DE10238579A1

DE10238579A1 - Bildbasiertes Untersuchungssystem, das eine Positionierungskompensation für nichtplanare Ziele umfaßt

Info

Publication number: DE10238579A1
Application number: DE10238579A
Authority: DE
Inventors: Barry Eppler; Ronald K Kerschner; Martin C Shipley
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2003-05-15
Also published as: TWI232929B; GB2386418A; US6628746B2; US20030081717A1; GB0224887D0; SG104964A1; GB2386418B

Abstract

Ein bildbasiertes System zum Untersuchen von Objekten nutzt eine Bilderzeugungskette, die eine Fokusebene definiert, einen Manipulator zum Übersetzen und Rotieren von entweder dem in Untersuchung befindlichen Objekt oder der Bilderzeugungskette, ein Oberflächenabbildungssystem, das eine Darstellung der Oberfläche des in Untersuchung befindlichen Objekts erzeugt, und eine Steuerung, die die Darstellung der Oberfläche des Objekts verwendet, um den Manipulator zu steuern, so daß ein Abschnitt des in Untersuchung befindlichen Objekts in der Fokusebene der Bilderzeugungskette liegt.

Description

Heutzutage werden häufig bildbasierte Untersuchungssysteme für physische Untersuchungen an einem Objekt von Interesse verwendet. Solche Systeme verwenden typischerweise eine optischbasierte oder röntgenstrahlenbasierte Quelle in einer Entfernung von einem Objekt von Interesse, bei der sich ein Bereich des Objekts im Fokus befindet. Zusätzlich verwenden derzeit viele solche Systeme einen Positionierungsmechanismus, wodurch die Entfernung zwischen der Bilderzeugungsquelle und dem Objekt einstellbar ist, so daß der Bereich des Objekts, der untersucht werden soll, in den richtigen Fokus gebracht werden kann.

Zum Beispiel wird bei Röntgenstrahlen-Laminographiemaschinen, die verwendet werden, um gedruckte Schaltungsplatinen (PCBs; PCB = printed circuit board) zur Herstellung von Defekten zu untersuchen, häufig ein solcher Mechanismus benutzt, um einen Abschnitt der in Untersuchung befindlichen Platine in einer schmalen Fokusebene zu halten. Diese Fokusebene stellt eine dünne "Scheibe" der in Untersuchung befindlichen PCB dar, was eine Ansicht einer beschränkten Tiefe innerhalb der PCB ermöglicht. Eine solche Ansicht liefert einen Vorteil gegenüber den typischen Durchsicht-Röntgenstrahlen-Untersuchungssystemen, die keine Fokusebene verwenden, und dadurch eine Ansicht aller Komponenten und Zwischenverbindungen gleichzeitig liefern, was eine Analyse der physischen Aspekte des PCB erschwert. Die Position der Fokusebene wird durch die Position einer Röntgenstrahlenquelle und eines Röntgenstrahlendetektors bestimmt, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der in Untersuchung befindlichen PCB befinden. Der zu einem Zeitpunkt in Untersuchung befindliche Bereich, der normalerweise als Sichtfeld bezeichnet wird, weist ungefähr eine quadratische Form auf und ist typischerweise viel kleiner als der Bereich der PCB selbst. Folglich wird die PCB in Inkrementen, Abschnitt um Abschnitt, Schicht um Schicht, betrachtet, bis alle interessanten Bereiche untersucht worden sind.

Leider kann eine Verformung der PCB von ausreichender Intensität sein, daß ein beliebiger Abschnitt eines gerade zu einem beliebigen Zeitpunkt untersuchten Bereichs außerhalb des Brennpunkts bleibt, was die Verwendung eines noch kleineren Untersuchungsbereichs zwingend notwendig macht. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, kann eine verformte PCB 100 bewirken, daß alle Bereiche außer einem kleinen Bereich auf der Oberseite der PCB 100 sich außerhalb einer Schärfentiefe 110 eines optischen oder Röntgenstrahlen- Untersuchungssystems befinden, was dazu führt, daß ein kleiner Bereich, der durch eine schmale Breite 120 definiert ist, entsteht, der zu einem beliebigen Zeitpunkt untersucht werden kann. Die Verwendung eines reduzierten Untersuchungsbereichs führt im allgemeinen dazu, daß mehr Untersuchungsbereiche für jede PCB notwendig sind, was zu einer erheblich längeren Untersuchungszeit, die für jede PCB erforderlich ist, und folglich zu einer drastischen Verringerung des PCB-Untersuchungsdurchsatzes führt.

Zusätzlich können die Fokusprobleme aufgrund der PCB- Verformung auch bewirken, daß die Untersuchungssysteme die außerhalb des Fokus liegenden Bereiche der in Untersuchung befindlichen PCB fälschlicherweise als Herstellungsdefekte identifizieren, was zu Mehrkosten aufgrund einer unnotwendigen, zusätzlichen Überprüfung oder Aussortierung von ordnungsgemäß hergestellten PCBs führt.

Derartige Probleme bezüglich eines sich verändernden Fokusabstandes über der Oberfläche eines Objekts beschränken sich nicht auf PCB-Röntgenstrahlen-Laminographie- Untersuchungsmaschinen. Andere optisch-basierte oder röntgenstrahlenbasierte Betrachtungs- oder Untersuchungsmaschinen, die nur eine fokalen Längeneinstellung verwenden, treffen wahrscheinlich auf die gleichen Schwierigkeiten bei Objekten mit einer nicht polaren Struktur, die betrachtet oder untersucht werden soll.

Anhand des Vorstehenden wäre daher ein neues bildbasiertes Untersuchungssystem von Vorteil, das ermöglicht, daß ein größerer Bereich eines in Untersuchung befindlichen Objekts sich in die Schärfentiefe bzw. Fokustiefe befindet, wodurch ein größerer Untersuchungsbereich und daher ein höherer Untersuchungsdurchsatz ermöglicht wird.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein bildbasiertes Untersuchungssystem zum Untersuchen eines Objekts einschließlich einer Positionierungskompensierung für nichtplanare Ziele sowie ein Verfahren zur bildbasierten Untersuchung eines Objekts zu schaffen, wodurch ein verringerter Prüfaufwand ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 30 gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nachstehend ausführlicher erörtert werden sollen, ermöglichen, daß die relative Position zwischen einem in Untersuchung befindlichen Objekt und der Fokusebene eines bildbasierten Untersuchungssystems mittels einer Translation und Rotation geändert werden kann, so daß sich ein größerer Teil des Objekts auf der Fokusebene befindet. Das PCB-Beispiel in Fig. 2 fortführend, wenn die verformte PCB 100 (von Fig. 1), oder das Bilderzeugungsquelle/Detektor-Paar, auf eine bestimmte Weise translationsmäßig bewegt bzw. verschoben wird, ein größerer Bereich der oberen Oberfläche der PCB 100, der durch eine größere Breite 200 definiert ist, in der Schärfentiefe 110 befindet. Da die Verformung und andere Unregelmäßigkeiten bei einem in Untersuchung befindlichen Objekt in jede Richtung entlang einer Oberfläche des Objekts auftreten können, ist die Fähigkeit eines bildbasierten Untersuchungssystems, entweder das Objekt oder das Bilderzeugungssystem translationsmäßig zu bewegen oder zu rotieren, um das Objekt mit der Fokusebene ordnungsgemäß auszurichten, wünschenswert.

Ein bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt, teilweise, eine Einrichtung zum Bilderzeugen eines Abschnitts eines in Untersuchung befindlichen Objekts. Wie zuvor erwähnt wurde, liefert die Bilderzeugungseinrichtung eine Fokusebene, die die Betrachtung einer figurmäßigen "Scheibe" des Objekts ermöglicht. Um zu erlauben, daß ein größerer Bereich von Interesse im Objekt betrachtet werden kann, wird eine Einrichtung zum Ändern der relativen Position der Fokusebene der Bilderzeugungseinrichtung und des Objekts geschaffen. Die Positionierungsänderungseinrichtung manipuliert die Translationsposition bzw. translatoriale Position und Rotationsausrichtung des Objekts oder der Bilderzeugungseinrichtung. Ebenfalls enthalten ist eine Einrichtung zum Abbilden eines Teils der Oberfläche des Objekts, wodurch eine Darstellung dieses Teils der Oberfläche des Objekts erzeugt wird. Eine Einrichtung zum Steuern des Betriebs der Manipulationseinrichtung nutzt dann die Oberflächendarstellung, so daß der Abschnitt des Objekts, das untersucht wird, im wesentlichen in der Fokusebene der Bilderzeugungseinrichtung liegt. Optional ist eine Einrichtung zum automatischen Interpretieren des Bildes von der Bilderzeugungseinrichtung enthalten.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung existiert in Form eines Verfahrens einer bildbasierten Untersuchung eines Objekts, wobei erforderlich ist, daß ein Abschnitt des zu untersuchenden Objekts in einer Fokusebene liegt, um abgebildet bzw. einer Bilderzeugung unterzogen zu werden. Zuerst wird zumindest ein Teil der Oberfläche des Objekts abgebildet, so daß eine Darstellung dieses Teils der Oberfläche des Objekts erzeugt wird. Anschließend wird die Translationsposition und Rotationsausrichtung von entweder dem Objekt oder der engen Fokusebene basierend auf der Oberflächendarstellung geändert, so daß der Abschnitt des Objekts, das untersucht wird, in der Fokusebene liegt. Dieser Abschnitt des Objekts wird dann für Untersuchungszwecke bilderzeugt. Optional kann dann das resultierende Bild automatisch interpretiert werden, um den Status oder die Qualität des Objekts zu bestimmen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm einer PCB, die zu einem solchen Grad verformt ist, daß die Tiefe des Fokus, der einem bildbasierten Untersuchungssystem des Stands der Technik zugeordnet ist, lediglich erlaubt, daß ein kleiner Bereich der PCB zu einem beliebigen Zeitpunkt untersucht werden kann.
Fig. 2 ein Diagramm der PCB von Fig. 1, die rotiert wird, so daß ein größerer Bereich der PCB zu einem beliebigen Zeitpunkt durch ein bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung untersucht werden kann.
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines bildbasierten Untersuchungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Hexapods (6- Achsen-Geräts), das als ein Manipulator in einem bildbasierten Untersuchungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 5 ein vereinfachtes Diagramm der Operation eines Laser-Entfernungssensorsystems, das als Teil eines Oberflächenabbildungssystems in einem bildbasierten Untersuchungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 6 ein vereinfachtes Diagramm, das darstellt, wie Informationen von einer Oberflächendarstellung von dem Oberflächenabbildungssystem durch eine Steuerung zum Steuern eines Manipulators in einem bildbasierten Untersuchungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden können.
Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Verfahrens der bildbasierten Untersuchung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nachstehend beschrieben sind, werden als ein Ergebnis der Entwicklungsarbeit, zu der ein Röntgenstrahlen-Laminographie-PCB- Untersuchungssystem gehört, betrachtet. Jedoch könnten andere Untersuchungssysteme, seien diese auf Optik, Infrarot- Emissionen (IR-Emissionen), Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) oder anderen Bilderfassungseinrichtungen basiert und würden zur Untersuchung einer Vielfalt von Teilen verwendet, Ausführungsbeispiele der Erfindung vorteilhafterweise verwenden.
Bei den nachstehenden Ausführungsbeispielen, die hierin offenbart sind, wird ebenfalls davon ausgegangen, daß die Fokusebene des Systems horizontal ausgerichtet ist. Obwohl diese Anordnung die beliebteste ist, die in bildbasierten PCB-Untersuchungssystemen verwendet wird, werden auch andere Ausrichtungen von solchen System im Schutzbereich der folgenden Ausführungsbeispiele berücksichtigt.
Ein bildbasiertes Untersuchungssystem 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Eine Hauptkomponente des Untersuchungssystems 300 ist eine Bilderzeugungskette 310, die ein Bild eines Abschnitts eines in Untersuchung befindlichen Objekts erfaßt. Der Abschnitt, der bilderzeugt wird, wird durch eine Fokusebene bestimmt, die durch die physischen Charakteristika der Bilderzeugungskette 310 definiert ist, die von Haus aus optisch oder röntgenstrahlenbasiert sein können.
Es können mehrere unterschiedliche Typen von röntgenstrahlenbasierten Bilderzeugungsketten, die derzeit in Untersuchungssystemen verwendet werden, für die Bilderzeugungskette 300 genutzt werden. Zwei der beliebteren basieren auf der Röntgenstrahllaminographie und der digitalen Tomosynthese, die beide in der Technik hinreichend bekannt sind. Die Röntgenstrahlenlaminographie besteht im allgemeinen aus einer Abtast-Röntgenstrahlenquelle, die in Verbindung mit einem Röntgenstrahlendetektor verwendet wird, der mehrere Bilder der Röntgenstrahlen aus der Quelle erfaßt, die in verschiedenen Winkeln durch ein Objekt, das untersucht werden soll, übertragen werden. Die Ebene, auf der sich die verschiedenen Wege zwischen der Quelle und dem Detektor schneiden, ist die Fokusebene, die durch die Bilderzeugungskette bestimmt wird. Die Fokustiefe bzw. fokale Tiefe der Bilderzeugungskette wird durch den Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor, den Winkel der Linie, die durch die Quelle und den Detektor definiert ist, bezüglich der Fokusebene definiert ist, und andere Faktoren bestimmt.
Die Röntgenstrahl-Laminographie-Bilderzeugungsketten können das betroffene Objekt entweder auf eine lineare oder rotierende Weise abtasten. Im Hinblick auf das rotierende Abtasten verwenden viele Röntgenstrahlen-Laminographie- Bilderzeugungsketten eine rotierende Abtast- Röntgenstrahlenröhre als die Röntgenstrahlenquelle und einen rotierenden Szintillator, der normalerweise mit der gleichen Rate und in die gleiche Richtung wie die abtastende Röntgenstrahlenröhre rotiert, jedoch mit der Röhre um 180 Grad phasenverschoben positioniert ist. Eine Röntgenstrahlenkamera erfaßt dann kontinuierlich die Bilder durch den Szintillator. Infolgedessen wird der gleiche allgemeine Abschnitt des in Untersuchung befindlichen Objekts durch die Kamera aus einem konstant variierenden Blickpunkt betrachtet. Der Abschnitt des in Untersuchung befindlichen Objekts, der stationär in der Ansicht bleibt, definiert die Fokusebene. Alle anderen "Schichten" des Objekts bewegen sich infolge der Röhren- und Szintillatorbewegung innerhalb des Sichtfeldes, wodurch bewirkt wird, daß die Bilder jener Schichten, im Vergleich zu den Bildern des Abschnitts in der Fokusebene, hell oder verschwommen erscheinen, wodurch eine fokussierte Ansicht von nur dem Abschnitt des Objekts in der Fokusebene ermöglicht wird.
Die digitale Tomosynthese arbeitet unter Verwendung eines ähnlichen Prinzips einer sich bewegenden Röntgenstrahlenquelle. Mehrere einzelne Bilder werden jedoch entweder durch einen sich bewegenden Detektor oder mehrere stationäre Detektoren erfaßt, die entlang dem Weg der Röntgenstrahlen von der Quelle positioniert sind, die durch das in Untersuchung befindliche Objekt übertragen werden. Die verschiedenen einzelnen Bilder werden dann digital unter Verwendung eines Computers kombiniert, um ein Bild des Abschnitts des in Untersuchung befindlichen Objekts zu erzeugen, das in der Fokusebene der Bilderzeugungskette 310 liegt.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 3 wird ein Manipulator 320 verwendet, um das in Untersuchung befindliche Objekt zu übersetzen und zu rotieren, so daß ein Abschnitt des Objekts, das untersucht werden soll, in der engen Fokusebene der Bilderzeugungskette 310 liegt. Die Verwendung eines solchen Manipulators ist gegenüber einem Mechanismus, der nur eine Translationsbewegung des Objekts liefert, vorteilhaft, da die Rotationsbewegung ermöglicht, daß ein größerer Teil eines Abschnitts des Objekts, das von Interesse ist, in der Fokusebene ausgerichtet werden kann.
Viele unterschiedliche Einstellungsmechanismen aus dem Stand der Technik werden als Manipulator 320 verwendet. Zum Beispiel kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, ein Hexapod-Gerät 400, das im allgemeinen auch als Stewart-Plattform bekannt ist, bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das Hexapod-Gerät 400 besteht typischerweise aus einer Basis 430, einem Befestigungselement 440, das das in Untersuchung befindliche Objekt (nicht gezeigt) hält, und sechs Betätigungsgliedern bzw. Betätigern 450, die die Basis 430 mit dem Halteelement 440 koppeln. Der Hexapod 400 ist so positioniert, daß das Objekt, das durch das Befestigungselement 440 gehalten wird, in einer Fokusebene 460 liegen kann, die durch die Bilderzeugungskette 310 definiert ist, die in Fig. 4 durch die Bildquelle 410 und den Bilddetektor 420 beschrieben ist. Wie anhand des Stands der Technik bekannt ist, können die Betätigungsglieder 450 das Befestigungselement 440 und somit das in Untersuchung befindliche Objekt entlang jeder von drei orthogonalen Achsen in einem dreidimensionalen Raum übersetzen sowie das Befestigungselement 440 um eine beliebige dieser Achsen rotieren, wodurch volle sechs Grad von einer Bewegungsfreiheit erzeugt werden. Die Translationsbewegung parallel zur Fokusebene 460 ermöglicht, daß unterschiedliche Abschnitte des in Untersuchung befindlichen Objekts durch die Bildererzeugungskette 310 betrachtet werden können, während die Translation senkrecht zur Fokusebene 460 ermöglicht, daß der Abschnitt des Objekts, das bilderzeugt werden soll, in den richtigen Fokus gebracht wird. Die Rotationsbewegung ermöglicht, daß der Abschnitt des Objekts von Interesse mit der Fokusebene 460 ausgerichtet werden kann, so daß ein größerer Teil des Objekts zu einem speziellen Zeitpunkt bilderzeugt werden kann. Andere Mechanismen, die eine ähnliche Bewegung des in Untersuchung befindlichen Objekts bewirken können, können ebenfalls für den Manipulator 320 implementiert werden.
Zusätzlich können andere Versionen für den Manipulator 320 verwendet werden, die weniger Bewegungsgrade liefern. Speziell könnte ein Mechanismus, der die Translationsbewegung in eine beliebige Richtung sowie die Rotationsausrichtung um zwei von drei orthogonalen Achsen liefert, in Ausführungsbeispielen der Erfindung implementiert sein. Zum Beispiel ist ein Mechanismus, der zu jeder dreidimensionalen Translationsbewegung bzw. zu einer Translationsbewegung in drei Dimensionen sowie einer Rotation um zwei orthogonale Achsen, die parallel zur Fokusebene 460 der Bilderzeugungskette 310 verlaufen, fähig ist, für die Zwecke der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausreichend. Eine solche Rotation kann eine Verformung und andere Anomalien des Objekts, wie im Fall einer PCB, kompensieren. Alternativ würde ein Mechanismus, der eine dreidimensionale Translation liefert und eine Rotation um eine Achse parallel zur Fokusebene 460 und um eine Achse senkrecht zur Fokusebene 460 ermöglicht, ebenfalls die Rotationsfreiheitsgrade liefern, die zum Ausrichten eines Abschnitts des zu untersuchenden Objekts in der Fokusebene 460 notwendig sind. Zusätzlich kann, wenn die Natur des in Untersuchung befindlichen Objekts derart beschaffen ist, daß jede Verformung oder andere Anomalie allgemein in einer spezifischen Richtung auftritt, ein Mechanismus, der die Translation in alle drei Richtungen ermöglicht und außerdem eine Rotation um eine einzelne Achse parallel zur Fokusebene 460 liefert, für die Untersuchung dieses Objekttyps ausreichend sein.
Ferner ist es, abhängig von der Natur des in Untersuchung befindlichen Objekts, evtl. möglich, einen Mechanismus zu nutzen, der nur das Objekt, zusammen mit einer gewissen Rotationskapazität, entlang einer Achse senkrecht zur Fokusebene übersetzt. In diesem Fall müßte der Abschnitt des Objekts, das untersucht werden soll, ausreichend klein sein, so daß der gesamte Abschnitt in das Sichtfeld der Bilderzeugungskette 310 passen könnte.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Bilderzeugungskette 310, im Gegensatz zu dem in Untersuchung befindlichen Objekt, durch den Manipulator 320 translationsmäßig bewegt und rotiert werden, so daß sich die Fokusebene, die durch die Bilderzeugungskette 310 definiert ist, korrekt zu dem Objekt ausrichtet, wobei die gleichen Ausführungsbeispiele für den Manipulator 320, der oben beschrieben ist, verwendet werden. Solche Ausführungsbeispiele sind für Objekte von Vorteil, die am besten in einer stationären Position belassen werden, wie z. B. kleine, zerbrechliche Objekte oder große unbewegliche Objekte. Die Untersuchung der menschlichen Anatomie würde ebenfalls von einem solchen Ausführungsbeispiel profitieren, da es ein Mensch höchstwahrscheinlich bequemer fände, wenn er sich in einer im wesentlichen stationären Position befände.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 3 werden die Informationen, die erforderlich sind, um zu bestimmen, wie der Manipulator 320 betrieben werden muß, durch ein Oberflächenabbildungssystem 330 erzeugt. Der primäre Zweck des Oberflächenabbildungssystems 330 ist die Erzeugung einer Darstellung von zumindest einem Teil der Oberfläche des in Untersuchung befindlichen Objekts in dem Abschnitt des Objekts, der untersucht werden soll. In anderen Worten wird eine "Abbildung", die die Topologie oder Form der Oberfläche des Objekts beschreibt, erzeugt.
Es können mehrere Verfahren zum Erzeugen der Oberflächendarstellung des Objekts verwendet werden. Zum Beispiel kann zu diesem Zweck ein Laserentfernungs-Sensorsystem des Stands der Technik verwendet werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann eine Laserlichtquelle 520 unter einem Winkel von einem Abschnitt 505 der Oberfläche eines Objekts gerichtet werden, das in diesem Fall in einer ersten vertikalen Position 530 positioniert ist. Die Laserlichtquelle 520 projiziert einen ersten Punkt 550, der durch eine Kamera 510 erfaßt wird. Die Kombination aus der Position der Laserlichtquelle 520, dem Winkel des Lichts aus der Laserlichtquelle 520 bezüglich der Kamera 510 und der Position des ersten Punkts 550 bestimmen die Höhe des Abschnitts der Oberfläche, der beleuchtet wird. Wenn der Abschnitt 505 der Oberfläche, die abgebildet wird, statt dessen an einer zweiten vertikalen Position 540 positioniert ist, wird ein zweiter Punkt 560 an einer anderen Position als jener, die durch den ersten Punkt 550 besetzt ist, durch eine Kamera 510 erfaßt werden, was eine unterschiedliche Höhe jenes Abschnitts der Oberfläche, die beleuchtet wird, anzeigt. Daher zeigt die Position des Punkts, der durch die Laserlichtquelle 520 erzeugt wird, die Höhe für jenen Abschnitt der Oberfläche des Objekts an. Durch die Beleuchtung verschiedener Punkte der Oberfläche des in Untersuchung befindlichen Objekts wird ermöglicht, daß die Höhe der verschiedenen Punkte auf dem Objekt bestimmt wird. Sowohl die Positionierung der Laserlichtquelle 520 als auch die zur Bestimmung der Höhe von jedem erfaßten Laserpunkt erforderlichen Berechnungen können mit Hilfe einer algorithmischen Steuerung, wie z. B. eines Computers oder eines Mikrokontrollers, die zum Ausführen der notwendigen Berechnungen programmiert ist, ausgeführt werden.
Das Oberflächenabbildungssystem 330 (von Fig. 3) kann auch als ein photogrammetrisches System des Stands der Technik ausgeführt sein. Allgemein gesprochen werden ein oder mehrere optische Kameras in Verbindung mit verschieden Lichtquellen und optischen Sensoren verwendet, um die Oberfläche des in Untersuchung befindlichen Objekts von zumindest zwei unterschiedlichen Winkeln zu betrachten. Die resultierenden Bilder aus den Kameras werden dann erfaßt und mittels einer Hardware oder Software verarbeitet, um die erforderliche Oberflächendarstellung zu erzeugen.
Zusätzlich kann die Funktionalität des Oberflächenabbildungssystems 330 statt dessen durch ein Fokusabbildungssystem geliefert werden. Gemäß diesem System wird ein optischbasierte- oder röntgenstrahlenbasierte-Quelle und- Detektorpaar oder eine analoge Struktur verwendet, um einen Abschnitt der Oberfläche des Objekts zu betrachten. Der relative Abstand zwischen dem Quelle/Detektorpaar und der Oberfläche des Objekts wird modifiziert, möglicherweise durch den Betrieb eines Manipulators 320, bis der Abschnitt der Oberfläche, der betrachtet wird, in der Fokusebene des Quelle/Detektorpaars liegt. An diesem Punkt ist die relative Höhe jenes Abschnitts der Oberfläche bekannt, weil die Fokusebene des Quellen-/Detektorpaars exakt bestimmt werden kann. Unter Fortsetzung dieses Prozesses im Hinblick auf alle interessanten Punkte auf dem in Untersuchung befindlichen Objekt wird die Erzeugung der erforderlichen "Abbildung" ermöglicht.
Das Oberflächenabbildungssystem 330 kann auch die Form eines physischen Sondierungssystems annehmen. Bei einem solchen System wird jeder interessante Punkt, der gemessen werden soll, durch eine Sonde, die mit dem interessanten Punkt auf dem Objekt einen Kontakt herstellt, erfaßt. Der Abstand zwischen dem Objekt und der Sonde wird, möglicherweise durch die Bewegung des Objekts über den Manipulator 320, modifiziert, bis die Sonde mit dem interessanten Punkt einen Kontakt herstellt. Die relative Position der Sonde und des Objekts zeigt die Höhe des Objekts an dem interessanten Punkt an. Indem in dieser Weise bezüglich allen interessanten Punkten fortgefahren wird, wird ermöglicht, daß die Oberflächendarstellung des Objekts erzeugt wird. Kapazitätssonden sowie Luftdüsen, die eine Gegendruckerfassung ermöglichen, können ebenfalls in einer ähnlichen Weise verwendet werden, da sie verwendet werden können, um zu erfassen, wann der Kontakt mit dem interessanten Punkt auf dem Objekt hergestellt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 steuert die Steuerung 340 den Betrieb des Manipulators 320, so daß der Abschnitt des Objekts, der untersucht werden soll, in der Fokusebene der Bilderzeugungskette 310 liegt. Die Steuerung 340 führt diese Funktion durch Verwendung der Oberflächendarstellung aus, die durch das Oberflächenabbildungssystem 330 erzeugt wird, um die ordnungsgemäße Translationposition und Rotationsausrichtung des Objekts zu bestimmen, so daß der Abschnitt des Objekts, der als nächstes untersucht werden soll, bilderzeugt werden kann. Eine algorithmische Allzwecksteuerung, wie z. B. ein Computer, oder eine spezialisierte Hardware können für die Steuerung 340 verwendet werden.
Im Hinblick auf die Translation kann die Steuerung 340 die Oberflächendarstellung verwenden, um den Abschnitt des Objekts, der untersucht werden soll, im Sichtfeld der Bilderzeugungskette zu positionieren. Die Steuerung 340 führt dies durch translatorische Bewegung des Objekts in eine Richtung parallel zur Fokusebene der Bilderzeugungskette 310 aus. Die Steuerung 340 kann auch die Oberflächendarstellung verwenden, um das in Untersuchung befindliche Objekt in eine Richtung senkrecht zur Fokusebene zu übersetzen, so daß der Abschnitt, der untersucht werden soll, in der Fokusebene liegt.
Die Steuerung 340 steuert auch die Rotationsausrichtung des Objekts mittels des Manipulators 320. Die Oberflächendarstellung vom Oberflächenabbildungssystem 330, die die Daten liefert, die die Steuerung 340 zum Ausführen dieser Funktion nutzt, kann auf viele Weisen genutzt werden, um diese Aufgabe zu lösen. Zum Beispiel, wie in Fig. 6 gezeigt ist, könnten zumindest drei Punkte 610 auf der Oberfläche des in Untersuchung befindlichen Objekts, die durch das Oberflächenabbildungssystem 330 identifiziert sind, verwendet werden, um eine Ebene 620 im Raum zu definieren. Die Punkte 610 befinden sich nahe des interessanten Punkts 630, der den Abschnitt des Objekts darstellt, der untersucht werden soll. Eine solche Aufgabe ist möglich, da alle drei Punkte im Raum, die nicht eine einzelne Linie beschreiben, notwendigerweise eine eindeutige Ebene definieren. Die Steuerung 340 berechnet dann einen Vektor 640 senkrecht zur Ebene 620 und informiert den Manipulator 320, das Objekt so zu rotieren, daß der Vektor 640 senkrecht zur Fokusebene der Bilderzeugungskette 310 ist, während verhindert wird, daß der interessante Punkt 630 im wesentlichen translatorisch verschoben wird. Infolgedessen liegt der maximale Betrag des Abschnitts des Objekts, der untersucht werden soll, in der Fokusebene.
Alternativ kann die Steuerung 340 einen solchen Vektor erzeugen, indem sie eine glatte gekrümmte Oberfläche berechnet, die durch eine Mehrzahl von identifizierten Punkten von der Oberflächendarstellung beschrieben ist, die sich in der Nähe des Abschnitts des Objekts, der untersucht werden soll, befinden. Die Steuerung 340 würde dann jenen Vektor in der gleichen Weise, wie vorstehend beschrieben ist, verwenden, um den Manipulator 320 zu steuern. Es können unzählige andere Verfahren zur Verwendung von identifizierten Punkten von der Oberflächendarstellung, die sich in der Nähe des Abschnitt des Objekts, der untersucht werden soll, befinden, durch die Steuerung 340 verwendet werden, um das in Untersuchung befindliche Objekt ordnungsgemäß zu positionieren.
Um den Manipulator 320 exakt zu steuern, kann die Steuerung 340 eine Positionierungs-Rückmeldung vom Manipulator 320 erfordern, um die Position und Ausrichtung des in Untersuchung befindlichen Objekts präzise zu bestimmen. Alternativ ist eine derartige Rückmeldung evtl. nicht notwendig, wenn der Manipulator 320 selbst das in Untersuchung befindliche Objekt basierend auf der durch die Steuerung 340 gelieferten Steuerung exakt positioniert.
Die Steuerung 340 kann auch den Betrieb der verbleibenden Abschnitte des Untersuchungssystems 300 steuern, da eine zentralisierte Steuerung der verschiedenen, in Fig. 3 gezeigten Elemente gegenüber einem System wünschenswert ist, das davon abhängig ist, daß jedes der Elemente selbststeuernd ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 3 liefern die bisher beschriebenen Komponenten (Bilderzeugungskette 310, Manipulator 320, Oberflächenabbildungssystem 330 und Steuerung 340) ein bildbasiertes Untersuchungssystem, das es einem Benutzer ermöglichen kann, den Status oder die Qualität des in Untersuchung befindlichen Objekts zu bestimmen, unter der Annahme, daß der Benutzer die durch die Bilderzeugungskette 310 erfaßten Bilder betrachten kann. Alternativ kann ein Interpretierer 350 verwendet werden, um die Bilder, die durch die Bilderzeugungskette 310 erfaßt werden, automatisch zu interpretieren, um den Status oder die Qualität des in Untersuchung befindlichen Objekts zu bestimmen. Eine algorithmische Allzwecksteuerung, wie z. B. ein Computer, der eine Software ausführt, die zum Bestimmen des Status des Objekts geeignet ist, kann als Interpretierer 350 dienen. Ansonsten kann auch eine spezialisierte Hardware, die die gleiche Aufgabe ausführt, ebenfalls in der gleichen Eigenschaft verwendet werden. Alternativ kann die Steuerung 340 die Funktionen, die vorstehend für den Interpretierer 350 beschrieben sind, ausführen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls als ein Verfahren 700 (von Fig. 7) der bildbasierten Untersuchung eines Objekts beschrieben sein. Das Verfahren 700, das in Fig. 7 gezeigt ist, nutzt eine beliebige bildbasierte Technologie, die eine optisch-basierte oder röntgenstrahlenbasierte Erfassung, die eine Fokusebene definiert, umfaßt, jedoch nicht auf dieselbe beschränkt ist. Zuerst wird ein Teil der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abgebildet (Schritt 710). Dieser Abbildungsschritt erzeugt eine Darstellung des Teils der Oberfläche des Objekts, das abgebildet wurde. Die Translationsposition und Rotationsausrichtung des Objekts oder die Fokusebene wird dann unter Verwendung der Oberflächendarstellung aus dem Schritt des Abbildens geändert, so daß ein Abschnitt des in Untersuchung befindlichen Objekts in der Fokusebene liegt (Schritt 720). Schließlich wird der Abschnitt des Objekts, der in der Fokusebene liegt, bilderzeugt (Schritt 730), wobei der Schritt des Bilderzeugens ein Bild des Abschnitts des in Untersuchung befindlichen Objekts erzeugt. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das durch den Schritt des Bilderzeugens erzeugte Bild manuell untersucht werden, um den Status oder die Qualität des Abschnitts des in Untersuchung befindlichen Objekts zu bestimmen. Alternativ kann das Verfahren der Untersuchung das Bild automatisch interpretieren, um den Status oder die Qualität jenes Abschnitts des Objekts zu bestimmen (Schritt 740). Ferner können die Schritte des Positionsänderns, des Bilderzeugens und des Interpretierens für jeden zusätzlichen Abschnitt des Objekts, der untersucht werden soll, wiederholt werden.
Anhand des Vorstehenden sehen die Ausführungsbeispiele der Erfindung, die vorstehend erörtert wurden, nachweislich ein bildbasiertes Untersuchungssystem vor, das die relative Translations- und Rotationsbewegung zwischen einer Fokusebene eines bildbasierten Untersuchungssystems und eines in Untersuchung befindlichen Objekts ermöglicht.

Claims

1. Bildbasiertes Untersuchungssystem (300) zum Untersuchen eines Objekts, das folgende Merkmale aufweist:
eine Einrichtung zur Bilderzeugung (310) eines Abschnitts des Objekts, wobei die Bilderzeugungseinrichtung (310) eine Fokusebene definiert, in der der Abschnitt des Objekts positioniert sein muß, um durch die Bilderzeugungseinrichtung (310) der Bilderzeugung unterzogen zu werden, wobei die Bilderzeugungseinrichtung (310) ein Bild des Abschnitt des Objekts erzeugt;
eine Einrichtung zum Ändern (320) der relativen Translations- und Ausrichtungsposition des zu untersuchenden Objekts und der Fokusebene;
eine Einrichtung zum Abbilden (320) von zumindest einem Teil der Oberfläche des Objekts, wobei die Abbildungseinrichtung (330) eine Darstellung des Teils der Oberfläche des Objekts erzeugt; und
eine Einrichtung zum Steuern (340) des Betriebs der Positionsänderungseinrichtung (320) unter Verwendung der Darstellung des Teils der Oberfläche des Objekts, so daß der Abschnitt des Objekts, der untersucht wird, im Wesentlichen in der Fokusebene liegt.

2. Bildbasiertes Untersuchungssystem (300) gemäß Anspruch 1, bei dem die Positionsänderungseinrichtung 320 eine Einrichtung zum Manipulieren (320) der Translations- und Rotationsposition des Objekts, das untersucht werden soll, aufweist.

3. Bildbasiertes Untersuchungssystem (300) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Positionsänderungseinrichtung (320) eine Einrichtung zum Manipulieren (320) der Translations- und Rotationsposition der Bilderzeugungseinrichtung (310) aufweist.

4. Bildbasiertes Untersuchungssystem (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner eine Einrichtung zum automatischen Interpretieren (350) des Bildes von der Bilderzeugungseinrichtung (310) aufweist, um den Status des Abschnitts des Objekts, der untersucht wird, zu bestimmen.

5. Bildbasiertes Untersuchungssystem (300) zum Untersuchen eines Objekts, das folgende Merkmale aufweist:
eine Bilderzeugungskette (310), die konfiguriert ist, um ein Bild eines Abschnitt des Objekts zu erzeugen, wobei die Bilderzeugungskette (310) eine Fokusebene definiert, in der der Abschnitt des Objekts positioniert sein muß, um durch die Bilderzeugungskette (310) einer Bilderzeugung unterzogen zu werden;
einen Manipulator (320), der konfiguriert ist, um die relative Translations- und Rotationsposition des Objekts, das untersucht wird, und die Fokusebene zu ändern;
ein Oberflächenabbildungssystem (330), das konfiguriert ist, um zumindest einen Teil der Oberfläche des Objekts abzubilden, wobei das Oberflächenabbildungssystem (330) eine Darstellung eines Teils der Oberfläche des Objekts erzeugt; und
eine Steuerung (340), die konfiguriert ist, um den Betrieb des Manipulators (320) unter Verwendung der Darstellung des Teils der Oberfläche des Objekts zu steuern, so daß der Abschnitt des Objekts, der untersucht wird, im wesentlichen in der Fokusebene liegt.

6. Bildbasiertes Untersuchungssystem (300) gemäß Anspruch 5, bei dem die Bilderzeugungskette (310) eine optischbasierte Bilderzeugungskette aufweist.

7. Bildbasiertes Untersuchungssystem (300) gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem die Bilderzeugungskette (310) eine ultraviolettstrahlungsbasierte Bilderzeugungskette aufweist.

8. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Bilderzeugungskette (310) eine infrarotbasierte Bilderzeugungskette aufweist.

9. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Bilderzeugungskette (310) eine gammastrahlbasierte Bilderzeugungskette aufweist.

10. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem die Bilderzeugungskette (310) eine röntgenstrahlbasierte Bilderzeugungskette aufweist.

11. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß Anspruch 10, bei dem die röntgenstrahlbasierte Bilderzeugungskette (310) ein Digital-Tomosynthese-Bilderzeugungssystem aufweist.

12. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß Anspruch 10, bei dem die röntgenstrahlbasierte Bilderzeugungskette (310) eine Röntgenstrahl-Laminographie-Bilderzeugungskette aufweist.

13. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß Anspruch 12, bei dem die Röntgenstrahl-Laminographie-Bilderzeugungskette das Objekt auf eine lineare Weise abtastet.

14. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß Anspruch 12, bei dem die Röntgenstrahl-Laminographie-Bilderzeugungskette das Objekt in Rotationsweise abtastet.

15. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß Anspruch 14, bei dem die Röntgenstrahl-Laminographie-Bilderzeugungskette folgende Merkmale aufweist: eine Dreh-Abtast-Röntgenstrahlröhre, die konfiguriert ist, um Röntgenstrahlen auszugeben; und einen Dreh-Szintillator und eine Dreh-Kamera, die konfiguriert sind, um die Röntgenstrahlen von der Abtast- Röntgenstrahlröhre zu erfassen.

16. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 15, bei dem der Manipulator (320) konfiguriert ist, um das Objekt translationsmäßig zu bewegen und zu rotieren.

17. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 16, bei dem der Manipulator (320) konfiguriert ist, um die Bilderzeugungskette translationsmäßig zu bewegen und zu rotieren.

18. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 17, bei dem der Manipulator (320) ein Hexapod-Gerät aufweist.

19. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 18, bei dem der Manipulator (320) einen Einstellmechanismus aufweist, der konfiguriert ist, um eine Translation des Objekts entlang jeder von drei orthogonalen Achsen sowie eine Rotation des Objekts um jede von zwei orthogonalen Achsen parallel zur Fokusebene zu liefern.

20. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 18, bei dem der Manipulator (320) einen Einstellmechanismus aufweist, der konfiguriert ist, um iene Translation des Objekts entlang jeder von drei orthogonalen Achsen sowie die Rotation des Objekts um eine Achse parallel zur Fokusebene und um eine Achse senkrecht zur Fokusebene zu liefern.

21. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 18, bei dem der Manipulator (320) einen Einstellmechanismus aufweist, der konfiguriert ist, um eine Translation des Objekts entlang jeder von drei orthogonalen Achsen sowie die Rotation des Objekts um eine Achse parallel zur Fokusebene zu liefern.

22. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 21, bei dem das Oberflächenabbildungssystem (330) ein Laserabstands-Erfassungssystem aufweist.

23. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 22, bei dem das Oberflächenabbildungssystem (330) ein Photogrammetriesystem aufweist.

24. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 23, bei dem das Oberflächenabbildungssystem (330) ein physisches Sondiersystem aufweist.

25. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 24, bei dem das Oberflächenabbildungssystem (330) ein Fokusabbildungssystem aufweist.

26. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 25, bei dem die Steuerung (340) einen Computer aufweist, der konfiguriert ist, um einen Vektor senkrecht zu dem Abschnitt des Objektes, das untersucht wird, basierend auf der Ebene, die durch zumindest drei naheliegende Punkte auf der Oberfläche des Objekts beschrieben ist, die durch das Oberflächenabbildungssystem identifiziert sind, zu erzeugen.

27. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 26, bei dem die Steuerung (340) einen Computer aufweist, der konfiguriert ist, um einen Vektor senkrecht zu dem Abschnitt des Objektes, das untersucht wird, basierend auf einer glatten, gekrümmten Oberfläche, die durch eine Mehrzahl von naheliegenden Punkten auf der Oberfläche des Objekts beschrieben ist, die durch das Oberflächenabbildungssystem identifiziert sind, zu erzeugen.

28. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 27, das ferner einen Interpretierer aufweist, der konfiguriert ist, um das Bild aus der Bilderzeugungskette (310) automatisch zu interpretieren, um den Status des Objektes, das untersucht wird, zu bestimmen.

29. Bildbasiertes Untersuchungssystem gemäß Anspruch 28, bei dem der Interpretierer einen Computer aufweist, der konfiguriert ist, um das Bild, das durch die Bilderzeugungskette erzeugt wird, zu interpretieren.

30. Verfahren zur bildbasierten Untersuchung eines Objektes, wobei erforderlich ist, daß ein Abschnitt des Objektes, das untersucht werden soll, in einer Fokusebene liegt, um einer Bilderzeugung unterzogen zu werden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Abbilden (710) von zumindest einem Teil der Oberfläche des Objekts, wobei der Schritt des Abbildens eine Darstellung des Teils der Oberfläche des Objekts, das abgebildet wird, erzeugt;
Ändern (720) der relativen Translations- und Rotationsposition des Objekts, das untersucht wird, und der Fokusebene, so daß der Abschnitt des Objekts, der untersucht wird, in der Fokusebene liegt, wobei der Schritt des Positionsänderns (720) auf der Darstellung des Teils der Oberfläche des abgebildeten Objekts basiert; und
Bilderzeugen (730) des Abschnitt des Objekts, das in der Fokusebene liegt, wobei der Schritt des Bilderzeugens (730) ein Bild des Abschnitt des Objekts, das untersucht wird, erzeugt.

31. Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem der Schritt des Positionsänderns (720) ein Manipulieren der Tranlations- und Rotationsposition des Objekts aufweist.

32. Verfahren gemäß Anspruch 30 oder 31, bei dem der Schritt des Positionsänderns (720) den Schritt des Manipulierens der Translations- und Rotationsposition der Fokusebene aufweist.

33. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 32, das ferner den Schritt des automatischen Interpretierens des Bildes von dem Schritt des Bilderzeugens aufweist, um den Status des Abschnitts des Objekts, das untersucht wird, zu bestimmen.