dem zusätzlichen zweiten Bild bestimmt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Auflösung der Bilder in dem beschriebenen Verfahrens deutlich verbessert werden kann.
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Das oben beschriebene Vorgehen kann auch als Microscanning bezeichnet werden und kann als ein Verfahren zum Erhöhen der Auflösung von Digitalkameras verstanden werden. Ein Sensor der Kamera kann mittels eines Piezo-Mechanismus innerhalb eines Rasters bewegt werden. Auf diese Weise kann eine zusätzliche erste Bildposition und/oder eine zusätzliche zweite Bildposition, welche jeweils einem Pixel des Sensors zugeordnet sein können, nicht einmal, sondern beispielsweise viermal, aufgenommen werden. Jeder der zusätzlichen Bildpositionen ist von der ursprünglichen Bildposition um beispielsweise einen halben Pixel entfernt. Ein Kombinieren dieser zusätzlichen Bildpositionen kann nun zu einer deutlich höheren Auflösung in einem zusätzlichen kombinierten Bild führen. Da die Auflösung der Kamera in das Bestimmen der Höhenlage eingeht, können auf diese Weise nicht nur kleinere Strukturen (kleinere Anschlüsse) gemessen werden, sondern es wird insgesamt eine genauere Bestimmung der Höhenlage erreicht.
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Anstelle eines Sensors der Kamera zu verschieben ist es im Prinzip auch möglich das Bauelement zu verschieben, insbesondere um eine Länge welche einem halben Pixel entspricht. Auf diese Weise kann dann ebenfalls ein zusätzliches erstes Bild der Vorderseite des Anschlusses mittels der Kamera aufgenommen werden, in welchem die Vorderseite des Anschlusses einer zusätzlichen ersten Bildposition zugeordnet ist. Hierbei muss das Bauelement dann in eine zusätzliche erste Objektposition verschoben werden. Entsprechend muss das Bauelement auch in eine zusätzliche zweite Objektposition verschoben werden, um ein zusätzliches zweites Bild der Vorderseite des Anschlusses mittels der Kamera aufzunehmen, in welchem die Vorderseite des Anschlusses einer zusätzlichen zweiten Bildposition zugeordnet ist. Ein Kombinieren dieser zusätzlichen Bildpositionen kann dann zu einer deutlich höheren Auflösung in einem zusätzlichen kombinierten Bild führen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die erste Bildposition und die zweite Bildposition einem ersten Oberflächenelement der Vorderseite des Anschlusses zugeordnet und das Verfahren weist ferner auf: i) Ermitteln von einem weiteren Bildposition-Abstand von einer weiteren ersten Bildposition der Vorderseite des Anschlusses in dem ersten Bild zu einer weiteren zweiten Bildposition der Vorderseite des Anschlusses in dem zweiten Bild, wobei die weitere erste Bildposition und die weitere zweite Bildposition einem zweiten Oberflächenelement der Vorderseite des Anschlusses zugeordnet sind, ii) Vergleichen von dem weiteren Bildposition-Abstand mit dem Referenz-Abstand, wobei eine weitere Information bezüglich einer weiteren Höhenlage des zweiten Oberflächenelements mit einem weiteren Ergebnis des Vergleichens von dem weiteren Bildposition-Abstand bestimmt wird, und iii) Erstellen eines Höhenprofils der Vorderseite des Anschlusses basierend auf der Information bezüglich der Höhenlage und der weiteren Information bezüglich der weiteren Höhenlage. Dies hat den Vorteil, dass auf eine effiziente und robuste Weise ein Höhenprofil basierend auf etablierten Technologien der Vorderseite des Anschlusses erhalten werden kann.
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Hierbei kann jede Bildposition einem Objektpunkt zugeordnet sein, wobei ein Oberflächenelement ein oder mehr Objektpunkte aufweisen kann. Im Prinzip kann das oben beschriebene Verfahren für jede Bildposition innerhalb des ersten Bildes und für jede Bildposition innerhalb des zweiten Bildes durchgeführt werden. Da jede Bildposition einem Oberflächenelement der Vorderseite des Anschlusses zugeordnet sein kann, kann auf diese Weise ein Höhenprofil der gesamten Vorderseite des Anschlusses oder aller Vorderseiten aller Anschlüsse eines Bauelements erhalten werden. Das Resultat kann auf demonstrative und klare Weise auf einem Computerbildschirm angezeigt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Referenz-Abstand eine vorbestimmte Funktion von einem Objektposition-Abstand zwischen der ersten Objektposition und der zweiten Objektposition. Dies hat den Vorteil, dass eine Auflösung der Höhenlage präzise und flexibel eingestellt werden kann.
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Je weiter das Bauelement vor der Kamera verschoben wird, umso stärker können sich die Beleuchtungsbedingungen zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild ändern. In einer ersten Objektposition kann das Bauelement näher an einer ersten Lichtquelle angeordnet sein. In einer zweiten Bildposition kann das Bauteil näher an einer weiteren Lichtquelle angeordnet sein. Je stärker sich diese Beleuchtungsbedingungen ändern, umso größer können dann auch Fehler bei der Berechnung der Höhenlage und/oder des Höhenprofils sein. Andererseits gilt, dass je weiter das Bauelement vor der Kamera verschoben wird, umso größer ist die Auflösung der Höhenlage. Einerseits sollte der Verschiebungsweg möglichst kurz sein, um Beleuchtungsunterschiede so gering wie möglich zu halten. Andererseits soll die Auflösung der Höhenlage möglichst hoch sein. Es gilt hierbei also einen angemessenen Kompromiss zu finden, um das oben beschriebene Verfahren effizient einzusetzen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorderseite des Anschlusses die Stirnfläche des Anschlusses auf. Dies hat den Vorteil, dass die Höhenlage verhältnismäßig genau bestimmt werden kann.
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Der Anschluss kann Stift-förmig ausgebildet sein bzw. in Form eines Zylinders. Hierbei weist der Anschluss eine Stirnfläche auf, welche einer ersten Grundfläche des Zylinders entspricht. Die gegenüberliegende zweite Grundfläche des Zylinders kann dann an dem Teil des Bauelements angebracht sein, welches nicht den Anschluss aufweist. Auf diese Weise kann die Höhe des Anschlusses effizient bestimmt werden, da eine flache Stirnfläche vorliegt, welche direkt in der Fokusebene positioniert werden kann. Hierbei kann die Stirnfläche eine Ebene ausbilden, welche parallel der Fokusebene positioniert werden kann. Ein Abschnitt des Anschlusses, welcher sich unmittelbar unter der Stirnfläche befindet, kann sich hierbei zumindest annähernd in der Fokusebene befinden. Eine Information über diesen Abschnitt bezüglich der Höhenlage kann ebenfalls erhalten werden. Die Stirnfläche eines Anschlusses kann ein oder mehr Oberflächenelemente aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Vorderseite des Anschlusses spitz zulaufend geformt. Dies hat den Vorteil, dass weitere Information bezüglich der Höhenlage erhalten werden können.
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Der Anschluss kann ebenfalls spitz zulaufend geformt sein. Hierbei kann ein Abschnitt des Anschlusses, welcher proximal zu dem Teil des Bauelements angeordnet ist, welches nicht den Anschluss aufweist, eine Zylinder-Form aufweisen. Eine zweite Grundfläche des Zylinders kann an dem Teil des Bauelements angebracht sein, welches nicht den Anschluss aufweist. An der gegenüberliegenden ersten Grundfläche des Zylinders, welche an dem Abschnitt des Anschlusses angeordnet ist, welcher distal zu dem genannten Teil des Bauelements angeordnet ist, kann an der ersten Grundfläche eine Kegel-Form oder eine Pyramiden-Form vorhanden sein. Diese Kegel-Form oder Pyramiden-Form kann ein spitzes Zulaufen des Anschlusses realisieren. Die Mantelfläche eines solchen Kegels kann als Vorderseite des Anschlusses bezeichnet werden. Die Mantelfläche bzw. die Seitenflächen einer solchen Pyramide kann/können auch als Vorderseite des Anschlusses bezeichnet werden. Ebenfalls kann auch ein oberer Teil der Kegel-Form bzw. der Pyramiden-Form als Vorderseite des Anschlusses verstanden werden. Die Kegel- bzw. Pyramiden-Form eines Anschlusses kann ein oder mehr Oberflächenelemente aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorderseite des Anschlusses eine Unregelmäßigkeit auf, insbesondere eine Unregelmäßigkeit in Bezug auf die Höhenlage. Aus einer Untersuchung eines solchen Anschlusses kann sich der Vorteil ergeben, dass Unregelmäßigkeiten an der Vorderseite des Anschlusses zuverlässig erkannt werden können.
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Die Vorderseite des Anschlusses kann ein oder mehr räumliche Unregelmäßigkeiten aufweisen. Da diese sich an verschiedenen Positionen der Vorderseite des Anschlusses befinden können, haben sie ebenfalls einen Bezug zu der Höhenlage der Vorderseite des Anschlusses. Bei den Unregelmäßigkeiten kann es sich um verschiedene Objekte handeln, welche an der Vorderseite des Anschlusses nicht vorgesehen sind. Beispielsweise kann es sich bei der Unregelmäßigkeit um einen Materialfehler handeln, wenn zu viel bzw. zu wenig Material an einer Position eines Anschlusses vorhanden ist. Weiterhin kann es sich bei der Unregelmäßigkeit um eine sogenannte Zinn-Fahne handeln. Mittels des Verfahrens zur Bestimmen der Höhenlage der Vorderseite eines Anschlusses kann eine solche Unregelmäßigkeit erkannt werden, wenn sie sich zumindest annähernd in der Fokusebene befindet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das erste Bild bei einem ersten Beleuchtungslicht aufgenommen und das zweite Bild bei einem zweiten Beleuchtungslicht aufgenommen, wobei insbesondere das erste Beleuchtungslicht zumindest annährend gleich ist zu dem zweiten Beleuchtungslicht. Damit kann die Vorderseite des Anschlusses in der ersten Objektposition und der zweiten Objektposition auf geeignete Weise beleuchtet werden. Auf diese Weise kann eine effiziente Messung durchgeführt werden, ohne dass das Bauelement rotiert werden muss. Beispielsweise kann eine Beleuchtung in einem Winkel von 75° bis 90°, insbesondere 75° bis 85°, von allen Seiten vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine Lichtquelle ringförmig um das Bauelement angeordnet sein. Diese Lichtquelle kann das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht bereitstellen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das erste Bild und/oder das zweite Bild bei einem Beleuchtungslicht aufgenommen, welches eine Spektralverteilung aufweist, welche innerhalb des sichtbaren Spektrums ist, insbesondere Beleuchtungslicht der Wellenlänge aus dem Bereich zwischen 620 nm und 640 nm. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren direkt in einen Herstellungsprozess, insbesondere eines Prozesses zum Bestücken eines Bauelementträgers, integriert werden kann.
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Bei der Lichtquelle kann es sich um ein beliebiges Objekt handeln, welches in der Lage ist Licht zu emittieren. Beispielsweise kann die Lichtquelle eine LED Lichtquelle sein. Weiterhin kann die Lichtquelle elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge, z.B. Infrarot, UV oder sichtbares Licht bereitstellen. Vorzugsweise stellt die Lichtquelle, insbesondere eine LED Lichtquelle, sichtbares Licht bereit. Ferner emittiert die Lichtquelle vorzugsweise sichtbares rotes Licht der Wellenlänge aus dem Bereich zwischen 585 nm bis 750 nm, insbesondere 620 nm bis 640 nm.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Verschieben um eine Strecke durchgeführt, deren Länge in einem vorbestimmten Bereich zwischen 0,5 mm und 65 mm liegt.
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Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren mit erprobten und etablierten Mitteln in einen Herstellungsprozess integriert werden kann.
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Wie oben bereits beschrieben, sollte einerseits der Verschiebungsweg möglichst kurz sein, um Beleuchtungsunterschiede so gering wie möglich zu halten. Andererseits soll die Auflösung der Höhenlage möglichst hoch sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel sollte, um einen Anschluss sinnvoll erkennen zu können, die Auflösung der Höhenlage mindestens der halben Höhe des Anschlusses entsprechen. Ist beispielsweise ein Anschluss 1 mm hoch, sollte das Bauelement so weit verschoben werden, dass eine Höhenauflösung von 0,5 mm pro Pixel-Disparität erreicht wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Anschluss zumindest einen aus der Gruppe auf, welche besteht aus: einem Drahtanschluss, einem Pin, einem THT-Pin, einem Zentrierstift, einem Rastclip und einem Board Lock. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren mit erprobten und etablierten Mitteln in einen Herstellungsprozess integriert werden kann.
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Als Durchsteckmontage (through-hole technology, THT) kann eine Montage von bedrahteten elektronischen Bauelementen bezeichnet werden. Im Gegensatz zur Oberflächenmontage (surface-mounting technology, SMT) ist die Durchsteckmontage dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente Drahtanschlüsse haben („bedrahtete Bauelemente“). Diese können bei der Montage durch Kontaktlöcher in einen Bauelementträger gesteckt und anschließend beispielsweise durch Löten (konventionelles Handlöten, Wellenlöten oder Selektivlöten) mit einer Leiterbahn des Bauelementträgers verbunden werden.
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Wenn ein Bauelement auf einen Bauelementträger bestückt werden soll, so kann das Bauelement ein oder mehr Zentrierstifte aufweisen, welche dafür vorgesehen sind, in korrespondierenden Kontaktlöchern des Bauelementträgers positioniert bzw. eingeführt zu werden. Auf diese Weise kann eine Grob- und/oder Feinjustierung des Bauelements erreicht werden, bevor das Bauelement mit dem Bauelementträger elektrisch kontaktiert wird.
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Ein Anschluss kann eine Höhe aufweisen, welche beispielsweise in dem Bereich 2 mm bis 5 mm ist. Der Bereich, in welchem sich die Vorderseite des Anschlusses zumindest annährend in der Fokusebene der Kamera befindet, kann ungefähr plus/minus 2 mm betragen.
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Mittels eines Rastclips und/oder Board Locks kann über einen Einrast-Mechanismus beispielsweise eine elektronische Baugruppe oder auch ein Kabel an einen Bauelementträger angebracht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird in der ersten Objektposition und/oder in der zweiten Objektposition ein Teil des Bauelements außerhalb der Fokusebene der Kamera angeordnet,
wobei der Teil nicht die Vorderseite des Anschlusses aufweist. Dies hat den Vorteil, dass Hintergrundreflexe effizient verringert werden können.
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Der Teil des Bauelements, welcher nicht die Vorderseite des Anschlusses aufweist, wird so positioniert, dass er außerhalb der Fokusebene der Kamera angeordnet ist. Wenn das Bauelement von der ersten Objektposition in die zweite Objektposition verschoben wird, so unterscheidet sich ein erstes Bild in der ersten Objektposition von einem zweiten Bild in der zweiten Objektposition für Objekte, welche sich zumindest annähernd in der Fokusebene der Kamera befinden. Für Objekte, welche sich jedoch nicht in der Fokusebene der Kamera befinden, unterscheidet sich ein erstes Bild in der ersten Objektposition nicht von einem zweiten Bild in der zweiten Objektposition. Damit kann für ein Objekt außerhalb der Fokusebene der Kamera auch keine Höhenlage erhalten werden. Durch das Positionieren des Teils, dessen Höhenlage für die Messung nicht relevant ist, außerhalb der Fokusebene, können störende Hintergrundreflexe, beispielsweise von Metallen, des Teils verringert und/oder unterbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner eine Lichtquelle auf, welche eingerichtet ist zum Bereitstellen von Beleuchtungslicht für die Vorderseite des Anschlusses. Dies hat den Vorteil, dass definierte Lichtverhältnisse eingestellt werden können, und keine Abhängigkeit vom Umgebungslicht besteht.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine weitere Lichtquelle auf, welche eingerichtet ist zum Bereitstellen von weiterem Beleuchtungslicht für die Vorderseite des Anschlusses, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Vorderseite des Anschlusses in der ersten Objektposition näher an der Lichtquelle angeordnet ist als an der weiteren Lichtquelle und die Vorderseite des Anschlusses in der zweiten Objektposition näher an der weiteren Lichtquelle angeordnet ist als an der Lichtquelle. Dies hat den Vorteil, dass die Vorderseite des Anschlusses in der ersten Objektposition und der zweiten Objektposition von dem gleichen Beleuchtungslicht beleuchtet werden kann. Auf diese Weise kann effizient gemessen werden, ohne dass das Bauelement rotiert werden muss.
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Die Lichtquelle und die weitere Lichtquelle können als zwei separate Lichtquellen angeordnet werden. Bevorzugt werden die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle jedoch ringförmig um das zu untersuchende Bauelement angeordnet. Hierbei kann eine einzige ringförmige Lichtquelle verwendet werden, wobei Beleuchtungslicht, welches eine kürzere Strecke zu der Vorderseite des Anschlusses in der ersten Objektposition zurücklegt, der Lichtquelle zugeordnet sein kann, und Beleuchtungslicht, welches eine kürzere Strecke zu der Vorderseite des Anschlusses in der zweiten Objektposition zurücklegt, der weiteren Lichtquelle zugeordnet sein kann. Weiterhin kann die Lichtquelle halbkreisförmig um das Bauelement angeordnet sein und die weitere Lichtquelle kann ebenfalls halbkreisförmig um das Bauelement angeordnet sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle und/oder die weitere Lichtquelle in Bezug zu dem Bauelement in einer Richtung angeordnet, welche in einem Winkel zwischen 75° und 90°, insbesondere zwischen 75° und zumindest annährend 90°, weiter insbesondere zwischen 75° und 85°, zu der Haupterstreckungsrichtung des Anschlusses ist. Mit einer solchen sogenannten flachen Beleuchtung kann jede Höhenlage im Kamerabild sichtbar werden. Flache Bereiche auf dem Bauelement bleiben bei flacher Beleuchtung im Kamerabild dunkel. Beleuchtung zwischen 0° und 75° hingegen kann auf metallischen Flächen zu wandernden Reflexen führen und ist daher nicht geeignet.
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In einem Ausführungsbeispiel wird auf Grund der flachen Beleuchtungseinstellungen bei der Berechnung der Höhenlage davon ausgegangen, dass in Bildbereichen, in denen (so gut wie) keine Grauwertänderungen zu sehen sind, sich die Höhe nicht ändert. Stirnflächen der Anschlüsse werden durch die flache Beleuchtung nicht erreicht, und bleiben deshalb im Kamerabild dunkel. Da sich die Grauwerte auf den Stirnflächen der Anschlüsse nicht ändern, wird den Stirnflächen dieselbe Höhenlage wie dem hellen Rand der Vorderseite des Anschlusses zugewiesen.
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Die Haupterstreckungsrichtung des Anschlusses ist die Richtung, welche parallel zu der Raumrichtung ist, in welcher sich der Anschluss am längsten erstreckt. Wenn ein Anschluss beispielsweise Zylinder-förmig ist, dann entspricht die Haupterstreckungsrichtung der Höhe des Zylinders.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Bestückautomaten ist die Kamera in dem Bestückautomaten stationär in Bezug zu einem Chassis des Bestückautomaten angeordnet und in Bezug zu einer aufgenommenen Vorderseite des Anschlusses in einer Richtung angeordnet, welche parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Anschlusses ist. Dies hat den Vorteil, dass die beschriebene Vorrichtung in den automatisierten Herstellungsprozess eines Bestückautomaten direkt integriert werden kann.
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Als Kamera kann beispielsweise eine bekannte Vision Kamera verwendet werden. Solche Kameras sind oftmals stationär innerhalb eines Bestückautomaten angebracht. Es muss daher keine Hardware-Änderung vorgenommen werden.
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In einem Ausführungsbeispiel kann der Abstand zwischen Kamera und Fokusebene ungefähr in einem Bereich zwischen 250 mm und 450 mm liegen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden.
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Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieses Dokuments sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
- 1 zeigt eine Vorrichtung zum Bestimmen der Höhenlage einer Vorderseite eines Anschlusses.
- 2a zeigt ein Bauelement, welches Anschlüsse aufweist, wobei die Vorderseiten der Anschlüsse die Stirnflächen der Anschlüsse aufweisen.
- 2b zeigt ein Bauelement, welches Anschlüsse aufweist, wobei die Vorderseiten der Anschlüsse spitz zulaufend geformt sind.
- 3 zeigt die oben beschriebene Vorrichtung mit einer weiteren Lichtquelle.
- 4 zeigt einen Bildposition-Abstand von einer ersten Bildposition in einem ersten Bild zu einer zweiten Bildposition in einem zweiten Bild.
- 5 zeigt ein zusätzliches erstes Bild mit einer zusätzlichen ersten Bildposition.
- 6 illustriert eine bekannte Vermessung eines der Anschlüsse eines Bauelements.
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Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
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Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden Bauelemente über einer stationären Vision Kamera eines Bestückautomaten verfahren und dabei eine Stereoskopie-Messung durchgeführt. Dadurch wird die relative Höhe der Bauelementmerkmale, insbesondere der THT-Pins, Zentrierstifte oder Board Locks, relativ zur Fokusebene der Kamera bestimmt. Das ermittelte Höhenprofil der THT-Pins, Zentrierstifte oder Board Locks ist genau genug, um das Bauelement in einer Durchsteckmontage auf einen Bauelementträger zu bestücken.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Stereo-Messung mittels nur einer stationären Kamera angewendet. Anhand der berechneten Lage, Höhe und Größen der Anschlüsse kann ein Bauelement sicher in Durchsteckmontage bestückt werden. Für das Verfahren sind keine Hardware-Änderungen an bestehenden, stationären Kameras nötig. Das Bauelement wird flach (mit Beleuchtungswinkel zwischen 75° und zumindest annährend 90°) beleuchtet, um jede Höhenlage im Bild zu erkennen. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren liegt darin, dass keine Abschattungseffekte berücksichtigt werden müssen. Das Bauelement wird flach beleuchtet, frontal aufgenommen und vermessen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Anwender zuerst die für die Bestückung relevanten Regionen im Bild bestimmen, d.h. zum Beispiel die Pins und Board Locks des Bauelements. Hierbei müssen beim Einlernen der Stereo-Messung folgende Bedingungen geprüft werden: i) die Oberflächenelemente müssen im Fokus sein, damit die Oberflächenelementränder scharf zu sehen sind, ii) die flache Beleuchtung muss so eingestellt werden, dass die Oberflächenelemente ausreichend Kontrast besitzen und nicht übersteuert sind, iii) die Länge der Strecke sollte so groß eingestellt werden, dass die Auflösung der Höhenlage der halben Höhe eines Pins entspricht. Diese Bedingungen können beim Einlernen geprüft und bewertet werden. Der Anwender kann dann (teilautomatisiert) die Messbedingungen verbessern (z.B. durch Beleuchtungsänderung, Änderung der Strecke oder der Auswertebereiche).
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1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Bestimmen einer Information bezüglich der Höhenlage einer Vorderseite von einem Anschluss 151, welcher an einem Bauelement 150 angebracht ist. Das Bauelement 150 ist in einer ersten Position und in einer zweiten Position gezeigt. Das Bauelement 150 weist einen Teil (Körper) 158 auf, welcher nicht den Anschluss 151 aufweist. Die Anschlüsse 151 sind weiterhin an dem Teil 158 des Bauelements 150 angeordnet und weisen jeweils eine Stirnfläche 155 auf.
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Die Vorrichtung 100 weist eine Lichtquelle 120 auf, welche eingerichtet ist zum Bereitstellen von Beleuchtungslicht 121 in Richtung der Anschlüsse 151. In Bezug zu der Haupterstreckungsrichtung der Anschlüsse 151 ist die Lichtquelle 120 in einer Richtung angeordnet, welche in einem Winkel zwischen 75° und 85° ist.
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Die Vorrichtung 100 weist ferner eine Kamera 110 auf, welche eingerichtet ist zum i) Aufnehmen eines ersten Bildes 452 der Vorderseite des Anschlusses 151, welcher sich in einer ersten Objektposition 152 zumindest annährend in einer Fokusebene 115 der Kamera 110, und zum ii) Aufnehmen eines zweiten Bildes 453 der Vorderseite des Anschlusses 151, welcher sich in einer zweiten Objektposition 153 zumindest annährend in der Fokusebene 115 der Kamera 110 befindet. Hierfür nimmt die Kamera 110 Messungslicht 111 auf, welches von der Vorderseite der Anschlüsse 151 reflektiert und/oder gestreut wird.
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Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine Verschiebungseinheit (nicht gezeigt) auf, welche eingerichtet ist zum Verschieben des Bauelements 150 entlang einer vorbestimmten Richtung 160, so dass der Anschluss 151 von der ersten Objektposition 152 zumindest annährend in der Fokusebene 115 der Kamera 110 zu der zweiten Objektposition 153 zumindest annährend in der Fokusebene 115 der Kamera 110 verschoben wird. Die vorbestimmte Richtung 160 weist hierbei eine Strecke auf, deren Länge ungefähr 10 mm ist. Hierbei ist die vorbestimmte Richtung 160 eine Richtung, welche senkrecht zu der Gravitationsrichtung orientiert ist. Die Kamera 110 ist stationär in Bezug zu einem Chassis eines Bestücktautomaten (nicht gezeigt) angeordnet und in Bezug zu einer aufgenommenen Vorderseite des Anschlusses 151 in einer Richtung 113 angeordnet, welche parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Anschlusses 151 ist. Ferner weist die Vorrichtung 100 eine Datenverarbeitungseinheit 180 auf, welche eingerichtet ist zum Bestimmen der Information bezüglich der Höhenlage der Vorderseite des Anschlusses 151 basierend auf dem ersten Bild und dem zweiten Bild.
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2a zeigt ein Bauelement 150, welches einen Teil 158 aufweist, an welchem eine Mehrzahl von Anschlüssen 151 angeordnet ist. Hierbei weist die Vorderseite der Anschlüsse 151 die Stirnfläche 155 der Anschlüsse 151 auf. Die Stirnflächen 155 der Anschlüsse 151 sind in der Fokusebene 115 der Kamera 110 angeordnet. Eine Stirnfläche 255a eines kurzen Anschlusses 251a befindet sich auf einer geringeren Höhe als die Stirnflächen 155 der anderen Anschlüsse 151. Diese Stirnfläche 255a befindet sich zumindest annähernd 216 in der Fokusebene 115. Eine andere Stirnfläche 255b eines hohen Anschlusses 251b befindet sich auf einer höheren Höhe als die Stirnflächen 155 der anderen Anschlüsse 151. Diese weitere Stirnfläche 255b befindet sich zumindest annähernd in einem Bereich 116 um die Fokusebene 115.
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2b zeigt ein Bauelement 150, welches einen Teil 158 aufweist, an welchem eine Mehrzahl von Anschlüssen 151 angeordnet ist. Hierbei ist die Vorderseite der Anschlüsse 151 spitz zulaufend 256 geformt. Diese spitz zulaufenden Anschlussspitzen der Anschlüsse 151 sind zumindest annähernd in einem Bereich 216 um die Fokusebene 115 der Kamera 110 angeordnet. Eine Vorderseite eines der Anschlüsse 151 weist eine Unregelmäßigkeit 257 auf, welche zu einem unregelmäßigen Höhenprofil (Höhenlage) führt. Die Unregelmäßigkeit 257 befindet sich zumindest annähernd in dem Bereich 256 um die Fokusebene 115 der Kamera 110, so dass die Anwesenheit der Unregelmäßigkeit 257 in einer Messung erkannt werden kann.
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3 zeigt die Vorrichtung 100 gemäß 1, wobei die Vorrichtung 100 ferner eine weitere Lichtquelle 320 aufweist, welche eingerichtet ist zum Bereitstellen von weiterem Beleuchtungslicht 321. Die Vorrichtung 100 ist derart ausgebildet, so dass die Vorderseite des Anschlusses 151 in der ersten Objektposition 152 näher an der Lichtquelle 120 angeordnet ist als an der weiteren Lichtquelle 320. Komplementär dazu ist die Vorderseite des Anschlusses 151 in der zweiten Objektposition 153 näher an der weiteren Lichtquelle 320 angeordnet als an der Lichtquelle 120. Auf diese Weise kann ein erstes Bild bei einem ersten Beleuchtungslicht 121 aufgenommen werden und ein zweites Bild bei einem zweiten Beleuchtungslicht 321. Hierbei ist das erste Beleuchtungslicht 121 zumindest annähernd gleich zu dem zweiten Beleuchtungslicht 321. Die weitere Lichtquelle 320 ist in Bezug zu dem Bauelement 150 in eine Richtung angeordnet, welche in einem Winkel zwischen 75° und 85° zu der Haupterstreckungsrichtung des Anschlusses 151 ist.
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4 zeigt ein erstes Bild 452, welches eine Höhe H und eine Breite W aufweist, und ein zweites Bild 453, welches ebenfalls die Höhe H und die Breite W aufweist. Das erste Bild 452 ist der ersten Objektposition 152 des Bauelements 150 vor dem Verschieben zugeordnet und das zweite Bild 453 ist der zweiten Objektposition 153 des Bauelements 150 nach dem Verschieben zugeordnet. An der Position x1 der Breite W des ersten Bildes 452 liegt eine erste Bildposition 452a, welche einem ersten Oberflächenelement der Vorderseite des Anschlusses 151 des Bauelements 150 zugeordnet ist. Zur Verdeutlichung des Verfahrens ist in 4 nur das Bild dieses einen Oberflächenelements dargestellt. Eine zweite Bildposition 453a, welche ebenfalls dem ersten Oberflächenelement der Vorderseite des Anschlusses 151 zugeordnet ist und zu der ersten Bildposition 452a in dem ersten Bild 452 korrespondiert, liegt in dem zweiten Bild 453. Die zweite Bildposition 453a kann hierbei in dem zweiten Bild 453 in Bezug zu der ersten Bildposition 452a in dem ersten Bild 452 um einen Abstand 402 verschoben sein. Die zweite Bildposition 453a in dem zweiten Bild 453 liegt auf einer Linie 401 mit der ersten Bildposition 452a in dem ersten Bild 452. Diese Linie 401 stellt die Projektion der ersten Bildposition 452a in das zweite Bild 453 dar und wird als Epipolarlinie 401 bezeichnet. Nur auf dieser Epipolarlinie 401 kann die zweite Bildposition 453a in dem zweiten Bild 453 vorhanden sein, welche zu der ersten Bildposition 452a in dem ersten Bild 452 korrespondiert. Der Raum, welcher in dem zweiten Bild 453 nach der korrespondierenden zweiten Bildposition 453a zu durchsuchen ist, wird damit auf einen 1-D Raum reduziert. Dieser 1-D Raum, welcher der Epipolarlinie 401 zugeordnet ist, kann sich in dem zweiten Bild 453 innerhalb eines Bereichs befinden, welcher sich von der Position x2 zu der Position x+dmax erstreckt. Verschiedene mögliche Bildpositionen 453a, welche zu der ersten Bildposition 452a korrespondieren, sind in dem zweiten Bild 453 gezeigt. Hierbei befindet sich eine zweite Bildposition 453b, welche nicht verschoben ist, an Position x2. In diesem Fall befindet sich das Oberflächenelement, welchem die zweite Bildposition 453b zugeordnet ist, in der Fokusebene 115 der Kamera 110 und hat damit exakt eine vorbestimmte Höhenlage. Im Gegensatz dazu befindet sich eine zweite Bildposition 453c, welche weit verschoben ist, an Position x+dmax. In diesem Fall befindet sich das Oberflächenelement, welchem die zweite Bildposition 453c zugeordnet ist, außerhalb der Fokusebene 115 der Kamera 110 und weicht von der vorbestimmten Höhenlage ab. Bei diesem Messprinzip liegt eine umso stärkere Änderung der Höhenlage des Oberflächenelements vor, desto weiter eine zweite Bildposition 453a in dem zweiten Bild 453 in Bezug zu einer korrespondierenden ersten Bildposition 452a in dem ersten Bild 452 verschoben ist.
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5 zeigt ein erstes Bild 452, welches eine erste Bildposition 452a aufweist. Daneben zeigt 5 ein zusätzliches erstes Bild 552, in welchem sich zusätzlich zu der ersten Bildposition 452a drei zusätzliche erste Bildpositionen 552b, 552c, 552d finden. Jede dieser zusätzlichen ersten Bildpositionen 552b-552d ist um eine Länge in Bezug zu der ersten Bildposition 452a verschoben, welche einem halben Pixel eines Sensors der Kamera 110 entspricht. Basierend auf dieser zusätzlichen Information kann die Auflösung eines kombinierten Bildes 590 gegenüber dem ersten Bild 452 erhöht sein.
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Es sollte bemerkt werden, dass der Begriff „aufweisend“ nicht andere Elemente oder Schritte ausschließt und, dass das Verwenden von Artikeln wie „ein“ keine Mehrzahl ausschließt. Ebenfalls können Elemente, welche im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte weiterhin bemerkt werden, dass Bezugszeichnen in den Ansprüchen nicht ausgelegt werden sollen, um den Umfang dieser Ansprüche zu begrenzen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 110
- Kamera
- 111
- Messungslicht
- 113
- Richtung
- 115
- Fokusebene
- 120
- Lichtquelle
- 121
- Beleuchtungslicht
- 150
- Bauelement
- 151
- Anschluss
- 152
- Erste Objektposition
- 153
- Zweite Objektposition
- 155
- Stirnfläche
- 158
- Teil/Körper
- 160
- Vorbestimmte Richtung
- 180
- Datenverarbeitungseinheit
- 216
- Bereich zumindest annährend um die Fokusebene
- 251a
- Anschluss zu kurz
- 251b
- Anschluss zu lang
- 255a
- Unterhalb der Fokusebene
- 255b
- Oberhalb der Fokusebene
- 256
- Anschlussspitze
- 257
- Unregelmäßigkeit
- 320
- Weitere Lichtquelle
- 321
- Weiteres Beleuchtungslicht
- 401
- Epipolarlinie
- 402
- Bildposition-Abstand
- 452
- Erstes Bild
- 452a, 552a
- Erste Bildposition
- 453
- Zweites Bild
- 453a
- Zweite Bildposition
- 453b
- Zweite Bildposition gleicher Höhenlage
- 453c
- Zweite Bildposition verschiedener Höhenlage
- 552
- Zusätzliches erstes Bild
- 552b,c,d
- Zusätzliche erste Bildposition
- 590
- Kombiniertes Bild
- 610
- Kamera
- 611
- Messungslicht
- 620
- Lichtquelle
- 621
- Beleuchtungslicht
- 650
- Bauelement
- 651
- Anschluss
- 652
- Bild
