DE202006009819U1

DE202006009819U1 - Vorrichtung zur visuellen Inspektion von Prüflingen

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Publication number: DE202006009819U1
Application number: DE200620009819
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2016-06-24

Abstract

Vorrichtung zur visuellen Inspektion von Prüflingen, insbesondere von bestückten Leiterplatten, umfassend
– eine Trägereinheit (2) für die definierte Positionierung des zu inspizierenden Prüflings (3),
gekennzeichnet durch
– eine hochauflösende Einzelbild-Kamera (4) für die Anfertigung einer Einzelbildaufnahme der gesamten Prüfzone (3), und
– eine zentrale Steuer- und Auswerte-Einheit (8) zur Steuerung und Auswertung der Einzelbildaufnahme derart, dass definierte Prüf-Teilzonen (9) der Prüfzone (3) selektierbar und mit einem an den Soll-Zustand des Prüflings (3) in der definierten Prüf-Teilzone (9) angepassten Bildauswertungs-Algorithmus auf den korrekten Zustand des Prüflings (3) in dieser definierten Prüf-Teilzone (9) auswertbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur visuellen Inspektion von Prüflingen, insbesondere von bestückten Leiterplatten, mit einer Trägereinheit für die definierte Positionierung des zu inspizierenden Prüflings.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Prüfgeräte bekannt, die auf der Basis einer Videokamera arbeiten. Der auf der Trägereinheit positionierte Prüfling wird dabei mit der auf einem zweiachsigen Positioniersystem angeordneten Videokamera in bestimmten Prüfzonen angefahren. Die danach aufgenommenen Videosequenzen der entsprechenden Prüf-Teilzone werden dann mit Hilfe geeigneter Bildauswertungs-Algorithmen ausgewertet.
Aufgrund des Einsatzes einer Video-Kamera sind die Bildauflösung und Farbtreue begrenzt. Darüber hinaus ist aufgrund des Anfahrens einzelner Prüf-Teilzonen in zeitlicher Aufeinanderfolge pro Prüfling mit einer beträchtlichen Abtast- und Auswertedauer zu rechnen.
Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur visuellen Inspektion von Prüflingen so zu verbessern, dass bei einfachem konstruktiven Aufbau die Bildaufnahmequalität und Abtastdauer pro Prüfling verbessert werden.
Diese Aufnahme wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach wendet sich die Erfindung von der Verwendung einer Video-Kamera ab und setzt für die Erfassung der zu überprüfenden Zone eine hoch auflösende Einzelbild-Kamera ein. Diese fertigt grundsätzlich von der gesamten zu überprüfenden Zone – also in der Regel vom gesamten Prüfling – eine Einzelbildaufnahme als Basis für die Inspektion definierter Prüf-Teilzonen an.
Mit Hilfe einer zentralen Steuer- und Auswerte-Einheit wird die jeweilige Einzelbildaufnahme des Prüflings so gesteuert und ausgewertet, dass definierte Prüf-Teilzonen des Prüflings selektiert und ausgewertet werden. Für die Auswertung wird ein an den Soll-Zustand des Prüflings in der jeweils definierten Prüf-Teilzone angepasster Bildauswertungs-Algorithmus eingesetzt, der den Prüfling auf seinen korrekten Zustand in der definierten Prüf-Teilzone auswertet.
Mit Vorteil ist durch die verwendete Einzelbild-Kamera im Vergleich zu Videokameras eine sehr lange Belichtungszeit bei kleiner Blende anwendbar, was eine scharfe Bildaufnahme bei sehr hoher Bildauflösung und Farbtreue ermöglicht. Das somit geschaffene Einzelbild kann dann einer intensiven automatischen Analyse zur Fehlerfindung beim Prüfling unterzogen werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Entsprechende Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich dabei aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung. Diese
1 zeigt eine höchst schematische Ansicht einer Inspektionsvorrichtung.
In der beigefügten Zeichnung ist ein Grundgestell für die Inspektionsvorrichtung mit 1 bezeichnet. Daran ist eine Trägereinheit 2 angeordnet, die zur definierten Positionierung des zu inspizierenden Prüflings dient. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um eine bestückte Leiterplatte 3.
Oberhalb der Trägereinheit 2 ist eine hoch auflösende Einzelbild-Kamera 4 am Grundgestell 1 aufgehängt, deren Bildfeld 5 die gesamte Leiterplatte 3 als zu überprüfende Zone erfasst. Bei der Kamera kann es sich beispielsweise um eine handelsübliche digitale Stillbild-Kamera mit hoher Auflösung handeln. Zur Ausleuchtung der Leiterplatte 3 ist eine Beleuchtungseinheit mit zwei oder mehr diffusen Strahlern 6 vorgesehen. Die Kamera 4 selbst weist ein Zoom-Objektiv 7 zur Anpassung des Bildfeldes 5 an die Dimensionen der jeweils zu überprüfenden Leiterplatte 3 auf.
Zur Steuerung der Kamera 4 und der Auswertung der davon aufgenommenen Einzelbildaufnahmen der Leiterplatte 3 ist eine schematisch mit 8 angedeutete Steuer- und Auswerteeinheit auf der Basis eines handelsüblichen PC's vorgesehen und mit der Kamera 4 sowie gegebenenfalls mit der Trägereinheit 2 verbunden.
Mit Hilfe dieser Steuer- und Auswerte-Einheit 8 wird die Einzelbildaufnahme der Leiterplatte 3 ausgewertet. Dazu wird die Leiterplatte 3 bzw. ihre Aufnahme in eine Vielzahl von definierten Prüf-Teilzonen 9 – sogenannte „ROI's" (= regions of interest) – unterteilt, wie beispielsweise die Anschlussbeine 10 der IC's 11, der Elektrolytkondensator 12, die Leuchtdiode 13 oder der Widerstand 14. Je nach Prüf-Teilzone 9 werden verschiedene Bildauswertungs-Algorithmen von der Steuer- und Auswerte-Einheit 8 auf die jeweilige Prüf-Teilzone 9 angewendet. Als Beispiele sind zu nennen:

– Farbe: In der Prüf-Teilzone 9 dominiert eine Farbe. Dieser Algorithmus ist sinnvoll für die Anwesenheitsprüfung von farbigen Bauelementen.
– Grauwert: In der Prüf-Teilzone dominiert ein Grauwert. Dieser Algorithmus ist gut geeignet, um Bauteile auf Anwesenheit zu prüfen.
– Kantenanalyse: Im Prüffenster werden die Kantenpixel anhand der Farbunterschiede berechnet. Hiermit lassen sich zum Beispiel Aufkleber oder Kanten von IC's untersuchen.
– Grauwerthistogramm: Die Verteilung dunkel- und hellgrauer Bildpunkte lässt erkennen, ob z. B. die Lasche eines Metallgehäuses umgebogen ist.

Grundsätzlich können dabei mathematische Algorithmen, wie die Flächenschwerpunktbestimmung, Gauß'sche Ausgleichsgeraden-Berechnung, Schwarz-Weiß-Quantifizierung, Hochpass-Funktionen oder die Ermittlung von Schwerpunkt und Gradient des Farbverlaufes in der Prüf-Teilzone 9 eingesetzt werden. Speziell für zu spezifizierende Anschlussbeine 10 der IC's 11 kann ein helligkeitssensitiver Fang-Algorithmus eingesetzt werden.
Für die Stabilität und Wiederholbarkeit der Prüfung kann ferner eine Normierung der Einzelbildaufnahme nach Helligkeits- und Farbwerten vorgenommen werden. Dies erfolgt, in dem der Mittelwert über alle Bildpunkt der Aufnahme gebildet und die Werte der einzelnen Bild-Pixel darauf nor miert werden. Damit wird eine weitgehende Unabhängigkeit von Fremdlichteinflüssen erreicht.
Nach dieser Normierung kann ferner eine Schwarz-Weiß-Quantifizierung mit Hilfe einer Kontrast- und Hochpass-Funktion durchgeführt werden. Dadurch treten die Kanten des Prüflings in den einzelnen Prüf-Teilzonen 9 deutlich hervor. Damit kann eine automatische Ausrichtung nach Konturen der Leiterplatte 3 in bestimmten Prüf-Teilzonen 9 erreicht werden. So ist nach einer ersten Grobausrichtung der Leiterplatte 3 auf der Trägereinheit 2 eine Feinausrichtung beispielsweise nach speziellen Punkten, wie Fanglöchern oder Passermarken, realisierbar, um eine für eine zuverlässige Fehlerfindung hochpräzise Positionierung der Prüf-Teilzonen 9 zu erreichen.
In ihrer Anwendung kann die Inspektionsvorrichtung generell das Vorhandensein und die Orientierung von Bauteilen, wie Blockkondensatoren, Polaritäten von Elektrolytkondensatoren, Polaritäten von Dioden, Schutzdioden, Zenerdioden, Varistoren sowie die Anwesenheit aller Arten von mechanischen Bauteilen, wie beispielsweise Kühlblechen, Schrauben oder Schirmblechen realisieren. Um dabei Verpolungsfehler von Bauteilen zu finden, können mathematische Algorithmen zur Bestimmung von Schwerpunkt und Gradient des Farbverlaufs genutzt werden. Für jede der Grundfarben rot-grün-blau erfolgt eine getrennte zweidimensionale Bestimmung. Die Werte für Schwerpunkt und Gradient werden dann anhand eines Gut-Musters gelernt. Fehlerhafte Leiterplatten 3 werden anhand von Abweichungen von einem vorgegebenen und einstellbaren Toleranzbereich für die entsprechenden Parameter in der jeweiligen Prüf-Teilzone 9 ermittelt.
Vorteilhafterweise kann die beschriebene Inspektionsvorrichtung als Zusatz zu einem sogenannten Incircuit-Tester eingesetzt werden. Damit kann ein Teil der Fehlerquellen, die die durch diesen Incircuit-Tester nicht ermittelbar sind, gefunden werden, so dass sich die manuelle Sichtprüfung der Leiterplatte erheblich verkürzen oder ganz automatisieren lasst.

Claims

Vorrichtung zur visuellen Inspektion von Prüflingen, insbesondere von bestückten Leiterplatten, umfassend – eine Trägereinheit (2) für die definierte Positionierung des zu inspizierenden Prüflings (3), gekennzeichnet durch – eine hochauflösende Einzelbild-Kamera (4) für die Anfertigung einer Einzelbildaufnahme der gesamten Prüfzone (3), und – eine zentrale Steuer- und Auswerte-Einheit (8) zur Steuerung und Auswertung der Einzelbildaufnahme derart, dass definierte Prüf-Teilzonen (9) der Prüfzone (3) selektierbar und mit einem an den Soll-Zustand des Prüflings (3) in der definierten Prüf-Teilzone (9) angepassten Bildauswertungs-Algorithmus auf den korrekten Zustand des Prüflings (3) in dieser definierten Prüf-Teilzone (9) auswertbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbild-Kamera (4) mit langer Belichtungszeit und kleiner Blende arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Steuer- und Auswerte-Einheit (8) eine nach Helligkeits- und/oder Farbwerten normierte Einzelbildaufnahme zur Auswertung erstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die normierte Einzelbildaufnahme zur Kantenselektion in der Prüf-Teilzone (9) des Prüflings (3) einer Schwarz-Weiß-Quantifizierung unterziehbar ist, auf deren Basis der Prüfling (3) in seiner Positionierung für eine weitere Prüf-Einzelbild-Aufnahme feinjustierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerte-Einheit (8) als Bildauswertungs-Algorithmen mathematische Algorithmen, wie Flächenschwerpunktbestimmung, Gauß'sche Ausgleichsgeraden-Berechnung, Schwarz-Weiß-Quantifizierung, Hochpass-Funktionen oder die Ermittlung von Schwerpunkt und Gradient des Farbverlaufes in der Prüf-Teilzone (9) einsetzt.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche zur Inspektion von Anschlussbeinen (10) von elektronischen Bauelementen (11), dadurch gekennzeichnet, dass ein zu inspizierendes Anschlussbein (10) mit Hilfe eines helligkeitssensitiven Fang-Algorithmus jeweils auf das Vorhandensein einer reflektierenden Pin-Fläche auswertbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Zusatz-Einrichtung zu einem elektrischen Tester eingesetzt ist.