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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Prüfen
von Leiterplatten.
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Zum Prüfen von Leiterplatten werden
sogenannte Fingertester verwendet. Das sind Vorrichtungen, die mit
zwei oder mehreren Prüffingern
die einzelnen Prüfpunkte
sequentiell abtasten.
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Ein solcher Fingertester ist bspw.
aus der
EP 0 468 153
A1 bekannt.
4 der
EP 0 468 153 A1 zeigt
einen Fingertester mit drei Traversen, die über dem Prüffeld angeordnet sind, wobei
an jeder Traverse zumindest ein Positionierglied entlang der Traverse
verschiebbar befestigt ist. An jedem Positionierglied ist ein Schwenkarm
angelenkt, der mittels eines Servomotors vorzugsweise in der Ebene
des Prüffeldes
um 360° drehbar
ist. Am freien Ende des Schwenkarmes befindet sich ein Prüffinger,
der in der Regel aus einer dünnen
Metallspitze ausgebildet ist. Der Prüffinger kann auf einen Prüfkontakt
einer zu prüfenden
Leiterplatte abgesenkt werden, so daß zwischen dem Prüfkontakt
und dem Prüffinger
zu Testzwecken ein elektrischer Kontakt hergestellt wird.
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Um eine Kollision zwischen den einzelnen Prüffingern
zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, die
zu prüfende
Leiterplatte in mehrere Bereiche zu unterteilen, in welchen nur
einer oder mehrere bestimmte Prüffinger
die Prüfkontakte
der Leiterplatte abtasten.
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Bei herkömmlichen Fingertestern werden
die zu prüfenden
Leiterplatten am Prüffeld
fixiert. Da die Leiterplatten jedoch oftmals einen Verzug aufweisen, kann
es zu Fehlkontaktierungen kommen, da die Prüffinger nicht die gewünschten
Prüfkontakte
treffen. Die Leiterplatten müssen
deshalb oft von Hand justiert werden, wodurch der an einer Prüfmaschine erzielte
Durchsatz an geprüften
Leiterplatten erheblich beschränkt
ist. Zudem verhindert die manuelle Justierung der Leiterplatten
einen Einsatz der Prüfvorrichtung
in einer automatisch arbeitenden Linie zum Prüfen von Leiterplatten.
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Von der Anmelderin wurden deshalb
Versuche durchgeführt,
die Leiterplatten automatisch auf dem Prüffeld auszurichten. Das Ausrichten
von Leiterplatten gegenüber
Prüfstiften
ist ein bei sogenannten mit Prüfadaptern
arbeitenden Prüfvorrichtungen bekanntes
Verfahren (
US 5,381,104 ,
EP 0 667 962 B1 ,
DE 43 42 654 A1 ).
Es hat sich jedoch gezeigt, daß das
Prüffeld
der mit Prüffingern
arbeitenden Prüfvorrichtung
durch die Sensoren und Stellelemente zum Justieren der Leiterplatte
wesentlich komplizierter ausgestaltet werden muß, als es bei herkömmlichen
Fingertestern der Fall war.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren für
mit Prüffingern
arbeitende Prüfvorrichtungen
zu schaffen, das auf einfache Art und Weise ein schnelles und fehlerfreies
Prüfen
von Leiterplatten erlaubt.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
eine Kamera oder dgl. zum Erfassen der Lage der zu prüfenden Leiterplatte
auf dem Prüffeld
verwendet und ein Koordinatensystem der Prüfvorrichtung, in dem die Prüffinger
verfahren werden, wird an die Lage der Leiterplatte angepaßt.
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Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen schematisch vereinfacht:
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1 eine
Draufsicht auf eine mit Prüffingern
arbeitende Prüfvorrichtung;
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2 eine
Seitenansicht der in 1 gezeigten
Prüfvorrichtung;
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3 eine
Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Kalibrierplatte.
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1 und 2 zeigen mit Prüffingern 1 arbeitende
Prüfvorrichtungen,
sogenannte Fingertester. Die Prüfvorrichtung
weist eine Arbeitsfläche 3 auf,
auf die eine zu prüfende
Leiterplatte 4 aufgelegt und bspw. mittels Stiften 5 fixiert
werden kann. Anstatt einer Arbeitsfläche kann auch ein Rahmen vorgesehen
sein, in den die zu prüfende
Leiterplatte eingeklemmt wird, so daß sie beidseitig für Prüffinger frei
zugänglich
ist.
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Die Prüfvorrichtung weist bspw. drei
Traversen 7a, 7b, 7c auf, die in Art
einer Brücke über der
Arbeitsfläche 3 angeordnet
sind. An jeder Traverse 7a, 7b, 7c ist
zumindest ein Positionierglied 8 entlang der Traverse 7a, 7b, 7c verschiebbar
angeordnet. An jedem Positionierglied 8 ist ein Schwenkarm 9 angelenkt,
der mittels eines Servomotors (nicht dargestellt) vorzugsweise in
einer Ebene parallel zur Arbeitsfläche 3 um 360° drehbar
ist. Am freien Ende des Schwenkarmes 9 befindet sich der
Prüffinger 1, der
in der Regel aus einer dünnen
Metallspitze ausgebildet ist. Der Prüffinger 1 kann auf
einen Prüfkontakt
der zu prüfenden
Leiterplatte 4 abgesenkt werden, so daß zwischen dem Prüfkontakt
und dem Prüffinger 1 zu
Testzwecken ein elektrischer Kontakt hergestellt werden kann.
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Durch das Verfahren der Positionierglieder 8 entlang
einer der Traversen 7a, 7b, 7c und das
Drehen des Schwenkarmes 9 kann durch den jeweiligen Prüffinger 1 jeweils
ein streifenförmiger
Abtastbereich 11a, 11b, 11c abgetastet
werden. Diese streifenförmigen
Abtastbereiche 11a, 11b, 11c erstrecken sich
symmetrisch um die Traversen 7a, 7b, 7c,
und deren seitliche Ränder
sind in 1 durch die
gestrichelten Linien 10a, 10a', 10b,
10b', 10c, 10c' dargestellt,
wobei der Abstand der Ränder 10a, 10a", 10b, 10b', 10c, 10c' der streifenförmigen Abtastbereiche 11a, 11b, 11c zu
den Traversen 7a, 7b, 7c der Länge a der
Schwenkarme 9 in der horizontalen Projektion auf die Arbeitsfläche 3 entspricht.
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Die äußersten Ränder 10a, 10c' der Abtastbereiche
begrenzen die maximal abtastbare Fläche, das Prüffeld 13. Die streifenförmigen Abtastbereiche 11a, 11b, 11c überlappen
sich in den Bereichen zwischen den Traversen 9, damit eine
durchgehende Abtastung der zu prüfenden
Leiterplatte 4 sichergestellt ist.
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Mittig über dem Prüffeld 13 ist mit Abstand zur
Arbeitsfläche 3 eine
Kamera 14 angeordnet, die das Prüffeld optisch abtastet.
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Bevor ein erster Prüfvorgang
ausgeführt werden
kann, werden mittels einer Computersimulation die einzelnen Bewegungen
analysiert und optimiert, die die Prüffinger ausführen müssen, um
die gesamte Leiterplatte zu testen. Als Ergebnis dieser Computersimulation
werden die X- und Y-Koordinaten der Meßpunkte bzw. Prüfpunkte
der Leiterplatte in der Reihenfolge in einer Arbeitsliste abgespeichert,
in der sie mit den Prüffingern 1 abgetastet
werden. Für
jeden Prüffinger 1 kann
eine separate Arbeitsliste erstellt werden. Gleichermaßen ist
es auch möglich,
die Koordinaten aller Prüffinger 1 in
einer einzigen Arbeitsliste abzuspeichern.
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Um die Gefahr einer Kollision zwischen
den einzelnen Prüffingern 1 zu
verringern, wird bei dieser Computersimulation die zu prüfende Leiterplatte
in mehrere Bereiche unterteilt, in welchen nur einer oder mehrere
bestimmte Prüffinger 1 die
Prüfkontakte
der Leiterplatte 4 abtasten. Bspw. werden die sich überlappenden
Abtastbereiche durch die in 1 gezeigte
punktierte Trennlinie 16 aufgeteilt, so daß die Prüffinger 1 einer
jeden Traverse 9 keine Prüfpunkte der Leiterplatte 4 abtasten,
die auf der von der Traverse 9 entfernten Seite der Trennlinie 16 liegen. Hierdurch
wird eine Kollision der Prüffinger
zweier benach barter Traversen 9 vermieden.
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Nach Abschluß der Computersimulation können die
Prüfvorgänge zum
Testen der Leiterplatten 4 beginnen.
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Die zu testende Leiterplatte 4 wird
hierzu in das Prüffeld 13 eingebracht.
Mittels der Kamera 14 wird das Muster der Prüfpunkte
der Leiterplatte 4 erfaßt. Es werden dann die Abweichungen
der Prüfpunkte
von einer fiktiven, idealen Leiterplatte, die ideal in der Prüfvorrichtung
angeordnet ist, ermittelt.
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Erfindungsgemäß wird auf Grundlage der ermittelten
Abweichungen das Koordinatensystem der Prüfvorrichtung, in dem die Prüffinger 1 verfahren werden,
entsprechend korrigiert, wobei die Ausrichtung und Anordnung der
Koordinatenachsen X, Y auf neue Koordinatenachsen X', Y' transformiert wird.
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Die Prüfpunkte fahren während des
Prüfvorganges
alle in der bzw. den Arbeitslisten gespeicherten Prüfpunkte
ab, wobei jedoch das transformierte X'-, Y' -Koordinatensystem
als Basis zur Bestimmung des tatsächlichen Ortes der Prüfkontakte
dient. D.h., daß die
tatsächlichen
Orte der in der bzw. den Listen gespeicherten Prüfpunkte in dem korrigierten
X'-, Y' -Koordinatensystem
festgelegt werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird somit lediglich das Koordinatensystem, aber nicht die Leiterplatte
selbst verschoben. Dies ist ohne mechanische Hifsmittel möglich.
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Anhand dem in 3 gezeigten Ausschnitt einer Kalibrierplatte 15 wird
nachfolgend ein mögliches
Verfahren zum Ansteuern eines abzutastenden Prüfpunktes und Korrigieren eines
Koordinatensystems erläutert.
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Während
eines Kalibriervorgangs wird anstatt der Leiterplatte 4 die
Kalibrierplatte 15 eingelegt. Die Kalibrierplatte 15 weist
ein gleichmäßiges Raster mit
horizontalen Linien 17 und vertika len Linien 18 auf,
die sich jeweils in einem rechten Winkel schneiden und mit regelmäßigen, gleichen
Abständen
voneinander beabstandet sind. In 3 ist
ein Raster mit sieben horizontalen Linien RH0 bis RH6 und neun vertikalen
Linien RV0 bis RV8 dargestellt. Die Kreuzungspunkte der horizontalen
und vertikalen Linien entsprechen bestimmten Orten Xp (RVx), Yp
(RHy) im physikalischem Koordinatensystem Xp, Yp der Arbeitsfläche 3 bzw.
der Leiterplatte 4, wobei Xp (RVx) die X-Koordinate einer
der vertikalen Linien RV0 bis RV8 und Yp (RVy) die Y-Koordinate
einer der horizontalen Linien RH0 bis RH7 im Koordinatensystem der
Arbeitsfläche
sind. Da die Kalibrierplatte 15 exakt gearbeitet ist und
exakt ausgerichtet in die Prüfvorrichtung
eingelegt wird, können
durch Abtasten der Kreuzungspunkte der vertikalen und horizontalen
Linien 17, 18 die physikalischen Ortskoordinaten
exakt erfaßt
werden.
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Zum Kalibrieren der einzelnen Prüffinger werden
diese Kreuzungspunkte der Kalibrierplatte 15 einzeln abgetastet.
Hierbei wird die Postion T (≡ translatorische
Bewegung) der Postionierglieder 8 auf den Traversen 7a, 7b, 7c durch
Wegaufnehmer festgestellt und die Drehposition R (≡ rotatorische Bewegung)
der Schwenkarme durch entsprechende Sensoren erfaßt. Diese
Positionen T, R stellen physikalische Koordinaten der Prüffinger 1 dar,
die durch einfache mathematische Umformungen in virtuelle kartesische
Koordinaten Xv, Yv der Prüffinger
umgesetzt werden.
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Zu jedem Kreuzungspunkt werden die
virtuellen Koordinaten Xv, Yv in einer Kalibriertabelle abgespeichert.
Eine solche Kalibriertabelle wird für jeden Finger angelegt. Diese
Kalibriertabellen stellen einen exakten Bezug des durch die Sensoren
erfassten virtuellen Koordinatensystem Xv, Yv zum physikalischem
Koordinatensystem Xp, Yp der Arbeitsfläche 3 dar. Somit kann
durch gezieltes Anfahren eines virtuellen Koordinatenpaares, bzw.
den entsprechenden Positionen T, R ein bestimmter physikalischer
Ort auf der Arbeitsfläche 3 angesteuert
werden. Soll ein von einem Kreuzungspunkt abweichender Ort mit einem
Prüffinger 1 abgetastet
werden, so werden zur Berechnung der virtuellen Koordina ten, die
von einem Prüffinger 1 abgetastet
werden sollen, die virtuellen Koordinaten der nächsten, benachbarten Kreuzungspunkte
entsprechend interpoliert.
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Durch die Speicherung von einer Vielzahl von
Wertepaaren im Koordinatensystem der Prüffinger, die über die
gesamte Arbeitsfläche 3 verteilt
sind, werden auch nichtlineare Ungenauigkeiten, wie sie bspw. durch
kleine Wellen in den Traversen auftreten, kompensiert.
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Soll ein bestimmter Prüfpunkt einer
Leiterplatte 4 durch einen Prüffinger 1 abgetastet
werden, werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- 1. Bestimmung der physikalischen Koordinaten Xp,
Yp des Prüfpunktes.
Diese Koordinaten sind aus den Fertigungszeichnungen bzw. Fertigungsdaten
der Leiterplatten bekannt und in der Arbeitsliste abgespeichert.
- 2. Bestimmung der nächsten,
benachbarten Kreuzungspunkte im physikalischen Koordinatensystem
der Arbeitsfläche 3.
- 3. Bestimmung der virtuellen Koordinaten Xv, Yv im Koordinatensystem
der Prüffinger,
die den nächsten,
benachbarten in Schritt (2) ermittelten Kreuzungspunkten entsprechen.
- 4. Bestimmung der virtuellen Koordinaten Xv, Yv des abzutastenden
Prüfpunktes
durch Interpolation der im Schritt (3) ermittelten virtuellen Koordinaten
der Kreuzungspunkte.
- 5. Umsetzen der virtuellen Koordinaten Xv, Yv des Prüfpunktes
in die physikalischen Koordinaten der Prüffinger, d.h. in die Positionen
T, P.
- 6. Einstellen des Positioniergliedes in die Position T und des
Schwenkarmes 9 in die Position R. Hierdurch wird der Prüffinger über dem
abzutatsenden Prüfpunkt
angeordnet.
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Soll bei diesem Verfahren des Ansteuerns
eines bestimmten Prüfpunktes
die oben angegebene Korrektur nach Erfassen der Abweichungen einer eingelegten
Leiterplatte mittels der Kamera 14 ausgeführt werden,
so werden lediglich, einmalig vor Beginn des Prüfverfahrens die in der Kalibriertabelle
gespeicherten virtuellen Koordinaten korrigiert, indem die mittels
der Kamera 14 festgestellten Abweichungen zu den gespeicherten
virtuellen Koordinaten addiert und als neue, korrigierte virtuelle
Daten abgespeichert werden. Wird nun das oben mit den Schritten
(1) bis (6) angegebene Verfahren durchgeführt, so erfolgt im Schritt
(3), bei dem die virtuellen Koordinaten Xv, Yv aufgerufen werden,
automatisch die Korrektur, der nicht exakt ausgerichteten, zu prüfenden Leiterplatte
in der Prüfvorrichtung.
Da eine Korrektur des virtuellen Koordinatensystems erfolgt, ist es
nicht notwendig, das Verfahren zum Ansteuern bestimmter Prüfpunkte
(Schritt (1) bis (6)) an sich zu ändern.
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Es ist gleichermaßen möglich, anstatt der virtuellen
Koordinaten, die physikalischen Koordinaten zu korrigieren.
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Ist die Prüfvorrichtung so ausgebildet,
daß das
Positionierglied in der Prüfebene
entlang zweier zueinander senkrecht angeordneter Schienen verfahren
wird (
EP 0 468 153
A1 ), so stellen die virtuellen, kartesischen Koordinaten
die physikalischen Koordinaten der Prüfvorrichtung dar, d.h. sie
geben unmittelbar die Verfahrwege des Positioniergliedes auf den
Schienen an, so daß Schritt
(5) des oben angegebenen Verfahrens entfallen kann.
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Die erfindungsgemäßen Prüfvorrichtungen arbeiten mit
einer Genauigkeit von +/– 20μm. Mit dem erfindungsgemäßen Korrekturverfahren
können
Abweichungen von +/– 2
mm ausgeglichen werden.
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In 1 ist
die Abweichung der Leiterplatte 4 aus einer zentrierten,
parallel zu den Kanten der Arbeitsfläche 3 ausgerichteten
Anordnung etwas übertrieben
dargestellt. Es hat sich überraschenderweise gezeigt,
daß durch
dieses einfache Verfahren, insbesondere sehr geringe Abweichungen
im Bereich von 0,1 mm, die bei modernen, eine hohe Prüfpunktdichte
aufweisenden Leiterplatten schon zu Meßfehlern führen können, hervorragend korrigiert
werden können.
Zudem kann eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Prüfvorrichtung
in einer automatisch arbei tenden Prüflinie eingesetzt werden, bei
der die zu prüfenden
Leiterplatten automatisch zugeführt,
in die Prüfvorrichtung
eingelegt, der Prüfvorichtung
entnommen und abtransportiert werden.