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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Qualitätskontrolle
von Platinen oder dergleichen mit einer elektronischen Bilderfassungseinrichtung,
wobei die Oberfläche
der Platine durch Relativbewegung von elektronischer Bilderfassungseinrichtung
und zu prüfender
Platine erfasst und in einer Datenverarbeitungseinrichtung durch
Vergleich des erfassten Ist-Zustandes mit abgespeicherten Sollzuständen ausgewertet
wird, wobei die Bilderfassungseinrichtung ein Scanner ist, der ein
Spiegelsystem mit zumindest einem Spiegel zum Umlenken der Erfassungsrichtung
der Bilderfassungseinrichtung auf die Oberfläche der Platine aufweist, und
wobei die Platine und die Bilderfassungseinrichtung während des
Bilderfassungsvorganges in entsprechend geringem Abstand zueinander
angeordnet sind.
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Derartige
Vorrichtungen werden zur optischen Qualitätskontrolle von Platinen eingesetzt.
Unter Platinen werden auch Trägerplatten
wie z. B. Keramik-Substrate verstanden, auf die elektronische, mechanische
sowie elektromechanische Komponenten wie z. B. Transistoren, Widerstände, Spulen, Kondensatoren,
Stecker oder dergleichen aufgebracht werden. Die optische Qualitätskontrolle
kann dabei im Anschluss an die verschiedenen Stufen des Herstellungspro zesses
von Platinen erfolgen. So kann die optische Qualitätskontrolle
nach dem Aufbringen einer Paste, nach der Bestückung mit Bauteilen sowie nach
einem Druck oder dem eigentlichen Lötprozess erfolgen.
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Das
von der Oberfläche
der Platine reflektierte Licht wird durch den oder die Spiegel umgelenkt und über das
Spiegelsystem in Richtung der Bilderfassungseinrichtung weitergeleitet.
Bei der Qualitätskontrolle
wird mittels des Scanners ein Ist-Zustand gemessen und dieser mit
einem hinterlegten Sollzustand verglichen.
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Nachteilig
ist, dass keine Informationen über die
Höhe erhältlich sind,
so dass beispielsweise nicht festgestellt werden kann, ob sich ein
IC mit sämtlichen
Beinchen in den dafür
vorgesehenen Ausnehmungen der Platine findet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und
eine Vorrichtung anzugeben, mittels derer auch Informationen über die Höhe beispielsweise
von auf einer Platine befindlichen Bauteilen erhältlich sind.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass zur Veränderung
des zu erfassenden Fokusbereichs der Oberfläche der Platine zumindest der
in Richtung des Strahlenganges gesehen am nächsten zur Platine liegende
Spiegel in seiner Ausrichtung veränderbar gelagert ist. Das Spiegelsystem
kann im einfachsten Fall aus einem einzigen Spiegel bestehen. Für eine kompaktere
Ausführung
bietet sich an, wenn mehrere Spiegel vorgesehen sind, zwischen denen
der Strahl umgelenkt wird.
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Um
Informationen über
die Höhe
der Platine zu erhalten, wird die Bilderfassungseinrichtung und/oder
das Spiegel system beispielsweise zweimal relativ zu der Platine
bewegt, wobei die Ausrichtung des in Richtung des Strahlengangs
gesehen am nächsten
zur Platine liegenden Spiegels in den einzelnen Verfahrwegen verändert wird.
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Ein
Vergleich dieser beiden so gewonnenen Bildaufnahmen – sofern
zwei Verfahrwege erfolgt sind – erlaubt
einen Rückschluss
auf den Höhenverlauf.
Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob ein Bauteil hinreichend
in der Platine fixiert ist oder beispielsweise ein IC-Beinchen angehoben
ist. Darüber hinaus
können
sämtliche
andere wichtigen Parameter überprüft werden
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Bei
der Bilderfassungseinrichtung kann es sich beispielsweise um ein
CCD handeln, das zeilenmäßig die
Oberfläche
der Platine erfasst. Durch eine Relativbewegung von Bilderfassungseinrichtung
und Platine ergibt sich dann eine vollständige Bildaufnahme. Andere
Kameras sind selbstverständlich
denkbar.
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Die
Veränderung
der Ausrichtung des Spiegels kann motorisch, beispielsweise mittels
eines Elektromotors, erfolgen. Es sind aber auch andere Arten, beispielsweise
mittels eines Magneten, denkbar.
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Darüber hinaus
gewährleistet
die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine hohe Bildauflösung
und ermöglicht
eine hohe Prüfgeschwindigkeit.
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Zumindest
ein Spiegel kann um eine in einer zur Oberfläche der Platine parallelen
Ebene liegende, senkrecht zur Richtung der Relativbewegung ausgerichtete
Achse verschwenkbar gelagert sein.
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Die
Bilderfassungseinrichtung und das Spiegelsystem können als
verfahrbare Einheit ausgebildet sein. Bei einer solchen Ausführungsform
ist üblicherweise
die Platine ortsfest angeordnet, während die Bilderfassungseinrichtung
und das Spiegelsystem verfahrbar sind.
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Es
ist aber auch durchaus möglich,
dass die Bilderfassungseinrichtung und das Spiegelsystem ortsfest
ausgebildet sind und die Platine in Bezug auf die Bilderfassungseinrichtung
und das Spiegelsystem bewegt wird.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
können zumindest
einzelne Bauteile des Spiegelsystems, insbesondere der in Richtung
des Strahlenganges gesehen der Platine am nächsten liegende Spiegel, getrennt
verfahrbar ausgebildet sein. Bei einer solchen Ausführungsform
ist die Bilderfassungseinrichtung und ein davor angeordnetes Objektiv
vorzugsweise ortsfest ausgebildet. Durch Verfahren zumindest eines
einzelnen Bauteils des Spiegelsystems kann die zu überprüfende Oberfläche abgefahren werden.
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Innerhalb
des Spiegelsystems kann zumindest ein weiteres Bauteil zur Kompensation
der durch das Verfahren des der Platine am nächsten liegenden Spiegels verursachten
Fokusänderung
ebenfalls verfahrbar ausgebildet sein.
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Dabei
bietet sich an, wenn eine Einrichtung zur Koppelung der Verfahrbewegungen
vorgesehen ist. So können
die bewegten Bauteile um die gleichen oder aber um eine proportional
zueinander festgelegten Verfahrweg verfahren werden. Die Kopplung kann
mechanisch aber auch elektrisch ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
kann der Scanner oberseitig oder unterseitig angeordnet und zur
unterseitig bzw. zur oberseitig befindlichen Platine ausgerichtet
sein, so dass die Platine in normaler Ausrichtung überprüft wird
und eine aufwendige Handhabung zum Wenden der Platine entfällt. Auch
eine Anordnung von je einem Scanner oberseitig und unterseitig der
Platine ist möglich.
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Erfindungsgemäß kann eine
Beleuchtungsvorrichtung an dem Scanner angeordnet sein, so dass
unabhängig
von sonstigen Beleuchtungsverhältnissen
der gerade zu überprüfende Bereich
ausreichend erhellt ist. Außerdem
kann durch die gezielte Beleuchtung eines kleinen Bereichs die Beleuchtungsvorrichtung
geringer dimensioniert werden, was sowohl Strombedarf als auch Erhitzung
reduziert. Zu diesem Zweck kann die Beleuchtungsvorrichtung auch
von einer Hochfrequenzsteuerung lediglich während des Abtastvorgangs aktiviert
werden.
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Zur
hinreichenden Ausleuchtung des Fokusbereichs kann dabei auf der
in und/oder auf der entgegen die Verfahrrichtung befindlichen Seite
des in seiner Ausrichtung veränderbaren
Spiegels eine Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sein. Zumindest eine
Beleuchtungsvorrichtung kann als Leuchtstoffröhre ausgebildet sein, wobei
beispielsweise das Licht gebündelt
und durch einen Acrylstab geführt wird.
Sofern zwei Beleuchtungsvorrichtungen vorgesehen sind, kann je nach
der Stellung des Spiegels wahlweise nur eine Beleuchtungsvorrichtung
aktiv sein.
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Sofern
die Beleuchtungsvorrichtung ein hinreichend großes Feld ausleuchtet, bedarf
es keines Verdrehens der Beleuchtungsvorrichtung entsprechend der
Stellung des Spiegels. Sofern jedoch die Beleuchtungseinrichtung
lediglich eine verhältnismäßig geringen
Bereich ausleuchtet, bietet sich auch hier eine in ihrer Ausrichtung
veränderbare
Lagerung der Beleuchtungsvorrichtung an, damit die Beleuchtungsvorrichtung
der Stellung des Spiegels angepasst werden kann.
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Vorteilhafterweise
kann der Scanner gekapselt sein und eine der Platine zugewandte
Sichtscheibe in der Kapselung vorgesehen sein, so dass äußere Beeinträchtigungen,
insbesondere Verschmutzung, vermieden wird, welche die Abtastgenauigkeit vermindern
würde.
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Auch
kann eine Prüfprotokollausgabeeinrichtung,
insbesondere ein Barcodedrucker, vorgesehen sein, so dass bei einer
späteren
Fehlerüberprüfung das
Prüfprotokoll
einfach eingelesen werden kann.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann eine insbesondere fernabfragbare Datenschnittstelle
vorgesehen sein, so dass bei Problemen oder dergleichen eine Diagnose
und/oder Steuerung auch von außerhalb
möglich
ist. Hierfür kann
die Datenschnittstelle z. B. an einem Mobiltelefon oder am Festnetz
angeschlossen sein.
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Erfindungsgemäß kann eine
elektronische Anzeigevorrichtung, insbesondere ein Monitor, ein LCD-
oder TFT-Bildschirm oder dergleichen vorgesehen sein, wobei die
Datenverarbeitungseinrichtung zur Anzeige von Abweichungen des Ist-Zustandes vom
abgespeicherten Soll-Zustand, insbesondere mittels Markierung durch
auf einen gemeinsamen Schnittpunkt weisenden Pfeildarstellungen
auf einem vergrößerten Ausschnitt,
mit der elektronischen Anzeigevorrichtung verbunden sein kann.
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Auch
kann die Datenverarbeitungseinrichtung zur Anzeige von Abweichungen
des Ist-Zustandes vom abgespeicherten Soll-Zustand einen Laser zur
Fehleranzeige auf der Platine aufweisen, so dass auch ohne Anzeigevorrichtung
eine Fehleranzeige erfolgen kann.
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Vorzugsweise
kann bei Integration der Vorrichtung in eine Produktionslinie eine
Hubeinrichtung zum Abheben der Platine vom Förderband und Ausrichten unterhalb
des Scanners vorgesehen sein, so dass das Förderband ohne Unterbrechung
weiterlaufen kann und nicht angehalten werden muss.
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Erfindungsgemäß können bei
Ausbildung der Vorrichtung als separates Gerät Befestigungsmittel zum Halten
und Ausrichten der Platine, insbesondere magnetische Stufenhalter
auf einer kunststoffbeschichteten Eisenplatte oder dergleichen vorgesehen
sein, so dass abhängig
von der Größe und Dichte
der Platine und/oder der darauf befindlichen Bauteile eine Anpassung
an die Brennweite des Scanners erfolgen kann.
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Im
Folgenden werden in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei
der die Bilderfassungseinrichtung und das Spiegelsystem als Einheit
ausgebildet sind,
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2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei
der das Spiegelsystem getrennt verfahrbar ist, und
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3 den Gegenstand nach 2 in einer anderen Spiegelstellung.
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In
allen Figuren werden für
gleiche bzw. gleichartige Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen
verwendet.
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In 1 ist eine Platine 1 dargestellt,
auf deren Oberfläche
mehrere Bauteile 2 aufgebracht sind. Zur optischen Qualitätskontrolle
befindet sich in einem geringen Abstand über dieser eine Bilderfassungseinrichtung 3 mit
einem vorgeschalteten Objektiv 4 bestehend aus diversen
lediglich angedeuteten Linsen. Ferner ist ein Spiegelsystem 5 vorgesehen, das
in dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
aus sieben Spiegeln 6a bis 6g besteht, über die das
reflektierte Licht von der Platine 1 zu der Bilderfassungseinrichtung 3 weitergeleitet
wird.
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Der
der Platine 1 in Richtung des Strahlenganges 7 gesehen
am nächsten
zur Platine 1 liegende Spiegel 6a ist um eine
in einer zur Oberfläche
der Platine 1 parallelen Ebene liegende, senkrecht zur Richtung
der Relativbewegung 8 ausgerichtete Achse 9 verschwenkbar
gelagert ist, so dass der Betrachtungswinkel α, α' beliebig einstellbar ist.
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Beidseits
des verdrehbaren Spiegels 6a ist in und entgegen der Transportrichtung
(Relativbewegung 8) gesehen je eine Beleuchtungsvorrichtung 10 angeordnet,
damit der Fokusbereich entsprechend ausgeleuchtet wird. Sofern die
Beleuchtungsvorrichtungen 10 einen entsprechend großen Bereich
der Oberfläche
der Platine 1 ausleuchten, können die Beleuchtungsvorrichtungen 10 starr
montiert sein. Sofern dies nicht der Fall sein sollte, bietet sich
auch hier eine entsprechende verdrehbare Lagerung an, so dass die
Beleuchtungsvorrichtungen 10 an die Stellung des Spiegels 6a angepasst
werden können.
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Bei
dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die Bilderfassungseinrichtung 3 mit dem Objektiv 4 und
das Spiegelsystem 5 als Einheit 11 ausgebildet.
Bei der optischen Erfassung wird die Einheit 11 relativ
zur Platine 1 in Transportrichtung (Relativbewegung 8)
bewegt, wobei der verdrehbare Spiegel 6a so eingestellt
ist, dass sich der Betrachtungswinkel a ergibt. Hierdurch erhält man eine
erste Bildaufnahme.
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Zur
Herstellung einer zweiten Bildaufnahme wird der Spiegel 6a dann
in eine andere Stellung durch Verschwenken gebracht, so dass sich
ein Winkel α', sowie er in 3 skizzenhaft dargestellt
ist, einstellt. Sodann wird die Einheit 11 nochmals in
Bezug auf die Platine 1 relativ verfahren. Durch Vergleich
beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Datenverarbeitungsanlage,
dieser so durch unterschiedliche Betrachtungswinkel (α und α') erhaltenen Bilder
können
Informationen über
die Höhe
gewonnen werden.
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Bei
der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform
besteht das Spiegelsystem 5 lediglich aus drei Spiegeln 6a bis 6c,
wobei hier die Spiegel 6b und 6c als Einheit 12 ausgebildet
sind. Die Bilderfassungseinrichtung 3 und das Objektiv 4 sind
dabei ortsfest. Bei der optischen Überprüfung wird der verdrehbare Spiegel 6a sowie
die aus den Spiegeln 6b und 6c ausgebildete Einheit 12 in
Bezug auf die Platine 1 verfahren.
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Um
eine konstante Strahlenlänge
zu gewährleisten
und die durch das Verfahren des der Platine am nächsten liegenden Spiegels 6a verursachte Fokusänderung
zu kompensieren, wird bei Verfahren des Spiegels 6a in
Richtung des Pfeils 13 um den Betrag X die Einheit 12 aus
den Spiegeln 6b und 6c um den Betrag X/2 in Richtung
des Pfeils 14 verfahren. Zur Koordination der Verfahrwege
des Spiegels 6a und der Einheit 12 kann eine nicht
dargestellte Kopplungseinrichtung vorgesehen sein.
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In
den 2 und 3 sind zur besseren Veranschaulichung
nochmals zwei unterschiedliche Stellungen des Spiegels 6a und
die daraus unterschiedlich resultierenden Betrachtungswinkel α und α' eingetragen.