DE3540288C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Kontrollanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche optische Kontrollanordnung dient zur Kontrol­ le des Zustandes von Lötstellen an Elektronikteilen wie Schaltungskomponenten, die mit Anschlußdrähten versehen sind, integrierte Schaltungen, Chipbauteile und derglei­ chen, 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 Bauteilemontage 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 Massenherstellungtechnik 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 Löstellen ordnungsgemäß sind. Eine nicht ordnungsgemäße Monage 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 JP-OS 57-33 304 ist ferner eine optische Kontroll­ vorrichung beschrieben, bei welcher zwei Beleuchtungs­ quellen eine Lötstelle aus entgegengesetzten Richtungen parallel zur Oberfläche der Schaltungskarte beleuchten und ein Detektor senkrecht auf die Lötstelle gerichtet ist. Das von der Oberfläche der Lötstelle ausgehende Licht wird in ein elektrisches Signal umgesetzt, um mit einem Referenzsignal verglichen zu werden und eine Diskriminie­ rung anhand der festgestellten Unterschiede durchzuführen. Diese Anordnung erlaubt zwar in einem gewissen Maße das Ablesen der äußeren Gestalt von Lötstellen auf einer ge­ druckten Schaltungskarte, ist jedoch insofern unbefriedi­ gend, als die Kontrollgeschwindigkeit zu gering ist. Fer­ ner besteht der Mangel, daß keine genaue Bestimmung dahin­ gehend, ob genügend Lot an einer Lötstelle vorhanden ist, durchgeführt werden kann.

Ferner is aus der JP-OS 57-1 96 140 eine optische Kontroll­ anordnung für Lötstellen auf gedruckten Schaltungskarten bekannt, bei welcher eine Lötstelle senkrech zur Fläche der Schaltungskarte beleuchtet wird und das an der Löt­ stelle reflektierte Licht von zwei verschwenkbaren opti­ schen Detektoren aufgefangen wird. Eine solche Kontroll­ anordnung ermöglicht zwar eine räumliche Erfassung der Beschaffenheit einer Lötstelle, jedoch erfordert die Kon­ trolle aller Lötstellen einer Schaltungskarte viel Zeit, da jeweils die beiden Photodetektoren verschwenkt werden müssen.

Weiterhin ist aus der DE-OS 28 11 744 bereits eine opti­ sche Kontrollanordnung für flächige Gegenstände, insbeson­ dere Holzbretter bekannt, bei welcher die zu kontrollie­ rende ebene Oberfläche durch Lampen aus mehreren Richtun­ gen beleuchtet wird. Durch die Verwendung mehrerer Lampen, die aus unterschiedlichen Richtungen anstrahlen, wird je­ doch nur eine gleichmäßige Ausleuchung angestrebt. Die Verwendung einer Vielzahl von verschiedengerichteten Licht­ leitfasern bei einer optischen Kontrollanordnung ist, ebenfalls zum Zweck einer gleichmäßigen Ausleuchtung, aus der DE-OS 29 28 844 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Kontrollanordnung der eingangs angegebenen Art dahinge­ hend weiterzubilden, daß fehlerhafte Lötstellen mit hoher Genauigkeit und Schnelligkeit festgestellt werden können und eine leichte Anpassung an Massenproduktionslinien möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen optischen Kon­ trollanordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße optische Kontrollanordnung kön­ nen die Lötstellen auf der gedruckten Schaltungskarte drei­ dimensional mit einer Genauigkeit erfaßt werden, die bei der Verwendung von Chipbauteilen benötigt wird. Insbeson­ dere wird bei der erfindungsgemäßen optischen Kontroll­ anordnung das Licht aus den Beleuchtungsquellen unter ver­ schiedenen Winkeln auf die Lötstelle gerichtet, um auf diese Weise eine räumliche Information über die Beschaf­ fenheit der Lötstelle zu gewinnen, wodurch sicher unter­ schieden werden kann, ob die Lötstelle nach quantitativen Kriterien einwandfrei ist, also die ausreichende und rich­ tig bemessene Lotmenge aufgebracht ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform einer optischen Kontrollanordnung mit einer Einrichung zur Beleuchung 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 Verdeutlichung 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 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 schlechen Lötstellen zu unterscheiden;

Fig. 13 ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Ver­ arbeitung der Kontrollinformation bei ei­ ner weiteren Ausführungsform des 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 Verfahrens; und

Fig. 18 ein Diagramm, welches Zustanddaten für eine Bildverarbeitung mittels der in Fig. 17 ge­ zeigten Schaltungsanordnung zeigt.

Die Kontrollanordnung enthält eine Beleuchtungseinrichung, welche eine gelötete Oberfläche von zwei oder mehr Stellen aus unter verschiedenen Winkeln zur Oberfläche beleuchtet. Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 und 2 enthält die Kontrollanordnung 10 allgemein eine Beleuchtungseinrichtung 11 und eine Industrie-Fernsehkamera 12. Die Beleuchtungsein­ richung 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 Industrie-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 mi 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 Industrie-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.

Die Lampen 17 bis 19 werden nacheinander ein- und ausgeschaltet, wodurch der Beleuchtungswinkel der zu kontrollierenden Lötstelle nach­ einander geändert wird und verschiedene Bilder derselben Kontrollstellen 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. Die Kriterien, nach welchen die Unterschei­ dung erfolgt, werden 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 Öffnung 35 ausgerichtet, welche in der Mitte der Bodenwand des Gehäuses 33 angebracht ist. Der Halter 40 hält die Licht­ austrittsenden der Lichleitfasern 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 Teil 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 Öffnung 35 im Boden des Gehäuses 33 angeord­ net ist, direkt zu beleuchten.

Bei dieser Ausführungsform kann die gesamte Umschalt-Be­ leuchtungszeit durch die Guppen 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 in Form eines ersten bzw. zweiten ringförmigen Teiles 60, 60 a für Lichleitfasern, die ringförmig sind und verschiedene Durchmesser aufweisen. Das erste ringförmige Teil 60 ist an der Bodenwand des Gehäuses angeordnet und umschließt die Öff­ nung 55 innerhalb des Gehäuses. Das zweite ringförmige Teil 60 a ist am Umfang der oberen Öffnung 54 befestigt. Kreisrunde Leuchtstoffröhren 67 und 68, die mit Hochfrequenz betrie­ ben werden, sind innerhalb des Gehäuses durch eine geeig­ nete Halterungseinrichtung oberhalb des ringförmigen Teiles 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 das erste ringförmige Teil 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 zweiten ringförmigen Teil 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 Lichtleifasern 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 Industrie-Fernsehkamera 52 über ein erstes Farbfilter 72 z. B. ein Blaufilter, während der ver­ bleibende Lichtanteil durch den halbdurchlässigen Spiegel 71 reflektiert wird und auf einen weiteren Spiegel 73 trifft, der es über ein zweites Farbfilter 74 z. B. ein Rotfilter zu der weiteren Industrie-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 Leuchtstoffröhren 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. Die Intensität des horizontal auftreffenden Lichtes wird 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 geroffen werden, daß beispielsweise ein Bereich mit einer unzureichenden Lotmenge unterschieden wird von einem Bereich ohne Lot, bei welchem Kupfer oder eine andere Leitoberfläche freiliegt.

Das beschriebene 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 anderers Bild erzeugt wird, welches durch Beleuch­ tung unter einem anderen Winkel erhalten wird, wobei die­ se Diskriminiereinrichtung 105 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.

Das zugehörige Diskriminierverfahren 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 Beleuchung unter einem Winkel von annäherd 90°, die Bilder (2) die Beleuchtung unter einem Winkel von annäherd 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 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 Industrie-Fernsehkamera 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 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 Verarbeitungseinrichtung 204 wird zunächst in einen Bild­ speicher 205 abgespeichert und anschließend einer Diskrimi­ nier-Verarbeitungseinrichtung 206 zugeführt, um Überbrüc­ kungszustände oder zu stark aneinander angenäherte Zustän­ de zwischen benachbarten Lötbereichen aufzuspüren.

In der Diskriminier-Verarbeitungseinrichtung 206 wird 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 Punkten 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 Verarbeitungs­ einrichtung 306 zur Realzeitverarbeitung der Bildsignale 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 Verarbeitungs­ einrichtung 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 Einrich­ 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 (13)

1. Optische Kontrollanordnung für die Lötstellen einer gedruckten Schaltungskarte, mit mehreren Beleuchtungsquel­ len zur Bestrahlung der Lötstellen aus verschiedenen Rich­ tungen, mit einer senkrecht auf die Lötstellen gerichteten Einrichtungen zur Erfassung von Informationen über die Be­ schaffenheit der Lötstellen und einer Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsrichtungen der Beleuchtungsquellen (Lampen 17, 18, 19; Lichtleitfasern 37, 38, 39; Leuchtstoffröhren 67, 68) in einem Winkelbereich von an­ nähernd 0° bis 90° zur Ebene der Schaltungskarte (16; 36; 56) liegen, daß die Beleuchtungsquellen sequentiell ein- und ausschaltbar sind und daß die Auswerteeinrichtung zur sequentiellen Auswertung vorgesehen ist.

2. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchungsrichtung der Be­ leuchtungsquellen (Lampen 17, 18, 19) ungefähr 0°, unge­ fähr 90° und einen dazwischenliegenden Winkelwert betra­ gen.

3. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsquellen jeweils eine Gruppe von Lichtleitfasern (37, 38, 39; 57, 59) umfassen, welche op­ tisch je an eine Lichtquelle (42, 43, 44; 62, 64) angeschlos­ sen ist.

4. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungquellen jeweils eine ringfömige Lichtquelle (Lampen 17, 18, 19) umfassen.

5. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (37, 38, 39) inner­ halb eines Gehäuses (33) angeordnet sind und an ihrem Ende durch einen Halter (40) gehalten sind, der sich im Gehäuse (33) befindet.

6. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (33) an seiner oberen Wandung mit einer Öffnung (41) versehen ist, oberhalb wel­ cher eine Industrie-Fernsehkamera (12) angeordnet ist, und an seiner unteren Wandung mit einer Öffnung (35) versehen ist, durch welche die zu kontrollierende Fläche der Schal­ tungskarte beleuchtbar und beobachtbar ist.

7. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (40) für die Licht­ leitfasern (37, 38, 39) kuppelförmig ausgebildet ist.

8. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter für die Lichtleit­ fasern (57, 59) ein erstes, ringförmiges Teil (60) umfaßt, welches an der unteren Wandung des Gehäuses (53) befestigt ist und die Lichtleitfasern (57) für die Beleuchtungsrich­ tung von annähernd 0° haltert, und ein zweites, ringförmi­ ges Teil (60 a) umfaßt, welches am Umfang der Öffnung (54) in der oberen Wandung des Gehäuses (53) angeordnet ist und die Lichtleitfasern (59) für die Beleuchtungsrichtung von annähernd 90° haltert.

9. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens eine Leuchtstoff­ röhre (67, 68) vom Hochfrequenztyp oberhalb des ersten ringförmigen Teils (60) angeordnet ist.

10. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über der Öffnung (54) in der oberen Wandung ein halbdurchlässiger Spiegel (71) angeordnet ist, daß im Strahlengang zwischen diesem halbdurchlässigen Spiegel (71) und der Industrie-Fernsehkamera (52) ein erstes Farbfilter (72) angeordnet ist und daß im Strahlengang des an dem halbduchlässigen Spiegel (71) reflektierten Lich­ tes eine weitere Industrie-Fernsehkamera (52 a) angeordnet ist und daß zwischen diesem und dieser weiteren Industrie- Fernsehkamera (52 a) ein zweites Fabfilter (74) einer anderen Farbe als die des ersten angeordnet ist.

11. Optische Kontrollanordnung nach einem der vorstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte­ einrichtung eine binäre Verarbeitungseinrichtung (203) enthält, an deren Eingang die Bildsignale angelegt sind, welche die Informationen über die Beschaffenheit der Löt­ stellen anzeigen, wobei der Ausgang der binären Verar­ beitungseinrichtung (203) an einer Verarbeitungseinrichtung (204) angeschlossen ist, welche die in Binärwerte umge­ setzten Bildsignale so dehnt, daß der Abstand zwischen benachbarten Lötstellen vermindert wird.

12. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diskriminier-Verarbeitungsein­ richtung (206) vorgesehen ist, in der aus den Bildsignalen, die verschiedenen Beleuchtungsrichtungen entsprechen und zwischengespeichert sind, ein zusammengesetztes Bild erzeugt und ausgewertet wird.

13. Optische Kontrollanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung eine Verarbeitungseinrichtung (306) zur Realzeitverarbeitung der Bildsignale aufweist.