DE1941057B2 - Einrichtung zur selbsttätigen Lage justierung eines Werkstuckes gegenüber einem Bezugspunkt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Lagejustierung eines Werkstückes gegenüber einem Bezugspunkt, mit einem in zwei Richtungen gegenüber dem Bezugspunkt verschiebbaren Tisch, auf dem das Werkstück gehaltert ist, ferner mit je einer Steuereinrichtung für die Vorwärts- und Rückwärtsverschiebung des Tisches in beiden Richtungen und mit je einer Abstandsmeßvorrichtung für jede der Verschiebungsrichtungen zur Bestimmung der Abstände zwischen je einer Markierung des Werkstückes und dem Bezugspunkt, ferner mit Speichern und einem Rechner zur Verarbeitung der Abstandswerte und Erzeugung von Steuersignalen.

Eine bekannte Einrichtung dieser Art (schweizerische Patentschrift 404 772) wird zur Lagejustierung von verhältnismäßig großen und unhandlichen, an beliebiger Stelle des Maschinentisches aufspannbaren Werkstücken gegenüber einem feststehenden Werkzeug benutzt, wobei die für die Bearbeitung des Werkstückes hergestellte Konstruktionszeichnung verwendet wird. Hierzu wird zunächst der Nullpunkt

eines werkstückbezogenen Koordinatensystems in eine vorbestimmte Lage zu dem Nullpunkt eines absoluten maschinenbezogenen KoordinatensWioms gebracht. Die Koordinaten dieses werkstückbezogenen Nullpunkts im absoluten Koordinatensystem werden mittels Abtasteinrichtungen in cinci» Speicher gespeichert, so daß sie bei der weiteren Lagejustierung des Werkstückes jederzeit abgerufen werden können, auch wenn die mit dem Maschinentisch verbundene Abtasteinrichtung ihre Lage verändert. Die werkstückbezogenen Koordinaten des zu justierenden Arbeitspunktes werden mittels einer Programmiereinrichtung in eine Koordinaten-Umschaiuinrichtung eingeführt, in welche auch di. gespeicherten Nullpunktskoordinaten eingegeben werden. Die nach der Koordinaten-Umschalteinrichtung durch ein Summenüifferenzvcrk geführten Sollwerte werden mit den von den Abtasteinrichtungen kommenden Istwerten in einem Vergleichsglied verglichen. Das aus diesem Vergleichsglied austretende Signal steuert dann die einzelnen Koordinatenbeweg-ngen des Maschinentisches. Diese reine Steuerschaltung ist nicht in der Lage. Abweichungen in der erforderlichen Justierung durch Fehlerermittlung und entsprechende Rückkopplung der Maschinenbewegung selbsttätig zu korrigieren. Die Einstellgenauigkeit ist daher relativ gering. Darüber hinaus hängt die absolute Einstellgenauigkeit dieser bekannten Einrichtung natürlich von der Genauigkeit der Einstellung des werkstückbezogenen Nullpunkts im absoluten Koordinatensystem ab. Bei dem Anwendungsgebiet der bekannten Einrichtung kann diese Einstellung recht grob ausfallen, da das eingespannte rohe Werkstück größere Abmessungen aufweist als das endgültig bearbeitete Werkstück. Für eine äußerst präzise Lagejustierung von fertig bearbeiteten Werkstücken, insbesondere von kleinsten Bauteilen, kann diese bekannte Einrichtung daher nicht verwendet werden.

In vielen Industriezweigen, wo es auf hohe Präzision ankommt, müssen jedoch im Zuge des Herste!- Iungsverfahrens häufig kleine Gegenstände oder Bauteile in ihrer Lage genau justiert werden. Dies gilt besonders für die Elektronik-Industrie, wo beispielsweise das Verbinden eines integrierten Halbleiterschaltungspläitchens 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.

Zu diesem Zweck ist es bekannt (britische Patentschrift 1118 528), die auf dem verschiebbaren Tisch befestigte Leiterplatte auf die Bildfläche eines Vidicons abzubilden. Auf dieser Fläche werden bestimmte Markierungen auf der Platte abgetastet und der Tisch mit der Platte entsprechend so lange verschoben, bis vorbestimmte Abtastlinien die Markierungen schneiden. Diese bekannte Lagejustierung setzt voraus, daß die Markierungen auf der Leiterplatte einwandfrei aufgebracht sind und auf jeder Platte dieselbe relative Lage einnehmen, was in der Praxis jedoch häufig nicht zutrifft. Eine selbsttätige Korrektur einer fehlerhaften relativen Lage der Markierungen auf dei Platte ist mit dieser bekannten Einrichtung nicht möglich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Unzulänglichkeiten der bekannten Einrichtungen zu beseitigen und eine einfache und störungsunanfällige Einrichtung der in Frage stehenden Art zu schaffen, die eine äußerst genaue selbsttätige Lagejustierung, insbesondere eines sehr kleinen Bauteils erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgelührten Merkmale gelost.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist einfach und störungsunanfällig aufgebaut und erlaubt eine bisher nicht erreichte äußerst genaue Lagejustierung von kleinsten Bauteilen. Ls ist mit der erfindungsgemäßen Einrichtung insbesondere möglich, die Lagejustierung durch iterative Ansteuerung von weiteren Zwischenpunkten bis unter eine vorgegebene, untere Fehlergrenze durchzuführen, wobei insbesondere Justierfehler auf Grund relativer Verschiebungen der Markierungen auf dem Plättchen vermieden werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nacrstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Grundriß einen Teil einer gedruckten Schaltungsplatte mit Angaben zur Erläuterung der e^;nzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Lageeinstellverfahrens.

Fig. 2 ein die Arbeitsschritte der erfindungsgemäl.'en Lageeinstelleinrichtung wiedergebendes Verfahrensschema,

Fig. 3 das Blockschaltschema einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung und

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

Die in Fig. 1 im Ausschnitt gezeigte gedruckte Schaltungsplatte (gedrucktes Leitersubstrat) besteht aus einem relativ dunklen Isolierteil 10 mit relativ hellen Metallbereichen 12a bis 12r/. Die Metallbereiche können ziemlich klein sein: beispielsweise kann die Abmessung W 0.05 bis 0,1 mm betragen.

Die gesamte Platte kann viele Bereiche von der in Fig. 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 S:ellen mit metallischen Anschlußkontakten versehen. Bevor jedoch das Plättchen mit der in Fig. 1 gezeigten Leiterplatte in Kontakt gebracht und verbunden werden kann, muß eine bestimmte Gruppe der Metallbereiche 12 auf der Leiterplatte mit den Anschlußkonfkten des Schaltungsplättchens in sehr genaue Lageübereinstimmung gebracht werden.

Eine Lösung dieses Problems, von der häufig Gebrauch gemacht wird, besteht dann, daß man die Lageeinstellung von Hand vornimmt. Dabei wird die Leiterplatte, von der ein Teil in Fig. 1 gezeigt ist, auf einem Tisch unter einem Mikroskop angeordnet, und der Operateur bewegt von Hand den Tisch so lange, 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 An- entsprechender Zählwert erzeugt und gespeichert,

schlußkontakten auf dem Schaltungsplättchen behilf- Danach wird der Tisch über eine feste Strecke d_h,

lieh sein. Im Hinblick auf Zeitersparnis und größere angedeutet durch die gestrichelte Linie 36, verscho-

Genauigkeit ist es jedoch wünschenswert, daß man ben, so daß die Faseroptik sich über dem Punkt 38

die Lageeinstellung automatisch vornehmen kann. 5 befindet. (Die Strecke d_h kann in der Praxis gleich d,

Eine solche automatische Lageeinstellung mit Hilfe sein.) Wie im Fall der vorherigen Verschiebungen

der erfindungsgemäßen Einrichtung ist durch die ge- würde, wenn die Leiterplatte am Anfang genau zen-

strichelten Linien in Fig. 1 veranschaulicht. triert wäre, d_t gleich d,, sein und der Punkt 38 sich

Zunächst sei vorausgesetzt, daß die Leiterplatte in mit dem Punkt 28 und dem Punkt 18 decken. Im einer vorbestimmten Lage auf einem verstellbaren io vorliegenden Fall, wo dies nicht zutrifft, ist die Diffe-Tisch angeordnet ist. Die anfängliche Ausrichtung renz zwischen d_e und d_h die Fehlergröße E_Y.
kann mechanisch in der Weise erfolgen, daß die Lei- Man sieht ohne weiteres, daß, wenn der Tisch so terplatte mit Hilfe von Ausrichtelementen (nicht ge- verschoben wird, daß die Leiterplatte in ihre Anzeigt), z.B. Stiften, Stäben od.dgl., die auf dem Tisch fangslage init über dem Punkt 14 befindlicher Faserbefestigt sind, eingespannt oder befestigt wird. Die 15 optik zurückgebracht und dann durch Verschieben mechanische Einstellung und Ausrichtung kann auch um die Strecken E₁, und E_x in Richtung der gestrimit anderen Mitteln erfolgen. chelten Linien 29 und 31 lagekorrigiert wird, die

Wenn die anfängliche Einstellung hochgenau ist, Faseroptik sich über dem Punkt 14« befindet. In

befindet sich der Bezugspunkt 62', im vorliegenden erster Annäherung entspricht die Stelle 14« dem

Fall eine Faseroptik extrem kleinen Durchmessers ao wahren Mittelpunkt der von den Anschlußklemmen

(62, 62'in Fig. 3), in genau der Mittellage innerhalb umgebenen Fläche. Dies setzt jedoch voraus, daß

des von den Anschlußklemmen 12« bis 12 rf umge- sämtliche Leiterplatten gleiche Größe haben und die

benen Bereiches. In der Praxis sind jedoch die Leiter- gedruckte Leiteranordnung einwandfrei auf der Platte

platten in ihrer Größe nicht absolut einheitlich und zentriert ist und auf jeder Platte dieselbe relative

befinden sich infolge von Fehlern beim Leiterdrucken 35 Lage einnimmt, was in der Praxis aber nicht zutrifft,

die Metallbereiche nicht unbedingt an der gleichen Ferner setzt js voraus, daß die Ränder wie 22 und 34

Stelle auf jeder Leiterplatte. Es kann daher in der der metallischen Anschlußklemme geradlinig sind,

Praxis die Faseroptik sich über einem Punkt 14 was in der Praxis ebenfalls nicht der Fall ist. Tat-

(Fig. 1) befinden, der geringfügig, z.B. um den sächlich sind diese Ränder willkürlich »wellig« oder

Bruchteil von 0.0254 mm bis zu einem Mehrfachen 30 unregelmäßig, und die Strecken wie d_e und d_e können

dieses Wertes, aus der Mittellage verschoben ist. manchmal einer Mulde und in anderen Fällen wieder

Erfindungsgemäß wird nach dem obigen Anfangs- einem Sattel des wellenlinienförmigen Randes ent-

einstellschritt der Tisch um eine gegebene Strecke sprechen.

in einer gegebenen Richtung, angedeutet durch die Aus allen diesen Gründen ist es im allgemeinen

gestrichelte Linie 16, verschoben, so daß die Faser- 35 erwünscht, den obigen Funktionsablauf für andere

optik sich jetzt über dem Punkt 18 der Anschluß- Anschlußklemmen zu wiederholen. Dies kann in fol-

klemme 12b befindet. (Der die Bewegung der Faser- gender Weise geschehen: Als erstes kann der Tisch

optik relativ zum Substrat angebende Pfeil weist mit in eine solche Lage zurückverschoben werden, daß

seiner Spitze jeweils in der zur Bewegungsrichtung die Fehler E_x und E_x erhalten bleiben. Das heißt, der

des Tisches entgegengesetzten Richtung.) 40 Tisch kann nach Beendigung der obigen Abtastvor-

AIs nächstes wird der Tisch in Richtung der ge- gänge aus derjenigen Lage, in welcher die Faseroptik strichelten Linie 20 um eine Strecke d_e verschoben, sich über dem Punkt 38 befindet, in eine Lage verdie ausreicht, um die Faseroptik an den Rand 22 der schoben werden, in welcher die Faseroptik sich über Anschlußklemme 12 ft zu bringen. Auf Grund des an dem Ausgangspunkt 18 für die Abtastungen befindet, diesem Rand auftretenden Übergangs von hell auf +5 Sodann kann der Tisch um eine feste Strecke in einer dunkel nimmt die Faseroptik wahr, daß sie den vorbestimmten Richtung, angedeutet durch die gePunkt 24 am Rand 22 erreicht hat. Während dieser strichelte Linie 40, in eine neue Lage verschoben Verschiebung wird eine das Ausmaß der Verschie- werden, in welcher die Faseroptik sich über üjrn bung anzeigende Binärzahl erzeugt und gespeichert. Punkt 42 der Anschlußklemme 12c befindet. (Statt

Danach wird der Tisch über eine feste Strecke d_f 50 dessen kann man auch den Vektor 38,18 errechnen

in der Gegenrichtung, angedeutet durch die gestri- und für die Korrektur des Vektors 40 verwenden, so

chelte Linie 26, verschoben. Die Strecke d_f ist eine daß man den Tisch direkt vom Punkt 38 zum Punkt

vorausberechnete Distanz, die gewünschtenfalls gleich 42 verschieben kann.)

der halben Breite ff der Anschlußklemme 12 b sein Nach Erreichen des Punktes 42 werden die Abkann. Bei anfangs genau zentriertem Schaltungs- 55 tastungen in zueinander rechtwinkligen Richtungen plättchen wäre somit die Strecket/, gleich d_e und wiederholt, so daß neue FehlergrößenE₁, und E_yl würde sich der Punkt 28 mit dem Punkt 18 decken. erhalten werden. Diese neuen Größen können dann Bei dem hier gewählten Beispiel ist dies jedoch nicht zu den alten, vorher gewonnenen Größen E_x und E_y der Fall und beträgt der Fehler oder die Abweichung addiert werden. Wenn diese Fehler verhältnismäßig zwischen diesen beiden Strecken E_x. ^ 60 klein sind, kann man es damit bewenden lassen, d. h.,

Nach dem obigen Abtastvorgang wird der Tisch man braucht keine weiteren Abtastungen mehr vor-

abermals verschoben, und zwar diesmal rechtwinklig zunehmen. Sodann kann die Summe E_x und E_{x t}

zur Richtung 20 bis 26. Als erstes wird dabei der sowie die Summe E_y und E_{y x} durch zwei geteilt wer-

Tisch in der durch die gestrichelte Linie 30 angedeu- den, wobei man jeweils den mittleren ^ehler erhält,

teten Richtung verschoben, so daß die Faseroptik, 65 Mit Hilfe dieser Fehlermittelwerte kann man dann

die anfänglich sich über dem Punkt 28 befand, den die Anfangslage der Leiterplatte in der oben erläu-

Punkt32 am Rand 34 der Anschlußklemme 126 er- terten Weise korrigieren. Das heißt, man kann den

reicht. Wiederum wird ein der Bewegungsstrecke d_z Tisch in seine Anfangslage (Faseroptik über dem

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Punkt 14) zurückverschieben und anschließend um die Beträge -^"~ⁿ- und ^Ex ₂ ^E" in der y- bzw. der ϊ-Richtung verschieben, um eine solche Lage zu erreichen, daß die Faseroptik genau auf die Mitte 14al (nicht gezeigt) des von den Anschlußklemmen 12 ο b'<i 12 d umgebenen Gebietes zeigt. Statt dessen 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 14 η 1 (nicht angegeben) befindet.

Wenn die beiden oben beschriebenen Abtastreihen nicht ausreichen, um die Anschlußstelle auf der Leiterplatte zu zentrieren, kann man die gleichen Schritte für die dritte Anschlußklemme 12 (Z 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 auf Grund der Größe der Fehler die Entscheidung über die erforderliche Gesamtanzahl von Abtastungen treffen.

Fig. 3 zeigt die Vorrichtung für die oben beschriebene Lageeinstellung, während Fig. 2 das Betriebsschema für die Einrichtung zeigt. Die das Werkstück bildende Leiterplatte 50 ist auf einem XY-Tisch52 angeordnet. Die Leiterplatte wird durch eine Lichtquelle 54 mit Reflektor 56 in einem mikroskopartigen Tierät 57 ausgeleuchtet. Das von der Lichtquelle erzeugte und vom Reflektor reflektierte Licht wird auf einen Spiegel 53 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 58; oder man kann statt dessen 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. Das Mikroskop wird in einer festen Lage relativ zum Tisch und zum Bcfcstigungskopf (nicht gezeigt), der das Schaltungsplättchfin (nicnt gezeigt) haltert und an der darunter befindlichen Leiterplatte 50 befestigt, gehalten.

Die Faseroptik hat einen sehr kleinen Durchmesser, beispielsweise von 0.05 mm. Auf Grund der Verwendung einer Objektivlinse mit der Vergrößerung 10 ist die Größe des effektiven Sichtfeides zehnmal so klein, d. h. 0,005 mm. 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 Bezuasdunkelwertschaltung 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 Potentiometerabgriff so ein, daß die Ausgangsgröße des Vergleichen 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

ίο 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 statt dessen auch Steuerschaltungen außerhalb des Computers verwendet werden können. Die Entscheidung darüber, wie viele Schritte unter Programmsteuerung und wie viele unter Steuerung durch Anordnungen außerhalb des Computers in einem 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 Fig. 3 wird nachstehend an Hand sowohl der Fig. 1 als auch der Fig. 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 (Fig. 1). Auf einen entsprechenden Befehl vom Computer 90 über die Leitung 92 wird die Servoschleife im System 68 bis 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 Servosehleife des Systems 70 bis 68 geöffnet wird. Die Bezugsdunkelwertschaltung ist jetzt eingestellt.

Der Computer 90 veranlaßt nun, daß im X-PufferspeicherlOO und im Y-Pufferspeicher 102 Zahlen, die den Betrag und die Richtung der gewünschten Verschiebung vom Punkt 14 (Fig. 1) zum Punkt 18 angeben, gespeichert werden. Die VetjChiebungsrichtung 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 Gegen-

Uhrzeigersinn, 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-Zähler 82 und den Y-Zähler 84 zurück. Sodann beschickt der Computer die UND-Gatter 76 und 78 über die Leitungen 108 und 110 mit Auftastsignalen.

Wenn diese UND-Gatter aufgetastet sind, schickt der Oszillator 80 über diese Gatter Impulse zum

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X- und Y-Schrittschaltmotor, so daß der Tisch um den gewünschten Betrag in der gewünschten Richtung angetrieben wird. Wenn der Tisch eine solche Lage erreicht, daß die Faseroptik sich über dem Punkt 18 befindet, ist der im X-Zähler 82 registrierte Zählwert gluch einem entsprechenden Zählwert im X-Pufierspeicher 100 und der im Y-Zähler 84 registrierte Zählwert gleich einem entsprechenden Zählwert im Y-PufTerspeicher 102. In jedem Falle erzeugen bei Erreichen der Gleichheit die entsprechenden Vergleicher 112 und 114 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 Compuicr 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 (Fig. 1) antreibt. Dies geschieht dadurch, daß lediglich das UND-Gatter 76 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 18 in der HeIlfläche, 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_e an, über welche der Tisch schrittweise verschoben worden ist. 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_h angeben. Nach der eben erläuterten Abtastung löscht der Computer den X-Zähler, gibt in den X-PuSerspeicher einen neuen Richtungsbefehl ein und tastet sodann das UND-Gatter 76 wieder auf. Nunmehr treibt der Schrittschaltmotor den Tisch 52 in der X-Gegenrichtung so lange 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 Vergleicher 112 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_e die zweite, die feste Strecke anzeigende Zahl d_f subtrahieren, so daß eine den Fehler E_x anzeigende Zahl erhalten wird. Diese Berechnungen sind verhältnismäßig einfach und können im Rechenwerk des Computers unter Programmsteuerung erfolgen. Die Fehlerzahl wird im Speicher des Computers gespeichelt.

In entsprechender Weise wird vorgegangen, um Tischverschiebungen und Zählwerte für die Strecken d_g und d_h sowie die Fehlergröße E₁, zu erhalten. Wie im vorherigen Falle wird diese Fehlergröße im Speicher des Computers gespeichert

Nach den obigen Schritten veranlaßt der Computer in der bereits erläuterten Weise, daß der Tisch 52 vom Punkt 38 zum Punkt 42 (Fig. 1) verschoben wird. Diese Verschiebung kann als Direktbewegung vom Punkt 38 nach 42 erfolgen. Die Strecke von 38 nach 42 sowie die Richtung können ohne weiteres im Computer unter Berücksichtigung der Größen E_x und E_y sowie der bereits im Computer gespeicherten festen Größe, welche die Strecke entlang der Linie 40 vom Punkt 18 zum Punkt 42 anzeigt, errechnet

ίο werden. Statt dessen 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 w?e zuvor neue Fehlergrößen E_{x l} und E_vl 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 Fall, so werden die Fehler E_x. und E_y addiert und gemittelt und dann in der in Fig. 1 erläuterten Weise zur einwandfreien Zentrierung des Tisches auf den Punkt 14 a 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 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 Fig. 1 befindet. Man kann aber, was in manchen Fällen vorzuziehen ist, die Einrichtung auch in anderer Weise betreiben, wie an Hand der Fig. 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 dei Ränder 126 und 128 entfernt. In diesem Flächenbereich wird die Bezugsdunkelwertschaltung 7C (F i g. 3) in der bereits beschriebenen Weise eingeregelt Sodann wird veranlaßt, daß der Tisch analog zu dei bereits beschriebenen Weise in Richtung der gestrichelten Linien abtastet. Beispielsweise kann die erstf Abtastung entlang der Linie 130 bis zum .<.and 12} und anschließend entlang der Linie 132 um einei festen Betrag, der genau gleich 0,075 mm ist, erfol gen. Eine entsprechende Abtastung kann in Richtunj der Linie 134 bis zum Rand 126 und anschließen« entlang der Linie 136 um eine feste Strecke voi genau gleich 0,075 mm erfolgen. Nach Beendigun] dieser Abtastungen können die anfänglichen Grob fehler bei der mechanischen Lageeinstellung errech net und in der bereits beschriebenen Weise beseitig werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich be sonders für Fabrikationsverfahren, bei denen mit ge mischten Leiterplatten gearbeitet wird, d. h. Leitei platten mit unterschiedlichen gedruckten Schaltunge über das Montageförderband angeliefert werden. I diesem Fall kann für die Identifizierung der verschie

denen Leiterplatten die Größe des Quadrates 120 herangezogen werden. Beispielsweise kann bei einer Platte A das Quadrat 120 die Größe 0,15 ■ 0,15 mm, bei einer Platte B die Größe 0,2 ■ 0,2 mm und bei einer Platte C die Größe 0,25 · 0,25 mm haben, wobei A, B und C 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.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung sind der Tisch 52 und die dazugehörigen Motoren im Handel erhältlich. Beispielsweise sind diese drei Einheiten in der Einrichtung »Model Nr. X-Y 500« der TAC Corporation vorhanden. Wie bereits erwähnt, kann die Einrichtung unter Programmsteuerung in der in Fig. 3 veranschaulichten Weise betrieben werden. Statt dessen kann man auch ein äußeres Motorsteuersystem, beispielsweise die im Handel erhältliche Einrichtung »SLO-SYN SP 250 Preset Indexer«, 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-PufferspeicherlOO, gespeicherte Zahl kann in den X-Zähler übertragen und der X-Zähler kann durch den Oszillator 80 veranlaßt werden, so lange rückwärts zu zählen, bis der Zählwert null erreicht ist. In diesem Falle wäre an Stelle des V rplcichers, z.B. 112, ein Nullwertdetektor zu verwenden.

Während bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Faseroptik an einer Pefestigungsmaschine (nicht gezeigt), die im Vergleich zur Leiterplatte 50 ziemlich massiv ist, befestigt ist, kann es unter Umständen erwünscht sein, die Leiterplatte auf dem Tisch beweglich anzuordnen und die Befesiigungsmaschine mit der Faseroptik ortsfest zu halten. In

ίο 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 betreffende Maschine mit der daran befestigten Faseroptik durch Befestigen am Tisch zu bewegen.

Bei der hier beschriebenen Ausfühningsform ist das Substrat dunkel, während die Metallbereiche hei! sind. Natürlich kann man statt dessen erfindungs-

ao gemäß auch mit Leiterplatten mit verhältnismäßig hellen Substraten und verhältnismäßig dunklen Metallbereichen arbeiten. In diesem Fall kann die Anfangseinstellung des Vergleichers 68 genau in dei bereits beschriebenen Weise erfolgen, oder aber dei Vergleicher kann so eingestellt werden, daß er, wenr die Faseroptik auf das helle Substrat gerichtet ist eine bestimmte minimale Ausgangsgröße erzeugt. Mi' der Einrichtung nach Fig. 3 lassen sich ohne weitere; Leiterplatten dieses Typs in Mischung mit Leiter·

platten mit dunklen Substraten behandeln, und dis Wahl eines entsprechenden gespeicherten Programm: kann automatisch sowie mit Hilfe einer der Markie rung (dem Quadrat 120) auf der Leiterplatte nacl Fig. 4 vergleichbaren Kennmarkierung auf der Lei terplatte erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 94! 057 Patentansprüche:

1. Einrichtung zur selbsttätigen Lagejustierung eines Werkstückes gegenüber einem Bezugspunkt, mit einem it! zwei Richtungen gegenüber dem Bezugspunkt verschiebbaren Tisch, auf dem das Werkstück gehaltert ist. ferner mit je einer Steuereinrichtung für die Vorwärts- und Rückwärtsverschiebung des Tisches in beiden Richtungen und mit je einer Abstandsmeßvorrichtung für jede der Verschiebungsrichtungen zur Bestimmung der Abstände zwischen je einer Markierung des Werkstückes und dem Bezugspunkt, ferner mit Speichern und einem Rechner zur Verarbeitung der Abstandswerte und Erzeugung von Steuersignalen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anfangsverschiebungsschaltung zur Verschiebung des Tisches (52) a.is der anfänglichen Deckung des Bezugspunktes (62') mit einem Anfangspunkt (14) auf dem Werkstück (Leiterplatte 50) zur Deckung mit einem ersten Zwischenpunkt (IS). von welchem aus die Tustierabstände bestimmt werden, vorgesehen ist. daß ferner eine erste und eine zweite Steuerschaltung vorgesehen sind, die nach der Verschiebung des Tisches (52) in jeweils einer der beiden Richtungen (Strecke d_e bzw. d_e) aus der Deckung des ersten Zwischenpunktes (18) auf dem Werkstück (50) mit dem Bezugspunkt (62') bis zu einer Markierung (Rand 22 bzw. 34) die Rückverschiebung des Tisches λ der Gegenrichtung (Strecke d_f bzw. d_h) bis zu der senkrecht zur Verschiebungsrichtung verlaufen .en Koordinate eines zunächst zur C'eckung mit dem Bezugspunkt (62') zu bringenden zweiten Zwischen punktes (38) steuern und die Abstände (d_f, d_h) feststellen, daß weiterhin eine die Differenzen (d_e- d, bzw. d_v — d_h) aus den Hin- und Rückverschiebungsabständen bildende Differenzschaltung (im Rechner 90) vorgesehen ist und daß eine Fndverschiebungsschaltung (im Rechner 90) zur Verschiebung des Tisches (52) entgegengesetzt zur ursprünglichen vom Ausgangspunkt (14) zum ersten Zwischenpunkt (18) erfolgten Verschiebung unter Berücksichtigung der gebildeten Differenzen (d_e — df und d_u — d_h) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Richtung der Tischverschiebung im wesentlichen rechtwinklig zur zweiten Richtung der Tischverschiebung ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (Leiterplatte 50) helle und dunkle Bereiche (z. B. 12L und 10) und die Übergänge zwischen diesen Bereichen definierende Ränder (22, 34) aufweist, daß der äußere Bezugspunkt (62') ein zu einem Lichtfühlgerät (62. 64, 66, 96) gehöriges Abtastelement ist, welches über einem begrenzten Teil des Werkstückes angeordnet ist und ein dem von diesem Teil des Werkstückes reflektierten Licht proportionales Ausgangssignal erzeugt, daß eine Schaltung (90,76) vorgesehen ist, die während der Tischverschiebung in der ersten Richtung bei Wahrnehmung eines Überganges auf dem Werkstück durch das Lichtfühlgerät anspricht und die Tischverschiebung stoppt und daß die erste Abstandsmeßvorrichtung einen den Betrag der in der ersten Richtung erfolgten Tischver-Schiebung festhaltenden ersten Zähler (82) enthält, daß eine Schaltung (90, 78) vorgesehen i-t. die während der Tischverschiebung in der zweiten Richtung bei Wahrnehmung eines Übergangs auf dem Gegenstand durch da< Lichtfühlgerät anspricht und die Tischverschiebung stoppt, und daß die zweite Abstandsmeßvorrichtung einen den Betrag der in d-.-r zweiten Richtung erfolpten Tischverschiebung festhaltenden zweiten Zähler (84) enthält, daß" die beiden Steuerungen insgesamt einen ersten. Pufferspeicher (100) und einen zweiten Pufferspeicher (102) enthalten, die während der Tischverschiebung in den Gegenrichinrqen einen den Betrag der Tii.chverschie'oung in diesen Richtungen entsprechenden dritten und vierten Zähhvert speichern, und daß die Differenzschaltung (in 90) die Lagefehlersignale aus den Differenzen zwischen dem Zähhvert des ersten Zählers und dem dritten Zähhvert und zwischen dem Zähhvert des zweiten Zählers und dem vierten Zähhvert gewinnt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterscheidung eines echten Übergangs auf den Gegenstand (50) von einem Fehler, z. B. einem Kratzer, die beiden bei Wahrnehmung eines Übergangs ansprechenden Schaltungen (90, 76 und 90. 78) den Tisch zunächst in der begonnenen Richtung weiterlaufen lassen und jeweils Zählwerte speichern, die der Breite derjenigen Flächenbereiche jenseits des wahrgenommenen Übergangs entsprechen, über die eine im wesentlichen gleichbleibende Stärke des reflektierten Lichtes zu erwarten ist; und daß die Schaltungen den jeweils gespeicherten Zählwert ignorieren und den Tisch in der begonnenen Richtung noch weiterlaufen lassen, wenn bei Wahrnehmung eines weiteren Übergangs der gespeicherte Zähhvert unter einem vorgegebenen Wert liegt; und daß die Schaltungen die Tischverschiebung erst stoppen, sobald der gespeicherte Zähhvert ohne zwischenzeitliche Wahrnehmung eines weiteren Übergangs den vorgegebenen Wert erreicht.