DE1941057A1 - Einrichtung zur Lageeinstellung eines Gegenstandes relativ zu einem Bezugspunkt - Google Patents

Description

6837-69/Kö/s
RCA 60651
Convention Date:
August 21, 1968

RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.Av

Einrichtung zur Lageeinstellung eines Gegenstandes relativ

zu einem Bezugspunkt

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Lageeinstellung eines Gegenstandes relativ zu einem Bezugspunkt sowie ein Verfahren zur Vornahme einer solchen Lageeinstellung.

Xn vielen Industriezweigen, wo es auf hohe Präzision ankommt, mlissen im Zuge des Herstellungsverfahrens häufig kleine Gegenstände oder Bauteile in ihrer Lage genau eingestellt werden. Dies gilt besonders fUr die Elektronikindustrie, wo beispielsweise das Verbinden eines integrierten Halbleiterschaltungsplättchens mit den gedruckten Leitern einer Leiterplatte oder eines Leitersubstrats eine hochpräzise Einstellung der Leiterplatte relativ zum Schaltungsplättchen voraussetzt, damit das Plättchen genau an die entsprechenden Leiter an einer bestimmten Stelle der Leiterplatte angeschlossen werden kann.

Die erfindungsgeraäße Einrichtung enthält einen Tisch, üittels dessen die relative Lage zwischen dem Gegenstand und einem außerhalb desselben befindlichen Bezugspunkt eingestellt wird. Hierzu

wird der Tisch in zwei verschiedenen Richtungen und den dazugehörigen Gegenrichtungen bewegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Einrichtung ferner eine erste Abstandsmessanordnung, beispielsweise einen Zähler, zum Bestimmen des Istabstandes d zwischen einem ersten Kennpunkt auf dem Gegenstand und dem Bezugspunkt bei Bewegung des Tisches" in der ersten Richtung. Mittels einer ersten Steuerung wird dann der Tisch in der Gegenrichtung zur ersten Richtung um einen solchen Betrag bewegt, daß der Kennpunkt auf einen vorbestimmten Abstand d„ vom Bezugspunkt eingestellt wird, wobei d~ der Istabstand zwischen dem Kennpunkt und dem Bezugspunkt bei richtiger relativer Anfangslage des Gegenstandes ist. Mittels einer zweiten Abstandsmeßanordnung, beispielsweise eines zweiten Zählers, wird bei anschließender Bewegung des Tisches in der zwei ten Richtung der Istabstand d zwischen einem zweiten Kennpunkt auf dem Gegenstand und dem Bezugspunkt bestimmt. Mittels einer zweiten Steuerung wird dann der Tisch in der Gegenrichtung zur zweiten Richtung um einen solchen Betrag verstellt, daß der zweite Kennpunkt auf einen vorbestimmten Abstand d. vom Bezugspunkt eingestellt wird, wobei d, der Istabstand zwischen dem zweiten Kennpunkt und dem Bezugspunkt bei richtiger relativer Anfangseinstellung des Gegenstandes ist. Schließlich werden mittels eines auf die beiden Abstandsmeßanordnungen und die beiden Steuerungen ansprechenden Subtrahierers, der beispielsweise ein Computer sein kann, den Differenzen d - d„ und d - d, entsprechende Lagefehlersignale erzeugt, mit deren Hilfe dann die erforderliche Korrektur der Relativlage des Gegenstandes ermittelt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 im Grundriß einen Teil einer gedruckten Schaltungsplatte mit Angaben zur Erläuterung der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Lageeinstellverfahrensj

Figur 2 ein die Arbeitsschritte der erfindungsgemäßen Lageeinstelleinrichtung wiedergebendes Verfahrensschemaj

Figur 3 das BLockschaltschema einer Ausführungsform der er-'

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findungsgemäßen Einrichtung; und

Figur 4 den Grundriß eines Teils einer anderen gedruckten Schaltungsplatte zur Erläuterung anderer Merkmale der Erfindung.

Die in Figur 1 im Ausschnitt gezeigte gedruckte Schaltüngsplatte (gedrucktes Leitersubstrat) besteht aus einem relativ dunklen Isolierteil 10 mit relativ hellen Metallbereichen 12a — 12d. Die Metallbereiche können ziemlich klein sein; beispielsweise kann die Abmessung W 0,05 - 0,1 mm (2 - 4 Mil) betragen.

Die gesamte Platte kann viele Bereiche von der in Figur 1 gezeigten Art enthalten. An jedem solchen Bereich ist ein kleines "Plättchen" mit einer integrierten Schaltung, die aus einer Anzahl von untereinander verschalteten Halbleiterbauelementen wie Transistoren bestehen kann, befestigbar. Das Plättchen selbst (nicht gezeigt) ist mechanisch in einem Befestigungswerkzeug (nicht gezeigt) in einer sehr genau vorbekannten Lage über der Schaltungsplatte festgehalten. Das Plättchen ist an mit den Metallbereichen 12 auf der Leiterplatte korrespondierenden Stellen mit metalliscnen Anschlußkontakten versehen. Bevor jedoch das Plättchen mit der in Figur 1 gezeigten Leiterplatte in Kontakt gebracht und verbunden werden kann, muß eine bestimmte Gruppe der Metallbereiche 12 auf der Leiterplatte mit den Anschlußkontakten des Schaltungsplättchens in sehr genaue Lageübereinstimmung gebracht werden.

Eine Lösung dieses Problems, von der häufig Gebrauch gemacht wird, besteht darin, daß man die Lageeinstellung von Hand vornimmt. Dabei wird die Leiterplatte, von der ein Teil in Figur 1 gezeigt ist, auf einem Tisch unter einem Mikroskop angeordnet, und der Operateur bewegt von Hand den Tisch solange,- bis die Metallbereiche in einem gewünschten Gebiet der Leiterplatte sich direkt unter den entsprechenden Anschlußkontakten des Schaltungsplättchens befinden. Eine Bildspalteroptik kann dabei dem Operateur bei der genauen Überlagerung des Bildes der Metallbereiche 12 auf der Leiterplatte mit den Anschlußkontakten auf dem Schaltungsplättchen behilflich sein. Im Hinblick auf Zeitersparnis und größere Genauigkeit ist es jedoch, wünschenswert, daß man die Lageeinstellung automatisch vornehmen kann. Eine solche automatische Lageeinstellung mit Hilfe

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der erfindungsgemfißen Einrichtung ist durch die gestrichelten Linien in Figur 1 veranschaulicht.

Zunächst sei vorausgesetzt, daß die Leiterplatte in einer vor» bestimmten Lage auf einen verstellbaren Tisch angeordnet ist. Die anfängliche Ausrichtung kann mechanisch in der Weise erfolgen, daß die Leiterplatte mit Hilfe von Ausriehtelementen (nicht gezeigt), z.B. Stiften, Stäben oder dergl., die auf dem Tisch befestigt sind, eingespannt oder befestigt wird. Die mechanische Einstellung und Ausrichtung kann auch mit anderen Mitteln erfolgen.

Wenn die anfängliche Einstellung hochgenau ist, befindet sich das Bezugselement, im vorliegenden Fall eine Faseroptik extrem kleinen Durchmessers (62 in Figur 3) in genau der Mittellage innerhalb des von den Anschlußklemmen 12a - 12d umgebenen Bereiches. Xn der Praxis sind jedoch die Leiterplatten in ihrer Größe nicht absolut einheitlich Und befinden sich infolge von Fehlern beim Leitejr drucken die Metallbe.reiche nicht unbedingt an der gleichen Stelle auf jeder Leiterplatte. Es kann daher in der Praxis die Faseroptik sich über einem Punkt 14 (Figur l) befinden, der geringfügig, z.B. um den Bruchteil eines Mil bis mehrere Mil (l Mil = 0,0254 nun), aus der Mittellage verschoben ist.

Erfindungsgemäß wird nach dem obigen Anfangseinstellschritt der Tisch um eine gegebene Strecke in einer gegebenen Richtung, angedeutet durch die gestrichelte Linie 16, verschoben, so daß die Faseroptik sich jetzt über dem Punkt 18 der Anschlußklemme 12b befindet. (Der die Bewegung der Faseroptik relativ zum Substrat angebende Pfeil weist mit seiner Spitze jeweils in der zur Bewegungsrichtung des Tisches entgegengesetzten Richtung.)

Als nächstes wird der Tisch in Richtung der gestrichelten Linie 20 um eine Strecke d verschoben, die ausreicht, um die Faser-

optik an den Rand 22 der Anschlußklemme 12b zu bringen. Aufgrund des an diesem Rand auftretenden Übergangs von hell auf dunkel nimmt die Faseroptik wahr, d*ß sie den Punkt 24 am Rand 22 erreicht hat. Während dieser Verschiebung wird eine das Ausmaß der Verschiebung

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anzeigende Binärzahl erzeugt und gespeichert.

Danach wird der Tisch über eine feste Strecke d_f in der Gegen richtung, angedeutet durch die gestrichelte Linie 26 verschoben. Die Strecke d~ ist eine vorausberechnete Distanz, die gewünschtenfalls gleich der halben Breite W der Anschlußklemme 12b sein kann. Bei anfangs genau zentriertem Schaltungsplättchen wäre somit die Strecke d» gleich d und würde sich der Punkt 28 mit dem Punkt 18 decken. Bei dem hier gewählten Beispiel ist dies jedoch nicht der Fall und beträgt der Fehler oder die Abweichung zwischen diesen beiden Strecken E .

Nach dem obigen Abtastvorgang wird der Tisch abermals verschoben, und zwar diesmal rechtwinklig zur Richtung 20 - 26. Als erstes wird dabei der Tisch in der durch die gestrichelte Linie 30 angedeuteten Richtung verschoben, so daß die Faseroptik, die anfänglich sich über dem Punkt 28 befand, den Punkt 32 am Rand 34 der Anschlußklemme 12b erreicht. Wiederum wird ein der Bewegungsstrecke d entsprechender Zählwert erzeugt und gespeichert. Danach wird der

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Tisch über eine feste Strecke d. , angedeutet durch die gestrichelte Linie 36, verschoben, so daß die Faseroptik sich über dem Punkt 38 befindet. (Die Strecke d. kann in der Praxis gleich d_f sein.) Wie im Falle der vorherigen Verschiebungen würde, wenn die Leiterplatte am Anfang genau zentriert wäre, d gleich d, sein und der Punkt 38

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sich mit dem Punkt 28 und dem Punkt Io decken. Im vorliegenden Falle, wo dies nicht zutrifft, ist die Differenz zwischen d und d. die Fehlergröße E . .

Man sieht ohne weiteres, daß, wenn der Tisch so verschoben wird, daß die Leiterplatte in ihre Anfangslage mit über dem Punkt 14 befindlicher Faseroptik zurückgebracht und dann durch Verschieben um die Strecken E und E in Richtung der gestrichelten Linien 29 und 31 lagekorrigiert wird, die Faseroptik eich über de* Punkt 14a befindet. In erster Annäherung entspricht die Stelle 14a dem wahren Mittelpunkt der von den Anschlußklemmen umgebenen Fläche. Die· motzt jedoch voraus, daß sämtliche Leiterplatten gleiche Größe haben und die gedruckte Leiteranordnung einwandfrei auf der Platte zentriert 1st und auf jeder Platte dieselbe relative Lage einnimmt,

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was in der Praxis aber nicht zutrifft. Ferner setzt es voraus, daß die Ränder wie 22 und 34 der metallischen Anschlußklemme geradlinig sind/ was in der Praxis ebenfalls nicht der Fall ist. Tatsächlich sind diese Ränder willkürlich "wellig" oder unregelmäßig, und die

Strecken wie d und d können manchmal einer Mulde und in anderen e g

Fällen wieder einem Sattel des wellenlinienförmigen Randes entsprechen.

Aus allen diesen Gründen ist es im allgemeinen erwünscht, das obige Verfahren für andere Anschlußklemmen zu wiederholen. Dies kann in folgender Weise geschehen: Als erstes kann der Tisch in eine solche Lage zurückverschoben werden, daß die Fehler E und E

χ y

erhalten bleiben. Das heißt, der Tisch kann nach Beendigung der obigen Abtastvorgänge aus derjenigen Lage, in welcher die Faseroptik sich über dem Punkt 38 befindet, in eine Lage verschoben werden, in welcher die Faseroptik sich über dem Ausgangspunkt l8 für die Abtastungen befindet. Sodann kann der Tisch um eine feste Strecke in einer vorbestimmten Richtung, angedeutet durch die gestrichelte Linie 40, in eine neue Lage verschoben werden, in wel- ' eher die Faseroptik sich über dem Punkt 42 der Anschlußklemme 12c befindet. (Stattdessen kann man auch den Vektor 38, l8 errechnen und für die Korrektur des Vektors 40 verwenden, so daß man den Tisch direkt vom Punkt 38 zum Punkt 42 verschieben kann.)

Nach Erreichen des Punktes 42 werden die Abtastungen in zueinander rechtwinkligen Richtungen wiederholt, so daß neue Fehlergrößen E j und E j erhalten werden. Diese neuen Größen können dann zu den alten, vorher gewonnenen Größen e und e addiert werden.

x y

Wenn diese Fehler verhältnismäßig klein sind, kann man es damit bewenden lassen, d.h. man braucht keine weiteren Abtastungen mehr vorzunehmen. Sodann kann die Summe E und E₁ sowie die Summe E und E ₂ durch zwei geteilt werden, wobei man jeweils den mittleren Fehler erhält. Mit Hilfe dieser Fehlermittelwerte kann man dann die Anfangslage der Leiterplatte in der oben erläuterten Weise korrigieren. Das heißt, man kann den Tisch in seine Anfangslage (Faseroptik über dem Punkt 14) zurückverschieben und anschließend um die Beträge ^unt* 2 *ⁿ **^{er y}~ bzw. **er »-Richtung verschieben, um eine solche Lage zu erreichen, daß die Faseroptik ge-

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nau auf die Mitte 14al (nicht gezeigt) des von den Anschlußklemmen 12a - 12d umgebenen Gebietes zeigt. Stattdessen kann man auch Berechnungen vornehmen, die eine direkte Verschiebung des Tisches aus seiner letzten Lage in eine Lage ermöglichen, in welcher die Faseroptik sich über dem Punkt 14al (nicht angegeben) befindet.

Wenn die beiden oben beschriebenen Abtastreihen nicht ausreichen, um die Anschlußstelle auf der Leiterplatte zu zentrieren, kann man das gleiche Verfahren für die dritte Anschlußklemme 12d und erforderlichenfalls auch für die vierte Anschlußklemme 12a wiederholen. Sämtliche Abtastungen können unter Steuerung eines in einem Computer gespeicherten Programms erfolgen, und der Computer oder der Programmierer kann aufgrund der Größe der Fehler die Entscheidung über die erforderliche Gesamtanzahl von Abtastungen treffen.

Figur 3 zeigt die Vorrichtung für die Durchführung des oben beschriebenen Lageeinstellverfahrens, während Figur 2 das Betriebsschema für die Einrichtung zeigt. Die Leiterplatte 50 ist auf einem XY-Tisch 52 angeordnet. Die Leiterplatte wird durch eine Lichtquelle 54 mit Reflektor 56 in einem mikroskopartigen Gerät 57 ausgeleuchtet. Das von der Lichtquelle' erzeugte und vom Reflektor reflektierte Licht wird auf einen Spiegel 58 und von dort auf eine begrenzte Fläche der Leiterplatte projiziert. Das von der Leiterplatte reflektierte Licht wird durch eine Optik, schematisch angedeutet durch die Linse 60, auf das Ende einer Faseroptik 62 fokussiert. Dieses Licht tritt durch eine Öffnung im Spiegel 58J oder man kann stattdessen auch einen halbversilberten Spiegel verwenden.

Das Mikroskop 57 ist außerdem mit einer Linse 63 zum Betrachten des Bereiches der Leiterplatte 50, über welchem sich das Ende der Faseroptik befindet, ausgerüstet. In der Praxis befindet sich dieses Ende in der Mitte des Sichtfeldes. DasMikroskop wird in einer festen Lage relativ zum Tisch und zum Befestigungskopf (nicht gezeigt), der das Schaltungsplättchen (nicht gezeigt) haltert und an der darunter befindlichen Leiterplatte 50 befestigt, gehalten.

Die Faseroptik hat einen sehr kleinen Durchmesser, beispielsweise von 0,05 mm. Aufgrund der Verwendung einer Objektivlinse mit

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der Vergrößerung 10 ist die Größe des effektiven Sichtfeldes zehnaal so klein, d.h. 0,005 nun. Das die Faseroptik durchsetzende Licht wird von einem Photoelektronen-Vervielfacher (Photomultiplier) 64 aufgenommen, und der von diesem erzeugte Gleichstrom wird im Verstärker 66 verstärkt. Der Verstärker speist ausgangsseitig den einen Eingang eines Vergleichers 68, der an seinem anderen Eingang einen von der Bezugsdunkelwertschaltung 70 erzeugten Gleichstrom empfängt. Die Schaltung 70 kann beispielsweise eine Gleichspannungsquelle und ein daran angeschlossenes Potentiometer, das mit seinem Schleifer an den Vergleicher angeschlossen ist, enthalten. Die Ausgangsgröße der Schaltung 70 kann durch eine im Block 70 enthaltene Servoschaltung eingestellt werden. Der Stromkreis dieser Servoschaltung wird auf Kommando vom Computer geschlossen und stellt- den Potentiometer abgriff so ein, daß die Ausgangsgröße des Vergleichers einen vorbestimmten Wert hat.

Der Antrieb für den XY-Tisch 52 besteht aus einem X-Schrittschaltmotor 72 und einem Y-Schrittschaltmotor 74· Die UND-Gatter 76 und 78 veranlassen im aktivierten Zustand den Oszillator 80, die entsprechenden Motoren mit Erregerimpulsen zu speisen. Die einzelnen Impulse veranlassen den Motor, den Tisch jeweils um eine Strecke von 0,006 mm zu verschieben. Die die Motoren speisenden Impulse sind außerdem einem X-Zähler 82 und einem Y-Zähler 84 zugeführt. Die von diesen Zählern registrierten Zählwerte zeigen daher die Anzahl der den entsprechenden Motoren zugeführten Impulse sowie die Strecken in der X- und der Y-Richtung, über welche die X- und Y-Motoren den Tisch 52 verschoben haben, an.

Die Einrichtung arbeitet unter Steuerung durch einen digitalen Allzweckcomputer 90 mit Programmspeicherung, wofür beispielsweise einer der RCA-Computer "Spectra 70" oder irgendein anderer Allzweckcomputer wie ein Computer "PDP8" der Digital Equipment Corporation verwendet werden kann. Es sei vorausgesetzt, daß viele der Steuerschritte innerhalb des Computers 90 unter Programmsteuerung erfolgen, obwohl stattdessen auch Steuerschaltungen außerhalb des Computers verwendet werden können. Die Entscheidung darüber, wieviele Schritte unter Progr«iasteue ur.g und wieviele unter Steuerung durch Anordnungen außerhalb des Computers in ein·«

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gegebenen Fall durchgeführt werden, hängt von praktischen Erwägungen, z.B. der Größe des Computers, der für die Tischeinstellung verfügbaren Computerzeit usw. ab.

Die Arbeitsweise der Einrichtung nach Figur 3 wird nachstehend an Hand sowohl der Figur 1 als auch der Figur 3 erläutert. Die Leiterplatte 50 wird anfänglich in einer vorbestimmten Lage auf dem Tisch so angeordnet, daß die Faseroptik sich über dem Punkt 14 befindet (Figur 1). Auf einen entsprechenden Befehl vom Computer 90 über die Leitung 92 wird die Servoschleife im System 68-70 geschlossen und die Gleichspannung in der Leitung 94 auf einen Wert nahe der Gleichspannung in der Leitung 96 eingestellt. Nach vorgenommener Einstellung fällt die Vergleicherausgangsgröße in der Leitung 98 auf einen vorbestimmten Pegel ab, woraufhin der Computer 90 veranlaßt, daß die Servoschleife des Systems 70-68 geöffnet wird. Die Bezugsdunkelwertschaltung ist jetzt eingestellt.

Der Computer 90 veranlaßt nun, daß im X-Pufferspeicher 100 und im Y-Pufferspeicher 102 Zahlen, die den Betrag und die Richtung der gewünschten Verschiebung vom Punkt 14 (Figur l) zum Punkt 18 angeben, gespeichert werden. Die Verschiebungsrichtung kann in jedem Fall durch eine einzige Binärziffer angegeben werden, deren Wert, 1 oder 0, den entsprechenden Motoren die gewünschte Drehrichtung, entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn, anzeigt. Diese Information wird den Motoren über die Leitungen 104 bzw. 106 zugeleitet.

Der Computer stellt außerdem über die Leitungen 107 und 109 den X-Zähles* 82 und den Y-Zähler 84 zurück. Sodann beschickt der Computer die UND-Gatter 76 und 78 über die Leitungen IO8 und 110 mit Auftastsignalen.

■Gatter aufgetastet sind, schickt der Oszillator20 übot? dlioo® Gatter Impulse zum X- und Y-Sehrittschaltmotor, ©@ daß UGV Tisch ua d®ß gewünschten Betrag in der gewünschten

8,ng©tiP±®b®n wird ο Wenn des= Tlech sin® solche Lage erdai ά&,ο Paaereptik (sieh über d<am Pusikt IS befindet, ist d«r ia ll^Z&hlop 82 r®gi®trl©rt© Zählw@rt gleich ©inens ent-

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sprechenden Zählwert im X-Pufferspeicher 100 und der im Y-Zähler 84 registrierte Zählwert gleich einem entsprechenden Zählwert im Y-Pufferspeicher 102. In jedem Falle erzeugen bei Erreichen der Gleichheit die entsprechenden Vergleicher 112 und II4 Ausgangssignale, die zum Computer zurückgeleitet werden, woraufhin der Computer die UND-Gatter 76 und 78 mit Sperrsignalen beschickt. Wenn diese Gatter gesperrt sind, können die Oszillatorimpulse nicht mehr zu den Motoren gelangen, so daß diese gestoppt werden.

Nach diesen Vorgängen löscht der Computer den X- und den Y-Zähler, gibt in den X-Pufferspeicher einen Richtungsbefehl ein und veranlaßt dann, daß lediglich der X-Schrittschaltmotor den Tisch 52 in Richtung der gestrichelten Linie 20 (Figur l) antreibt. Dies geschieht dadurch, daß lediglich das UND-Gatter aufgetastet wird. Während der Verschiebung des Tisches zählt der X-Zähler 82 die einzelnen Oszillatorimpulse, während der Computer die Leitung 98 laufend auf Anwesenheit eines Signals überwacht, welches das Erreichen der Dunkelfläche anzeigt. Die Ausgangsstelle dieser Abtastung in der X-Richtung entspricht dem Punkt 1-8 in der Hellfläche, und die Abtastung sollte beendet werden, wenn die Faseroptik den Rand 22 erfaßt, d.h. sich über dem Punkt 24 befindet. Sobald das entsprechende Signal in der Leitung 98 auftritt, sperrt der Computer das UND-Gatter 76, so daß der X-Schrittschaltmotor gestoppt wird. Die im X-Zähler gespeicherte Zahl zeigt jetzt die Strecke d an, über welche der Tisch schritt; weise verschoben wordenist. Diese Zahl wird vom Zähler über die Leitung 107 in den Speicher des Computers übertragen.

Während oder vor dem Beginn der oben beschriebenen Verschiebung überträgt der Computer in den X- und den Y-Pufferspeicher Zahlen, welche die festen Strecken d~ und d. angeben. Nach der eben erläuterten Abtastung löscht der Computer den X-Zähler, gibt in den X-Pufferspeicher einen neuen Richtungsbefehl ein und tastet sodann das UND-Gatter 76. wieder auf. Nunmehr treibt der Schrittschaltmotor den Tisch 52 in der X-Gegenriehtung solange an, bis der im X-Zähler 82 registrierte Zählwert gleich dem im X-Pufferspeicher 100 gespeicherten Zählwert ist. Das Erreichen dieser Gleichheit wird dem Computer durch den Vergibicher 112

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signalisiert, woraufhin der Computer das UND-Gatter 76 wieder sperrt. Der Computer kann jetzt oder zu einem späteren Zeitpunkt von der ersten, die Strecke bis zum Rand anzeigenden Zahl d die

zweite, die feste Strecke anzeigende Zahl d~ subtrahieren, so daß eine den Fehler E anzeigende Zahl erhalten wird. Diese Berech-

Ji

nungen sind verhältnismäßig einfach und können im Rechenwerk des Computers unter Programmsteuerung erfolgen. Die Fehlerzahl wird im Speicher des Computers gespeichert.

In entsprechender Weise wird vorgegangen, um Tischverschiebungen und Zählwerte für die Strecken d und d, sowie die Fehler-

g h

größe E zu erhalten. Wie im vorherigen Falle wird diese Fehler-

y
größe im Speicher des Computers gespeichert.

Nach den oben Schritten veranlaßt der Computer in der· bereits erläuterten Weise, daß der Tisch 52 vom Punkt 38 zum Punkt 42 (Figur 1.) verschoben wird. Diese Verschiebung kann als Direktbewegung vom - ankt 38 nach 4-2 erfolgen. Die Strecke von 38 nach 42 sowie die Richtung können ohne weiteres im Computer unter Berücksichtigung der Größen E und E sowie der bereits im Computer ge-

x y

speicherten festen Größe, welche die Strecke entlang der Linie 40 vom Punkt 18 zum Punkt 42 anzeigt, errechnet werden. Stattdessen kann der Computer auch einfach veranlassen, daß der Tisch zuerst vom Punkt 38 zum Punkt 18 und anschließend vom Punkt 18 zum Punkt 42 verschoben wird.

Am Punkt 42 werden in ähnlicher Weise wie zuvor neue Fehlergrößen E ₁ und E ₁ ermittelt. Der Computer kann dabei so programmiert sein, daß er aus der Größe dieser Fehler und der vorherigen Fehler ermittelt, ob für die Bestimmung der genauen Korrekturen zur einwandfreien Zentrierung des Tisches zusätzliche Abtastungen erforderlich sind. Ist dies nicht der FaU, so werden die Fehler

E und E addiert und gemittelt und dann in der in Figur 1 erx y ·

läuterten Weise zur einwandfreien Zentrierung des Tisches auf den Punkt 14a verwendet. Wenn dagegen der Computer befindet, daß zusätzliche Abtastungen erforderlich sind, wird der Tisch so verschoben, daß die Faseroptik sich über einem dritten Punkt 43 sowie erforderlichenfalls über weiteren Punkten befindet, und es werden

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die Abtast- und Berechnungsvorgänge entsprechend wiederholt.

Bis hierher ist vorausgesetzt worden, daß die Leiterplatte 50 eine solche Anfangslage hat, daß sich die Faseroptik über einem Punkt wie dem Punkt 14 in Figur 1 befindet. Man kann aber, was in manchen Fällen vorzuziehen ist, die Einrichtung auch in anderer Weise betreiben, wie an Hand der Figur 4 erläutert werden soll. Dabei ist an einer Ecke der Leiterplatte in einem kleinen Bereich eine dunkle Quadratfläche 120 innerhalb eines gedruckten Metallrahmens 122 vorgesehen.

Bei der Lageeinstellung dieser Leiterplatte wird diese anfänglich auf mechanischem Wege so ausgerichtet, daß die Faseroptik 62 sich über dem Punkt 124 befindet. Dieser Punkt ist voraussetzungsgemäß um eine feste Strecke, z.B. 0.075 mm von jedem der Ränder 126 und 128 entfernt. Xn diesem Flächenbereich wird die Bezugsdunkelwertschaltung 70 (Figur 3) in der bereits beschriebenen Weise eingeregelt. Sodann wird veranlaßt, daß der Tisch analog zu der bereits beschriebenen Weise in Richtung der gestrichelten Linien abtastet. Beispielsweise kann die erste Abtastung entlang der Linie 130 bis zum Rand 128 und anschließend entlang der Linie 132 um einen festen Betrag, der genau gleich 0,075 mm ist, erfolgen. Eine entsprechende Abtastung kann in Richtung der Linie 134 bis zum Rand 126 und anschließend entlang der Linie 136 um eine feste Strecke von genau gleich 0,075 nun erfolgen. Nach Beendigung dieser Abtastungen können die anfänglichen Grobfehler bei der mechanischen Lageeinstellung errechnet und in der bereits beschriebenen Weise beseitigt werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich besonders für Fabrikationsverfahren, bei denen mit gemischten Leiterplatten gearbeitet wird, d.h. Leiterplatten mit unterschiedlichen gedruckten Schaltungen über das Montageförderband angeliefert werden. In diesem FaTLe kann für die Identifizierung der verschiedenen Leiterplatten die Größe des Quadrates 120 herangezogen werden. Beispielsweise kann bei einer Platte A dam Quadrat 120 die Grüße 0,15 x 0,15 mm, bei einer Platte B die Größe 0,2 χ 0,2 aus und bei einer Platte C die Größe 0,25 x 0,25 ** haben,» wobei A, B und C

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drei verschiedene Plattentypen bezeichnen. Zur Identifizierung können nach der Anfangseinstellungsabtastung auf die Ränder 126 und 128 zusätzliche Abtastungen auf die Ränder 142 und 144 zwecks Errechnung der Größe des Quadrates 120 vorgenommen werden. Diese dem Computer mitgeteilte Information veranlaßt den Computer, daß er aus seinem Programmrepertoir dasjenige Programm auswählt, das dem jeweils einzustellenden Schaltungsplättchen entspricht.

Die Betriebsart, bei welcher bei der Abtastung einer metallischen Anschlußklemme zur Ermittlung der Lage des Randes die Abtastung abgebrochen wird, sobald der Rand erreicht ist, ist dann völlig zufriedenstellend, wenn die metallischen Anschlußklemmen keine Mängel wie Kratzer oder anderweitige Flecken mit anderer Farbe als das Metall aufweisen. Wenn jedoch solche Kratzer oder dergl. an den Anschlußklemmen vorhanden sind, kann die Einrichtung einen Kratzer irrtümlicherweise als Rand identifizieren, was sich natürlich verhängnisvoll auf den Zentriervorgang auswirkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Maßnahmen getroffen, um zwischen Kratzern oder anderweitigen Material- oder sonstigen Fehlern einerseits und einem Rand andererseits zu unterscheiden. Und zwar wird zur Unterscheidung von der Eigenschaft der Fehler Gebrauch gemacht, daß sie gewöhnlich nur geringe Breite (im allgemeinen weniger als 0,04 mm) haben. 0,04 ma entspricht dabei etwa sechs Tischverschiebungsschritten (0,0065 ma pro Schritt).

Bei dieser Betriebsart speichert während eines Abtastvorgangee, z.B. beginnend beim Punkt lS in Figur 1, der Computer stets eine Zahl, die derjenigen Lichtmenge entspricht, welche den Vergleicher während der vorausgegangenen sechs Schritte des Tisches erreicht. Wenn beispieleweise die Faseroptik den Rand 24 erreicht, öleibt das UND°QsfetO3? 76 aufgetastet, und der Tisch bewegt «ich weife®?» SobaM <äio Faseroptik den Rand überschreitet, erfaßt sie die - 3nmhQ'lQlä,®hm und wird ein erster Zählwert 1 (001) im Computer gespeldi art« Beim nächsten Schritt d®» Tische« wird eine zweite ®sjsik@l£llefo© ^ategenoeaen, und diese Information wird ebenfall· Im als ©10 gespeichert= Weraa sechs aufeinanderfolgende

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Dunkelflächen angezeigt sind (d.h. die gespeicherte Zahl 110 ist), sperrt der Computer das UND-Gatter 76, so daß der Motor ge stoppt wird. Zu einem späteren Zeitpunkt bei der Durchführung der Berechnungen wird dann die Größe "6^M von dem die tatsächlich abgetastete Strecke anzeigenden Zählwert subtrahiert, um die richtige Entfernung vom Punkt 18 zum Rand 24 zu erhalten.

Es sei jetzt angenommen, daß während der Verschiebung von nach 24 die Faseroptik einen verhältnismäßig dunklen Kratzer in der Metallfläche erfaßt. Wenn die Faseroptik diesen Kratzer erreicht, erzeugt der Vergleicher 68 ein Ausgangssignal und wird im Computer eine die Anwesenheit der Dunkelfläche anzeigende Zahl gespeichert. Jedoch dauert, wie oben erklärt, die Abtastung solange an, bis sechs aufeinanderfolgende Signale empfangen sind. Wenn z.B. nach drei solchen Signalen das Ende des Kratzers erreicht ist, nimmt die Faseroptik wieder reflektiertes Licht hoher Amplitude wahr, was dem Computer Über die Leitung 98 signalisiert wird. Daraufhin wird unter Programmsteuerung die eine Dunkelfläche von drei Schritten (ca. 0,02 mm) Breite anzeigende gespeicherte Zahl 011 auf 000 zurückgeschaltet. Da ein Kratzer normalerweise eine Breite von weniger als 0,04 ^mm (dem Äquivalent von sechs Schritten des Tisches) hat, dauert die Abtastung unter Ignorierung des Kratzers an. Hat der Kratzer eine größere Breite als 0,04 nunj so veranlaßt der Computer, daß der X-Schrittschaltmotor vor Erreichen eines Randes der Anschlußklemme abgestoppt wird. Dies bedeutet, daß die Leiterplatte gänzlich falsch zentriert und bei Fortdauer der Befestigung der Schaltungsplättchen ruiniert wird. Jedoch sollte in einem solchen Fall die Leiterplatte ohnehin zum Ausschuß gegeben werden, da ein Kratzer mit einer Breite von 0,04 mm oder mehr voraussichtlich den Betrieb der betreffenden Schaltung erheblich beeinträchtigt.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung sind der Tisch 52 und die dazugehörigen Motore im Handel erhältlich. Beispielsweise sind diese drei Einheiten in der Einrichtung "Model No. X-Y 500" der TAC Corporation vorhanden. Wie bereits erwähnt, kann die Einrichtung unter Programmsteuerung in der in Figur 3 veranschaulichten Weise betrieben werden. Stattdessen kann

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man auch ein äußeres Motorsteuersystem, beispielsweise die im Handel erhältliche Einrichtung "SLO-SYN SP 250 Preset Indexer¹¹ verwenden .

Die vorstehend beschriebene Einrichtung läßt sich in vielfacher Hinsicht abwandeln und anders ausgestalten. Beispielsweise kann man für Zähler, z.B. den X- und den Y-Zähler, Rückwärtszähler verwenden. Die in einem Pufferspeicher, z.B. dem X-Pufferspeicher 100 gespeicherte Zahl kann in den X-Zähler übertragen und der X-Zähler kann durch den Oszillator l80 veranlaßt werden, solange rückwärts zu zählen, bis der Zählwert null erreicht ist. In diesem Falb wäre an Stelle des Vergleichers, z.B. 112, ein Nullwertdetektor zu verwenden.

Während bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Faseroptik an einer Befestigungsmaschine (nicht gezeigt), die im Vergleich zur Leiterplatte 50 ziemlich massiv ist, befestigt ist, kann es «.,.„U. erwünscht sein, die Leiterplatte auf dem Tisch beweglich anzuordnen und die Befestigungsmaschine mit der Faseroptik ortsfest zu halten. In anderen Fällen, wo der Gegenstand verhältnismäßig massiv und die zur Bearbeitung des Gegenstandes verwendete Anordnung verhältnismäßig klein ist, kann es dagegen erwünscht sein, den Gegenstand ortsfest zu halten und die betreibende Maschine mit der daran befestigten Faseroptik durch Befestigen am Tisch zu bewegen.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist das Substrat dunkel, während die Metallbereiche hell sind. Natürlich kann man stattdessen erfindungsgemäß auch mit Leiterplatten mit verhältnis mäßig hellen Substraten und verhältnismäßig dunklen Metallbereichen arbeiten. In diesem Fall kann die Anfangseinstellung des Vergleichers 68 genau in der bereits beschriebenen Weise erfolgen, oder aber der Vergleicher kann so eingestellt werden, daß er, wenn die Faseroptik auf das helle Substrat gerichtet ist, eine bestimmte minimale Ausgangsgröße erzeugt. Mit der Einrichtung nach Figur 3 lassen sich ohne weiteres Leiterplatten dieses Typs in Mischung mit Leiterplatten mit dunklen Substraten behandeln, und die Wahl eines entsprechenden gespeicherten Programms kann automatisch

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sowie mit Hilfe einer der Markierung (dem Quadrat 120) auf der Leiterplatte nach Figur 4 vergleichbaren Kennmarkierung auf der Leiterplatte erfolgen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   I^J^/ Einrichtung zur Lageeinstellung eines Gegenstandes relativ zu einem Bezugspunkt außerhalb des Gegenstandes mit einem Tisch, der im Zuge der Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Gegenstand und Bezugspunkt in zwei verschiedenen Richtungen und den dazugehörigen Gegenrichtungen verschiebbar ist, gekennzeichnet durch eine erste Abstandsmeßanordnung, die bei Verschiebung des Tisches in der ersten Richtung den Istabstand d zwischen einer ersten Markierung auf dem Gegenstand und dem Bezugspunkt ermittelt; eine erste Steuerung, die anschließend den Tisch in der ersten Gegenrichtung soweit verschiebt, daß die Markierung einen vorbestimmten Abstand d~ vom Bezugspunkt hat, wobei d~ der Istabstand zwischen der Markierung und dem Bezugspunkt bei richtiger anfänglicher Relativlageeinstellung des Gegenstandes ist; eine zweite Abstandsmeßanordnung, die bei Verschiebung des Tisches in der zweiten Richtung den Istabstand d zwischen einer zweiten Markierung auf dem Gegenstand und dem Bezugspunkt ermittelt; eine zweite Steuerung, die anschließend den Tisch in der zweiten Gegenrichtung soweit verschiebt, daß die zweite Markierung einen vorbestimmten Abstand d, vom Bezugspunkt hat, wobei d, der Istabstand zwischen der zweiten Markierung und dem Bezugspunkt bei richtiger anfänglicher Relativlageeinstellung des Gegenstandes ist; und eine Subtrahieranordnung, die auf die beiden Abstandsmeßanordnungen und die beiden Steuerungen in der Weise anspricht, daß sie den Größen d - d„ und

   d - d. entsprechende Lagefehlersignale erzeugt, derart, daß der g η

   -Tisch anschließend mit Hilfe von Berechnungen aufgrund der Lagefehlersignale «o eingestellt werden kann, daß ein anderer Punkt fester Lage auf de» Gegenstand sich in einer, vorbekannten Beziehung zu® Bezugspunkt befindet.

   2o Eis&jriefafcuiag nach Anspruch 1, dadurch geke nnsei<eiin®t, daß die beiden Bewegungsrichtungen der Tischverecfoiofoimg mit den dazugehörigem Gegenrichtungen im wesentlichen

   zu®in&gid®r sind.

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   3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Steuerungen außerdem eine Relativbewegung zwischen Gegenstand und Bezugspunkt um einen Betrag und in einer Richtung entsprechend dem Wert der Lagefehlersignale erzeugen.

   4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gegenstand helle und dunkle Flächenbereiche sowie die Übergänge zwischen diesen Bereichen definierende Ränder aufweist und wobei der Bezugspunkt durch einen Lichtfühler gebildet wird, der über eine« begrenzten Teil des Gegenstandes angeordnet ist und ein dem von diesem Teil des Gegenstands reflektierten Licht proportionales Ausgangssignal erzeugt, gekennzeichnet du rch eine Anordnung, die während der Tischverschiebung in der ersten Richtung bei Wahrnehmen eines Übergangs auf dem Gegenstand durch die Lichtfühleranordnung die Tischverschiebung abstoppt, wobei die erste Abstandsmeßanordnung einen auf das Ausmaß der Relativbewegung in der ersten Richtung ansprechenden Zähler enthält; und eine Anordnung die während der Tischverschiebung in der zweiten Richtung bei Wahrnehmen eines Übergangs auf dem Gegenstand durch die Lichtfühleranordnung die Tischverschiebung abstoppt, wobei die zweite Abstandsmeßanordnung einen auf das Ausmaß der Relativbewegung in der zweiten Richtung ansprechenden Zähler enthält, wobei ferner die beiden Steuerungen je einen Pufferspeicher enthalten, der während der Verschiebung des Tisches in den beiden Gegenrichtungen dem Ausmaß der Tischverschiebung in diesen Richtungen entsprechende Zählwerte speichert, und wobei die Subtrahieranordnung die Lagefehlersignale durch Gewinnen der Differenzen zwischen den entsprechenden Zählwerten erzeugt.

   5· Einrichtung nach Anspruch 4> gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Unterscheiden eines Übergangs auf dem Gegenstand von einem Fehler, z.B. einem Kratzer, wobei die auf den Übergang ansprechende Anordnung nach de» Wahrnehmen von Übergängen auf dem Gegenstand eine Weiterverschiebung des Tisches in der ersten und der zweiten Richtung gestattet und Zählwerte akkumuliert, welche die Breite der Flächenbereiche auf dem Gegenstand jenseits der wahrgenommenen Übergänge, in welchen in v*®senk·

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   BAD ORJGiNAL

   lichen der gleiche Wert des reflektierten Lichtes erwartet wird, anzeigen, wobei ferner die auf den Übergang ansprechende Anordnung den gespeicherten Zählwert ignoriert und mit der Verschiebung des Gegenstandes in einer gegebenen Richtung fortfährt, wenn ein weiterer Obergang wahrgenommen wird und einer der gespeicherten Zählwerte kleiner als ein gegebener Wert ist, und wobei die auf den Übergang ansprechende Anordnung bei Akkumulation eines gespeicherten Zählwertes, der gleich dem gegebenen Wert ist, und bei Nichtwahrnehmung eines weiteren Übergangs die Verschiebung des Tisches abstoppt.

   6. Verfahren zur Lageeinstellung eines Gegenstandes relativ zu einem Bezugspunkt außerhalb des Gegenstandes durch Verschieben eines Tisches in zwei verschiedenen Richtungen und den dazugehörigen Gegenrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Zahl erzeugt wird, welche den Betrag der für das Durchlaufen der Strecke d zwischen einer ersten Markie-

   rung auf dem Gegenstand und dem Bezugspunkt erforderlichen Relativbewegung zwischen Gegenstand und Bezugspunkt in der ersten Richtung anzeigtj daß eine zweite Zahl erzeugt wird, welche den Betrag der für das Durchlaufen einer vorbestimmten Strecke d^ zwischen der ersten Markierung und dem Bezugspunkt erforderlichen Relativbewegung in der ersten Gegenrichtung anzeigt, wobei d- der Istabstand zwischen der Markierung und dem Bezugspunkt bei anfänglich richtiger Relativlage des Gegenstandes istj daß eine

   Betrag der dritte Zahl erzeugt wird, welche den/für das Durchlaufen der Strecke d zwischen einer zweiten Markierung auf dem Gegenstand und dem Bezugspunkt erforderlichen Relativbewegung zwischen Gegenstand und Bezugspunkt in der zweiten Richtung anzeigt; daß eine vierte Zahl erzeugt wird, welche den Betrag der für das Durchlaufen einer vorbestimmten Strecke d, zwischen der zweiten Markierung und dem Bezugspunkt erforderlichen Relativbewegung in der zweiten Gegenrichtung anzeigt, wobei d, der Istabstand zwischen der zweiten Markierung und dem Bezugspunkt bei anfänglich richtiger Relativlage des Gegenstandes ist5 und daß die Relativlage zwischen deraGegenstand und dem Bezugspunkt um einen Betrag

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   und in einer Richtung geändert werden, die von der Differenz zwischen den Zahlen für d und d~ und der Differenz zwischen den

   Zahlen für d und d, abhängen,
   g h ^β

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