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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet des Bestückens von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren sowie ein Computerprogramm zum Überprüfen eines Bestückinhalts von elektronischen Bauelementen für eine auf einem Bauelementeträger zumindest teilweise bestückte elektronische Baugruppe, ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe und einen Bestückautomaten, welcher solche Verfahren durchführen kann.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Fertigung von elektronischen Baugruppen umfasst u.a. eine Bestückung von Bauelementeträgern, insbesondere Leiterplatten, mit elektronischen Bauelementen. Eine Bestückung wird üblicherweise mittels eines bzw. in einem sog. Bestückautomaten durchgeführt. Ein typischer Bestückautomat weist auf (a) ein Chassis; (b) ein an dem Chassis direkt oder indirekt angebrachtes Bauelement-Zuführsystem zum sequentiellen Bereitstellen von zu bestückenden elektronischen Bauelementen an Bauelement-Abholpositionen; (c) ein Portalsystem mit einer stationären Komponente, welche stationär an dem Chassis angebracht ist, und mit einer beweglichen Komponente, welche relativ zu der stationären Komponente insbesondere entlang zweier Raumrichtungen positioniert werden kann; und (d) ein Bestückkopf, welcher an der beweglichen Komponente angebracht ist und welcher konfiguriert ist, Bauelemente von den Abholpositionen aufzugreifen und, nach geeigneten Bewegungen bzw. Positionierungen der beweglichen Komponente, an vorbestimmten Bestückpositionen auf einen Bauelementeträger aufzusetzen.
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Bei einem Bestückprozess kann es jedoch zu folgenden Fehlern bzw. Defekten kommen:
- (A) Einzelne, meist sehr kleine elektronische Bauelemente werden vom Bestückkopf vor dem Aufsetzen an ihren vorbestimmten Bestückpositionen verloren und liegen daher als „überschüssige“ Bauelemente auf dem Bauelementeträger auf. Solche Bauelemente werden im Folgenden auch als „verlorene Bauelemente“ bezeichnet. Bei fehlerrobusten Bestückungsprozessen wird zwar vor einem Aufsetzvorgang ein unerwünschter Verlust des betreffenden Bauelements erkannt und durch ein erneutes Abholen eines Bauelements desselben Typs korrigiert, nichtsdestotrotz kann das verlorene Bauelement zu Problemen und insbesondere zu defekten elektronischen Baugruppen führen, wenn es auf einem Bereich des Bauelementeträgers aufliegt, in welchem die betreffende Baugruppe aufgebaut ist. Besonders kritisch ist ein verlorenes und damit unerwünschtes Bauelement, wenn es sich in einem Bereich befindet, in welchen auf bereits bestückte Bauelemente ein größeres Bauelement bestückt oder ein anderes Bauteil, z.B. ein Abschirmelement oder ein flächiger Steckverbinder, aufgesetzt wird.
- (B) Beim Bestücken wird versehentlich ein für eine elektronische Baugruppe erforderliches Bauelement vergessen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass versehentlich ein Bauelement nicht abgeholt wird oder ein abgeholtes Bauelement auf dem Weg des Bestückkopfs verloren geht und dies später beim „vermeintlichen“ Bestücken nicht mehr erkannt wird. Solche Bestückungsfehler werden im Folgenden als „fehlende Bauelemente“ bezeichnet. Fehlende Bauelemente können insbesondere dann, wenn sie unterhalb von Bauteilen wie Abschirmelemente bzw. Abschirmbleche vorgesehen sind, nicht mehr bzw. nur noch mit sehr aufwändigen Untersuchungsmethoden (z.B. einer Röntgenanalyse) erkannt werden.
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Um die o.g. Defekte (A) und (B) zu erkennen, ist es bekannt, in speziellen Maschinen eine automatische optische Inspektion (Automated Optical Inspection = AOI) durchzuführen. Solche AOI Maschinen werden in Bezug auf eine Transportrichtung einer Fertigungslinie für elektronische Baugruppen nach einem Bestückautomaten platziert. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass bei einem Auftreten von einem oder beiden oben beschriebenen Fehlern der zu inspizierende Bereich eines Bauelementeträgers bereits durch nachfolgend bestückte größere Bauelemente oder Bauteile wie Abschirmbleche verdeckt sein kann. Deshalb muss hier auf sehr aufwändige Verfahren wie (z.B. eine Röntgenanalyse) zurückgegriffen werden.
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Um die mit einer separaten AOI Maschine verbundenen Nachteile zu vermeiden, bietet sich eine Inspektion der betreffenden Bereiche von Bauelementeträgern bereits in dem Bestückautomaten an, bevor das nachfolgende größere Bauelement bzw. Bauteil bestückt wird, da dann der betreffende Bereich des Bauelementeträgers von oben noch frei sichtbar ist. Allerdings sind die o.g. Defekte (A) und (B) mit klassischen Verfahren im Grauwert- oder Farbbild sogar mit dem menschlichen Auge oft nicht gut zu erkennen, wobei das menschliche Auge in diesem Zusammenhang ein sehr gutes Messinstrument darstellt. Die o.g. Defekte (A) und (B) stellen deshalb hohe Anforderungen (i) zum einen an eine automatische Bildauswertung und deren Algorithmen und (ii) zum anderen an den Bediener dar, der oft nur mit viel Fachwissen und Tests eine geeignete Parametrierung der Algorithmen finden kann. Um diese Anforderungen zu reduzieren, ist es bekannt, eine Inspektion von zumindest teilweise auf Bauelementeträgern bestückten elektronischen Baugruppe mittels optischer 3D-Technik durchzuführen. Dazu können bekannte dreidimensionale (3D) Verfahren wie Laser-Triangulation oder Streifenprojektion verwendet werden. Mittels einer 3D Inspektion können Höhenprofile bzw. Höhenkarten eines Bereichs eines Bauelementeträgers berechnet werden. In solchen Höhenkarten sind die o.g. Defekte (A) und (B) deutlicher zu erkennen. Dadurch sinkt gleichzeitig die Anforderung bzw. der Zeitaufwand für eine geeignete Parametrierung einer automatischen 3D Bildauswertung durch einen Bediener. Um diese Verfahren jedoch durchführen zu können, ist eine spezielle Hardware notwendig, die zum einen relativ teuer ist und zum anderen (in einem Bestückautomaten) relativ viel Platz beansprucht. So sind z.B. für Bestückautomaten spezielle 3D Inspektionsköpfe bekannt, die anstelle eines Bestückkopfes an die bewegliche Komponente eines Portalsystems angebracht werden können. Eine solche Lösung verursacht jedoch erhebliche Zusatzkosten und durch die Beanspruchung eines kompletten Portalsystems, welches dann nicht mehr zum Tragen eines (weiteren) Bestückkopfes verwendet werden kann, sinkt die Bestückleistung des entsprechenden Bestückautomaten erheblich.
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DE 690 14 505 T2 beschreibt ein System zum dreidimensionalen optischen Inspizieren von Bauteilen, die auf einem Substrat angebracht sind. Dafür wird ein Beleuchtungslicht-Laserstrahl mittels eines Polygonspiegels entlang einer vertikal orientierten Abtastzeile auf und ab bewegt. Mittels einer Transporteinrichtung wird gleichzeitig eine mit Bauteilen bestückte Schaltungsplatte durch einen durch die Abtastzeile vorgegebenen Erfassungsbereich transportiert. An der Oberfläche der Bauteile wird der Beleuchtungslicht-Laserstrahl in verschiedenste Raumrichtungen gestreut. Zwei ausgewählte Lichtstrahlen von Streulicht werden über jeweils einen Reflexionsspiegel und über den Polygonspiegel auf zwei ortsauflösende Lichtdetektoren gelenkt. Da die Einfallsrichtung des Beleuchtungslicht-Laserstrahls unterschiedlich ist zu den Richtungen der Streulichtstrahlen ist entsprechend dem bekannten Prinzip der Triangulation eine Ortsinformation des auf die Lichtdetektoren auftreffenden Streulichts indikativ für die Höhenposition des jeweiligen Messpunktes, an dem der Beleuchtungslicht-Laserstrahl auf das betreffende Bauteil 102 trifft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und effektives Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen von „verlorenen Bauelementen“ und „fehlenden Bauelementen“ basierend auf einer dreidimensionalen Erfassung eines Bestückinhaltes zu schaffen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum Überprüfen eines Bestückinhalts von elektronischen Bauelementen für eine auf einem Bauelementeträger zumindest teilweise bestückte elektronische Baugruppe. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Bereitstellen eines dreidimensionalen Referenz-Höhenprofils von einem Referenz-Bestückinhalt von elektronischen Bauelementen, welche einer Referenz-Baugruppe zugeordnet sind; (b) ein Erfassen eines dreidimensionalen Höhenprofils der Bauelemente des Bestückinhalts; (c) ein Vergleichen des Höhenprofils mit dem Referenz-Höhenprofil; und, falls zumindest ein Teil des Höhenprofils von dem korrespondierenden Teil des Referenz-Höhenprofils abweicht, (d1) ein Identifizieren des Bestückinhalts als fehlerhaften Bestückinhalt; und, falls das Höhenprofil mit dem Referenz-Höhenprofil übereinstimmt, (d2) ein Identifizieren des Bestückinhalts als fehlerfreien Bestückinhalt. Erfindungsgemäß wird das dreidimensionale Höhenprofil mittels einer photometrischen Stereoanalyse ermittelt.
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Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen vergleichsweise einfachen Vergleich eines (Ist-) Höhenprofils eines (Ist-) Bestückinhalts mit einem Referenz-Höhenprofil eines Referenz-Bestückinhalts mit hoher Zuverlässigkeit falsche Bestückungen identifiziert werden können. Somit kann verhindert werden, dass die betreffende elektronische Baugruppe weiter prozessiert wird, so dass im Ergebnis eine fehlerhafte elektronische Baugruppe hergestellt wird. Eine weitere Prozessierung kann beispielsweise eine weitere Bestückung unmittelbar neben oder auf den bereits bestückten Bauelementen umfassen, wobei die weitere Bestückung ein Aufsetzen von elektronischen Bauelementen und/oder mechanischen Bauteilen, beispielsweise Abschirmelemente, umfassen kann. Auch ein nachfolgendes Verlöten der bestückten Bauelemente und/oder Bauteile auf dem Bauelementeträger, insbesondere in einem so genannten Reflow-Ofen, kann verhindert werden, wenn ein Fehler in dem Bestückinhalt aufgefunden wurde. Damit kann eine weitere Prozessierung einer elektronischen Baugruppe im Fehlerfall bereits in einem vergleichsweise frühen Produktionsstadium gestoppt werden. Bevorzugt kann im Einzelfall ein als fehlerhaft identifizierter Bestückinhalt durch eine geeignete automatische oder manuelle Nachbearbeitung repariert werden.
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Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zum Erkennen der in dem einleitenden Abschnitt dieses Dokuments beschriebenen Defekte (A) und (B). Im Falle einer nachträglichen Reparatur des als fehlerhaft identifizierten Bestückinhalts besteht eine Korrektur des Defektes (A) darin, ein überschüssiges bzw. verlorenes Bauelement zu entfernen. Eine Korrektur des Defektes (B) kann insbesondere darin bestehen, das fehlende Bauelement nachzubestücken.
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Durch den Vergleich der beiden (dreidimensionalen) Höhenprofile, welche in diesem Dokument auch als Höhenkarten bezeichnet werden, können sowohl (zuvor verlorene) überschüssige Bauelemente als auch fehlende Bauelemente eindeutig und zuverlässig erkannt werden. Das beschriebene Verfahren zum Überprüfen eines Bestückinhalts kann demzufolge auch als ein dreidimensionales Inspektionsverfahren angesehen werden, welches in Bezug auf seine Aussagekraft eine extrem hohe Robustheit aufweist.
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Unter einem Höhenprofil bzw. einem Referenz-Höhenprofil kann in diesem Dokument jede mathematische Darstellung von z-Koordinaten bzw. Höhenkoordinaten über einer Bestückfläche (in einer zu der z-Koordinate orthogonalen xy-Ebene) angesehen werden, welche zumindest einem Bereich der Oberfläche des Bauelementeträgers entspricht, welcher Bereich dem betreffenden Bestückinhalt zugeordnet ist. Selbstverständlich kann ein Höhenprofil auch grafisch beispielsweise in einer perspektivischen 3D Ansicht dargestellt werden, so dass man die Höhenprofile mit dem menschlichen Auge gut erkennen kann.
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Unter dem Begriff „Bestückinhalt“ ist in diesem Dokument insbesondere eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zu verstehen, welche einer elektronischen Baugruppe zugeordnet sind, die auf dem Bauelementeträger aufgebaut ist bzw. aufgebaut werden soll. Der Referenz-Bestückinhalt ist einer tatsächlichen oder virtuellen Testbestückung einer Baugruppe zugeordnet, welche Testbestückung mit Sicherheit als eine fehlerfreie Baugruppe oder ein fehlerfreier Teil einer Baugruppe identifiziert worden ist.
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Anschaulich ausgedrückt erfolgt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Inspektion auf verlorene bzw. überschüssige Bauelemente (Defekte (A)) bzw. auf fehlende Bauelemente (Defekte (B)) anhand eines Vergleichs von Höhenkarten. Hierbei kann von dem zu inspizierenden Bereich eines Bauelementeträgers in einem oder mehreren Trainingsschritten eingelernt werden, wie die Höhenkarte in einem „Gutfall“ eines fehlerfreien Bestückinhalts von bestückten Bauelementen beschaffen ist. Während der Inspektion wird dann von dem zu inspizierenden Bauelementeträger-Bereich ebenfalls eine Höhenkarte berechnet und mit der eingelernten Höhenkarte verglichen.
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Eine hohe Robustheit des mit dem beschriebenen Verfahren spezifizierten Algorithmus zur Defekterkennung kann insbesondere dann erreicht werden, wenn das Referenz-Höhenprofil anhand eines sog „Golden Samples“ für den „Gutfall“ eingelernt wird und dieses dann bei der dreidimensionalen Inspektion als Vergleichsbasis verwendet wird. Dabei kann der Vorteil darin gesehen werden, dass evtl. auch im „Gutfall“ vorhandene Erhöhungen bzw. Vertiefungen (der Bauelementeträger wird in den seltensten Fällen komplett eben sein) bei der weiteren Auswertung wirkungsvoll „unterdrückt“ werden können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Vergleichen des Höhenprofils mit dem Referenz-Höhenprofil ein Berechnen eines Differenz-Höhenprofils zwischen dem erfassten dreidimensionalen Höhenprofil und dem Referenz-Höhenprofil auf, wobei, (i) falls für einen Teilbereich eines Bereiches einer Oberfläche des Bauelementeträgers, welcher Bereich dem Bestückinhalt zugeordnet ist, das Differenz-Höhenprofil größer ist als ein erster vorbestimmter positiver Wert, ein unerwünschtes zusätzliches Bauelement im Bereich des Bestückinhalts identifiziert wird. (ii) Falls für einen Teilbereich eines Bereiches einer Oberfläche des Bauelementeträgers, welcher Bereich dem Bestückinhalt zugeordnet ist, das Differenz-Höhenprofil kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter negativer Wert, wird ein dem Bestückinhalt fehlendes Bauelement identifiziert.
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Ein Vergleichen der beiden Höhenprofile mittels einer Differenzbildung hat den Vorteil, dass dieser Vergleich auf mathematisch besonders einfache zugleich zuverlässige Weise realisiert werden kann. Im Falle eines fehlerfreien Bestückinhalts führt eine Differenzbildung nämlich zu einem Differenz-Höhenprofil, welches in dem gesamten untersuchten Bereich der Oberfläche des Bauelementeträgers einen Wert von zumindest annähernd Null hat. Ein bei dem Bestückinhalt unerwünschtes zusätzliches Bauelement oder fehlendes Bauelement führt dann zu deutlich erkennbaren positiven bzw. negativen Werten in der ermittelten Höhenprofil-Differenz.
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Unter dem Begriff „Höhenprofil-Differenz“ kann in diesem Dokument insbesondere das Ergebnis einer mathematischen Berechnung verstanden werden, welche für eine Vielzahl von xy-Positionen des dem Bestückinhalt zugeordneten Bereiches (der Oberfläche) des Bauelementeträgers durchgeführt wird. Dabei wird für jede xy-Position dieser (Vielzahl) von xy-Positionen der betreffende Referenz-Höhenwert des Referenz-Höhenprofils von dem betreffenden Ist-Höhenwert des erfassten (Ist-) Höhenprofils abgezogen. Im Ergebnis wird für die Klassifizierung, ob es sich bei dem betreffenden Bestückinhalt um einen fehlerhaften oder einen fehlerfreien Bestückinhalt handelt, lediglich die genannte Höhenprofil-Differenz verwendet.
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Anschaulich ausgedrückt wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung einfach die Differenz zwischen der erfassten Ist-Höhenkarte und der Referenz-Höhenkarte berechnet. Diese Differenz, welche für eine Vielzahl von Positionen bzw. Pixeln innerhalb des dem Bestückinhalt zugeordneten Bereiches des Bauelementeträgers berechnet wird, ist bei einem fehlerfreien Bestückinhalt im Idealfall auf allen Pixeln zumindest annähernd Null. Befindet sich jedoch ein unerwünschtes zusätzliches Bauelement in dem betreffenden Inspektionsbereich, so ergeben sich für zumindest einen Teilbereich deutlich positive Differenzwerte. In entsprechender Weise ergeben sich deutlich negative Differenzwerte, falls ein elektronisches Bauelement des gewünschten Bestückinhalts fehlt bzw. nicht vorhanden ist. Fehlt ein Bauelement, so ergeben sich in dem betreffenden Teilbereich deutlich negative Differenzwerte. Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere zusätzlich zu den Differenz-Höhenwerten an sich auch noch weitere Informationen in dem Differenz-Höhenprofil verwendet werden können, um ein unerwünschtes zusätzliches Bauelement bzw. ein fehlendes Bauelement zu identifizieren. Diese Informationen können beispielsweise die Form und/oder die Größe von zusammenhängenden Bereichen sein, in welchen im Vergleich zu der Referenz-Höhenkarte deutlich unterschiedliche Höhenpositionen der Ist-Höhenkarte vorhanden sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Referenz-Höhenprofil ein relatives Referenz-Höhenprofil relativ zu einer Bezugsfläche und das Höhenprofil ist ein relatives Höhenprofil relativ zu der Bezugsfläche, wobei die Bezugsfläche die Oberfläche des Bauelementeträgers ist. Dies hat den Vorteil, dass das dreidimensionale Höhenprofil lediglich die Höhenstrukturen der Bauelemente der elektronischen Baugruppe enthält. Eine in der Praxis nie ganz zu vermeidende Krümmung der Oberfläche des Bauelementeträgers wird damit (für die weiterer mathematische Auswertung) automatisch eliminiert, so dass die Zuverlässigkeit des beschriebenen Verfahrens hinsichtlich einer Identifizierung von fehlerhaften bzw. fehlerfreien Bestückinhalten weiter verbessert ist.
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Das erfindungsgemäße Ermitteln des dreidimensionalen Höhenprofils mittels einer photometrischen Stereoanalyse hat den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren ohne aufwändige Hardware, welche beispielsweise für eine dreidimensionale Inspektion mittels Triangulation oder mittels Streifenprojektion erforderlich ist, durchgeführt werden kann.
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Mittels einer photometrischen Stereoanalyse, welche auf einfache und effektive Weise durchgeführt werden kann, können Höhenprofile mit einer räumlichen Auflösung erfasst werden, welche ausreichend hoch ist, so dass auch sehr kleine (zusätzliche sowie fehlende) Bauelemente mit einer hohen Detektionssicherheit erkannt werden können. Zum Durchführen einer photometrischen Stereoanalyse wird lediglich eine gewöhnliche Industriekamera sowie eine geeignete Beleuchtungsanordnung benötigt, welche in der Lage ist, das dreidimensional zu erfassende Objekt, hier die zumindest teilweise bestückte elektronische Baugruppe, sequenziell aus unterschiedlichen Richtungen zu beleuchten und die bei unterschiedlichen Beleuchtungen von der Kamera aufgenommenen Bilder hinsichtlich ihrer unterschiedlichen räumlichen Helligkeitsverteilungen auszuwerten. Das Prinzip der photometrischen Stereoanalyse, welche in der englischen Sprache kurz „Photometric Stereo“ genannt wird, ist beispielsweise aus folgenden Publikationen bekannt:
- Ikeuchi, K. und Horn, B.: „An Application of the Photometric Stereo Method“, MIT Memo 539, 1979
- Coleman, E.N. und Jain, R.: „Obtaining 3-Dimensional Shape of Textured and Specular Surfaces using Four-Source Photometry“, Computer Graphics and Image Processing vol.18, 1982
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Anschaulich ausgedrückt kann bei einer photometrischen Stereoanalyse eine Höhenkarte berechnet werden, indem von einer vergleichsweise einfachen Kamera nacheinander mehrere Kamerabilder aufgenommen werden, wobei jedes Kamerabild mit einer aus unterschiedlicher Richtung erfolgter Beleuchtung aufgenommen wird. Für jedes Pixel der Kamerabilder stehen nun mehrere Intensitätswerte zur Verfügung, wobei jeder Beleuchtungswert einer Beleuchtung bzw. einem Beleuchtungsszenario zugeordnet ist. Aus diesen Intensitätswerten kann nun die Neigung desjenigen Oberflächenelements relativ zur Kamera-Achse berechnet werden, welches im jeweiligen Pixel abgebildet ist. Dabei besteht die Neigung typischerweise aus zwei Neigungswerten, einem Neigungswert in x-Richtung und einem Neigungswert in y-Richtung. Aus diesen beiden Neigungen lässt durch eine Aneinanderreihung der Neigungen von jeweils benachbarten Pixeln die gesuchte Höhenkarte berechnen. Es handelt sich somit um ein Stereo-Verfahren, wobei die Bilder jedoch nicht wie beim „klassischen“ Stereo von verschiedenen, an unterschiedlichen Orten positionierten Kameras aufgenommen werden, sondern lediglich von einer Kamera bei verschiedenen Beleuchtungsszenarien.
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Für die Anzahl der für die photometrische Stereoanalyse verwendeten unterschiedlichen Beleuchtungsszenarien gibt es keine prinzipielle Obergrenze. In Hinblick auf eine zuverlässige Erfassung eines dreidimensionalen Höhenprofils sollten jedoch zumindest drei unterschiedliche Beleuchtungsszenarien verwendet werden. Um den Aufwand für eine entsprechende Beleuchtungsanordnung in akzeptablen Grenzen zu halten, können für viele Anwendungen drei oder vier unterschiedliche Beleuchtungsszenarien verwendet werden, wobei der zu untersuchende Bestückinhalt jeweils von einer unterschiedlichen Richtung beleuchtet wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Erfassen des dreidimensionalen Höhenprofils der Bauelemente des Bestückinhalts (a) ein Beleuchten der Bauelemente mittels eines ersten Beleuchtungslichts, welches unter einer ersten schrägen Richtung auf den Bauelementeträger fällt; (b) ein Aufnehmen eines ersten Bildes der Bauelemente mittels einer Kamera bei dem ersten Beleuchtungslicht; (c) ein Beleuchten der Bauelemente mittels eines zweiten Beleuchtungslichts, welches unter einer zweiten schrägen Richtung auf den Bauelementeträger fällt; (d) ein Aufnehmen eines zweiten Bildes der Bauelemente mittels der Kamera bei dem zweiten Beleuchtungslicht; (e) ein Beleuchten der Bauelemente mittels eines dritten Beleuchtungslichts, welches unter einer dritten schrägen Richtung auf den Bauelementeträger fällt; (f) ein Aufnehmen eines dritten Bildes der Bauelemente mittels der Kamera bei dem dritten Beleuchtungslicht; und (g) ein Berechnen des Höhenprofils basierend auf Intensitätswerten von einzelnen Pixeln in dem ersten Bild, in dem zweiten Bild und in dem dritten Bild.
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Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine kombinierte 3D Bildauswertung von zumindest drei verschiedenen Bildern der Bauelemente, welche von ein und derselben Kamera bei jeweils unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen aufgenommen wurden, das gesuchte Höhenprofil auf einfache Weise berechnet werden kann. Dabei werden basierend auf den Intensitätswerten bzw. basierend auf der Helligkeit von einzelnen Pixeln in den verschiedenen Bildern die Neigungen der entsprechenden Oberflächenelemente in Bezug auf die jeweilige Beleuchtungsrichtung ermittelt. Bei einer Kenntnis der Neigungen aller Oberflächenelemente kann dann durch eine geeignete dreidimensionale Zusammensetzung aller mehr oder weniger stark geneigten Oberflächenelemente die gesamte räumliche Struktur der Bauelemente errechnet werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die (Mehrzahl der) Bauelemente des Bestückinhalts auch bei verschiedenen Relativpositionen zwischen der Kamera und dem Bauelementeträger mit jeweils zumindest drei Bildern pro Relativposition erfasst werden können. Dies ist immer dann erforderlich, wenn der zu inspizierende Bereich so groß ist, dass er nicht mit dem Gesichtsfeld der Kamera abgedeckt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen das erste Beleuchtungslicht, das zweite Beleuchtungslicht und/oder das dritte Beleuchtungslicht unterschiedliche spektrale Verteilungen auf. Dies hat den Vorteil, dass die Qualität der aufgenommenen Bilder insbesondere dann verbessert sein kann, wenn Bestückinhalte, Bauelemente oder Strukturen von Bauelementen optisch erfasst werden, die Materialien und/oder Oberflächen umfassen, die mit Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen am besten zu erkennen sind. Es kann nämlich vorkommen, dass ein Teil einer zu erfassten Struktur mit einer blauen Beleuchtung und ein anderer Teil der Struktur mit einer andersfarbigen, beispielsweise einer roten Beleuchtung, am besten zu erkennen ist.
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Der Begriff „unterschiedliche spektrale Verteilung“ bezieht sich in diesem Zusammenhang insbesondere auf ein und dasselbe Beleuchtungslicht, welches verschiedene Beleuchtungsfarben umfasst. Bevorzugt umfassen auch die beiden anderen Beleuchtungslichter diese verschiedenen Beleuchtungsfarben. Es ist jedoch auch denkbar, dass unterschiedliche Beleuchtungslichter unterschiedliche Spektralverteilungen aufweisen.
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Eine „unterschiedliche spektrale Verteilung“ kann jedoch auch bedeuten, dass Beleuchtungslichter aus unterschiedlichen Richtungen für ein und denselben Bestückinhalt, für ein und dasselbe Bauelement oder für ein und dieselbe Struktur eines Bauelements unterschiedliche Farben haben. Anders ausgedrückt, die Beleuchtungslichter aus unterschiedlichen Richtungen können (zueinander) unterschiedliche Farben haben. So kann z.B. bei drei Beleuchtungslichtern bzw. Beleuchtungsrichtungen das erste Beleuchtungslicht immer rot, das zweite Beleuchtungslicht immer blau und das dritte Beleuchtungslicht immer grün sein. Dies kann bei vielen Anwendungsfällen von Vorteil sein, weil man eine spektrale Diversität auch mit einer einzelnen Aufnahme eine spektral auflösenden Kamera erreichen kann. In diesem Fall ist das vorstehend genannte erste Bild ein Bild in einer ersten Farbe, das vorstehend genannte zweite Bild ein Bild in einer zweiten Farbe und das vorstehend genannte dritte Bild ein Bild in einer dritten Farbe. Die drei Bilder werden dann bevorzugt nicht, wie bei lediglich einer Beleuchtungsfarbe erforderlich, nacheinander sondern gleichzeitig von der spektral auflösenden Kamera aufgenommen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kamera eine Leiterplatten-Kamera eines Bestückautomaten. Dies hat den Vorteil, dass das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auf einfache Weise in einem herkömmlichen Bestückautomaten durchgeführt werden kann, wobei eine in dem Bestückautomaten ohnehin bereits vorhandene Kamera verwendet wird. Eine zusätzliche Hardware ist bei manchen besonders geeigneten Bestückautomaten deshalb nicht erforderlich, weil deren Vision-Systeme neben der Kamera auch eine geeignete Beleuchtungsanordnung aufweisen, welche verschiedene Beleuchtungsszenarien bereitstellen kann. Damit ist das hier beschriebene Verfahren zum Überprüfen eines Bestückinhalts kostengünstig mittels lediglich einer geeigneten Software realisierbar, welche auf einem bekannten Bestückautomaten „aufgespielt“ werden kann.
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Beispielsweise können bei solchen besonders geeigneten Bestückautomaten die dort bereits installierten Leiterplatten-Kameras verwendet werden. Auch eine geeignete Beleuchtungsanordnung mit einer in vier Sektoren unterteilten blauen Beleuchtung, welche die Anforderungen für eine photometrische Stereoanalyse erfüllt, ist in einem solchen Bestückautomaten bereits vorhanden. Diese Anforderungen können insbesondere sein: (i) Eine (schräge Beleuchtung, idealerweise mit einem Neigungswinkel von ca. 45° in Bezug auf die Oberfläche des zu bestückenden Bauelementeträgers; (ii) zumindest annähernd punktförmige Lichtquellen; (iii) eine gleichmäßig helle Ausleuchtung des Gesichtsfeldes der Kamera. Die einzige und einfach mittels Software zu realisierende Modifikation besteht bei einem solchen Bestückautomaten darin, dass jeder der vier Sektoren der blauen Beleuchtung separat angesteuert werden kann.
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Bei solchen besonders geeigneten Bestückautomaten ist die Leiterplatten-Kamera typischerweise an dem gleichen Portalsystem angebracht bzw. mit diesem positionierbar, welches auch für eine Positionierung des Bestückkopfes innerhalb des Bestückautomaten verwendet wird. Die Leiterplatten-Kamera wird also immer zusammen mit dem Bestückkopf verfahren bzw. positioniert. Damit kann ein bevorzugter Messablauf für eine dreidimensionale Erfassung des gesuchten Höhenprofils der Bauelemente wie folgt beschrieben werden: (a) Positionieren des Portals so, dass sich die Leiterplatten-Kamera über dem auszuwertenden Bereich des Bauelementeträgers befindet; (b) Aufnehmen von vier Bildern, wobei für jedes Bild ein anderer Sektor der blauen Beleuchtung eingeschaltet wird; (c) Berechnen der Höhenkarte der zumindest teilweise bestückten Baugruppe mittels photometrischer Stereoanalyse aus diesen vier Bildern; (d) Erkennen bzw. Identifizieren von zusätzlichen unerwünschten oder fehlenden Bauelementen durch ein Vergleichen der berechneten aktuellen Höhenkarte mit einem trainierten Modell einer Referenz-Höhenkarte.
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Unter dem Begriff „Leiterplatten-Kamera“ ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Kamera zu verstehen, welche in einem Bestückautomaten insbesondere dafür vorgesehen ist, zumindest eine Markierung auf einem zu bestückenden Bauelementeträger optisch zu vermessen, so dass eine der „Leiterplatten-Kamera“ nachgeschaltete Bild-Auswerteeinheit die genaue räumliche Position des Bauelementeträgers erfassen kann. Damit wird der zu bestückende Bauelementeträger räumlich in dem Koordinatensystem des Bestückautomaten festgelegt, was unabdingbar ist, damit durch eine geeignete Positionierung eines Bestückkopfes des Bestückautomaten die Bauelemente auch an der richtigen Position auf den Bauelementeträger aufgesetzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Bestücken eines Bauelementeträgers mit elektronischen Bauelementen, welche zumindest einen Teil eines Bestückinhalts für die elektronische Baugruppe bilden; (b) ein Überprüfen des Bestückinhalts mittels Durchführens eines vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Überprüfen eines Bestückinhalts von elektronischen Bauelementen für eine auf einem Bauelementeträger zumindest teilweise bestückte elektronische Baugruppe; und (c) ein Durchführen zumindest eines weiteren Prozessschrittes zum Herstellen der elektronischen Baugruppe, sofern der Bestückinhalt als ein fehlerfreier Bestückinhalt identifiziert wurde.
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Dem beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, ggf. auch nur zum teilweisen Herstellen einer elektronischen Baugruppe, liegt die Erkenntnis zugrunde, dass erst nach einer Überprüfung des Bestückinhalts die Herstellung einer elektronischen Baugruppe fortgesetzt oder vollendet wird. Dadurch kann vermieden werden, dass für eine fehlerhafte elektronische Baugruppe ein unnötiger Aufwand in Hinblick auf eine weitere Prozessierung derselben getrieben wird, welcher zumindest mit hoher Wahrscheinlichkeit lediglich zu einer defekten elektronischen Baugruppe führen würde.
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Der genannte weitere Prozessschritt kann jeder beliebige Prozessschritt sein, welcher nach einer zumindest teilweisen Bestückung einer elektronischen Baugruppe dazu beiträgt, dass die Herstellung der elektronischen Baugruppe fortgesetzt und gegebenenfalls komplettiert wird. Der zumindest eine weitere Prozessschritt kann beispielsweise ein weiteres Bestücken des Bauelementeträgers mit weiteren elektronischen Bauelementen und/oder eine Verlötung der bestückten elektronischen Bauelemente, insbesondere in einem so genannte Reflow Ofen, umfassen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren ferner (a) ein Entfernen des überschüssigen Bauelements, sofern der Bestückinhalt als ein fehlerhafter Bestückinhalt identifiziert wurde, weil der Bestückinhalt ein überschüssiges Bauelement aufweist, und (b) ein Durchführen zumindest eines weiteren Prozessschrittes zum Herstellen der elektronischen Baugruppe.
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Das Entfernen des überschüssigen Bauelements kann maschinell durch den Bestückautomaten beispielsweise dadurch erfolgen, das ein Sauggreifer eines Bestückkopfes dieses überschüssige Bauelement aufnimmt und an einer geeigneten Stelle einen Abfallbehälter zuführt. In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, dass durch die vorangegangene dreidimensionale Inspektion des Bestückinhalt bereits bekannt ist, an welcher Stelle sich das überschüssige Bauelement befindet. Sofern diese Stelle nicht eine Stelle ist, an welcher sich zumindest ein Anschluss von zumindest einem korrekt platzierten Bauelement befindet, wird diese Stelle typischerweise auch frei von Lotpaste sein, so dass das betreffende Bauelement nicht oder nur sehr schwach an dem Bauelementeträger anhaftet. Damit kann das überschüssige Bauelement ohne größere Probleme von dem Sauggreifer aufgenommen werden. Selbstverständlich wäre es auch möglich, anstelle des Bestückkopfes ein spezielles Aufnahmewerkzeug zu verwenden. Dies würde jedoch einen zusätzlichen apparativen Aufwand erfordern.
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Anstelle eines maschinellen Entfernens des überschüssigen Bauelements kann selbstverständlich auch eine Bedienperson zum Einsatz kommen, welche beispielsweise mittels einer Pinzette das betreffende Bauelement entfernt. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass ein solches manuelles Entfernen von überschüssigen Bauelementen in der Praxis keinen besonders hohen Aufwand bedeutet, weil die Prozesssicherheit von Bestückautomaten typischerweise so hoch ist, dass ein Verlieren von elektronischen Bauelementen relativ selten vorkommt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren ferner (a) ein Nachbestücken des fehlenden Bauelements, wenn der Bestückinhalt als ein fehlerhafter Bestückinhalt identifiziert wurde, weil dem Bestückinhalt ein Bauelement fehlt, und (b) ein Durchführen zumindest eines weiteren Prozessschrittes zum Herstellen der elektronischen Baugruppe.
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Das beschriebene Nachbestücken des fehlenden Bauelements kann bevorzugt auf automatische Weise von dem Bestückautomaten bzw. dessen Bestückkopf vorgenommen werden. Selbstverständlich ist jedoch auch eine manuelle Nachbestückung möglich.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Durchführen zumindest eines weiteren Prozessschrittes zum Herstellen der elektronischen Baugruppe ein Bestücken eines Bestückobjektes auf dem Bestückinhalt, (i) welcher als fehlerfrei identifiziert wurde, (ii) von welchem ein überschüssiges Bauelement entfernt wurde oder (iii) welchem ein fehlendes Bauelement durch Nachbestücken hinzugefügt wurde.
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Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann vor einer vollständigen Bestückung bzw. einer vollständigen Fertigung einer Baugruppe mittels der vorstehend beschriebenen dreidimensionalen Inspektion des Bestückinhalts (einer unteren Lage) der elektronischen Baugruppe mit apparativ einfachen Mitteln zuverlässig festgestellt werden, ob die später unter dem Bestückobjekt, welches zumindest einen Teil einer oberen Lage der elektronischen Baugruppe darstellt, verdeckte untere Lage der elektronischen Baugruppe einen Defekt aufweist. Nach der Bestückung der oberen Lage der Baugruppe kann die untere Lage nämlich nur noch mit sehr aufwändigen Untersuchungsmethoden (z.B. eine Röntgenanalyse) untersucht werden, welche in der Praxis aufgrund ihrer hohen Komplexität selten eingesetzt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Bestückobjekt (i) ein flächiges Bauelement und/oder (ii) ein mechanisches Bauteil, insbesondere ein Abschirmblech oder ein Steckeranschluss. Dies hat den Vorteil, dass in der Praxis sog. Stapelbaugruppen bereits während ihres Aufbaus in Hinblick auf korrekte Bestückinhalte von verschiedenen Lagen der Stapelbaugruppe untersucht werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Bestückautomat, welcher aufweist (a) ein Chassis; (b) ein an dem Chassis direkt oder indirekt angebrachtes Bauelement-Zuführsystem zum sequentiellen Bereitstellen von zu bestückenden elektronischen Bauelementen an Bauelement-Abholpositionen; (c) ein Portalsystem mit (c1) einer stationären Komponente, welche stationär an dem Chassis angebracht ist, und mit (c2) einer beweglichen Komponente, welche relativ zu der stationären Komponente positioniert werden kann; (d) einen Bestückkopf, welcher an der beweglichen Komponente angebracht ist und welcher konfiguriert ist, Bauelemente von den Bauelement-Abholpositionen aufzugreifen und nach einer geeigneten Positionierung der beweglichen Komponente an vorbestimmten Bestückpositionen auf einen Bauelementeträger aufzusetzen; (e) ein Bildverarbeitungssystem, welches konfiguriert ist, einen Bestückinhalt von elektronischen Bauelementen für eine auf einem Bauelementeträger zumindest teilweise bestückte elektronische Baugruppe mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Überprüfen eines Bestückinhalts zu überprüfen.
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Dem beschriebenen Bestückautomaten liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bereits während einer Bestückung eines Bauelementeträgers Teilbestückungen auf fehlerhafte Bestückinhalte optisch inspiziert werden können und eine weitere Bestückung des Bauelementeträgers von dem Ergebnis der optischen Inspektion abhängig gemacht werden kann. Dadurch können während der Herstellung einer elektronischen Baugruppe bereits frühzeitig Fehler erkannt und es kann vermieden werden, dass eine fehlerhafte Teilbestückung zu einer defekten elektronischen Baugruppe weiter verarbeitet wird.
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Der Bestückautomat kann ein so genannter Pick & Place Bestückautomat sein, bei dem die bewegliche Komponente des Portalsystems entlang zweier Raumrichtungen und parallel zu der Oberfläche des zu bestückenden Bauelementeträgers bewegt wird. Der Bestückkopf ist bevorzugt ein so genannter Mehrfach-Bestückkopf, welcher zunächst mehrere elektronische Bauelemente von dem Bauelement-Zuführsystem aufnehmen und, nach einem gemeinsamen Transport der aufgenommenen Bauelemente in einen Bestückbereich des Bestückautomaten, diese sequenziell an entsprechenden Bestückpositionen auf der Oberfläche des Bauelementeträgers aufsetzen kann.
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Der in diesem Dokument beschriebene Bestückautomat ermöglicht im Vergleich zu einer separaten Maschine für eine automatische optische Inspektion eine quasi sofortige Erkennung von unerwünschten zusätzlichen und fehlenden elektronischen Bauelementen. Damit lassen sich bei schichtweise aufgebauten Baugruppen, welche zumindest zwei Lagen von Teil-Bestückinhalten umfassen, sowohl zusätzliche als auch fehlende Bauelemente in einer unteren Lage wesentlich leichter und bereits zu einem Zeitpunkt erkennen, zu dem die darauf zu bestückende Lage noch nicht bestückt ist und der darunter liegende Teil-Bestückinhalt von einer Kamera des Bildverarbeitungssystems noch frei eingesehen (und von einer Beleuchtungsanordnung des Bildverarbeitungssystems noch ungehindert beleuchtet) werden kann. Die dreidimensionale optische Inspektion des unteren Teil-Bestückinhalts sollte dabei spätestens unmittelbar vor einem Bestücken bzw. Setzen des verdeckenden Bauelements bzw. Bauteils durchgeführt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Bildverarbeitungssystem eine Kamera und eine der Kamera nachgeschaltete Bild-Auswerteeinheit. Die Kamera ist zusammen mit dem Bestückkopf an der beweglichen Komponente des Portalsystems angebracht. Dies bedeutet, dass eine Bestückung mit dem Bestückkopf und eine Inspektion mit der Kamera eine zumindest annähernd gleiche Positionierung der beweglichen Komponente erfordern. Dadurch ist auf einfache Weise eine Inspektion des betreffenden Bereiches des Bauelementeträgers unmittelbar vor der weiteren Bestückung dieses Bereiches möglich. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die weitere Bestückung Bauelemente bzw. Bauteile umfasst, die oberhalb eines bereits in den betreffenden Bereich gesetzten (Teil-) Bestückinhalts gesetzt bzw. platziert werden. Durch eine zeitliche Nähe zwischen der optischen Inspektion und der weiteren Bestückung wird eine maximale Erkennungssicherheit von in dem (Teil-) Bestückinhalt zusätzlichen bzw. fehlenden Bauelementen erreicht. So ist z.B. ein Verlieren von Bauelementen nach der Inspektion in den betreffenden Bereich des Bauelementeträgers und vor der nachfolgenden weiteren Bestückung so gut wie ausgeschlossen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kamera eine Leiterplatten-Kamera des Bestückautomaten. Wie bereits vorstehend beschrieben hat dies den Vorteil, dass eine im Vergleich zu einem herkömmlichen Bestückautomaten zusätzliche Kamera-Hardware nicht erforderlich ist. Hinsichtlich der Bedeutung des Begriffs „Leiterplatten-Kamera“ wird auf die vorstehend gemachten Ausführungen verwiesen, wo beschrieben ist, dass das Verfahren zum Überprüfen eines Bestückinhalts von elektronischen Bauelementen für eine auf einem Bauelementeträger zumindest teilweise bestückte elektronische Baugruppe mit einer Leiterplatten-Kamera durchgeführt wird.
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Insbesondere bei der Anwendung einer photometrischen Stereoanalyse ist die Qualität einer Standard-Leiterplatten-Kamera sowie einer Standard-Beleuchtungsanordnung völlig ausreichend, um eine zuverlässig dreidimensionale optische Inspektion durchzuführen. Außerdem erfordert ein solches Standard-Vision-System nur einen Bruchteil des Bauraums, welcher ein spezieller 3D Sensor mit zusätzlichen Projektor(en) benötigen würde. Damit kann mit dem hier beschriebenen Bestückautomaten das vorstehend beschriebene Verfahren lediglich durch eine angepasste Software in bestehende Bestückautomaten integriert werden, ohne die Funktionalitäten des Bestückautomaten einschränken zu müssen. Insbesondere wird weder eine separate Maschine für eine automatische optische Inspektion noch ein separates Portal für ein spezielles 3D Vision-System benötigt.
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Manche Bestückautomaten können für eine Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens einfach konfiguriert werden, weil die bereits vorhandene Hardware (Leiterplatten-Kamera, Beleuchtungsanordnung) für diese Messaufgabe ebenfalls verwendet werden kann. Lediglich die Ansteuerung der Beleuchtungsanordnung muss modifiziert werden. Somit ist der Hardware-Entwicklungsaufwand sehr klein und es entsteht kein zusätzlicher Platzbedarf. Insbesondere muss kein Portalsystem für die optische Sensorik „geopfert“ werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Überprüfen eines Bestückinhalts von elektronischen Bauelementen für eine auf einem Bauelementeträger zumindest teilweise bestückte elektronische Baugruppe beschrieben. Das Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Überprüfen eines Bestückinhalts eingerichtet.
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Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
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Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie beispielsweise eine Steuereinheit für einen Bestückungsautomaten derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
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Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
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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 dieser Anmeldung 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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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieses Dokuments sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau eines Bildverarbeitungssystems zum dreidimensionalen Erfassen von Strukturen.
- 2 zeigt in einer Draufsicht ein Vision System zum Erfassen eines dreidimensionalen Höhenprofils von elektronischen Bauelementen eines Bestückinhalts.
- 3 zeigt den Aufbau des Vision Systems in einer perspektivischen Explosionsansicht.
- 4a zeigt eine Draufsicht und ein Höhenprofil von einer vollständigen auf einem Bauelementeträger bestückten elektronischen Baugruppe.
- 4b zeigt eine entsprechende Baugruppe ebenfalls in einer Draufsicht und mit einem Höhenprofil, bei welcher Baugruppe jedoch zwei Bauelemente fehlen.
- 5a, 5b und 5c zeigen in einer Draufsicht, mit einem Höhenprofil bzw. mit einem Differenz-Höhenprofil in Bezug zu einem Referenz-Höhenprofil einem eine elektronische Baugruppe mit drei fehlenden Bauelementen.
- 6a, 6b und 6c zeigen in einer Draufsicht, in einem Höhenbild bzw. mit einem Differenz-Höhenprofil eine elektronische Baugruppe mit drei zusätzlichen und unerwünschten elektronischen Bauelementen.
- 7 zeigt einen in einer schematischen Darstellung den Ablauf eines Verfahrens zum Erkennen eines zusätzlichen und unerwünschten elektronischen Bauelementes.
- 8 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Bestückautomaten zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, wobei das in diesem Dokument beschriebene Verfahren zum Überprüfen eines Bestückinhalts unter Verwendung einer photometrischen Stereoanalyse durchgeführt wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen versehen sind, welche in den letzten beiden Ziffern identisch sind mit den Bezugszeichen von entsprechenden gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmalen bzw. Komponenten. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Außerdem wird darauf hingewiesen, dass raumbezogene Begriffe, wie beispielsweise „vorne“ und „hinten“, „oben“ und „unten“, „links“ und „rechts“, etc. verwendet werden, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element oder zu anderen Elementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Demnach können die raumbezogenen Begriffe für Ausrichtungen gelten, welche sich von den Ausrichtungen unterscheiden, die in den Figuren dargestellt sind. Es versteht sich jedoch von selbst, dass sich alle solchen raumbezogenen Begriffe der Einfachheit der Beschreibung halber auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen beziehen und nicht unbedingt einschränkend sind, da die jeweils dargestellte Vorrichtung, Komponente etc., wenn sie in Verwendung ist, Ausrichtungen annehmen kann, die von den in der Zeichnung dargestellten Ausrichtungen verschieden sein können.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau eines Bildverarbeitungssystems 100, mit dem die dreidimensionale Struktur eines Bestückinhalts 191 einer auf einem Bauelementeträger 180 bestückten elektronischen Baugruppe mittels einer photometrischen Stereoanalyse erfasst werden kann. Das Bildverarbeitungssystem 100 weist eine Beleuchtungsanordnung 105 auf, die wiederum eine erste Lichtquelle 110, eine zweite Lichtquelle 120 und eine dritte Lichtquelle 130 umfasst. Die Lichtquellen 110, 120, 130 beleuchten elektronische Bauelemente 190 des Bestückinhalts 191 von oben unter unterschiedlichen schrägen Winkeln. Die entsprechenden Lichtstrahlen des jeweiligen Beleuchtungslichts bzw. deren optische Achsen sind mit den Bezugszeichen 110a, 120a bzw. 130a gekennzeichnet.
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Das Bildverarbeitungssystem 100 weist ferner eine Kamera 150 auf, welche oberhalb des zu vermessenden Bestückinhalts 191 auf einer zentralen optischen Achse 102 angeordnet ist. Die zentrale optische Achse 102 fällt mit der optischen Achse der Kamera 150, welche somit senkrecht von oben auf die Leiterplatte 180 blickt, und mit der optischen Achse der Beleuchtungsanordnung 105 zusammen.
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Außerdem weist das Bildverarbeitungssystem 100 eine Datenverarbeitungseinheit 160 auf, welche eine Steuereinheit 162 und eine Auswerteeinheit 164 umfasst. Die Steuereinheit 162 ist mit der Kamera 150 und über gestrichelt dargestellte Verbindungsleitungen mit den Lichtquellen 110, 120 und 130 verbunden. Die Steuereinheit 162 steuert die Kamera 150 und die Lichtquellen 110, 120 und 130 so an, dass sequentiell ein erstes Bild des Bestückinhalts 191 bei dem ersten Beleuchtungslicht 110a, ein zweites Bild des Bestückinhalts 191 bei dem zweiten Beleuchtungslicht 120a und ein drittes Bild des Bestückinhalts 191 bei dem dritten Beleuchtungslicht 130a aufgenommen wird. Die Auswerteeinheit 164 ist eingerichtet, die dreidimensionale Struktur des Bestückinhalts 191 basierend auf Intensitätswerten von einzelnen Pixeln in dem ersten Bild, in dem zweiten Bild und in dem dritten Bild zu berechnen.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel haben eine erste optische Achse 110a des ersten Beleuchtungslichts, eine zweite optische Achse 120a des zweiten Beleuchtungslichts und eine dritte optische Achse 130a des dritten Beleuchtungslichts in Bezug zu einer Oberflächennormalen dem Bauelementeträger 180 bzw. in Bezug zu der zentralen optischen Achse 102 den gleichen Neigungswinkel α. In Bezug zu einer Referenzachse innerhalb der Oberfläche der Leiterplatte 180 haben die optischen Achse 110a, 120a, 130a jeweils einen unterschiedlichen Azimutwinkel, wobei die Lichtquellen 110, 120, 130 gleichmäßig um die zentrale optische Achse 102 des Bildverarbeitungssystems 100 herum verteilt angeordnet sind.
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Anschaulich ausgerückt wird mit dem Bildverarbeitungssystem 100 eine Höhenkarte des zu vermessenden Bestückinhalts 191 dadurch berechnet, dass von dem Bauelementeträger 180 bzw. von dem betreffenden Ausschnitt des Bauelementeträgers 180 mehrere Kamerabilder aufgenommen werden, wobei jedes Kamerabild mit einer aus unterschiedlicher Richtung erfolgter Beleuchtung aufgenommen wird. Für jedes Pixel der Kamerabilder stehen nun in Abhängigkeit der Anzahl der verwendeten Lichtquellen 110, 120, 130 mehrere (hier drei) Intensitäts- bzw. Grauwerte zur Verfügung, ein Wert pro Lichtquelle. Aus diesen Intensitätswerten kann nun die Neigung (sowohl in x- als auch in y-Richtung) desjenigen Oberflächenelements des Bestückinhalts 191 relativ zur optischen Achse 102 der Kamera 150 berechnet werden, welches in dem jeweiligen Pixel abgebildet ist. Aus den beiden Neigungen (in x- und in y-Richtung) lässt sich die gesuchte Höhenkarte bzw. das gesuchte Höhenprofil berechnen.
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2 zeigt in einer Draufsicht ein sog. Vision System 203 zum Erfassen eines dreidimensionalen Höhenprofils von elektronischen Bauelementen eines Bestückinhalts. Das Vision System 203 weist eine Kamera 250 sowie vier Lichtquellen auf, eine erste Lichtquelle 210, eine zweite Lichtquelle 220, eine dritte Lichtquelle 230 sowie eine vierte Lichtquelle 240. Alle Lichtquellen 210, 220, 230 und 240 weisen gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils vier Leuchtdioden auf, die jeweils gemeinsam angesteuert bzw. aktiviert werden. Die vier Lichtquellen 210, 220, 230 und 240 stellen jeweils einen individuell ansteuerbaren Sektor einer Ringbeleuchtung dar.
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3 zeigt den Aufbau des Vision Systems 203 in einer perspektivischen Explosionsansicht. Das Vision System 203 kann in einem geeigneten Bestückautomaten ohne einen Umbau von optischen oder mechanischen Komponenten zur Durchführung des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens zum Überprüfen eines Bestückinhalts von elektronischen Bauelementen für eine auf einem Bauelementeträger bestückte elektronische Baugruppe verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, eine in 1 dargestellte Steuereinheit zu verwenden, welche die verschiedenen Lichtquellen 210, 220, 230 und 240 und die Kamera 250 in geeigneter Weise ansteuert. Ferner muss eine in 3 nicht dargestellte Auswerteeinheit in geeigneter Weise programmiert werden, so dass die dreidimensionale Struktur des Bestückinhalts basierend auf Intensitätswerten von einzelnen Pixeln in den verschiedenen aufgenommenen Bildern berechnet werden kann.
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Wie aus 3 ersichtlich, weist das Vision System 203 als Chassis eine Montageplatte 304 auf, an welcher die Kamera 250, welche eine Objektlinse 352 aufweist, angebracht ist. An der Montageplatte 304 ist ferner eine Beleuchtungsanordnung 305 angebracht, welche eine Platine 308 aufweist. An der Platine 308 ist eine Vielzahl von Leuchtdioden angebracht, welche es erlauben, ein zu erfassenden Objekt unter verschiedenen Winkeln und ggf. auch mit verschiedenfarbigem Licht zu beleuchten. Für das in diesem Dokument beschriebene Erfassen des Höhenprofils eines Bestückinhalts sind jedoch lediglich einige wenige dieser Leuchtdioden erforderlich. Die erforderlichen Leuchtdioden werden in diesem Dokument auch als Primärlichtquellen bezeichnet. In der perspektivischen Ansicht der 3 sind nur die Leuchtdioden 312, 322 und 342 der Lichtquellen 210, 220 bzw. 240 ersichtlich. Die Leuchtdioden der Lichtquelle 230 sind verdeckt.
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Die insgesamt vier verschiedenen Lichtquellen 210, 220, 230 und 240 weisen jeweils einem Lichtwellenleiter 314, 324, 334 bzw. 344 auf. Der optische Ausgang des jeweiligen Lichtwellenleiters 314, 324, 334 und 344, welcher Ausgang jeweils durch die nach links gerichtete gekrümmte Fläche realisiert ist, stellt dann die lichtemittierende Fläche der jeweiligen Lichtquelle 210, 220, 230, 240 dar. Ein in Richtung der Platine 308 gerichteter optischer Eingang der Lichtwellenleiter 314, 324, 334 und 344 ist mit der jeweiligen Primärlichtquelle 312, 322 bzw. 342 und der weiteren in 3 nicht ersichtlichen Primärlichtquelle optisch gekoppelt.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel emittieren die Primärlichtquellen 312, 322, 342 und die weitere in 3 nicht dargestellte Primärlichtquelle, die jeweils einem Lichtwellenleiter 314, 324, 334, 344 bzw. einem Beleuchtungssektor zugeordnet sind, blaues Licht. Selbstverständlich sind auch andere Spektralfarben möglich.
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Zum Erfassen der dreidimensionalen Struktur von einem Bestückinhalt kann folgender Messablauf verwendet werden:
- (A) Positionieren eines Portalsystems mit dem Vision System 203 so, dass sich die Kamera 250 über dem auszuwertenden Bereich der Leiterplatte mit dem Bestückinhalt befindet.
- (B) Sequentielles Aufnehmen von vier Bildern, wobei für jedes Bild ein anderer Beleuchtungssektor eingeschaltet wird.
- (C) Berechnen des Höhenprofils bzw. der Höhenkarte aus den Intensitätswerten von diesen vier Bildern.
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4a zeigt eine Draufsicht (links) und ein Höhenprofil (rechts) von einer vollständig auf einem Bauelementeträger bestückten bzw. aufgebauten elektronischen Baugruppe 492a. Die insgesamt zwölf Bauelemente sind in dem Höhenprofil deutlich besser zu erkennen als in der Draufsicht.
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4b zeigt eine entsprechende Baugruppe 492b ebenfalls in einer Draufsicht und mit einem Höhenprofil, bei welcher Baugruppe 492b jedoch zwei Bauelemente fehlen. Die fehlenden Bauelemente sind in der Draufsicht jeweils mit einer ovalen Linie hervorgehoben. Auch hier erkannt man in dem Höhenprofil die beiden fehlenden Bauelemente wesentlich deutlicher als in der Draufsicht (selbstverständlich in Abwesenheit der beiden ovalen Linien).
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5a, 5b und 5c illustrieren ein Verfahren zum Überprüfen eines Bestückinhalts einer elektronischen Baugruppe 592. Die Baugruppe 592 ist in 5a in einer Draufsicht als Grauwertbild dargestellt. Neben einigen vergleichsweise kleinen passiven Bauelementen, welche in 5 oben rechts zu erkennen sind, weist die elektronische Baugruppe in 5a unten Einbauplätze für zwei aktive elektronische Bauelemente auf, welche jeweils sechs Bauelement Anschlussflächen aufweisen. Aus 5b, welches eine Darstellung einer photometrischen Stereoanalyse zeigt, fehlen bei den kleinen passiven Bauelementen (in 5b oben rechts) zwei Bauelemente. In der 5b unten ist zu erkennen, dass nur der linke Einbauplatz mit einem entsprechenden IC Bauelement belegt ist. Der rechte Einbauplatz ist versehentlich nicht mit einem entsprechenden IC Bauelement bestückt worden.
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5c zeigt ein Differenz-Höhenprofil, welches durch eine Subtraktion eines Referenz-Höhenprofils eines fehlerfreien Bestückinhalts von dem in 5b gezeigten Höhenprofil der elektronischen Baugruppe 592 erzeugt bzw. berechnet wurde. Die beiden fehlenden passiven Bauelemente und das fehlende IC Bauelement sowie deren Positionen auf dem betreffenden Bauelementeträger sind besonders deutlich zu erkennen.
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6a, 6b und 6c zeigen in einer Draufsicht, in einem Höhenbild bzw. mit einem Differenz-Höhenprofil eine elektronische Baugruppe 692 mit drei zusätzlichen elektronischen Bauelementen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zusätzlichen Bauelemente unerwünschte Bauelemente, welche während eines Transports durch einen Bestückkopf versehentlich verloren wurden und in den Bereich der elektronischen Baugruppe 692 gefallen sind. In der als Grauwertbild dargestellten Draufsicht (6a) sowie in dem mittels einer photometrischen Stereoanalyse erzeugten Höhenbild (6b) sind die Teilbereiche, in denen sich diese zusätzlichen Bauelemente befinden, jeweils mittels einer Kreislinie verdeutlicht. Aus einem Vergleich der beiden 6b und 6a ergibt sich, dass die zusätzlichen Bauelemente in dem Höhenbild der photometrischen Stereoanalyse deutlich besser zu erkennen sind. Am besten erkennt man diese zusätzlichen Bauelemente jedoch in dem Differenz-Höhenprofil von 6c. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurde das Differenz-Höhenprofil dadurch erzeugt, dass von dem Höhenbild (6b) ein Referenz-Höhenprofil eines fehlerfreien Bestückinhalts (ohne zusätzliche Bauelemente) mathematisch abgezogen wurde. Aus diesem Grund erscheinen in dem Differenz-Höhenprofil die zusätzlichen Bauelemente in Form von nach oben ragenden Peaks. Es ist offensichtlich, dass im Falle einer umgekehrten Differenzbildung, d.h. wenn das Höhenbild (6) von dem Referenz-Höhenprofil abgezogen wird, die zusätzlichen Bauelemente als nach unten ragende Peaks erscheinen würden.
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7 zeigt einen in einer schematischen Darstellung den Ablauf eines Verfahrens zum Erkennen eines zusätzlichen und unerwünschten elektronischen Bauelementes 769. Dabei wird zunächst ein Messdaten-Datensatz 761a mittels einer photometrischen Stereoanalyse erfasst. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst dieser Messdaten-Datensatz 761a insgesamt vier Einzeldatensätze, welche jeweils einer unterschiedlichen Beleuchtung zugeordnet sind. Außerdem wird ein Referenzdaten-Datensatz 763a verwendet, welcher entsprechende Referenz-Einzeldatensätze einer fehlerfreien Baugruppe umfasst.
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In einem Schritt S1 werden mittels bekannter Methoden der Bildverarbeitung die verschiedenen Datensätze so zueinander ausgerichtet, dass gemeinsame Strukturen in den verschiedenen Datensätzen räumlich übereinander liegen. Gleichzeitig wird basierend lediglich auf den Einzeldatensätzen des Messdaten-Datensatzes mittels photometrischer Stereoanalyse ein Höhenprofil 761b des vermessenen Bestückinhalts der betreffenden elektronischen Baugruppe berechnet. Außerdem wird in einem Schritt S2 mittels einer weiteren photometrischen Stereoanalyse ein Referenz-Höhenprofil 763b von der entsprechenden (virtuellen) fehlerfreien elektronischen Baugruppe berechnet.
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In einem Schritt S3 wird das Referenz-Höhenprofil 763b von dem Höhenprofil 761b abgezogen. Dadurch entsteht ein Differenz-Höhenprofil 765. In diesem Differenz-Höhenprofil 765 ist ein zusätzliches unerwünschtes Bauelement besonders deutlich ersichtlich.
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In einem Schritt S4 erfolgt eine Segmentierung, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer 2D Darstellung des zusätzlichen Bauelements 769 führt. In dieser 2D Darstellung ist insbesondere die Position des zusätzlichen Bauelements 769 auf dem Bauelementeträger, auf welchem die betreffende elektronische Baugruppe aufgebaut ist, gut zu erkennen.
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In einem Schritt S5 erfolgt eine Überprüfung auf Konsistenz der bisherigen Bildverarbeitung sowie eine Klassifikation des zusätzlichen Bauelements 769. Um einer Bedienperson oder einer automatischen Reparatur-Prozedur in einem Bestückautomaten ein einfaches bzw. zuverlässiges Entfernen des zusätzlichem Bauelements 769 zu ermöglichen, wird das zusätzliche Bauelement 769 dann noch in einer 2D Bild 767 dargestellt, welches das zusätzliches Bauelement 769 inmitten der anderen Bauelemente der betreffenden elektronischen Baugruppe zeigt.
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8 zeigt einen Bestückautomaten 870, welcher einen Rahmen 872 aufweist, an dem zwei parallel ausgerichtete Führungen 872a angebracht sind. Die beiden Führungen 872a tragen einen quer stehenden Trägerarm 873. Der quer stehende Trägerarm 873 weist eine Führung 873a auf, an welcher ein Trägerelement 873b verschiebbar gelagert ist. In einem in 8 verwendeten kartesischen Koordinatensystem verlaufen die beiden Führungen 872a entlang einer y-Richtung, die Führung 873a verläuft entlang einer x-Richtung. An dem Trägerelement 873b ist ein Bestückkopf 874 angeordnet, welcher zumindest eine als Saugpipette 874a ausgebildete Bauelement-Haltevorrichtung aufweist, die mittels eines nicht dargestellten Antriebs entlang einer zu der x- und zu der y-Richtung senkrechten z-Richtung verschiebbar ist.
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Um die Winkellage von aufgenommenen Bauelementen zu korrigieren und um somit die Bauelemente mit einer korrekten Winkellage bestücken zu können, ist ferner ein nicht dargestellter Drehantrieb vorgesehen. Mittels des Drehantriebs kann die Saugpipette 874a um ihre Längsachse gedreht werden.
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Der Bestückautomat 870 weist ferner eine Bauelement-Zuführeinrichtung 875 auf, über welche in 8 nicht dargestellte Bauelemente an Bauelement-Abholpositionen 875a dem Bestückprozess zugeführt werden können. Ferner weist der Bestückautomat 870 ein Förderband 879 auf, mit dem ein zu bestückender Bauelementeträger bzw. eine zu bestückende Leiterplatte 880 in einen Bestückbereich 874b des Bestückautomaten 870 eingebracht werden kann. Die Saugpipette 874a kann durch eine entsprechende x-y Bewegung des Bestückkopfes 874 innerhalb des Bestückbereiches 874b positioniert werden.
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Der Bestückautomat 870 weist außerdem einen Prozessor bzw. eine zentrale Steuereinheit 871 auf. Auf der Steuereinheit 871 kann ein Bearbeitungsprogramm für den Bestückautomaten 870 zum Bestücken von Bauelementeträgern 880 mit Bauelementen ausgeführt werden, so dass alle Komponenten des Bestückautomaten 870 in synchronisierter Weise arbeiten und somit zu einem zumindest annähernd fehlerfreien und zügigen Bestücken von Bauelementeträgern 880 mit Bauelementen beitragen.
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An dem Trägerelement 873b ist zusätzlich eine sog. Leiterplatten-Kamera 876 befestigt, welche zur Erfassung einer an dem Bauelementeträger 880 angebrachten Markierung 880a vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die genaue Position des in dem Bestückbereich eingebrachten Bauelementeträgers 880 durch eine Lagevermessung der Markierung 880a bestimmt werden.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Leiterplatten-Kamera 876 ferner dazu, zusammen mit einer geeignet angesteuerten und in 8 nicht dargestellten Beleuchtungsanordnung mit mehreren Lichtquellen diejenigen Bilder von einem Bestückinhalt einer auf dem Bauelementeträger bestückten elektronischen Baugruppe optisch zu erfassen, welche Bilder für eine photometrische Stereoanalyse des Bestückinhalt erforderlich sind.
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Zur Positionsvermessung und zur Kontrolle von aufgenommenen Bauelementen ist eine Kamera 877 vorgesehen, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einer festen Position an dem Bestückautomaten 870 angeordnet ist. Die optische Bauelement-Vermessung erfolgt bevorzugt unmittelbar nach der Aufnahme des Bauelements von der Bauelement-Zuführeinrichtung 875 durch eine entsprechende Positionierung des Bestückkopfes 874 oberhalb der Bauelemente-Kamera 877. Das von der Kamera 877 aufgenommene Bild wird in einer Datenverarbeitungseinheit 860 ausgewertet. Dabei werden sowohl eine Erkennung des aufgenommenen Bauelement-Typs als auch eine Positionsbestimmung des aufgenommenen Bauelements durchgeführt. Bei der Positionsbestimmung wird der Versatz des von der Saugpipette 874a aufgenommenen Bauelements relativ zu der Saugpipette 874a bzw. relativ zu dem Bestückkopf 874 ermittelt.
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Die Datenverarbeitungseinheit 860 kann auch in der zentralen Steuereinheit 871 integriert sein. Dabei kann die Datenverarbeitungseinheit 860 mittels einer eigenen Hardware oder auch mittels einer geeigneten Software realisiert sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung keineswegs auf die Verwendung in dem hier dargestellten Bestückautomaten 100 beschränkt ist. Die Erfindung kann insbesondere auch mit einer Bauelemente-Kamera realisiert werden, welche zusammen mit dem Bestückkopf verfahren wird und welche dafür vorgesehen ist, die aufgenommenen Bauelemente während des Transports von der Aufnahmeposition hin zu der Bestückposition zu vermessen.
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Ebenso kann die Erfindung im Zusammenhang mit einem sog. Mehrfach-Bestückkopf eingesetzt werden, welcher mehrere Haltevorrichtungen aufweist und somit gleichzeitig mehrere Bauelemente transportieren kann. Dabei können die Haltevorrichtungen zeilen- bzw. matrixartig angeordnet sein. Ebenso können die Haltevorrichtungen jedoch auch um eine Rotationsachse radial abstehen abgeordnet sein, so dass durch eine Drehung der Haltevorrichtungen mehrere Bauelemente sequentiell aufgenommen und auch wieder abgesetzt werden können. Selbstverständlich kann die Erfindung jedoch auch mit beliebigen anderen Arten von Einfach- oder Mehrfach-Bestückköpfen realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bildverarbeitungssystem
- 102
- zentrale optische Achse / optische Achse der Kamera / optische Achse der Beleuchtungsanordnung
- 105
- Beleuchtungsanordnung
- 110
- erste Lichtquelle
- 110a
- erstes Beleuchtungslicht / erste optische Achse
- 120
- zweite Lichtquelle
- 120a
- zweites Beleuchtungslicht / zweite optische Achse
- 130
- dritte Lichtquelle
- 130a
- drittes Beleuchtungslicht / dritte optische Achse
- 150
- Kamera
- 160
- Datenverarbeitungseinheit
- 162
- Steuereinheit
- 164
- Auswerteeinheit
- 180
- Bauelementeträger / Leiterplatte
- 190
- elektronische Bauelemente
- 191
- Bestückinhalt
- 203
- Vision System
- 210
- erste Lichtquelle
- 220
- zweite Lichtquelle
- 230
- dritte Lichtquelle
- 240
- vierte Lichtquelle
- 250
- Kamera
- 304
- Montageplatte
- 305
- Beleuchtungsanordnung
- 308
- Platine
- 312
- erste Leuchtdioden / Primärlichtquelle
- 314
- erster Lichtwellenleiter
- 322
- zweite Leuchtdioden / Primärlichtquelle
- 324
- zweiter Lichtwellenleiter
- 334
- dritter Lichtwellenleiter
- 342
- zweite Leuchtdioden / Primärlichtquelle
- 344
- vierter Lichtwellenleiter
- 352
- Objektivlinse
- 492a
- elektronische Baugruppe (vollständig)
- 492b
- elektronische Baugruppe (2 Bauelemente fehlen)
- 592
- elektronische Baugruppe (fehlende Bauelemente)
- 692
- elektronische Baugruppe (zusätzliche Bauelemente)
- 761a
- Messdaten-Datensatz
- 761b
- Höhenprofil
- 763a
- Referenzdaten-Datensatz
- 763b
- Referenz-Höhenprofil
- 765
- Differenz-Höhenprofil
- 766
- 2D Darstellung von zusätzlichem Bauelement
- 767
- 2D Darstellung von Baugruppe mit zusätzlichem Bauelement
- 769
- zusätzliches Bauelement
- S1
- Ausrichtung + photometrische Stereoanalyse
- S2
- photometrische Stereoanalyse
- S3
- Subtraktion
- S4
- Segmentierung
- S5
- Konsistenz-Überprüfung und Klassifikation
- 860
- Datenverarbeitungseinheit
- 870
- Bestückautomat
- 871
- Steuereinheit
- 872
- Rahmen
- 872a
- Führungen
- 873
- Trägerarm
- 873a
- Führung
- 873b
- Trägerelement
- 874
- Bestückkopf
- 874a
- Saugpipette
- 874b
- Bestückbereich
- 875
- Bauelement-Zuführeinrichtung
- 875a
- Bauelement-Abholpositionen
- 876
- Leiterplatten-Kamera
- 877
- Bauelemente-Kamera
- 879
- Förderband
- 880
- Bauelementeträger
- 880a
- Markierung
