DE3040539A1

DE3040539A1 - Simultaneous scanning of contacts on circuit cards - has photodetector array receiving reflected signals from displayed tactile sensors

Info

Publication number: DE3040539A1
Application number: DE19803040539
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing. 8150 Holzkirchen Doemens
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1980-10-28
Publication date: 1982-05-27

Abstract

An optical sensing system is used to indicate the presence or absence of a contact on a printed circuit card. The printed circuit card (1) has contact pins (4) in a range of positions. The card is passed beneath an array of movable sensing elements (3) that have a reflective top surface. A bank of photo detectors (7) are located above the sawing element array and these receive the reflected light that is focussed by a lens system. The photodetectors are arranged to generate a binary coded pattern.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum simultanen Abtasten einer Vielzahl von Kontaktstellen mit einem taktilen Sensor.Method and apparatus for the simultaneous scanning of a plurality of Contact points with a tactile sensor.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum simultanen Abtasten einer Vielzahl-von Kontaktstellen mit einem taktilen Sensor, insbesondere zum Abtasten der Kontaktstellen von maschinell bestückten elektronischen Leiterplatten auf der Schwallselte.The invention relates to a method and a device for simultaneous Scanning a large number of contact points with a tactile sensor, in particular for scanning the contact points of machine-fitted electronic circuit boards on the Schwallselte.

Die Bestückung von Flachbaugruppen mit Bauelementen wird in zunehmendem Maße mit Automaten durchgeführt. Bei dieser maschinellen Bestückung von Leiterplatten mit integrierten Schaltkreisen können Bestückungsfehler entstehen, wenn die Anschlußstifte eines IC's nicht vollzählig durch die Bohrungen gesteckt sind. Die Folge davon ist eine unvollständige oder vollkommen fehlende Lötverbindung an dieser Stelle. Besonders geSEhrdend für die spätere Funktion der Flachbaugruppen sind solche Bestückungsfehler, die durch Umbiegen der Anschluß stifte auf der Schwallseite gekennzeichnet sind. Es liegt zunächst durch BerUhrung eine elektrische Verbindung vor, die-aber im Betrieb durch mechanische oder thermische Belastungen leicht in eine Unterbrechung umgewandelt werden kann. Die zunehmend hohe Bestückungsdichte sowie Vergrößerung der Leiterplattenformate führen auch bei einer äußerst geringen Fehlerrate bei der automatischen Bestückung zu einem relativ hohen Anteil von elektrisch nicht funktionsfahi#~gen Leiterplatten.The assembly of printed circuit boards with components is increasing Measurements carried out with automatic machines. With this machine assembly of printed circuit boards with integrated circuits, assembly errors can arise if the connector pins of an IC are not completely inserted through the holes. The consequence of this is an incomplete or completely missing soldered connection at this point. Particularly Such assembly errors are detrimental to the subsequent function of the flat modules marked by bending the connector pins on the surge side. There is initially an electrical connection through contact, but this is in operation easily converted into an interruption by mechanical or thermal loads can be. The increasingly high assembly density and the enlargement of the printed circuit board formats lead even with an extremely low error rate in automatic assembly to a relatively high proportion of electrically non-functional circuit boards.

Zur Auffindung dieser Fehler behilft man sich zur Zeit damit, die bestückten Flachbaugruppen visuell auf der Schwallseite auf Vollzähligkeit der Anschluß stifte zu prüfen. Bestückungsfehler der oben beschriebenen Art sind jedoch mit dem Auge äußerst schwierig zu finden und die Prüfsicherheit ist dementsprechend gering.To find these errors one currently avoids the equipped flat modules visually on the surge side for completeness of the connection pin check. Assembly errors of the type described above are however, it is extremely difficult to find with the eye and the test reliability is accordingly small amount.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Verfahren und eine Vorrichtung zu realisieren, die# eine automatisierte Prüfung insbesondere v.on maschinell bestückten Leiterplatten auf Vollzähligkeit der Anschlußstifte auf der Schwallseite ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach der Erfindung dadurch realisiert, daß mit dem taktilen Sensor bei paralleler Auflichtbeleuchtung eine Höhenänderung auf der Leiterplatte in eine Lichtintensitätsänderung ungesetzt wird, die über eine Fotodiodenzeile erfaßt ein binäres Muster der Bauelementanschlüs.<e liefert, aus dem nach einer Auswertung fehlende Stiftenden zu erkennen sind.The invention is based on the object described at the outset To implement a method and a device that # an automated test In particular of machine-assembled printed circuit boards for completeness of the connection pins enabled on the surge side. This task is carried out with a method according to the Invention realized that with the tactile sensor with parallel incident light illumination a change in height on the circuit board is converted into a change in light intensity which detects a binary pattern of the component connections via a line of photodiodes. <e supplies, from which missing pin ends can be recognized after an evaluation.

Ein derartiges Verfahren führt neben einer Rationalisierung der bisherigen visuellen Prüfung sowie einer erheblichen Einsparung in den Prüffeldarbeiten zu einer verbesserten Zuverlässigkeit von Flachbaugruppen.Such a method leads in addition to a rationalization of the previous one visual inspection as well as considerable savings in the test field work improved reliability of printed circuit boards.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß sich der taktile- Sensor aus einer Zeile von Federelementen aufbaut, über denen eine Optik zum Abbilden der Federelemente auf der Fotodiodenzeile vorge#sehen ist und daß die Einzeldioden der Fotodiodenzeile den Federelementen fest zugeordnet sind. Auf diese Weise kann eine Röhenänderung auf der Schwallseite der Leiterplatte in eine Winkeländerung der Federelemente umgesetzt werden. Bei paralleler Anflichtbeleuchtung ist mit dieser Anordnung eine Höhenänaerung in eine Lichtintensitätsänderung umzusetzen, die über die Fotodiodenzeile ein binäres Muster der Bauelementanschlüsse.liefert.An apparatus for carrying out the method according to the invention consists in the fact that the tactile sensor is built up from a row of spring elements, above which an optic for mapping the spring elements on the photodiode line is provided and that the individual diodes of the photodiode line are permanently assigned to the spring elements are. In this way there can be a change in height on the surge side of the circuit board can be converted into a change in the angle of the spring elements. With parallel lighting With this arrangement, a change in height can be converted into a change in light intensity, which delivers a binary pattern of the component connections via the photodiode line.

Nach einer Weiterb.ildung der Erfindung erfaßt der Sensor die gesamte Schwallseite der Leiterplatte. Auf diese Weise ist es möglich, die Abtastzeit einer Leiterplatte in - kurzer Zeit durchzuführen0 Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren und der Beschreibung.According to a further development of the invention, the sensor detects the entire Surge side of the circuit board. In this way it is possible to set the sampling time of a PCB in - to be carried out in a short time0 More details of the invention emerge from the subclaims, the figures and the description.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1 in perspektivischer Darstellung eine taktile elektronische Sensoranordnung hach der Erfindung und Figur 2 drei werschieden ausgelenkte Federelemente.The invention is explained with reference to the figures. They show: figure 1 shows a tactile electronic sensor arrangement in perspective of the invention and FIG. 2 three differently deflected spring elements.

Eine nur teilweise dargestellte Leiterplatte 1 wird mit ihrer*Schwallsejte unter einem Ksmm 2 mit unabhängigen Federeinzelelementen 3 in Pfeilrichtung schrittweise verfahren. In der Leiterplatte sind Bohrungen 4 vorgesehen, durch die Anschlußbeinchen 5 herausragen. Eine Optik 6 bildet die Oberfläche der Kammstruktur auf einer Fotodiodenzeile 7 ab. Die Oberseite der Federn wird mit parallelem Auflicht 8 beleuchtet. Die Fotodiodenzeile liefert ein binäres Muster 9 der Bauelementanschlüsse.A circuit board 1, which is only partially shown, is shown with its * Schwallsejte step by step under a Ksmm 2 with independent individual spring elements 3 in the direction of the arrow procedure. Bores 4 are provided in the circuit board through the connecting legs 5 protrude. Optics 6 form the surface of the comb structure on a line of photodiodes 7 from. The top of the springs is illuminated with parallel incident light 8. The line of photodiodes provides a binary pattern 9 of the component connections.

In diesem Muster bezeichnen die freien Kästchen die ebene, ungestörte Fläche und die schwarzen Kästchen Erhebungen, wie z. B. die Anschlußbeinchen. Die Kreise stellen die Punkte dar, an denen über die Auswertung ein fehlender Anschlußstift festgestellt wurde.In this pattern, the free boxes indicate the level, undisturbed one Area and the black box elevations, such as B. the connecting pins. the Circles represent the points at which the evaluation indicates a missing pin was established.

In der Figur 2 ist ein Federelement 3 in drei verschiedenen Lagen dargestellt. Mit 10 ist eine Fotodiode bezeichnet und mit h die Höhe der Erhebungen. Die Große des Stromes der Fotodioden verhält sich wie 11> 12 : 13.In FIG. 2, a spring element 3 is in three different positions shown. A photodiode is denoted by 10 and the height of the elevations is denoted by h. The size of the current of the photodiodes is like 11> 12: 13.

Liegen die Federelemente 3 der Kaminstruktur 2 auf einer ebenen Fläche 1 auf, so gelangen an die einzelnen Fotodioden 10 bei homogener Beleuchtung gleiche Lichtintensitäten. Ist die Ebene jedoch durch hervorstehende Objekte, z. B. die Anschlußstifte 4, unterbrochen, so werden in diesen Bereichen einzelne Federelemente entsprechend ausgelenkt. Das parallele Auflicht wird aufgrund der veränderten Oberflächenneigung für diese Bereiche teilweise aus der Öffnung des Objektivs reflektiert, so daß die entsprechenden Fotodioden eine geringere Lichtintensität registrieren. Da bei zunehmender Höhe h der Erhebungen der Anteil des nicht in das Objektiv gelangenden Lichtes zunimmt, wird die dritte Dimension in eine Intensitätsmodulation am Empfänger, d. h. der Fotodiodenzeile 7, umgewandelt.Are the spring elements 3 of the chimney structure 2 on a flat surface 1, the individual photodiodes 10 are identical with homogeneous lighting Light intensities. However, if the plane is caused by protruding objects, z. B. the connecting pins 4, interrupted, so are individual in these areas Spring elements deflected accordingly. The parallel incident light is due to the changed surface inclination for these areas partly from the opening of the Objectively reflected, so that the corresponding photodiodes have a lower light intensity to register. As the elevation h of the elevations increases, the proportion of the Objectively arriving light increases, the third dimension becomes an intensity modulation at the recipient, d. H. of the photodiode line 7 converted.

Optik und Beleuchtung übernehmen in der beschriebenen Anordnung eine Koppelfunktion zwischen den mechanischen, makroskopischen Tastelementen und den elektronischen, mikroskopischen Wandlern und Ausleseelementen (Fotodioden).Optics and lighting take over one in the described arrangement Coupling function between the mechanical, macroscopic probe elements and the electronic, microscopic transducers and readout elements (photodiodes).

Die Kombination stellt eine hochauflösende, taktile Sensorzeile dar, deren Informationsinhalt in kürzesten Zeitabständen elektronisch ausgelesen werden kann. Eine Relativbewegung zwischen Sensorzeile und Prtlfobjekt erlaubt die Umsetzung einer dreidimensionalen Szene in eine zweidimensionale Intensitätsverteilung.The combination represents a high-resolution, tactile sensor line, whose information content is electronically read out in the shortest possible time can. A relative movement between the sensor line and the test object allows the implementation a three-dimensional scene into a two-dimensional intensity distribution.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo ein dreidimensionales Objekt in seinem zweidimensionalen Erscheinungsbild für eine automatische Bildauswertung zu wenig ausgeprägt ist.The device according to the invention can be used wherever a three-dimensional object in its two-dimensional appearance for one automatic image evaluation is not well developed.

Besteht keine Möglichkeit, die Sensorzeile relativ zum Prüfobjekt zu bewegen, so kann eine eingeschränkte Erfassung der dritten Dimension auch durch eine Mehrfachanordnung von taktilen Sensorzeilen erfolgen. Um bei der notwendigen Relativbewegung zwischen Sensorzeile und Prüfobjektoberfläche allzu starke Reibungskräfte und damit einem frühzeitigen Verschleiß'der Federelemente zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Flachbaugruppen schritt- weise zu verfahren und dabei die Sensorzeile periodisch auf und ab zu bewegen. Die Bewegungsabläufe sind zeitlich dabei so zugeordnet, daß während der Vorschubbewegung der Flachbaugruppe die Sensorzeile die Oberfläche nicht oder nur kaum berührt. Die etektronische Abfrage der Zeile erfolgt bei Stillstand des Prüfobjektes sowie bei der unmittelbaren Auflage der Federelemente auf der Oberfläche.There is no way to relate the sensor line to the test object to move, a limited coverage of the third dimension can also go through a multiple arrangement of tactile sensor lines take place. To help with the necessary Relative movement between the sensor line and the test object surface too strong frictional forces and thus to avoid premature wear of the spring elements, it is advisable to the PCBs step-by-step wise to proceed and thereby the sensor line to move up and down periodically. The sequences of movements are chronologically assigned in such a way that that during the advance movement of the printed circuit board the sensor line touches the surface not or only barely touched. The electronic query of the line takes place at standstill of the test object as well as the direct contact of the spring elements on the surface.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung liegt nach kurzer Zeit im Speicher eines Mikrocomputers ein binäres Bild vor, das die Lage der über die Schwallseite hinausragenden Anschluß stifte mit einer ausreichenden Ortsauflösung wiedergibt. Daran schließt sich eine softwaremäßige Auswertung dieses Musters hinsichtlich der Vollzähligkeit der Anschluß stifte an. Dabei gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Verfahren: Die Prüfung wird anhand von allgemein gültigen Kriterien durchgeführt, z. B. Prüfung auf Vorhandensein von gegenüberliegenden Anschlußstiften, oder das Muster wird mit einem im Speicher hinterlegten und von einem visuell vorgeprüften Objekt abgenommenen Muster verglichen.In the method according to the invention, there is a short time in the memory A microcomputer presents a binary image showing the location of the overflow side protruding connection pins with a sufficient spatial resolution reproduces. This is followed by a software evaluation of this pattern with regard to the Completeness of the connection instigate. There are two fundamentally different ones Procedure: The test is carried out on the basis of generally applicable criteria, z. B. Check for the presence of opposing pins, or that Pattern is stored in memory with a and visually pre-checked by a Object compared to samples taken.

Das letztere Verfahren hat den Vorteil, daß auch Flachbaugruppen atitomatisch geprüft werden können, die neben IC's auch noch Widerstände sowie andere Bauelemente in nahezu beliebiger Anordnung enthalten können.The latter method has the advantage that printed circuit boards are also automatic can be tested, which in addition to IC's also resistors and other components can contain in almost any arrangement.

6 Patentansprüche 2 Figuren6 claims 2 figures

Claims

Patent application.

1. Method for the simultaneous scanning of a plurality of contact points with a tactile sensor, especially for scanning the contact points by machine equipped electronic circuit boards on the surge side, d u r c h g e I do not know that with the tactile sensor with parallel incident light illumination an HB change on the printed circuit board converted into a change in light intensity which detects a binary pattern of the component connections via a line of photodiodes supplies, from which missing pin ends can be recognized after an evaluation.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the tactile sensor consists of a line of There is spring elements (2, 3) over which an optical system (6) for mapping the spring elements is provided on the photodiode line (7) and that the individual diodes of the photodiode line are permanently assigned to the spring elements.

3. Apparatus according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c n e t that the sensor does the whole.

Includes surge side of a circuit board (1).

4. Apparatus according to claims 2 and 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the spring elements consist of a spring leaf as a comb structure are made and that the surface illuminated with parallel incident light Feathers is high gloss.

5. Yorr-cLtung according to claims 2 to 4, d a -d u r c h g e k e It should be noted that means are provided that gradually move the circuit boards move and move the sensor line up and down.

6. Apparatus according to claim 5, d a cl d r c h g e -k e n n z e i c h n e t that during the feed movement of the circuit boards the sensor line does not or only touches the circuit board slightly,