DE2554830C3 - Optische Prüfeinrichtung für die Bauteilbestückung elektrischer Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Prüfeinrichtung für die Bauteilbestückung elektrischer Leiterplatten durch Bildvergleich.

Die Bestückung von Leiterplatten wird in der Fertigungstechnik zum überwiegenden Teil von Hand vorgenommen. Maschinelle und automatische Bestükkungseinrichtungen haben in der Elektronikindustrie nicht zu den gewünschten Erfolgen geführt. Die der manuellen Bestückung zugrunde liegenden Vorausset-S zungen führen in Abhängigkeit von den vorgegebenen äußeren Bedingungen wie z. B. der Gestaltung des Arbeitsplatzes, der Arbeitsvorbereitung und der Arbeitsorganisation im allgemeinen, zu verschieden großen Fehlern, die in der Endprüfung und Korrektur zu recht hohen Kosten führen können. Da die Bestückung am Anfang eines meist umfangreichen Arbeitsvorganges steht, ist es somit sehr wesentlich, die Anzahl der Bestückungsfehler so klein wie möglich zu halten. Neben technologischen Veränderungen im Bearbeitungsprozeß hat sich daher eine visuelle Kontrolle der bestückten Leiterplatten vor und nach dem Lötprozeß eingeführt. Die visuelle Prüfung ist an sich eine der einfachsten Prüfungen und dadurch gekennzeichnet, daß durch den Erkennungsvorgang durch den Prüfer und die gedankliche Neutralisierung unbedeutender Abweichungen, beispielsweise der Geometrie der Form oder Lage, erst durch den Menschen bestimmte Prüfungen mit vertretbarem Aufwand möglich sind.

Die Methoden, die bei der visuellen Prüfung angewendet werden, sind im wesentlichen durch die Heranziehung technischer Hilfsmittel oder durch den Verzicht auf diese gekennzeichnet.

Die visuelle Prüfung für bestückte Leiterplatten ohne technische Hilfsmittel wird nur in seltenen Fällen angewendet. Es stehen oft keine geeigneten Arbeitskräfte zur Verfügung, und der Erfolg der Prüfung ist durch den schwer nachweisbaren Nutzen umstritten. Es werden hier zwei Leiterplatten miteinander verglichen, wobei stets nur ein kleiner Ausschnitt des ganzen Bildes ins Gedächtnis aufgenommen wird und durch Änderung der Blickrichtung der gleiche Abschnitt auf der anderen Leiterplatte aufgesucht und der Vergleich mit dem im Gedächtnis gespeicherten Bild durchgeführt wird. Da nur sehr geübte Prüfer Bilder mit mehr als vier bis fünf verschiedenen Bauelementen im Gedächtnis speichern können, um diese dann in rascher Folge mit dem Vergleichsbild vergleichen zu können, muß dieser Vorgang pro Leiterplatte sehr oft wiederholt werden. Diese Methode ist daher durch die fortdauernde sprunghafte Änderung der Blickrichtung sehr ermüdend, die Anzahl der Fehler durch Nachlassen der Konzentration sehr groß. Überdies vermeint der Prüfer, alle Einzelheiten sehr rasch im Gedächtnis gespeichert zu haben, dadurch kommt es sehr leicht zu einzelnen Irrtümern, vor allem aber können äußerst kostspielige serielle Fehler auftreten.

Man hat daher bereits verschiedene Hilfsmittel entwickelt, die auf optischem Wege die genannten Nachteile des Untersuchungsverfahrens einengen sollen. Es ist beispielsweise aus der Astrophysik oder der Astrometrie bekannt, das sogenannten Flimmerbildverfahren zur Auffindung neuer stellarer Objekte heranzuziehen. Bei diesem Verfahren werden zwei photographische Aufnahmen eines vorgegebenen Himmelsausschnittes je einem Auge des Betrachters mit an sich bekannten optischen Hilfsmitteln zugeführt. Eines der beiden Bilder wird nicht mit Dauerlicht, sondern mit intermittierenden Lichtimpulsen beleuchtet. Werden die beiden Bilder durch entsprechende Verschiebung miteinander zur Deckung gebracht, so werden jene Objekte, die auf der mit intermittierendem Licht beleuchteten Platte gegenüber der mit Dauerlicht beleuchteten anderen Platte zusätzlich vorhanden sind,

als periodisch aufleuchtende Lichtpunkte die Aufmerksamkeit des Betrachters in ungleich stärkerem Maß auf r,^;ch ziehen, als dies bei irgendeiner anderen Vergleichsmethode der Fall sein könnte. Es liegt nahe, dieses dem Optiker seit langem bekannte Verfahren auch auf die Prüfung von Leiterplatten zu übertragen. Dieses als Wechselbildverfahren in letzter Zeit in die Prüftechnik eingeführte Verfahren nutzt die Tatsache aus, daß eine Leiterplatte im äußeren Aufbau gleich den anderen innerhalb einer Serie eines bestimmten Typs ist. Durch die sinngemäß? Übertragung des bereits beschriebenen Verfahrens kann also eine wesentliche Vereinfachung des Prüfverfahrens erzielt werden. Der Prüfer hat lediglich nach einem von ihm zu wählenden System das Bild nach Flimmerstellen abzusuchen. Eine Erweiterung einer derartigen Vorgehensweise kann noch darin bestehen, daß die zu vergleichenden Bilder mit Licht verschiedener Farben beleuchtet werden, so daß eine Übeldeckung von Leiterplatten mit darin aufflackernden andersfarbigen Indikatorpunkten zustande kommt. Die Wahl der Bildfoigefrequenz kann je nach der subjektiven Einstellung des Prüfers stufenlos vorgenommen werden, wobei eine Erhöhung der Bildfolgefrequenz über 20 Hz jedoch nicht zweckmäßig ist. Zur Unterbrechung des einen Lichtkanals wird bei der bekannten Ausführung ein Chopper verwendet, die Betrachtung erfolgt auf einem Bildschirm. Bei lang dauernder Betrachtung kommt jedoch auch be der Anwendung des Wechselbildverfahrens subjektive Ermüdungserscheinungen zum Vorschein, die zwar nicht zum Auftreten von Fehlerserien oder anderer Anzukömmlichkeiten in der Fertigung führen, jedoch eine hohe physiologische Belastung des Prüfers zu zufolge der im aligemeinen niedrigen Leuchtdichte, des zur Prüfung erforderlichen abgedunkelten Raumes und der erforderlichen Anpassung der Bildfolgefrequenz an den jeweils vorliegenden Kontrast, an die Größe der Bauelemente und deren Lageabweichung bedingen. Die erforderlichen Prüfzeiten können bis zu mehreren Minuten betragen.

Aus der DT-OS 21 38 238 ist es bekannt, vom zu prüfenden Objekt und der Vorlage je ein Abbild zu erstellen, wobei durch Überlagerung und Differenzbildung der Bildinhalte dieser flächenhaften Abbilder ein Differenzinhalt angezeigt wird. Nach diesem Verfahren werden somit flächenhafte Bildinhalte durch apparative Hilfsmittel derart miteinander verknüpft, daß der Prüfvorgang nur noch in der Kenntnisnahme eines bereits zur Gänze vorbereiteten Signals besteht. Die durch diese Lösung erreichte Vereinfachung des Prüfverfahrens macht allerdingt einen gewissen technischen Aufwand erforderlich und beschränkt sich daher wohl meist auf besondere Anwendungsfälle.

Auch nach der FR-PS 20 94 751 werden flächenhafte Bilder in ihrer ganzen Ausdehnung miteinander durch eine elektronische Chopperschaltung nacheinander wechselnd in einem Summen- oder Differenzbild miteinander verglichen, wobei neben dem beachtlichen technischen Aufwand auch noch die bekannten Ermüdungserscheinungen bei Wechselbilddarstellung und längerer Prüfdauer zu berücksichtigen sind.

Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, den Vergleich von Prüfgegenstand und Vorlage durch einfache optisch mechanische Mittel unter Ausnutzung der Bewegung der zu vergleichenden Gegenstände gegenüber einer optischen Symmetrieachse der Prüfung rasch und zuverlässig durchzuführen.

Es ist daher von wesentlichem Interesse, über eine Prüfmethode zu verfügen, die den subjektiven physiologischen Sinneseindruck beim Prüfer noch weiter erhöht, als dies bei den bekannten Einrichtungen bereits der Fall ist

Die Erfindung besteht darin, daß optische Abbildungselemente vorgesehen sind, die auf einem Sichtschirm nebeneinander je ein Bild eines zugeordneten Ausschnittes der zu vergleichenden Leiterplatten erzeugen, und daß diese Bilder aneinander grenzend zueinander spiegelverkehrt sind und daß mechanische Einrichtungen zur zwangsgekoppelten Bewegung der Leiterplatten symmetrisch zu der die Einzelbilder trennenden Grenzlinie des Strahlenganges vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine Vermeidung der Augenbelastung bei der sprunghaften Blickrichtungsänderung, eine Vermeidung der Gedächtnisbelastung. Durch die symmetrische Darstellung der beiden Bilder wird eine sehr starke subjektive Überhöhung der Vergleichbarkeit erzielt, wobei die technische Praxis gezeigt hat, daß durch das Verschieben der Leiterplatten während des Vergleichsvorganges das Bild aus der Trennungslinie räumlich hervorzuquellen scheint und sich die Bauelemente symmetrisch voneinander zu entfernen scheinen. Vor allem macht es das erfindungsgemäße Verfahren möglich, auf die Anwendung der bekannten sinnesphysiologisch ungünstigen Choppereinrichtungen zu verzichten und mit Gleichlicht einer beliebig wählbaren Farbe zu arbeiten. Abweichungen in Größe, Farbe oder Form der Bauelemente werden nach dem Gesagten sofort deutlich erkennbar. Die Erkennung von Beschriftungen ist nicht störend durch die spiegelbildliche Darstellung beeinflußt, da die Betrachtung der Trennungslinie in jedem Fall beim Heraustreten des Einzelbildes fehlende Zusammenhänge erkennen läßt und die explizite Wahrnehmung des Schriftinhaltes nicht erforderlich ist.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Durch die Lichtquellen 1 und 1' wird die zu prüfende Leiterplatte 2 und die ihr zugeordnete Vergleichsplatte 2' beleuchtet. In der Symmetrieebene des Bildschirmträgers 3 mit dem Bildschirm 4 ist die Dachkante eines Spiegelprismas 5 angeordnet, durch welches im Zusammenwirken mit den Optiken 6 und 6' ein Bild der zugeordneten Ausschnitte der Leiterplatte 2 und der Vergleichsplatte 2' auf dem Bildschirm 4 erzeugt wird. Zur Erzielung des erfindungsgemäß vorteilhaften Effektes der symmetrisch umgekehrten Darstellung der beiden Bilder ist ein Planspiegel 7 im Strahlengang der von der Leiterplatte 2 ausgehenden, bilderzeugenden Lichststrahlung vorgesehen. Die Bewegungsrichtung der Leiterplatte 2 und der Vergleichsplatte 2' ist in der Zeichnung durch Pfeile angegeben.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung sind die Optiken 6 und 6' als Vergrößerungsoptiken ausgebildet. Vorzugsweise kann eine stufenlose Veränderung des Abbildungsmaßstabes dieser Optiken vorgesehen sein. Es ist überdies möglich, wenn auch in der Zeichnung nicht dargestellt, in den Strahlengang entweder der Lichtqueller, oder des bilderzeugenden Systems Farbfilter einzuschalten. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels kann darin bestehen, daß die Übergangsstelle der Projektionsbilder der Leiterplatte 2 und der Vergleichsplatte 2', welche nahtförmig entlang der Symmetrieebene über den Bildschirm 4 verläuft, durrh einen Ahrlprkureifpn am

lichtundurchlässigem Material bedeckt wird. Eine weitere Variante kann darin bestehen, daß als Lichtquellen Strahler einer nicht mehr sichtbaren Lichtart, beispielsweise ultravioletter Strahlung, vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Optische Prüfeinrichtung für die Bauteilbestükkung elektrischer Leiterplatten durch Bildvergleich, dadurch gekennzeichnet, daß optische Abbildungselemente vorgesehen sind, die auf einem Sichtschirm nebeneinander je ein Bild eines zugeordneten Ausschnittes der zu vergleichenden Leiterplatten erzeugen, und daß diese Bilder aneinander grenzend zueinander spiegeiverkehrt sind und daß mechanische Einrichtungen zur zwangsgekoppelten Bewegung der Leiterplatten symmetrisch zu der die Einzelbilder trennenden Grenzlinie des Strahlenganges vorgesehen sind.

2. Optische Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildschirmträger (3) mit einem Bildschirm (4) vorgesehen ist, in dessen Symmntrieebene die Dachkante eines dem Bildschirm (4) zugewendeten Spiegelprismas (5) angeordnet ist, und daß die beiden in der Dachkante zusammentreffenden Spiegelflächen des Spiegelprismas (5) Strahlenumlenkelemente des den zugeordneten Leiterplatten (2) und der Vergleichsplatte (2') entsprechenden Strahlenganges sind, wobei im Bildschirmträger (3) einem jeden Strahlengang eine Optik (6) und (6') vorgesehen ist und daß im Strahlengang des von der Leiterplatte (2) ausgehenden bilderzeugenden Strahlenbündels ein weiterer Planspiegel (7) vorgesehen ist, dessen Fläche parallel zu der ihm zugeordneten Seitenfläche des Spiegelprismas angeordnet ist, und daß die optische Achse vom Mittelpunkt des betrachteten Leiterplattenausschnittes und des diesem entsprechenden Bildes auf dem Bildschirm (4) durch die Mittelpunkte der bilderzeugenden Elemente verläuft.

3. Optische Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optiken als Projektions-Vergrößerungsoptiken ausgebildet sind.

4. Optische Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optiken (6) und (6') eine stufenlose Veränderung des Abbildungsmaßstabes bewirken.

5. Optische Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang für die Bilderzeugung Farbfilter eingeschaltet sind.

6. Optische Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Übergangsstelle der Projektionsbilder von Leiterplatte (2) und Vergleichsplatte (2') am Bildschirm (4) ein Abdeckstreifen aus lichtundurchlässigem Material vorgesehen ist.

7. Optische Prüfeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen Strahler einer außerhalb des Sichtbaren liegenden Lichtart, vorzugsweise ultravioletter Strahlen, sind.