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B e s c h r e i b u n g
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur steuerbaren Abbild dung eines
Lichtstrahles auf eine Bildebene mit zwei beweglichen Spiegeln, deren Antriebseinrichtungen
mit $ Steuw er spannungen gesteuert werden. Die #rfindung betrifft weim terhin eine
Anordnung zur steuerbaren Abbildung eines Lichtstrahies auf eine Bildebene, mit
zwei beweglichen Spiegeln und wiener Steuerschaltung, die den Antriebseinm richtungen
Spiegelsteuerspannungen bereitstellt.
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Verfahren und Anordnungen der genannten Art sind beispiels~ weise
in Zusammenhang mit Einrichtungen zur Bestückung von Schaltungen oder Leiterpiatten,
sogenannten Bestückungstln schen, bekannt. Ein Lichtstrahl, vorzugsweise ein Lasern
strahl, wird bei einem solchen Bestückungstisch unter Steu erung von zwei beweglichen
Spiegeln, auch Schwingspiegel genannt, auf einen bestimmten Punkt in einer Bildebene
gerichtet, um der Person, die die Bestückung vornimmt, die Stelle in der Schaltungsanordnung
bzw. auf der Leiterplatte zu bezeichnen, an der ein Bauelement als nächstes ein~
gesetzt oder eine sonstige Maßnahme getroffen werden soll.
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Bei dem bekannten Verfahren und Anordnungen dieser Art wird eine als
Prototyp vorliegende Schaltungsanordnung oder Lelw terplatte verwendet, die in der
Bildebene an einer definierten Stelle angeordnet ist. Nach Ablenken des Lichtstrahles
auf die gewünschten Stellen in der Schaltung oder auf der Leiterplatte in der gewünschten
Reihenfolge werden die Winkel bzw. Koordinatenwerte oder sonstige Daten gespeichert9
um
diese dann für die Steuerung der Antriebseinrichtungen der Schwingspiegel bei der
Bestückung der nachfolgenden Leiterplatten zu verwenden.
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Bei diesem bekannten Verfahren bzw. bei dieser bekannten Anordnung
muß die zu bestückende Schaltungsanordnung oder Leiterplatte genau an der Stelle
in der Bildebene liegen, in der auch die als Prototyp dienende Schaltungsanordnung
oder Leiterplatte bei der Ermittlung der Ablenkwinkel bzw.
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Ablenkdaten für die Schwingspiegel gelegen hat. Es ist insbesondere
nicht möglich, für einen Prototyp die Ablenkdaten für die Schwingspiegel zu ermitteln
und davon dann weitere Daten und Ablenkwinkel zu erhalten, um mehrere nebeneinanderliegende
Schaltungsanordnungen oder Leiterplatten unter Verwendung der entsprechenden Lichtstrahlkennzeichnung
gleichzeitig zu bestücken. Ein sehr wesentlicher Nachteil der bekannten Verfahren
und der bekannten Vorrichtungen besteht insbesondere auch darin, daß immer ein Prototyp
für die Eingabe der Ablenkwinkel oder entsprechender Daten vorliegen muß; es ist
nicht möglich, lediglich Koordinatenwerte der Steuerschaltung einzugeben, aus denen
dann die dazu erforderlichen Ablenkwinkel bzw. Steuerspannungen für die Lichtstrahlabbildung
auf die Bildebene ermittelt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Anordnung zur steuerbaren Abbildung eines Lichtstrahls auf eine Bildebene
mit zwei beweglichen Spiegeln vorzuschlagen bzw. zu schaffen, das bzw. die eine
fehlerfreie Abbildung eines Lichtstrahls ermöglicht, wenn
der Steuerschaltung
für die beweglichen Spiegel lediglich Daten bzw. Koordinatenwerte oder Ablenkwinkel
eingegeben werden.
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Dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichm nenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöste Mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 5 ist die Lösung der gestellten Aufgabe ebenfalls mögliche Durch die
gleichzeitige Berücksichtigung bzw. Korrektur geometrischer Abbildungsfehler bei
der Strahlablenkung über zwei Spiegel und der Eliminierung einer asymetrischen Schwingspiegelauslenkung
bei gleichem Absolutwert aber unterschiedlichem Vorzeichen, dQh. durch Korrektur
der Rechens/ Links- und Oben-/Unten-Asymmetrie unter gleichzeitiger Berücksichtigung
von Temperatureinflüssen im Schwingspiegelsystem und/oder in der Verstärkung der
Steuer spannungen wird eine fehlerfreie Abbildung eines Lichtstrahls mittels zweier
Spiegel bei Vorliegen rein numerischer Ablenkdaten ermöglicht, die beispielsweise
in Form von Koordinaten-und/oder Winkelwerten der Steuerschaltung eingegeben werm
den, Die vorliegende Erfindung befreit den Benutzer von der Notwendigkeit# die Ablenkdaten
empirisch für die je~ weilige Anordnungsbeispielsweise anhand von Prototypen zu
ermitteln0 Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt auch in der Tatsache,
daß die Ablenkung des Lichtstrahls reproduzierbar ist und nicht von Anordnung zu
Anordnung Unterschiede aufweist. Die Ablenkdaten können also schnell und
mit
geringem Aufwand geändert werden, ohne daß Vorlagen wie bei den bekannten Einrichtungen
vorhanden sein und ausgemessen bzw. abgetastet werden müssen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung
können auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die
Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Zusammenhang mit den bereits erwähnten Bestückungstischen. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung, die eine stabile, symmetrische und
bildfehlerfreie Ablenkung bzw. Darstellung in der Bildebene ermöglicht, ist die
gleichzeitige Bestückung von mehreren nebeneinander in der Bildebene liegenden Leiterplatten
oder Schaltungsanordnungen möglich. Denn lediglich durch Eingabe der Koordinaten-
und/oder Ablenkungswinkelwerte von zu bezeichnenden Stellen auf den zu bestückenden
Leiterplatten läßt sich die Kennzeichnung der einzelnen Stellen oder Bereiche auf
den verschiedenen nebeneinander liegenden Leiterplatten in der gewünschten Reihenfolge
durchführen, ohne daß zuvor dieselbe Anzahl von Leiterplatten bzw. deren zu kennzeichnenden
Punkte oder Bereiche in der Bildebene abgetastet und die Ablenkwerte empirisch bestimmt
werden müssen. Bei Kenntnis der Koordinatenwerte von zu kennzeichnenden Stellen
einer Leiterplatte lassen sich rein rechnerisch d# Koordinaten- bzw. Ablenkungswerte
für die anderen daneben liegenden Leiterplatten ohne empirische Abtastung ermitteln,
wenn die einzelnen Leiterplatten zueinander in einer vorgegebenen Weise ausgerichtet
bzw. angeordnet sind. Die gleichzeitige Bestückung von mehreren
Schaltungsanordnungen
oder Leiterplatten in einem Arn beitsgang ist insbesondere deshalb so vorteilhaft,
weil die die Bestückung vornehmende Person für mehrere leiterplatten gleichzeitig
jeweils gleiche Bauteile verarbeiten kann. Dadurch ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad
und eine schnellere Bestückung, als wenn die die Bestückung vornehmende Person -
wie bei den herkömmlichen Anordnungen - nur eine Leiterplatte vor sich liegen hat,
in der hintereinander unterschiedlichste Bauteil eingesetzt werden müssen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht im Zusammenhang
mit Bestückungstischen auch darin, daß die einmal bekannten Koordinaten- bzw. Abbildungswerte
einer bestimmten Art von Leiterplatte mehreren Bestückungstischen eingegeben werden
kann, ohne daß vorher an jedem Be stückungstisch die zeitraubende empirische Abtastung
zur Ermittlung der Ablenkwerte vorgenommen werden muß. Darüber hinaus ist es auch
auf sehr einfache Weise, nämlich ledig lich durch Andern der numerischen Koordinaten-
oder Abbildungswerte möglich, auf eine andere Bestückung schnell umzustellen, da
Vorlagen, Muster oder Prototypen bei dem er findungsgemäßen Verfahren bzw, bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren und Einrichtungen
zur Ermittlung der Ablenkdaten nicht erforderlich sind.
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In der vorausgegangenen und nachfolgenden Beschreibung wurn de und
wird lediglich von einem Lichtstrahl und von Lichts punkten bzw. Abbildungspunkten
gesprochen. Selbstverständlich ist es auch möglich, beliebige Symbole, die beispielsweise
aus
Lichtpunkten und Strichen zusammengesetzt sein können, im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung zu verwenden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Eliminierung geometrischer Abbildungsfehler durch Korrektur der Steuerspannungen
nach den in Anspruch 2 angegebenen Gleichungen. Es ergibt sich dabei eine bildfehlerfreie
Darstellung in der Bildebene.
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Vorzugsweise wird zur Korrektur der Steuerspannung im Hinblick auf
geometrische Abbildungsfehler ein Mikroprozessor eingesetzt.
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Die Kompensation von Temperatureinflüssen erfolgt vorzugsweise durch
Konstantregeln des Schwingspiegelsystems, wobei gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform das Schwingspiegelsystem in einem wärmeisolierenden Gehäuse untergebracht
ist, um von vornherein eine gewisse Temperaturkonstanz zu erreichen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch zur Temperaturkompensation
auch möglich, die Temperatur des Schwingspiegelsystems ständig zu messen und in
Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur bzw. Temperaturänderung die Spiegelsteuerschaltungen
zu ändern. Dabei können den einzelnen Temperaturen zugeordnete Daten in einem Speicher
gespeichert sein, die bei Auftreten des entsprechenden Temperaturwerts zur Korrektur
bzw. Änderung der Schwingspiegel steuer spannungen herangezogen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Auführungsform der vorliegenden Erfindung
weist die Umschaltstufe zwei Widerstände auf, die mit einem Schalter wahlweise an
einen Eingang eines Verstärkers angeschaltet werden. Der Verstärker kann bei spielsweise
ein Operationsverstärker bzw. ein Differenzverstärker sein. Weiterhin ist es vorteilhaft,
wenn einS stellbare Widerstände hierfür verwendet werden, um einen Abgleich bzw.
eine Anpassung vornehmen zu können0 Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Bestückungstischer unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Es zeigen: Fig, 1 die schematische Anordnung eines Bestückungstisches mit einem
Laser und einem Schwingspiegelsystem# Fig0 2 eine schematische Darstellung einer
geometrischen Bildverzerrung, Fig0 3 geomtrische Darstellungen zur Erläuterung geomem
trischer Bildfehler bei der Abbildung mittels zweier Spiegel, Fig, 4 eine schematische
Darstellung der Steuerschaltung für die Antriebseinrichtung eines Schwingspiegels,
Fig, 5 eine ins Einzelne gehende Darstellung der in Fig0 4 dargestellten Schaltungsanordnung
und Fig, 6 ein Blockdiagramm für die Ansteuerung beider Schwingspiegel unter Verwendung
eines Mikroprozessors.
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Abbildung 1 zeigt die Anordnung eines bekannten Bestükkungstisches,
bei dem ein von einem Laser 3 abgegebener Strahl auf einen ersten Schwingspiegel#
1 für die y-Ablenkung
und danach auf einen zweiten Schwingspiegel
2 für die x-Ablenkung fällt, so daß der zweimal abgelenkte Strahl dann entsprechend
der Ablenkwinkel bzw. der Schwingwinkel der beiden Schwingspiegel auf einen Punkt
in der Bildebene 4 fällt. Der Strahlenweg zwischen dem Laser 3 und dem y-Schwingspiegel
1 und der Strahlenweg zwischen dem y-Schwingspiegel 1 und dem x-Schwingspiegel 2
liegt in einer zur Bildebene 4 parallelen Ebene.
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In Fig. 2 ist in der Bildebene eine BJldverzerrung schematisch dargestellt,
die bei Abbildung eines Lichtstrahls über zwei Schwingspiegel hervorgerufen wird,
wenn keine Bildfehlerkorrektur in der nachfolgend angegebenen Weise vorgenommen
wird. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ergibt sich als Bildverzerrung eine kissenförmige
Verzeichnuitg in der y-Richtung, d.h. eine Durchbiegung der Parallelen zur x-Achse
in Richtung der x-Achse hin, wobei diese Durchbiegung mit größer werdenden y-Koordinatenwerten
anwächst.
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Für diese Bildverzerrung ist insbesondere ein nichtlinearer Zusammenhang
der Ablenkwinkel der Schwingspiegel und der resultierenden Koordinaten in der Bildebene
verantwortlich.
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Der Zusammenhang zwischen den x- bzw. y-Koordinatenwerten und den
Ablenkwinkeln a bzu. a geht aus den schematischen y Darstellungen von Fig. 3 hervor.
Die Beziehungen lauten: x H . tan 2αx . tan 2 a und
ilierbei ist bzw. sind H der Abstand des x-Schwingspiegels 2 zur
Bildebene 4 D der Abstand des y-Schwingspiegels 1 zum x-Schwingspiegel 2 die # aydie
Ablenkwinkel für den x- bzw. y#-Schwingspiegel 2 bzw. 1 x, y die Koordinaten in
der Bildebene.
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Fig0 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungs form für
die Ansteuerung von einem der Schwingspiegel 1 bzw, 2, wobei diese Ausführungsform
in Fige 5 noch genauer dargestellt wird.
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Der Absolutwert eines beispielsweise von einem Mikroprozessor bereitgestellten
digitalen Sollwerts gelangt über ein Ausgangstor 41 zu einem Digital-/Ana#-Wandler
42, der ein dazu entsprechendes Ausgangssignal einem Verstärker bereitstellt. Über
einen weiteren Ausgang des Ausgangstors 41 gelangt ein Vorzeichensignal über die
Verbindung 44 ebenfalls an den Verstärker 43, der der in der Figur nicht dargestellten
Antriebseinrichtung für den Schwingspiegel 1 bzw, 2 ein Steuersigna1 entsprechend
dem analogen Signal für den absoluten Sollwert und dem Vorzeichensignal bereitstellt.
Ein kapazitiver Positionsgeber 55 stellt die Lage, im wesentlichen die Winkellage
des Schwingspiegels 1 bzw 2 fest und gibt an den Verstärker 43 ein Rückkoppelsignal
ab. Die nicht dargestellte Antriebseinrichtung# der Schwingspiegel 1 bzw. 2 und
der kapazitiven Positionsgeber 45 stellen im wesentlichen das Schwingspiegelsystem
dar0
Fig. 5 zeigt eine ins Einzelne gehende Darstellung insbesondere
des Verstärkers 43, bei dem eine Umschaltstufe 51 gemäß einem Merkmal der Erfindung
zur Korrektur einer Asymmetrie der Schwingspiegelauslenkung bei gleichem Betrag
der Steuerspannung entsprechend dem Vorzeichen vorgesehen ist.
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In Abhängigkeit des Vorzeichensignals auf der Leitung 44 legt die
Umschaltstufe 51 einen der beiden Widerstände 52 bzw. 53 wahlweise an Masse. Mit
dem dem Masseanschluß abgewandten Ende sind die Widerstände 52 und 53 jeweils mit
dem Minus-Eingang eines Operations- bzw. Differenzverstärkers 54 verbunden, dessen
Plus-Eingang das in einem Meßverstärker 55 verstärkte Ausgangssignal des kapazitiven
Positionsgebers 45 über einen Widerstand 56 zugeleitet wird. Das Ausgangssignal
des ersten Operations-bzw. Differenzverstärkers 54 gelangt über einen Widerstand
57 an den Minus-Eingang des Verstärkers 54, sowie über einen weiteren Widerstand
58 an den Plus-Eingang eines zweiten Operations- bzw. Differenzverstärkers 59, dessen
Minus-Anschluß an Masse liegt. Ein Rückkoppelzweig zwischen dem Ausgang und dem
Plus-Eingang des zweiten Verstärkers 59 umfaßt einen Widerstand 60. Der vom Digital-/Analog-Wandler
bereitgestellte analoge Absolutwertbetrag des Sollwerts gelangt hub er einen Widerstand
61 an den Plus-Eingang des zweiten Operation bzw. Differenzverstärkers 59, der ein
entsprechend verstärktes Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Absolutbetrag des analogen
Sollwertsignals und in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Sollwertsignals an den Schwingspiegel
1, 2 bzw. dessen Antriebseinrichtung
liefert.
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In Abhängigkeit davon, ob das dem steuerbaren Schalter 51 über die
Leitung 44 bereitgestellten Vorzeichensignal einem Plus- oder Minus-Vorzeichen entspricht,
wird einer der beiden unterschiedliche Widerstandswerte aufweisenden Widerstände
52, 53 für den ersten Operations- bzw. Differenzverstärker 54 wirksam gemacht, so
daß die Verstärkung dieses Verstärkers 54 vom Vorzeichen des digitalen Sollwerts
abhängt. Dadurch erhält man je nach Vorzeichen des Sollwerts bzw. der Steuerspannung
unterschiedliche Einstellwinkel, wodurch die Rechts-/Links- und Oben/Unten-Asymmetrie
bei der Schwingspiegelauslenkung mit gleichen Betrag der Steuerspannung kompensiert
wird, die durch den Aufbau des Schwingspiegels mit der kapazitiven Positionsrückmeldung
bedingt ist. Die Widerstände 52, 53 zur Einstellung des Verstärkungsgrades des ersten'Verst#rkers
54 sind vorzugsweise veränderliche Widerstände, um entsprechende Anpassungen und
Abgleichungen vornehmen zu können.
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Fig0 6 zeigt eine einen Mikroprozessor und entsprechend@ Speicher
verwendende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Schaltungsteile, die
bereits anhand dervoraus gegangenen Figuren beschrieben wurden, sind mit den selben
Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert.
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Über einen Datenübertragungsweg 63 stehen ein Mikroprozes sor 64,
zwei Random-Access-Speicher 65,66> sowie ein weiterer Speicher 67 für die Ablaufsteuerung
in datenmäßigem Ausm tausch. Gemäß einer bereits früher erläuterten Ausführungsform
zur
Kompensation von Temperatureinflüssen können zu messenden Temperaturwerten zugeordnete
Korrekturdaten in den Speichern 65, 66 oder einem zusätzlichen Speicher tabellenmäßig
gespeichert werden, die dann je nach den gemessenen Temperaturwerten zur Korrektur
der Steuerspannung verwendet werden. Die Steuerspannungen gelangen über den Übertragungsweg
63 als digitale Sollwerte an das Ausgangstor 410 Das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Anordnung wurde lediglich beispielsweise anhand eines Bestückungstisches
mit Schwingspiegeln beschrieben. Die vorliegende ereindung läßt sich jedoch auch
in Zusammenhang mit anderen AnxJendungen einsetzen, bei denen optische Elemente
zur Strahlablenkung in ihrer Lage verändert werden.