DE3540288A1 - Anordnung und verfahren zur durchfuehrung von kontrollen an loetstellen - Google Patents
Anordnung und verfahren zur durchfuehrung von kontrollen an loetstellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren
zur Durchführung von Kontrollen an Lötstellen. Die Anord
nung und das Verfahren nach der Erfindung befassen sich
insbesondere mit einer dreidimensionalen Kontrolle des
Zustandes von Lötstellen an Elektronikteilen wie Schal
tungskomponenten, die mit Anschlußdrähten versehen sind,
integrierte Schaltungen, Chipbauteile und dergleichen,
die auf einer gedruckten Schaltungskarte angelötet sind.
Die Kontrolle von Lötstellen ist besonders an automati
schen Lötstationen oder dergleichen von Nutzen, um dort
eine automatische Überwachung der Bauteilmontage durchzu
führen, wobei auch Lageabweichungen und dergleichen erfaßt
werden, ebenso wie nicht ordnungsgemäße Lötstellen, bei
denen beispielsweise zu viel oder zu wenig Lot an einer
gedruckten Schaltungskarte vorhanden ist, auf der die mit
Verbindungsdrähten versehenen Bauteile oder Chipbauteile
in Massenherstellungstechnik angelötet werden.
Das automatische Einlöten von mit Anschlußdrähten versehe
nen Bauteilen oder Chipbauteilen auf gedruckten Schaltungs
karten kann mit sehr hoher Genauigkeit erfolgen, weil in
jüngster Zeit die Löttechniken erheblich verbessert wurden.
Bei Chipkomponenten aus der Mikroelektronik muß aber das
Anlöten auf sehr fein begrenzten Gebieten erfolgen, was
nicht immer in vollkommener Weise geschieht, so daß es er
forderlich ist, eine Sichtkontrolle durchzuführen, um fest
zustellen, ob die Montage und die Lötstellen ordnungsgemäß
sind. Eine nicht ordnungsgemäße Montage kann in Lageabwei
chungen, Formabweichungen und ähnlichen Fehlern der Chip
bauteile bestehen. Bei nicht ordnungsgemäßen Lötstellen ist
beispielsweise kein Lot an der erforderlichen Stelle vorhan
den, eine unzureichende Lotmenge, eine zu große Lotmenge
oder dergleichen, worunter auch eine Überbrückung von be
nachbarten Bauteilen durch Lot gehört. Die Sichtkontrolle
zum Auffinden von derartigen fehlerhaften Lötstellen erfor
dert ein hohes Maß an Qualifikation und Aufmerksamkeit von
der diese Kontrolle durchführenden Person. Durch die visuel
le Kontrolle werden überdies die Augen oftmals überfordert,
so daß fehlerhafte Lötstellen leicht übersehen werden kön
nen oder Schwankungen bei der Unterscheidung zwischen guten
und schlechten Lötstellen auftreten. Dieses visuelle Kon
trollverfahren ist daher für die Großserienfertigung nicht
gut geeignet, so daß ein Bedarf für eine automatische Kon
trolle von Lötstellen besteht.
Ein Kontrollsystem, welches zur Automatisierung der Kontrol
le von Lötstellen beitragen kann, ist in der US-PS 42 69 515
beschrieben. Nach diesem System wird eine lichtdurchlässige
Musterkarte, die als "Vorbild" bezeichnet wird und auf der
ein vorbestimmtes elektrisch leitfähiges Muster aufgebracht
ist, parallel zu einer gedruckten Schaltungskarte angeord
net. Ein Laserstrahl wird auf beide Karten gerichtet und in
den Richtungen X und Y abgelenkt, um die elektrisch leitfä
higen Muster auf der gedruckten Schaltungskarte und auf der
Musterkarte miteinander zu vergleichen und so Fehlstellen
des Musters auf der gedruckten Schaltungskarte aufzufinden.
Das Vorhandensein oder Fehlen von Lötstellen kann automa
tisch bestimmt werden, indem die Lötstellen als Bestandteil
des leitfähigen Musters mit der Musterkarte verglichen wer
den. Es erscheint daher bei einem solchen Kontrollsystem
möglich, gravierende Fehler wie das Fehlen von Lot oder Lot
brücken ausfindig zu machen. Da dieses System jedoch ledig
lich geeignet ist, um ebene Muster miteinander zu verglei
chen, ist es kaum möglich, herauszufinden, ob genügend, zu
wenig oder zuviel Lotvolumen vorhanden ist. Fehlerhafte
Verbindungen werden aber nicht nur beispielsweise durch
fehlendes Lot, sondern auch durch eine ungenügende Lotmen
ge verursacht. Das bekannte Kontrollsystem ist nicht im
stande, eine genaue und zuverlässige Kontrolle der Lötstel
len durchzuführen.
In der japanischen Offenlegungsschrift 57-33 304 ist ferner
eine Kontrollvorrichtung beschrieben, bei welcher ein li
nienförmiger beleuchteter Spalt intermittierend auf den
zu untersuchenden Gegenstand projiziert wird, wobei das
von der Oberfläche des Gegenstandes aufgehaltene Licht in
ein elektrisches Signal umgesetzt wird, um mit einem Re
ferenzsignal verglichen zu werden und eine Diskriminierung
anhand der festgestellten Unterschiede durchzuführen. Die
se Anordnung erlaubt zwar in einem gewissen Maße das Able
sen der äußeren Gestalt von Lötstellen auf einer gedruckten
Schaltungskarte, ist jedoch insofern unbefriedigend, als
die Kontrollgeschwindigkeit zu gering ist, denn das Abtast
bild wird von einem einzigen beleuchteten Spalt abgeleitet,
wobei ferner der Mangel besteht, daß keine genaue Bestim
mung dahingehend, ob genügend Lot an einer Lötstelle vor
handen ist, durchgeführt werden kann.
Der Erfindung liegt primär die Aufgabe zugrunde, eine Kon
trolle von Lötstellen zu ermöglichen, bei welcher die Chip
bauteile oder ein- bzw. angelöteten Teile auf der gedruck
ten Schaltungskarte oder dergleichen dreidimensional er
faßt werden können, jegliche Lageabweichung oder Formabwei
chung der Chipbauteile erfaßt werden kann, eine ausreichen
de Lotmenge oder das Vorhandensein von Lotbrücken und der
gleichen mit hoher Genauigkeit und Schnelligkeit festge
stellt werden kann und schließlich eine leichte Anpassung
an Massenproduktionslinien möglich ist.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Anordnung zur
Kontrolle von Lötstellen, bei welcher Licht auf die Lötstel
len an elektronischen Bauteilen gerichtet wird und eine In
formation abgeleitet wird, die eine Anzeige über die Ober
flächengestalt der Lötstelle ermöglicht, um zu unterschei
den, ob die Lötstelle einwandfrei ist, wobei die Beleuch
tungseinrichtung die Lötstelle unter verschiedenen Winkeln
anstrahlt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also das Licht von
wenigstens zwei verschiedenen Stellen aus auf die Lötstelle
gerichtet, so daß die Lötstelle unter verschiedenen Winkeln
beleuchtet wird. Auf diese Weise wird eine räumliche bzw.
dreidimensionale Information erhalten, die von der Oberflä
chengestalt der Lötstelle abhängt, wodurch sicher unter
schieden werden kann, ob die Lötstelle nach quantitativen
Kriterien einwandfrei ist, also die ausreichende und rich
tig bemessene Lotmenge aufgebracht ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer
Ausführungsform einer Kontrollanordnung
nach der Erfindung mit einer Einrichtung
zur Beleuchtung einer Lötstelle und einer
Industrie-Fernsehkamera zur Überwachung
der beleuchteten Lötstelle;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Innen
anordnung bei der Ausführungsform nach Fig.
1, bei welcher Lampen als Lichtsender ver
wendet werden;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der Innen
anordnung bei einer anderen Ausführung des
in Fig. 1 gezeigten Systems, bei welcher die
Beleuchtung über Lichtleitfasern erfolgt;
Fig. 4 eine schematische Perspektivansicht, welche
die Verbindungen zwischen den einzelnen Licht
sendern und den zugeordneten Lichtquellen
zeigt;
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Aus
führungsform, wobei die innere Ausbildung der
Lichtsender dargestellt ist;
Fig. 6 einen Querschnitt durch einen der Halter für
die Lichtleitfasern bei der Ausführungsform
nach Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische Verdeutlichtung der Licht
verteilung, welche durch die Lichtsendeein
richtung bei der Ausführungsform nach Fig. 5
erhalten wird;
Fig. 8 und 9 schematische Ansichten zur Verdeutlichung
der unterschiedlichen Rückstrahlung des durch
die Lichtsendeeinrichtung nach Fig. 5 einge
strahlten Lichtes an einer Lötstelle;
Fig. 10 ein Blockdiagramm einer Verarbeitungsschaltung
für die Kontrollinformation zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens bei
den verschiedenen Ausführungsformen;
Fig. 11 und 12 schematische Darstellungen zur Verdeutli
chung, wie die bei den verschiedenen Aus
führungsformen erhaltene Kontrollinforma
tion ausgewertet wird, um zwischen guten
und schlechten Lötstellen zu unterscheiden;
Fig. 13 ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Ver
arbeitung der Kontrollinformation bei ei
ner weiteren Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens;
Fig. 14 und 15 schematische Darstellungen zur Erläuterung
des Verfahrens anhand von spezifischen Bei
spielen;
Fig. 16 weitere schematische Darstellungen zur Er
läuterung des Verfahrens;
Fig. 17 ein Blockschaltbild einer Verarbeitungs
schaltung zur Verarbeitung der Kontrollin
formation nach einer weiteren Ausführungs
form des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 18 ein Diagramm, welches Zustanddaten für eine
Bildverarbeitung mittels der in Fig. 17 ge
zeigten Schaltungsanordnung zeigt.
Die Kontrollanordnung enthält eine Beleuchtungseinrichtung,
welche eine gelötete Oberfläche von zwei oder mehr Stellen
aus unter verschiedenen Winkeln zur Oberfläche beleuchtet.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 enthält die
Kontrollanordnung 10 allgemein eine Beleuchtungseinrichtung
11 und eine Industrie-Fernsehkamera 12. Die Beleuchtungsein
richtung 11 besitzt ein Gehäuse 13, das in der Mitte der
Deckwand mit einer Bilddurchgangsöffnung 14 und in der Mit
te des Bodens mit einer Beleuchtungsöffnung 15 versehen ist.
Unmittelbar oberhalb der Bilddurchgangsöffnung 14 ist die
Fernsehkamera 12 fest an einem geeigneten Halterungsrahmen
(nicht dargestellt) angebracht. Unmittelbar unterhalb der
Beleuchtungsöffnung 15 befindet sich eine gedruckte Schal
tungskarte 16 auf einem X-Y-Tisch (nicht gezeigt), der ei
ne schrittweise Verstellung in den Richtungen X und Y durch
führt, so daß eine zu kontrollierende Lötstelle der gedruck
ten Schaltung auf der Karte in der Mitte der Beleuchtungs
öffnung 15 angeordnet wird. Innerhalb des Gehäuses 13 sind
kreisrunde Lampen 17 bis 19 verschiedener Durchmesser in
mehreren Stufen (drei bei der gezeigten Ausführungsform)
durch eine geeignete Halterungseinrichtung (nicht darge
stellt) gehaltert. Die mit abnehmendem Durchmesser ausge
bildeten kreisrunden Lampen 17 bis 19 sind nacheinander
von unten nach oben angeordnet, um so voneinander verschie
dene Winkel zu der zu kontrollierenden Lötstelle auf der
gedruckten Schaltungskarte 16 zu bilden, welche parallel
zur Bodenfläche des Gehäuses 13 angeordnet ist. Die zu kon
trollierende Lötstelle auf der gedruckten Schaltungskarte
wird also durch die Beleuchtungsöffnung 15 hindurch unter
verschiedenen Winkeln angestrahlt. Bei dieser Ausführungs
form beleuchtet die unterste Lampe 17 mit dem größten Durch
messer die Lötstelle unter einem Winkel, der nahe bei Null
liegt, während die oberste Lampe 19, die den kleinsten
Durchmesser aufweist, die Lötstelle unter einem Winkel von
annähernd 90° bestrahlt. Bei jeder Beleuchtung durch die
zugehörigen Lampen 17 bis 19 kann die Fernsehkamera 12 die
gelötete Oberfläche an der gewünschten Stelle durch die
Bilddurchgangsöffnung 14 hindurch und über die Axialabstän
de zwischen den Lampen 17 bis 19 und die Beleuchtungsöff
nung 15 überwachen.
Bei dieser Ausführungsform werden die Lampen 17 bis 19 ins
besondere nacheinander ein- und ausgeschaltet, wodurch der
Beleuchtungswinkel der zu kontrollierenden Lötstelle nach
einander geändert wird und verschiedene Bilder derselben
Kontrollstelle erhalten werden. Dabei werden also jeweils
verschiedene Aspekte entsprechend den verschiedenen Be
leuchtungswinkeln, die durch die Lampen 17 bis 19 gegeben
sind, mittels der Kamera überwacht. Da diese Bilder drei
dimensionale Merkmale aufweisen, im Gegensatz zu flachen
bzw. ebenen Bildern, die nach herkömmlicher Technik erhal
ten werden, kann aus einer Synthese dieser Informationen
entschieden werden, ob die kontrollierte Lötstelle einwand
frei ist. Das genaue Verfahren, nach welchem die Unterschei
dung erfolgt, wird später im einzelnen beschrieben.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die
Lampen der Beleuchtungseinrichtung durch Lichtleitfasern er
setzt. Diese Ausführungsform ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt.
Ein kuppelförmiger Halter 40 für Lichtleitfasern ist inner
halb eines Gehäuses 33 einer Beleuchtungseinrichtung 31 an
geordnet und an seiner Deckwand mit einer Öffnung 41 von
gleichem Durchmesser wie eine Bilddurchgangsöffnung 34 in
der Mitte der Deckwand des Gehäuses 33 versehen. Die Öff
nungen 34 und 41 sind axial fluchtend mit einer Beleuchtungs
öffnung 35 ausgerichtet, welche in der Mitte der Bodenwand
des Gehäuses 33 angebracht ist. Der Halter 40 hält die Licht
austrittsenden der Lichtleitfasern und unterteilt sie in meh
rere Gruppen 37 bis 39, wobei die hier gezeigte Ausführungs
form drei solche Gruppen enthält. Die Lichtaustrittsenden
der verschiedenen Gruppen 37 bis 39 von Lichtleitfasern sind
durch den Halter 40 hindurchgeführt und auf einer Kreislinie
bzw. mehreren Kreislinien festgelegt, die parallel zur Boden
wand des Gehäuses sind und am Innenumfang des Halters 40 ver
laufen. Die anderen Enden der Lichtleitfasern der verschie
denen Gruppen sind jeweils an eine zugehörige Lichtquelle
42 bis 43 angeschlossen. Diese Lichtquellen können unabhän
gig voneinander aktiviert werden. Die Beleuchtung der zu
kontrollierenden Lötstelle auf einer gedruckten Schaltungs
karte 36 kann daher unter verschiedenen Winkeln erfolgen.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform beleuchtet die
unterste Gruppe 37 von Lichtleitfasern die zu kontrollieren
de Stelle auf der gedruckten Schaltungskarte 36 unter einem
Winkel von nahe bei 0°, während die oberste Gruppe 39 von
Lichtleitfasern sie unter einem Winkel von nahe 90° anstrahlt.
Ein kuppelförmiges Lichtstreuteil 45 von geringeren Abmes
sungen und mit einer Öffnung 46 im oberen Bereich ist im
Inneren des Halters 40 koaxial zu diesem angeordnet, um
nur dasjenige Licht zu streuen, welches von den Gruppen
37 und 38 der Lichtleitfasern geliefert wird. Die Öffnung
46 im oberen Bereich des Lichtstreuteils 45 ist also von
größerem Durchmesser als die Öffnung 41 des Halters 40,
so daß Licht, welches von der obersten Gruppe 39 von Licht
leitfasern ausgesendet wird, durch die Öffnung hindurch
tritt, um die zu kontrollierende Lötstelle, welche an der
Beleuchtungsöffnung 35 im Boden des Gehäuses 33 angeord
net ist, direkt zu beleuchten.
Bei dieser Ausführungsform kann die gesamte Umschalt-Be
leuchtungszeit durch die Gruppen 37 bis 39 von Lichtleit
fasern kürzer als bei der Ausführungsform nach den Fig.
1 und 2 gemacht werden, so daß die Kontrollgeschwindigkeit
gesteigert werden kann. Ansonsten sind die Ausführung und
Arbeitsweise die gleichen wie bei der Ausführungsform nach
den Fig. 1 und 2, und die entsprechenden Elemente sind da
her mit um 20 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet.
Bei der in den Fig. 5 und 6 gezeigten weiteren Ausführungs
form der Kontrollanordnung 50 sind eine Beleuchtungseinrich
tung 51 und zwei Industrie-Fernsehkameras 52 und 52 a vorge
sehen. Die Beleuchtungseinrichtung 51 enthält ein Gehäuse
53 mit in Axialrichtung fluchtenden Öffnungen 54 und 55 an
der Oberseite bzw. Unterseite sowie zwei Halter 60, 60 a
für Lichtleitfasern, die ringförmig sind und verschiedene
Durchmesser aufweisen. Der größere Halter 60 ist an der
Bodenwand des Gehäuses angeordnet und umschließt die Öff
nung 55 innerhalb des Gehäuses. Der kleinere Halter 60 a
ist am Umfang der oberen Öffnung 54 befestigt. Kreisrunde
Leuchtstofflampen 67 und 68, die mit Hochfrequenz betrie
ben werden, sind innerhalb des Gehäuses durch eine geeig
nete Halterungseinrichtung oberhalb des ersten Halters 60
angeordnet. Ein haubenförmiges Streuteil 65 mit einer zen
tralen Öffnung 66 ist am Umfang der Bodenöffnung 55 ange
bracht, wobei die Öffnung 66 mit den Öffnungen 54 und 55
des Gehäuses 53 fluchtet. Eine erste Gruppe von Lichtleit
fasern 57 ist an ihren Lichtaustrittsenden 57 a durch den
ersten Halter 60 derart gehaltert, daß sie in einer waa
gerechten Ebene das Streuteil 65 umgeben. Eine zweite
Gruppe von Lichtleitfasern 59 ist an ihren Lichtaustritts
enden im Halter 60 a derart gehaltert, daß sie den zu kon
trollierenden Bereich auf einer gedruckten Schaltungskarte
56 direkt durch die Öffnung 66 des Streuteils 65 und die
untere Öffnung 55 hindurch beleuchten. Bei dieser Ausfüh
rungsform beleuchtet die erste Gruppe von Lichtleitfasern
57 die zu kontrollierende Stelle auf der Karte unter einem
Winkel, der praktisch dem parallelen Verlauf entspricht,
während die zweite Gruppe von Lichtleitfasern 59 die be
treffende Stelle unter einem Winkel von nahezu 90° beleuch
tet.
Zwischen den anderen Enden der verschiedenen Lichtleitfa
sern 57 und 59 der beiden Gruppen und den entsprechenden
Lichtaustrittsenden von zwei den Enden optisch zugeordne
ten Lichtquellen 62 und 64 ist ein rotierender Verschluß
70 einer Verschlußvorrichtung 69 derart angeordnet, daß er
das von den beiden Lichtquellen 62, 64 ausgehende Licht
abwechselnd auffängt bzw. zu den beiden Gruppen von Licht
leitfasern 57 und 59 durchläßt. Ein halbdurchlässiger
Spiegel 71 ist oberhalb der oberen Öffnung 54 des Gehäuses
53 angeordnet. Das von der Oberfläche der Lötstelle reflek
tierte Licht, welches auf den halbdurchlässigen Spiegel 71
trifft, durchquert anteilig diesen Spiegel und gelangt zur
Fernsehkamera 52 über ein Blaufilter 72, während der ver
bleibende Lichtanteil durch den Spiegel 71 reflektiert wird
und auf einen weiteren Spiegel 73 trifft, der es über ein
Rotfilter 74 zu der anderen Fernsehkamera 52 a umlenkt.
Wenn bei dieser Ausführungsform die Verschlußvorrichtung
69 in Betrieb ist, wird die zu kontrollierende Lötstellen
oberfläche abwechselnd beleuchtet unter Betonung der Streu
lichtstrahlen LB des waagerecht verlaufenden Lichtes aus
der ersten Gruppe von Lichtleitfasern 57 und durch die
Lampen 67, 68 und unter Betonung der senkrecht auffallen
den Lichtstrahlen LB′ aus dem senkrecht verlaufenden Licht
der zweiten Gruppe von Lichtleitfasern 59, wie in Fig. 7
verdeutlicht ist. Es wird nun auf die Fig. 8 und 9 Bezug
genommen. Die gestreuten Lichtstrahlen LB, die von der Be
leuchtungseinrichtung 51 ausgehen, bewirken eine unter ver
schiedenen Winkeln gerichtete Beleuchtung der Lötstellen
oberfläche SLF eines mit Anschlußdrähten versehenen Bau
teils CP 1 oder eines Chipbauteils CP 2, die auf der gedruck
ten Schaltungskarte 56 aufgebaut sind, wobei das senkrecht
nach oben reflektierte Licht erheblich in demjenigen Be
reich gedämpft ist, wo der Neigungswinkel der Lötstellen
oberfläche SLF 45° überschreitet. Vorzugsweise wird daher
die Intensität des horizontal auftreffenden Lichtes ge
steigert, um die Lichtstrahlen, welche in Vertikalrichtung
reflektiert werden, in demjenigen Bereich zu verstärken,
der 45° überschreitet, und die Ausführungsform nach den
Fig. 5 und 6 ermöglicht in der Tat eine optimale Einstel
lung des Verhältnisses zwischen den Intensitäten des waa
gerecht und des senkrecht auftreffenden Lichtes, dergestalt,
daß dieses Verhältnis im Bereich von 10 : 1 bis 10 : 5 liegt.
Überdies wird bei dieser Ausführungsform eine spektrografi
sche Bildüberwachung ermöglicht, denn das am halbdurchläs
sigen Spiegel 71 geteilte Licht, das aus der oberen Öffnung
54 austritt, wird durch verschiedene Filter wie Blaufilter
und Rotfilter geführt. Bei dieser Ausführungsform kann ei
ne zusätzliche Entscheidung dahingehend getroffen werden,
daß beispielsweise ein Bereich mit einer unzureichenden
Lotmenge unterschieden wird von einem Bereich ohne Lot, bei
welchem Kupfer oder eine andere Leiteroberfläche freiliegt.
Das durch die Erfindung geschaffene Kontrollverfahren zur
Kontrolle von Lötstellen gestattet eine dreidimensionale
Überwachung ausgehend von den Bildern, welche die Industrie-
Fernsehkameras liefern. Es wird nun auf Fig. 10 Bezug ge
nommen. Das von der Industrie-Fernsehkamera 102 erzeugte
Bild wird einer Bildverarbeitungseinrichtung 104 zugeführt,
in welcher die beispielsweise weißen und schwarzen Bild
bereiche in entsprechende Zahlenwerte umgesetzt werden
und das Verarbeitungsergebnis einer Diskriminiereinrich
tung 105 zugeführt wird, welche entscheidet, ob die kon
trollierte Lötstelle bei Anwendung eines geeigneten Dis
kriminationsalgorithmus einwandfrei ist. Die steuernde
Diskriminiereinrichtung 105 ist derart ausgelegt, daß
sie zunächst eine Diskriminierung bei einem Bild durch
führt, welches mit einer Beleuchtung unter einem bestimm
ten Winkel erhalten wurde, und anschließend die Lichtquel
len einer Beleuchtungseinrichtung 103 derart umschaltet,
daß ein anderes Bild erzeugt wird, welches durch Beleuch
tung unter einem anderen Winkel erhalten wird, wobei die
se Diskriminiereinrichtung 105 vorzugsweise ein Folgepro
gramm enthält, welches zusätzlich den X-Y-Verschiebungs
tisch ansteuert, um die verschiedenen Lötstellen der ge
druckten Schaltungskarte in einer vorbestimmten Folge
entlang den Achsen X und Y zu verschieben.
Eine besondere Ausführungsform eines Diskriminierverfahrens
wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 beschrie
ben. Fig. 11 zeigt Beispiele von Bildern von drei verschie
denen Zuständen einer Lötstelle SLF an einem Anschlußdraht,
wobei das Bild a eine ungenügende Lotmenge, das Bild b ei
ne einwandfreie Lötstelle und das Bild c eine Lötstelle mit
einer zu großen Lotmenge zeigt. Zur Unterscheidung zwischen
diesen drei Zuständen werden die dreistufigen Beleuchtungs
quellen bei den Kontrollanordnungen nach den Fig. 1 und 2
oder der nach den Fig. 3 und 4 sequentiell von oben nach
unten aktiviert. In der Zeichnung zeigen die mit (1) be
zeichneten Bilder die Beleuchtung unter einem Winkel von
annähernd 90°, die Bilder (2) die Beleuchtung unter einem
Winkel von annähernd 45° und die Bilder (3) die Beleuchtung
aus annähernd horizontaler Richtung. Die schraffierte Zone
bedeutet jeweils einen hellen Bildteil. Aus diesen Bildern
ist ersichtlich, daß der helle Bildteil bei einer Lötstelle
mit unzureichender Lotmenge besonders groß ist, wenn die
Beleuchtung annähernd unter 90° erfolgt, während die helle
Fläche bei allen Beleuchtungswinkeln klein ist, wenn eine
zu große Lotmenge vorhanden ist. Auf dieser Grundlage kann
eine sichere Unterscheidung zwischen den drei Zuständen er
folgen.
Fig. 12 zeigt weitere Beispiele von Bildern verschiedener
Zustände einer Lötstelle SLF an einem Chipbauteil CP 2 auf
einer gedruckten Schaltungskarte PCB. Die Bilder a, b, c
zeigen wiederum die Zustände einer unzureichenden, richti
gen bzw. zu großen Lotmenge, und die Beleuchtung erfolgt
in gleicher Weise wie bei dem Beispiel nach Fig. 11. Aus
Fig. 12 ist ersichtlich, daß die Anordnung zur Beleuchtung
der Lötstelle des Chipbauteils sequentiell unter verschie
denen Winkeln eine leichte und zuverlässige Unterscheidung
zwischen den verschiedenen Zuständen der Lötstelle ermög
licht.
Fig. 13 verdeutlicht eine weitere Ausführungsform des er
findungsgemäßen Kontrollverfahrens. Hierbei wird die Löt
stelle mittels einer Industrie-Fernsehkamera 202 als Bild
überwacht, worin die Lötstelle weiß bzw. hell erscheint.
Das so erhaltene Bild wird von der Kamera 202 einer binä
ren Verarbeitungseinrichtung 203 des Kontrollsystems zuge
führt. In dieser Verarbeitungseinrichtung 203 ist ein
Schwellwert für weiße Zonen entsprechend der Lötstelle der
art eingestellt, daß eine binäre Verarbeitung durchgeführt
werden kann, indem jeder andere Bereich als die Lötstelle
schwarz dargestellt ist. Die Verarbeitungseinrichtung 203
führt auch eine Störsignalverminderungs-Verarbeitung durch
und sendet beispielsweise das Ausgangssignal für ein in
Fig. 14a gezeigtes Bild (worin die weißen bzw. hellen Zo
nen punktiert sind) zu einer Expander-Verarbeitungseinrich
tung 204, worin die hellen Zonen des binär verarbeiteten
Bildes von den Lötstellen expandiert werden, so daß die
Grenzentfernung zwischen benachbarten gelöteten Stellen
auf 1/2 eingestellt wird, wie in Fig. 14b gezeigt ist. Das
nach der Expansion erhaltene Ausgangssignal der Expansions-
Verarbeitungseinrichtung 204 wird zunächst in einen Bild
speicher 205 abgespeichert und anschließend einer Diskrimi
nier-Verarbeitungseinrichtung 206 zugeführt, um Überbrük
kungszustände oder zu stark aneinander angenäherte Zustän
de zwischen benachbarten Lötbereichen aufzuspüren.
In der Diskriminier-Verarbeitungseinrichtung 205 wird vor
zugsweise die in den Fig. 15a bis 15c verdeutlichte Diskri
minierfolge durchgeführt. In diesen Figuren sind die recht
winkligen, in Fig. 14b mit durchgezogener Linie umrandeten
Bereiche vergrößert dargestellt. Es erfolgt eine Abtastung
SCN zwischen den beiden senkrechten Extrempunkten P 1 und
P 2 einer Referenzlinie RL, und wenn bei der Abtastung kei
ne Lötstelle SLF angetroffen wird, wie in Fig. 15a verdeut
licht ist, so wird auf eine einwandfreie Lötstelle ge
schlossen. Wenn hingegen bei der Abtastung SCN ein Lötbe
reich wie am Punkte P 3 in Fig. 15b in der normalen Abtast
richtung vom Punkte P 1 zum Punkt P 2 angetroffen wird, so
wird die Abtastrichtung verändert. Wenn dann bei der Abta
stung der Punkt P 4 am Seitenrand des Rahmens in Fig. 15b
angetroffen wird, so wird die Abtastung vom Punkte P 3 aus
gehend in einer anderen Richtung fortgesetzt. Wenn bei die
ser fortwährenden Abtastung die Referenzlinie RL im Punkte
P 5 angetroffen wird, verläuft sie entlang dieser Referenz
linie RL weiter bis zum Punkte P 2, woraufhin auf eine ein
wandfreie Lötstelle geschlossen wird. Wenn hingegen bei
der Abtastung SCN ein Überbrückungsteil der Lötstelle SLF
im Punkte P 6 angetroffen wird, wie in Fig. 15c verdeutlicht
ist, während die normale Abtastung vom Punkte P 1 zum Punkt
P 2 geschieht, so wird zwar die Abtastrichtung geändert,
wenn jedoch nach den Richtungsänderungen die Abtastung nur
zu den beiden Punkte P 7 und P 8 an den Seitenrändern führt
und nicht wieder zur Referenzlinie RL über den Punkt P 6
führt, so wird entschieden, daß eine Überbrückung vorhanden
ist und die Lötstelle fehlerhaft ist.
Bei dem beschriebenen Beispiel kann durch die Verarbeitung
des vergrößerten Bildes der Lötstellen mit 1/2-Darstellung
ihres Annäherungsabstandes nicht nur der Überbrückungszu
stand zwischen benachbarten Lötstellen erkannt werden, son
dern auch eine zu dichte Annäherung zwischen benachbarten
Lötstellen kann leicht und zuverlässig erkannt werden.
In Fig. 16 ist eine weitere Ausführungsform des Kontroll
verfahrens verdeutlicht. Bei dieser Ausführungsform wird
die in Horizontalrichtung verstärkte Streulichtbeleuchtung
auf Lötstellen SLF gerichtet, wie sie in Fig. 16a gezeigt
sind und bei denen ein Chipbauteil CP 2 auf der gedruckten
Schaltungskarte PCB angeschlossen ist. Das überwachte Bild
signal wird einer binären Verarbeitung bei optimalen Pegel
werten unterzogen, um Bilder des Chipbauteils CP 2 und alle
Kennzeichnungen darauf auszublenden. Es wird dann ein Bild
der Lötstellen SLF 3 entsprechend der Darstellung in Fig.
16b erhalten, welches dann in einem geeigneten Speicher ab
gespeichert wird. Anschließend wird das angelötete Chipbau
teil CP 2 mit annähernd senkrecht nahe bei 90° einfallendem
Licht beleuchtet. Das erhaltene Bildsignal wird ebenfalls
für eine optimale Binärcodierung verarbeitet, um die Bild
anteile des Chipbauteils CP 2 und seiner Kennzeichnung aus
zublenden. Es wird dann ein Bild der Lötstelle SLF 2 erhal
ten, wie es in Fig. 16c gezeigt ist. Die beiden Bilder der
Fig. 16b und 16c werden miteinander kombiniert, um ein zu
sammengesetztes Bild der Lötstellen SLF 4 zu erhalten, wie
es in Fig. 16d gezeigt ist. Dieses zusammengesetzte Bild
wird dann mit einem vorbestimmten Referenzbild verglichen,
so daß die Diskriminierung des Zustandes der Lötstellen
mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann.
In Fig. 17 ist ein weiteres Beispiel einer Ausführungs
form des Kontrollverfahrens verdeutlicht, welches leichter
durchführbar ist als das nach Fig. 10. Bei dieser Ausfüh
rungsform wird wiederum ein Hauptspeicher 301 verwendet,
in welchem Zustandsinformationen zur Verarbeitung der über
wachten Bilder gespeichert werden, die beispielsweise von
zwei Industrie-Fernsehkameras 1 und 2 geliefert werden.
Ferner ist eine Zentralverarbeitungseinheit CPU 302 vorge
sehen, um die gespeicherten Informationen aus dem Haupt
speicher mit hoher Geschwindigkeit abzurufen. Die Zustands
information ist hier eine Gruppe von Bildverarbeitungs-
Zustandsdaten, die jeweils einem Bildelement eines über
wachten Bildes entsprechen; wie in Fig. 18 gezeigt ist,
enthalten die Bildverarbeitungs-Zustandsdaten mehrere Bits,
welche dem Bildelement entsprechen und beispielsweise Kon
trollbereich-Identifikationsnummer-Bits 310 a, Logikopera
tionsart-Bits 310 b und Umschaltbits 310 c enthalten. An
sprechend auf einen vorbestimmten Befehl liefert die CPU 302
die Bildverarbeitungs-Zustandsinformationen an einen Bild
verarbeitungs-Zustandsspeicher 303, der seinerseits ein
Ausgangssignal an einen Digitalumsetzer 304, eine logische
Operationsschaltung 305 und eine Realzeit-Verarbeitungs
schaltung 306 abgibt, und ein Zustandsbefehl wird an die
entsprechenden Schaltungen abgegeben. Die durch die Kameras
1 und 2 überwachten Bilder werden jeweils an einen Kompa
rator COMP 1 und COMP 2 in einem Digitalumsetzer 304 angelegt,
wo die Bilder in Ausgangsgrößen mit zwei oder mehr Werten
umgesetzt werden, ansprechend auf einen Diskriminierpegel,
welcher aus dem Zustandsspeicher 303 entnommen wird. Diese
Ausgangsgrößen werden der Logikoperationsschaltung 305 zu
geführt. In dieser Logikoperationsschaltung 305 wird eine
Operation ansprechend auf die Bildverarbeitungs-Zustands
daten aus dem Zustandsspeicher 303 ausgeführt, und das re
sultierende Ausgangssignal wird der Realzeit-Verarbeitungs
schaltung 306 zugeführt, wo für jede vorbestimmte Zone der
Lötstelle ansprechend auf die Daten aus dem Zustandsspeicher
303 eine Operation ausgeführt wird, um die Fläche und der
gleichen zu erhalten. Bei dieser Ausführung werden die Schal
tungen 304, 305 und 306 synchron mit der Abtastung durch die
Industrie-Fernsehkameras betrieben, so daß eine Diskriminie
rung hinsichtlich des Zustandes der ganzen Lötstellen mit
hoher Geschwindigkeit in Realzeit durchgeführt werden kann.
Claims (14)
1. Kontrollanordnung für Lötstellen, bei welcher Licht
von einer Lichtsendeeinrichtung auf die Lötstellen an
Elektronikkomponenten gerichtet wird und Informationen
abgeleitet werden, welche die Oberflächenbeschaffenheit
der Lötstellen anzeigen, um zu unterscheiden, ob die Löt
stellen einwandfrei sind oder nicht, dadurch gekennzeich
net, daß die Lichtsendeeinrichtung Lichtstrahlen auf die
Lötstellen unter verschiedenen Winkeln richtet.
2. Kontrollanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtsendeeinrichtung eine Beleuchtungs
quelle zur Beleuchtung mit verstärkt horizontalem Streu
licht und eine Beleuchtungsquelle zur zumindest annähernd
senkrechten Beleuchtung unter einem Winkel von nahezu 90°
zur Ebene der Lötstellen umfaßt.
3. Kontrollanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Beleuchtungsquellen jeweils eine Licht
leitfaser umfassen, welche optisch an eine Lichtquelle
angeschlossen ist, und daß diese Lichtquellen abwechselnd
ein- und ausgeschaltet werden.
4. Kontrollanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Beleuchtungsquellen jeweils eine kreis
runde Lampe umfassen.
5. Kontrollanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Beleuchtungsquellen innerhalb eines
Gehäuses angeordnet sind und die Lichtsendeeinrichtung,
welche die verschiedenen Beleuchtungsquellen bildet, ei
ne Gruppe von Lichtleitfasern umfaßt, die optisch an ih
rem einen Ende jeweils an eine der abwechselnd aktivier
ten Lichtquellen angeschlossen sind und an ihrem anderen
Ende durch einen Halter gehalten werden, der an dem Ge
häuse gebildet ist.
6. Kontrollanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gehäuse an seiner oberen Wandung mit
einer Bilddurchgangsöffnung versehen ist, um eine Indu
strie-Fernsehkamera oberhalb anzuordnen, und in der Bo
denwandung mit einer Beleuchtungsöffnung versehen ist,
um darunter die durch die Beleuchtungsquellen anzustrah
lenden Lötstellen anzuordnen.
7. Kontrollanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Halter für die Lichtleitfasern kuppel
förmig ausgebildet und innerhalb des Gehäuses angeordnet
ist.
8. Kontrollanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Halter für die Lichtleitfasern ein er
stes, ringförmiges Teil umfaßt, welches an der Bodenwand
des Gehäuses befestigt ist, um die Lichtleitfasern für
die Streulicht-Beleuchtungsquelle zu halten, und ein
zweites ringförmiges Teil umfaßt, welches am Umfang der
Bilddurchgangsöffnung des Gehäuses angeordnet ist, um
die Lichtleitfasern für die in senkrechter Richtung be
leuchtende Beleuchtungsquelle zu halten.
9. Kontrollanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtsendeeinrichtung ferner eine Leucht
stoffröhre vom Hochfrequenztyp umfaßt und oberhalb des er
sten ringförmigen Halteteils angeordnet ist.
10. Verfahren zur Kontrolle von Lötstellen, bei welchem
die Lötstellen an den Elektronikbauteilen mit Licht be
strahlt werden, um eine Information zu gewinnen, welche
für die Oberflächenbeschaffenheit der Lötstellen von Be
deutung ist, und zu entscheiden, ob die Lötstellen ein
wandfrei sind oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß die
Entscheidung auf der Grundlage einer Mehrzahl von Bildern
jeder der Lötstellen getroffen wird, welche erhalten wer
den, indem diese Lötstellen unter verschiedenen Winkeln
mit Licht bestrahlt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die mehreren Bilder zur Durchführung der Entscheidung
in Binärwerte umgesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die in Binärwerte umgesetzten Bilder gedehnt werden
durch eine Vergrößerung, die vorbestimmt ist in Bezug auf
den Annäherungsgrenzabstand zwischen benachbarten Lötstel
len, woran die Entscheidung vorgenommen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die in Binärwerte umgesetzten Bilder zum Zweck der Un
terscheidung zu einem zusammengesetzten Bild kombiniert
werden.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die mehreren Bilder auf Realzeitbasis erhalten werden
und eine Realzeitoperation an jedem Bildelement der ver
schiedenen Bilder ansprechend auf eine vorbestimmte Bild
verarbeitungs-Zustandsinformation für diese Entscheidung
durchgeführt wird.
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