DE19505048A1 - Video camera monitor with jointing device for viewing and joining two parts to provide two images - Google Patents
Video camera monitor with jointing device for viewing and joining two parts to provide two imagesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung besteht aus einer Beobachtungsstation welche es gestattet, 2 Teile gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander am gleichen optischen Ort mit einer Fernsehkamera oder einer anderen optischen Einrichtung zu sehen. Dieses geschieht durch ein optisches Element welches einen Strahlengang aufspalten oder vereinen kann z. B. einen Strahteilerwürfel, der vor die Fernsehkamera gesetzt wird und den Strahlengang z. B. um 90 Grad ablenkt, so daß die Kamera gleichzeitig in Richtung ihrer optischen Achse und senkrecht dazu blickt.The invention consists of an observation station which it allowed, 2 parts simultaneously or immediately one after the other in the same optical location with a television camera or one other optical device to see. This happens through an optical element which split a beam path or can unite z. B. a beam splitter cube in front of the TV camera is set and the beam path z. B. 90 degrees distracts so that the camera is simultaneously towards her optical axis and perpendicular to it.
Mit diesen beiden Blickrichtungen läßt sich schräg zwischen zwei zu fügende Teile blicken, die so positioniert sind, daß mit einer Schiebebewegung das eine Teil auf das andere gefügt werden kann.With these two directions of view, you can diagonally between two look to be joined parts that are positioned so that with a sliding movement that one part is joined to the other can.
Beobachtungsstationen in Montagestationen sind in vielfältiger Art bekannt. Eine Beobachtungseinheit welche auch eine optische Aufspaltung eines Strahlengangs benutzt, ist z. B. das in der Elektronikfertigung zur Positionierung von Wafern und Masken benutzte Split-Field-Mikroskop, welches 2 z. B. waagerecht liegende Teile gleichzeitig - aber beide Teile aus einer Richtung - sieht, mit Lage der Bilder am gleichen Ort zwecks genauer Justierung des Abstands von Referenzmarken zueinander. Andere bekannte Beobachtungsstationen aus Montageautomaten der Elektrotechnik und Elektronik beobachten zwar die Teile und den Fügeort mit Kameras, können dies aber nur insgesamt von oben oder mit verschiedenen Kameras von verschiedenen Seiten, so daß letztlich nur mit großen Schwierigkeiten eine Positions genauigkeit von besser als 0,01 mm erreicht werden kann. Eine weitere Beobachtungs- und Justierstation ist aus Offenlegungsschrift DE 41 19 401 bekannt.Observation stations in assembly stations are more diverse Kind known. An observation unit which is also an optical one Splitting a beam path is used, for. B. that in the Electronics manufacturing for positioning wafers and masks used split field microscope, which 2 z. B. horizontally lying parts at the same time - but both parts from one Direction - sees, with the location of the images in the same place for the purpose precise adjustment of the distance between reference marks. Other known observation stations from automatic assembly machines Electrical engineering and electronics observe the parts and the Join location with cameras, but can only do this from above or with different cameras from different sides, so that ultimately a position with great difficulty accuracy of better than 0.01 mm can be achieved. Another observation and adjustment station is out Publication DE 41 19 401 known.
Auch diese nutzt eine Bildaufspaltung, sieht mit zwei zueinander senkrechten Blickrichtungen jeweils senkrecht auf die zu fügenden Teile und verwendet als Fügebewegung eine Schwenkbewegung, um die in 90-Grad Lage zueinander beobachteten Teile zu fügen. This also uses an image splitter, looks at two with each other vertical viewing directions each perpendicular to the joining parts and uses a as a joining movement Swiveling movement around those observed at 90 degrees to each other Parts to join.
Dieses hat den großen Nachteil, daß der Schwenkmechanismus kritisch hinsichtlich der Genauigkeit der Schwenkachse ist, und daß die Bereitstellung und das Greifen der zu montierenden Teile umständlich und durch die große Trägheit des Schwenkarmes langsam ist.This has the major disadvantage that the swivel mechanism is critical to the accuracy of the pivot axis, and that the provision and gripping of the parts to be assembled cumbersome and due to the large inertia of the swivel arm is slow.
Alle diese Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen Beobachtungs- und Justierstation beseitigt.All of these disadvantages are overcome with the invention Observation and adjustment station removed.
Die erfindungsgemäße Beobachtungs- und Justierstation sieht zwischen die beiden einander gegenüberstehenden Teile und erlaubt es so mit einer einfachen linearen Schiebebewegung der Justierstation das zu fügende Teil extrem genau auf das andere zu bewegen und dort zu fügen, auf zukleben oder sonstwie zu befestigen.The observation and adjustment station according to the invention sees between the two opposite parts and allows it with a simple linear sliding movement of the Adjustment station the part to be joined extremely precisely on the other to move and add there, stick on or otherwise fasten.
Dazu wird vor der eigentlichen Fügeoperation das zu fügende Teil in der Justierstation so gedreht und verschoben, daß die Bilder der beiden Teile deckungsgleich sind und so die richtige Lage anzeigen, z. B. durch Verwendung von Justiermarken auf beiden Teilen, falls nicht ihre Gestalt alleine zur Justierung ausreicht.For this purpose, the part to be joined is made before the actual joining operation rotated and shifted in the adjustment station so that the images of the two parts are congruent and so the correct position ads, e.g. B. by using alignment marks on both Share, if not their shape alone for adjustment is sufficient.
Liegt das erste Teil - dies ist z. B. eine Leiterplatte auf der etwas montiert werden soll - auf einer waagerechten Station, so wird die Blickrichtung der Kamera z. B. im Winkel von 45 Grad zur Waagerechten gewählt, so daß die Kamera schräg von oben auf das erste Teil blickt, und der Strahlteilerwürfel wird so orientiert, daß der abgelenkte Strahlengang in 45 Grad- Richtung aufwärts weist, und das zu montierende Teil genau senkrecht über der Stelle wo es montiert werden soll sich befindet, so daß beide Teile im gleichen Bild am gleichen Ort gesehen werden.Is the first part - this is e.g. B. a circuit board on the something should be assembled - on a horizontal station, see above the direction of the camera z. B. at an angle of 45 degrees Chosen horizontally, so that the camera obliquely from above on the the first part looks, and the beam splitter cube becomes like this oriented that the deflected beam path in 45 degrees Direction upwards, and the part to be assembled exactly vertically above the point where it is to be installed located so that both parts in the same picture in the same place be seen.
Diese gleichzeitige Beobachtung der beiden Teile am gleichen Bildort erlaubt eine extrem genaue Erkennung kleiner Abweichungen der relativen Position der Teile zueinander, da Kanten und Marken welche übereinander liegen sollen bei nicht idealer Lage als doppelte Bilder erscheinen. This simultaneous observation of the two parts on the same Image location allows extremely accurate detection of small Deviations of the relative position of the parts to each other, because edges and marks which should be on top of each other not ideally appear as duplicate images.
Mit einem geeigneten Justierer kann die Position korrigiert werden.The position can be corrected with a suitable adjuster will.
Hierfür ist es nicht erforderlich, daß das Bild unverzerrt erscheint, da beide Teile wegen gleicher Aufblickrichtung und Winkel gleichartig verzerrt werden.This does not require the image to be undistorted appears because both parts have the same upward direction and Angle be distorted in the same way.
Der Justierer ist sinnvollerweise als Greifer oder Sauger ausgeführt, der selbst die notwendigen Justierbewegungen und die eigentliche Fügebewegung des zu montierenden Teils hin zum ersten Teil - senkrecht bei waagerechter Lage des ersten Teils - ausführen kann und der mit Sensoren zum Überwachen der Fügekräfte bestückt sein kann.The adjuster is useful as a gripper or suction cup executed, which itself the necessary adjustment movements and actual joining movement of the part to be assembled towards first part - vertical with the first part in a horizontal position - can perform and with sensors to monitor the Joining forces can be equipped.
Zur Beobachtungs- und Justierstation gehört sinnvollerweise eine geeignete Beleuchtung, welche entweder durch den Teilerwürfel hindurch oder aber direkt beide Teile beleuchtet, falls erforderlich mit zueinander einstellbarer Intensität.It makes sense to have one for the observation and adjustment station suitable lighting, either through the divider cube through or directly illuminated both parts, if required with mutually adjustable intensity.
Dies kann durch Verwendung verschiedener Lichtquellen oder mit Hilfe von Polarisationsfiltern realisiert werden.This can be done by using different light sources or with Can be realized with the help of polarization filters.
Ebenso kann mit einer Lichtquelle neben oder hinter dem Teilerwürfel gearbeitet werden, welche aus mehreren einzelnen Lichtquellen aufgebaut ist, so daß eine Beleuchtung nach oben und unten erfolgt.Likewise, with a light source next to or behind the Divider cubes are made, which consist of several individual Light sources is built up so that lighting up and done below.
Oder es kann mit einer Lichtquelle gearbeitet werden welche ihrerseits einen durch ein Prisma oder Strahlablenker oder durch eine Glasfaseranordnung das Licht nach oben und unten schickt.Or you can work with a light source which in turn one through a prism or beam deflector or through a fiber optic arrangement sends the light up and down.
Ebenfalls günstig ist eine Anordnung aus einem durchsichtigen Kunststoffteil mit seitlicher Einstrahlung des Lichts und Ablenkung in etwa senkrecht nach oben und unten durch Brechung oder Streuung des Lichts.An arrangement made of a transparent one is also favorable Plastic part with light from the side and Deflection approximately vertically up and down by refraction or scattering of light.
In der Justierstation werden sinnvollerweise die benötigten Bewegungen (Schiebe- und Rotationsachsen) sowie die benötigten Meßelemente (Abstands- Kraft- und Moment- Messung) eingebaut. Die Kamera wird sinnvollerweise so gestaltet, daß ihre Bildebene nicht wie üblich senkrecht zur optischen Achse steht, sondern derart geneigt, daß das Bild trotz der Schrägansicht auf die zu montierenden Teile insgesamt scharf abgebildet wird. In the adjustment station, the necessary ones are expediently Movements (sliding and rotating axes) as well as the required Measuring elements (distance, force and moment measurement) installed. The camera is usefully designed so that its image plane is not perpendicular to the optical axis as usual, but so inclined that the picture despite the oblique view of the parts to be assembled are depicted sharply overall.
Dies geschieht durch eine Kippung der Bildebene derart, daß ihre gedachte Verlängerung sich mit der Beobachtungsebene und der Objektiv-Hauptebene in einer Geraden schneidet. Hat das Objektiv zwei Hauptebenen, so sind diese entlang der optischen Achse zu verschieben bis sie zusammenfallen und dann ist vorstehende Bedingung zu erfüllen.This is done by tilting the image plane so that its imagined extension itself with the observation level and the Lens main plane intersects in a straight line. Has the lens two main planes, so these are along the optical axis too move until they collapse and then protrude To meet condition.
Ein kleines Maß an Verzerrungen in Form nichtparalleler Abbildung von parallelen Linien ist dabei wegen der gleichartigen Verzerrung akzeptabel, kann aber auch durch ein Objektiv langer Brennweite unterdrückt werden.A small amount of distortion in the form of non-parallel Mapping of parallel lines is due to the similar distortion acceptable, but can also be caused by a Long focal length lens can be suppressed.
Für den Fall, daß keine Verzerrung des Bildes der beiden Teile zulässig ist, läßt sich die Aufspaltung auch durch eine Anordnung mit waagerecht blickender Kamera und Ablenkung in zwei senkrechte Beobachtungsrichtungen sinnvoll gestalten, eine Beobachtungsrichtung senkrecht abwärts, die andere senkrecht aufwärts.In the event that there is no distortion of the image of the two parts is permissible, the split can also be done by a Arrangement with horizontal camera and distraction in two Design vertical observation directions sensibly, one Observation direction vertically downwards, the other vertically upwards.
Da hierzu aber die Ablenkeinrichtung im Arbeitsraum liegen muß, ist ein Ausschwenken vor der eigentlichen Fügeoperation erforderlich.However, since this requires the deflection device to be in the work area, is a swing out before the actual joining operation required.
Die Beobachtungs- und Justierstation kann sinnvoll eingesetzt werden z. B. zur Montage feinwerktechnischer Gebilde wie Motore, Uhren, Elektronik, Relais, Schalter und vielen anderen. Infolge der Beobachtung der beiden Bilder mit an die Objektgröße angepaßter Vergrößerung und der Möglichkeit zur gleichzeitigen Beobachtung beider Bilder sowie der Möglichkeit zur Differenzbildung der beiden Bilder ist eine sehr hohe Positioniergenauigkeit und Montagegenauigkeit von sub - µm erzielbar.The observation and adjustment station can be used sensibly z. B. for the assembly of precision engineering structures such as motors, Clocks, electronics, relays, switches and many others. As a result of the observation of the two images with the object size adjusted magnification and the possibility of simultaneous Observation of both images and the possibility of The difference between the two images is very high Positioning accuracy and assembly accuracy of sub - µm achievable.
Dieses ist immer dann von höchster Bedeutung wenn konventionelle Geräte an die Grenzen ihrer Möglichkeiten gelangen. This is of paramount importance when conventional Devices reach the limits of their possibilities.
Eine bevorzugte Realisierung ist in Fig. 1 skizziert:
Diese Ausführung dient der hochgenauen Positionierung und
Montage von Halbleitern und anderen Bauelementen auf
Leiterplatten.A preferred implementation is outlined in FIG. 1:
This version is used for the highly precise positioning and assembly of semiconductors and other components on printed circuit boards.
In dem Montagegerät ist ein hochgenauer x-y-Tisch (1) waagerecht eingebaut, der schräg von oben unter einem Winkel von 45 Grad mit einer ersten Beobachtungsrichtung (2) von der Kamera (3) der Beobachtungsstation betrachtet wird.A high-precision xy table ( 1 ) is installed horizontally in the assembly device, which is viewed obliquely from above at an angle of 45 degrees with a first observation direction ( 2 ) by the camera ( 3 ) of the observation station.
Mit diesem x-y-Tisch kann eine Leiterplatte (4) relativ zur Kamera bewegt werden.With this xy table, a circuit board ( 4 ) can be moved relative to the camera.
x-y-Tisch und Kamera sind über Befestigungselemente (5) und (6) an der Grundplatte (7) befestigt.The xy table and camera are fastened to the base plate ( 7 ) via fastening elements ( 5 ) and ( 6 ).
Die ortsfeste Kamera sieht in ihrem Gesichtsfeld den Bereich des Objekts z. B. der Leiterplatte auf dem das zu positionierende Teil z. B. ein Halbleiter aufgebracht werden soll und erkennt an dort angebrachten Strukturen oder Justiermarken die genaue Soll- Lage.The stationary camera sees the area of the in its field of vision Object z. B. the circuit board on which to be positioned Part z. B. a semiconductor is to be applied and recognizes structures or alignment marks attached there the exact target Location.
Bei Verschiebung des x-y-Tisches verschiebt sich auch die Lage des Bildes der Leiterplatte.When the x-y table is moved, the position also changes the image of the circuit board.
Der Strahlteiler (8) ist fest an der Kamera vor dessen Objektiv befestigt, mit Teilerebene waagerecht, so daß die zweite Beobachtungsrichtung (9) 45 Grad schräg aufwärts weist.The beam splitter ( 8 ) is firmly attached to the camera in front of its lens, with the splitter plane horizontal, so that the second observation direction ( 9 ) points 45 degrees upwards.
Senkrecht über der Soll-Lage wird der Halbleiter (10) in einem Greifer z. B. einer Vakuumpinzette (11) gehalten.Perpendicular to the target position, the semiconductor ( 10 ) in a gripper z. B. a vacuum tweezers ( 11 ) held.
Der Greifer kann an einer senkrecht zum x-y-Tisch orientierten z-Führung (12) bewegt werden und kann den Halbleiter auf die Leiterplatte absenken.The gripper can be moved on a z-guide ( 12 ) oriented perpendicular to the xy table and can lower the semiconductor onto the printed circuit board.
Der Greifer kann um eine Drehachse fi senkrecht zum x-y-Tisch mit dem Motor (13) gedreht werden.The gripper can be rotated about an axis of rotation fi perpendicular to the xy table with the motor ( 13 ).
Die Bildebene der Kamera (14) ist aus ihrer üblichen Lage senkrecht zur optischen Achse geschwenkt.The image plane of the camera ( 14 ) is pivoted out of its usual position perpendicular to the optical axis.
Die zweite Beobachtungsrichtung (9) sieht den Halbleiter, der gleichartige Justiermarken wie die Leiterplatte trägt, von unten. The second observation direction ( 9 ) sees the semiconductor, which has the same alignment marks as the printed circuit board, from below.
Beide Bilder werden infolge des Strahlteilers (8) gleichzeitig von der Kamera abgebildet.As a result of the beam splitter ( 8 ), both images are imaged simultaneously by the camera.
Bei richtiger Lage der Teile zueinander erfolgt eine Abbildung an denselben Ort auf dem Bild, so daß die Justiermarken beider Teile als ein Bild erscheinen.If the parts are in the correct position, an image is shown to the same place in the picture, so that the alignment marks of both Parts appear as one picture.
Die richtige Lage wird durch Verschieben des x-y-Tischs und Drehung der Drehachse fi hergestellt.The correct position is determined by moving the x-y table and Rotation of the axis of rotation fi produced.
Ist die richtige Lage hergestellt, wird der Halbleiter im Greifer mit der Schiebeachse z (12) auf die Leiterplatte abgesenkt und z. B. aufgeklebt.Once the correct position has been established, the semiconductor in the gripper is lowered onto the circuit board with the sliding axis z ( 12 ) and z. B. glued on.
Diese Schiebeachse z (12) ist in ihrer Richtung exakt senkrecht zur Ebene des x-y-Tisches ausgerichtet.The direction of this sliding axis z ( 12 ) is exactly perpendicular to the plane of the xy table.
Eine Lichtquelle (15) leuchtet in die vierte, bisher nicht benutzte Fläche des Teilerwürfels, so daß infolge der Aufspaltung auch des Beleuchtungslichtes sowohl Halbleiter als auch Leiterplatte beleuchtet werden.A light source ( 15 ) shines in the fourth, previously unused surface of the divider cube, so that both the semiconductor and the printed circuit board are illuminated as a result of the splitting of the illuminating light.
Dieses Licht ist polarisiert und durch drehbare Polarisationsfilter (16), (17) in der Intensität einstellbar. Der x-y-Tisch (1) trägt neben der Leiterplatte (4) noch den oder die Vorratsbehälter (18) aus denen der Greifer sich zu Beginn jedes Zyklus das zu fügende Teil ebenfalls unter Kamerakontrolle abholt.This light is polarized and the intensity can be adjusted by rotating polarization filters ( 16 ), ( 17 ). In addition to the printed circuit board ( 4 ), the xy table ( 1 ) also carries the storage container (s) ( 18 ) from which the gripper also picks up the part to be joined at the beginning of each cycle under camera control.
Eine andere bevorzugte Realisierung benutzt einen schwenkbaren Spiegel anstelle des Teilerwürfels um schnell nacheinander die beiden Teile abzubilden.Another preferred implementation uses a pivotable one Mirror instead of the divider cube to quickly move the map both parts.
In einem Rechner kann dann die Differenz beider Bilder erzeugt werden, oder die Trägheit der Augen erzeugt den Eindruck zweier Bilder übereinander auf einem Monitor.The difference between the two images can then be generated in a computer or the sluggishness of the eyes creates the impression of two Images on top of each other on a monitor.
Eine andere bevorzugte Realisierung trägt vorn am Greifer eine weitere Drehachse parallel zum x-y-Tisch zur Justierung in beliebige Raumrichtungen.Another preferred implementation has a front on the gripper additional axis of rotation parallel to the x-y table for adjustment in any spatial directions.
Eine weitere Realisierung positioniert den x-y-Tisch in beliebiger Lage im Raum, die relative Lage der Bauteile zueinander wird dabei beibehalten, d. h. die ganze Anordnung wird geschwenkt. Another implementation positions the x-y table in any position in the room, the relative position of the components to each other is maintained, d. H. the whole arrangement will pivoted.
Die Vorteile dieser Beobachtungs- und Justierstation gegenüber den bekannten Konstruktionen liegen in der einfachen und natürlichen Anordnung aller Komponenten, die kleine bewegte Massen und einfache Fügebewegungen ermöglicht.The advantages of this observation and adjustment station over the known constructions lie in the simple and natural arrangement of all components that moved small Masses and simple joining movements possible.
Daher wird eine sehr schnelle und außerdem äußerst präzise Arbeitsweise realisiert.Therefore, it is very fast and also extremely precise Working method realized.
Zusätzlich ist die Anordnung von Vorratsbehältern einfach zu realisieren und das Aufnehmen der Teile aus den Vorratsbehältern ist in gleicher Art wie die Fügebewegung zu realisieren, so daß auch hierdurch eine optimal einfache und schnelle Anordnung realisiert wird.In addition, the arrangement of storage containers is easy realize and picking up the parts from the storage containers is to be realized in the same way as the joining movement, so that this also ensures an optimally simple and quick arrangement is realized.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19505048A DE19505048A1 (en) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Video camera monitor with jointing device for viewing and joining two parts to provide two images |
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DE19505048A DE19505048A1 (en) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Video camera monitor with jointing device for viewing and joining two parts to provide two images |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19505048A1 true DE19505048A1 (en) | 1996-08-22 |
Family
ID=7754028
Family Applications (1)
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DE19505048A Ceased DE19505048A1 (en) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Video camera monitor with jointing device for viewing and joining two parts to provide two images |
Country Status (1)
Country | Link |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |