DE3618570C2

DE3618570C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung und Korrektur von Fehlern bei der Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen

Info

Publication number: DE3618570C2
Application number: DE3618570A
Authority: DE
Inventors: Masanori Ohta
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2006-06-04
Also published as: CN1008504B; GB2184877B; US4787143A; CA1245773A; DE3618570A1; MY101933A; FR2591057A1; KR870006827A; KR950002212B1; GB8612943D0; CN86104342A; FR2591057B1; GB2184877A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erfassung und Korrektur von Fehlern bei der Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die geeignet sind, Schäden oder Fehler bei der Leiterplattenbestückung zu erfassen, beispielsweise unterbliebene Montage, falsche Ausrichtung eines montierten elektronischen Bauteils bezüglich der gedruckten Leiterplatte, falsche Einbaurichtung, Montage falscher elektronischer Bauelemente auf der Leiterplatte oder ähnliches.

Bei einem herkömmlichen Produktionsband zur Bestückung von gedruckten Leiterplatten mit elektronischen Schaltungs- bzw. Bauteilen, im folgenden elektronischen Teilen oder Chips, wird die Untersuchung auf Schäden oder Fehler bei der Leiterplattenbestückung bei jeder einzelnen Leiterplatte ausgeführt, und wenn ein Montageschaden oder -fehler festgestellt wird, wird die defekte Leiterplatte durch eine Bedienungsperson von dem Montageband entfernt und in einer Aufnahmestation gesammelt. Die gesammelten fehlerhaften Leiterplatten werden dann in einer getrennten Reparaturvorrichtung einer Reparatur unterzogen.

Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß bei der bekannten Vorrichtung zur Erfassung und Korrektur von Montagefehlern die Prüfung auf Montageschäden bei jeder Leiterplatte ausgeführt wird. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad eines Montagebandes selbst dann nicht verbessert, wenn die Leiterplattenbestückung zügig und kontinuierlich von einer Chipmontagevorrichtung ausgeführt wird. Als Montagefehler werden folgende Fehler angesehen: die unterbliebene Montage, die falsche Ausrichtung eines montierten elektronischen Teils gegenüber der Leiterplatte, ein Fehler in der Montagerichtung, die Montage eines falschen elektronischen Bauteils auf einer Leiterplatte und ähnliches. Es ist schwierig, Montagefehler so vieler verschiedener Arten präzise und zügig zu prüfen. Um fehlerhafte Leiterplatten in einer getrennten Reparaturvorrichtung reparieren zu können, müssen diese manuell von dem Montageband entfernt werden. Außerdem muß eine Bedienungsperson eine Markierung in dem fehlerhaften Bereich einer Leiterplatte mit Montagefehler anbringen, so daß der Reparaturvorgang sehr mühsam und ineffizient ist.

Der Veröffentlichung von Reuber, Wolfgang: Automatische Bilderkennungssysteme, ist zu entnehmen, daß Bilder elektronischer Bauteile erfaßt, sukzessiv geprüft und Prüfdaten über Leiterplatten mit Montagefehlern erzeugt werden.

Die EP 00 66 631 A1, der DE 29 53 596 C2 und der DE 21 38 238 A1 ist zu entnehmen, mehrere Leiterplatten auf einem Koordinatentisch in einer Reihe anzuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchsatz bei einer bildverarbeitenden Prüfstation und nachgeordneten Reparaturstation zu erhöhen und einen hohen Automatisierungsgrad zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 4 gelöst.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung unterscheiden automatisch gedruckte Leiterplatten mit Montagefehlern von akzeptablen Leiterplatten und übernehmen den Transport von Leiterplatten mit Montagefehlern zu der Reparaturstation, welche die Leiterplatten mit Montagefehlern repariert.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Codierung als Strich-Code ausgeführt, wie aus der DE 25 13 890 A1 an sich bekannt.

In der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 3 kann die Einbaulage der elektronischen Bauteile auf jeder einzelnen Leiterplatte einfach und genau geprüft werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Bei den Figuren, sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigt

Fig. 1 ein ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erfassung und Korrektur von Fehlern bei der Leiterplattenbestückung darstel lendes Flußdiagramm;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte, die für die Verwendung bei der Erfindung geeignet ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Prüfstation, die in das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbei spiel integriert ist und zur Erfassung von Fehlern bei der Leiterplattenbestückung dient;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbei spiels einer Prüfkamera, die in der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 3 verwendet werden kann; und

Fig. 5 bis 7 schematische Ansichten, die zur Erklärung der Beurteilung der Eigenschaften der Leiterplattenbestückung dienen.

Im folgenden werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erfassung und Korrektur von Fehlern bei der Leiterplattenbestückung anhand der Figuren erläutert.

In Fig. 1 sind eine Vorrichtung zur Erfassung von Montage fehlern und eine Reparaturvorrichtung dargestellt, die so aufgebaut sind, daß Leiterplatten, auf die elektronische Teile mittels einer Chip-Montagevorrichtung 10 aufgebracht wur den, von einem nicht dargestellten Magazin aufgenommen und anschließend von einer Beschickungseinrichtung 56 einem nachfolgenden Koordinatentisch 54 zugeführt werden, während eine Code-Aufbringeinrichtung 58 Codierungen auf die Ober fläche einer jeden Leiterplatte aufbringt.

Eine Ausführungsform einer Leiterplatte 14, die bei dem genann ten Ausführungsbeispiel Verwendung finden kann, ist in Fig. 2 dargestellt. Auf die Leiterplatte 14 ist mittels der Co de-Aufbringeinrichtung 58 eine Codierung 16 aufgebracht. Die Codierung 16 kann durch Aufkleben eines Etiketts mit einem Strich-Code aufgebracht werden. Sie kann aber auch dadurch aufgebracht werden, daß ein Strich-Code auf die Leiterplatte gedruckt wird. Es kann dabei ein Magnetfarbendruck verwendet werden. Die so aufgebrachte Codierung 16 wird zur Handhabung der Leiterplatte 14, wie unten beschrieben, verwendet.

Auf dem in Fig. 3 dargestellten Koordinatentisch 54 können mehrere Leiterplatten 14 in einer Reihe oder Seite an Seite mit vorgegebenen Abständen angeordnet werden. Über den Stel len, an denen Leiterplatten 14 auf dem Koordinatentisch 54 ange ordnet sind, sind Prüfkameras 60 angeordnet, deren Anzahl der der Leiterplatten 14 entspricht. Die Prüfkameras 60 liefern sukzessive Bilder von elektronischen Teilen auf der Leiterplatte 14 an eine gemeinsame Bildkontrolleinrichtung 62, die in der Lage ist, Montagefehler zu erfassen, wie z.B. die unterbliebene Montage, falsche Ausrichtung von montier ten elektronischen Teilen bzw. Chips bezüglich der Leiterplatte, eine falsche Montagerichtung, die Montage falscher elektronischer Teile auf den Leiterplatten u.ä.

Der Koordinatentisch 54 ist darüber hinaus mit einer Co de-Leseeinrichtung 64 versehen, die dazu dient, die Codie rung 16 einer jeden Leiterplatte 14 zu lesen und ein die Codie rung betreffendes Code-Signal an eine Datenaufbereitungs steuerung 44 so weiterzuleiten, daß das Code-Signal Montagefehlerdaten der Leiterplatte entspricht, die von der Bildkontroll-Einrichtung 62 erfaßt und erzeugt werden, wie unten beschrieben wird.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist außer dem eine Klassifizierungseinrichtung 26 auf, die vor dem Koordinatentisch 54 angeordnet und mit der Datenaufberei tungssteuerung 44 verbunden ist. Die Klassifizierungsein richtung 26 schließt einen zweiläufigen Trennförderer 27 ein. Der Trennförderer 27 ist so ausgelegt, daß er aufgrund der von der Bildkontroll-Einrichtung 62 erfaßten Montage fehlerdaten der Leiterplatten in mit Montagefehlern behaftete oder fehlerhafte und fehlerfreie klassifiziert. Die Klassi fizierungseinrichtung 26 weist auch eine erste Entladeein richtung 66 für fehlerfreie Leiterplatten sowie eine zweite Entladeeinrichtung 68 für fehlerhafte Leiterplatten auf, die mit dem zweiläufigen Trennförderer 27 so verbunden sind, daß sie nebeneinander angeordnet und geeignet sind, jeweils von dem Trennförderer 27 zugeführte fehlerfreie bzw. fehler hafte Leiterplatten nach vorne abzugeben. Die zweite Entladeein richtung 68 für fehlerhafte Leiterplatten ist mit einer Chip-Lo kalisierungseinrichtung 70 verbunden, die die Reparatur der fehlerhaften Leiterplatten aufgrund eines Vergleichs der von einer Code-Leseeinrichtung 72 der Lokalisierungseinrich tung 70 gelesenen Codierung mit den in der Datenaufberei tungssteuerung 44 gespeicherten Daten ausführen kann.

Wie oben beschrieben, vergleichen bei dem dargestellten Aus führungsbeispiel mehrere Prüfkameras 60 gleichzeitig mehre re auf dem Koordinatentisch 54 angeordnete Leiterplatten 44, wie in Fig. 3 dargestellt. Dabei werden gleiche Punkte auf den jeweiligen Leiterplatten bezüglich der zugehörigen Prüfkameras während der von dem Koordinatentisch 54 ausge führten Längs- oder seitlichen Bewegung gleichartig bewegt, weil gleiche elektronische Teile auf den jeweiligen Leiterplatten an gleichen Stellen angeordnet sind. Auf diese Weise können Daten über die Montage elektronischer Teile auf den Leiterplatten, die von den gleichen Punkten erhalten werden, von der Bildkontroll-Einrichtung 62 der Datenaufbereitungs steuerung 44 so zugeführt werden, daß sie mit den von der Code-Leseeinrichtung 64 gelesenen Codierungsdaten der jewei ligen Leiterplatten korrespondieren. Genauer gesagt empfängt die Bildkontroll-Einrichtung 62 nacheinander solche ersten Daten von den Prüfkameras 60, um zu entscheiden, ob die jeweiligen Leiterplatten akzeptierbar oder fehlerhaft sind, und um ein Signal oder Daten einer solchen jede Leiterplatte betreffenden Entscheidung über eine NC-Vorrichtung 74 an die Datenaufbereitungssteuerung 44 weiterzuleiten, die die Signale oder Daten speichert. Die Datenaufbereitungssteue rung 44 ist mit dem zweiläufigen Trennförderer 27 und der Lokalisierungseinrichtung 70 so verbunden, daß die von der Datenaufbereitungssteuerung 44 an den Trennförderer 27 und die Lokalisierungseinrichtung 70 weitergegebenen Daten be wirken, daß der Trennförderer 27 die Klassifizierung zwi schen defekten elektronischen Teilen und nicht defekten elektronischen Teilen vornimmt und die Lokalisierungsein richtung 70 die jeweiligen defekten Leiterplatten repariert. Die Lokalisierungseinrichtung 70 kann übrigens mittels eines Lichtpunktes einen defekten Bereich bezüglich einer Leiterplatte anzeigen, in der ein Montagefehler bei einem elek tronischen Bauteil mit Hilfe der Bildkontroll-Einrichtung 62 festgestellt wurde, anzeigen und einen geeigneten Chip bzw. ein elektronisches Bauteil entsprechend der Anzeige durch den Lichtpunkt von einer nicht dargestellten Chip-Zu fuhreinrichtung entnehmen und den defekten Chip austauschen.

Mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel können mehrere Leiterplatten gleichzeitig einer Prüfung oder Erfas sung unterworfen werden und nacheinander den nachfolgenden Verarbeitungsschritten zugeführt werden, so daß die Erfassung und Reparatur defekter Leiterplatten in kurzer Zeit effektiv durchgeführt werden kann.

Mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Fehlererfassung und -korrektur können automatisch defek te und fehlerfreie Leiterplatten unterschieden und die Reparatur fehlerhafter Leiterplatten aufgrund der Einzelheiten über den angezeigten Fehler ausgeführt werden, so daß ein Monta geband geschaffen wird, das die Leiterplattenbestückung mit hoher Effizienz und Genauig keit durchführen kann.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann jede der Prüfkameras 60, wie in Fig. 4 dargestellt, so verwen det werden, daß sie ein Bild eines Chips 78 zusammen mit einem an den Außenkanten des auf einer Leiterplatte 14 aufge brachten Chips 78 entstehenden Schatten aufnimmt. Der Schatten entsteht durch die mit Hilfe von über dem Chip 78 angeordneten Stroboskopen 76 erzeugte Lichtstrahlung, wobei das Bild mit dem Schatten auf einen Rahmen der Bild kontroll-Einrichtung 62 (Fig. 1 und 3) projiziert wird. Der Kontrast zwischen Licht und Schatten bei der Abbildung des Chips mit dem Schatten wird an mehreren Punkten entlang der Peripherie des Chips begrenzt erfaßt, so daß der Umriß des Chips 78 aufgrund des Kontrasts zwischen Licht und Schatten bei der Abbildung mit dem Schatten zum Teil festge stellt werden kann. Auf diese Weise können die Montageeigen schaften des Chips auf der Leiterplatte in Abhängigkeit davon beurteilt werden, ob der zum Teil erfaßte Umriß des Chips 78 an eine vorgegebene Stelle des Rahmens der Bildkontroll- Einrichtung 62 projiziert wird. Die begrenzte Erfassung des Kontrasts kann durch die Verwendung von Fenstern bzw. Öff nungen durchgeführt werden, die in einem Rahmen der Bildkon troll-Einrichtung 62 angeordnet sind, um die Erfassungsbe reiche auf mehrere vorbestimmte innerhalb des mit Hilfe der Prüfkamera 60 aufgenommenen Bildes des Chips mit dem Schat ten liegende Bereiche zu begrenzen. Die vorbestimmten Be reiche sind an der Peripherie zwischen Abbildung und Schat ten angeordnet. Die Anordnung des Chips auf der Leiterplatte kann mit Hilfe solcher Ausschnitte bzw. Öffnungen aufgrund des Kontrastunterschiedes festgestellt werden, der zwischen dem Abbild des Chips und dem Schatten auf einem Bereich der Leiterplatte um den Chip herum oder zwischen der Abbildung von Elektrodenanschlüssen des Chips und dem Schatten auf einem Bereich der Leiterplatte um die Anschlüsse herum besteht.

Unter der Annahme, daß ein rechteckiger Chip 78 auf einer Leiterplatte, wie in Fig. 5 dargestellt, angebracht ist, er zeugt die auf den Chip wirkende Einstrahlung des Lichts der Stroboskope 76 (Fig. 4) einen um den Chip herumlaufenden Schatten 80. Ein Rahmen der in den Fig. 1 und 3 darge stellten Bildkontroll-Einrichtung 62, auf den eine Abbil dung des Chips 78 zusammen mit dem Schatten 80 projiziert wird, ist mit Öffnungen 82a bis 82f versehen, die jeweils entlang einer gewünschten Position, an der der Chip auf der Leiterplatte angebracht ist, die Abbildung mit dem Schatten sowohl in Längs- als auch in seitlicher Richtung zum Teil begrenzen, so daß Abbildung und Schatten, die mit Hilfe der Prüfkamera 60 (Fig. 4) betrachtet werden, und der Rahmen übereinandergelegt werden können. Der Kontrast zwischen Licht und Schatten bei der Abbildung mit dem Schatten kann abgetastet werden, um die Grenze zwischen der Abbildung des Chips und dem Schatten zu erfassen. Diese Erfassung wird bei den jeweiligen Öffnungen 82a bis 82f durchgeführt, um die Kontur des Chips 78 festzustellen. Auf einen Fehler bei der Montage des Chips 78 auf der Leiterplatte wird geschlossen, wenn die Kontur über eine innerhalb der Öffnungen 82a bis 82f vorgegebene Lage hinausgeht.

Wenn das auf der Leiterplatte anzubringende Chip ein Transistor 78′ mit vorspringenden Elektroden 84 gemäß Fig. 6 ist, so wird ein Rahmen der Bildkontroll-Einrichtung 62 mit Fen stern bzw. Öffnungen 82a′ bis 82c′ verwendet, deren Anord nung der der Elektroden entspricht. Auf einen Fehler bei der Montage des Chips 78′ auf der Leiterplatte wird geschlos sen, indem das Verhältnis zwischen einem Schatten, der um das Chip herum entsteht und in jedem der Fenster 82a′ bis 82c′ angeordnet ist, und dem Licht, das aufgrund der Be strahlung mit Licht von den Stroboskopen 76 von jeder Elek troden 84 reflektiert wird, aus der Anzahl der Bildzellen berechnet wird.

Bei einem zylindrischen Widerstand 78′′ gemäß Fig. 7 glit zern die Elektroden 84′ des Chips 78′′ aufgrund der Refle xion des von den Stroboskopen 76 gemäß Fig. 4 abgestrahl ten Lichts in dem um das Chip 78′′ entstehenden Schatten 80′′, so daß die Montage des Chips auf der Grundlage der Korrelation zwischen den Kanten des Fensters 82′′ eines Rah mens der Bildkontroll-Einrichtung und den glitzernden Kan tenbereichen des Chips 78′′ beurteilt werden kann. Bei der Prüfung wird die Richtigkeit der Montage des Chips auf der Leiterplatte festgestellt, wenn die Kante des Chips 78′′ von jedem der Fenster 82′′ erfaßt werden kann und nicht mit de nen der Fenster 82′′ überlagert ist. Dagegen wird eine un richtige Montage festgestellt, wenn zumindest eine der bei den Seitenkanten des Chips 78′′ mit den Kanten der Fenster 82′′ überlagert ist oder eine der Kanten des Chips in den Fenstern 82′′ nicht erfaßt werden kann. Ein Montagefehler wird auch festgestellt, wenn die Bestrahlung mit Licht kei nen Schatten auftreten läßt.

Es ist also ersichtlich, daß bei dem obenbeschriebenen Aus führungsbeispiel die Montageeigenschaften anhand des Kon trasts einer Abbildung eines Chips mit einem Schatten, der aufgrund der Bestrahlung des Chips mit Licht entsteht, beur teilt werden können. Die Beurteilung kann also genau und sehr schnell bei Chips jeder beliebigen Form erfolgen.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung und Korrektur von Fehlern bei der Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen mit folgenden Verarbeitungsschritten:

a) Anbringung einer Codierung auf der Oberfläche einer bestückten Leiterplatte durch Anbringung eines Etiketts oder Drucken,
b) Anordnung mehrerer gleicher Leiterplatten in mindestens einer Reihe,
c) Zuordnung einer Kamera zu jeder der Leiterplatten, wobei
c1) die Kamera gleiche Bildausschnitte erfassen,
d) Aufnehmen der Bilder der elektronischen Bauteile durch Kameras,
d1) sukzessives Prüfen der von den elektronischen Bauteilen mittels der Kameras aufgenommenen Bilder und Erzeugen von Prüfdaten über fehlerhafte Leiterplatten,
e) Einlesen der Codes zumindest der fehlerhaften Leiterplatten und
e1) Zuordnung der Codes zu den Prüfdaten und Abspeichern der Prüfdaten samt Codes,
f) Trennung der fehlerhaften Leiterplatten von den fehlerfreien Leiterplatten und
g) Identifizierung der Leiterplatten in einer Reparatur durch Einlesen ihrer Codes und
g1) Durchführung der Reparatur unter Verwendung der den entsprechenden Codes zugeordneten Prüfdaten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung als Strich-Code ausgeführt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verarbeitungsschritt (d1) die folgenden Arbeitsschritte umfaßt:

a) Bestrahlung jeder der Leiterplatten mit Licht von oben, um auf den Leiterplatten einen Schattenbereich um die elektronischen Bauteile zu erzeugen,
b) teilweise Abgrenzung eines Bildes der elektronischen Bauteile mit dem Schatten an mehreren Stellen entlang der Peripherie der elektronischen Bauteile mit dem Schatten; und
c) Beobachtung des Kontrasts in dem teilweise abgegrenzten Bild mit dem Schatten mittels der Kamera, um die fehlerhaften Leiterplatten zu erfassen.

4. Vorrichtung zur Erfassung und Korrektur von Fehlern bei der Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen mit

a) einer Codierungsvorrichtung (58) zum Aufbringen von Codierungen auf die Oberfläche jeder Leiterplatte, wobei
a1) sich die Codes aufeinander folgender Leiterplatten unterscheiden,
b) einer Prüfstation bestehend aus
b1) einem Koordinatentisch (54) zur Anordnung mehrerer Leiterplatten (14) in mindestens einer Reihe,
b2) mehreren Prüfkameras (60), die oberhalb des Koordinatentisches in einer Weise angeordnet sind, daß sie gleiche Bildausschnitte der Leiterplatten (14) erfassen,
b3) einem Bildverarbeitungssystem (62) zur sukzessiven Prüfung der von den Prüfkameras (60) aufgenommenen Abbildungen der elektronischen Bauteile und zur Erzeugung von Prüfdaten, die Leiterplatten mit Montagefehlern betreffen,
b4) einer Code-Leseeinrichtung (64) zum Lesen der Codes der Leiterplatten,
c) einem Prüfdatenrechner (44) zur Speicherung und Verwaltung der Prüfdaten,
d) einer Trennvorrichtung (26), mit der die fehlerhaften Leiterplatten von den fehlerfreien Leiterplatten getrennt werden, die mit dem Prüfdatenrechner (44) gekoppelt ist,
e) einer Reparaturstation zur Beseitigung der Bestückungsfehler auf den fehlerhaften Leiterplatten, die
e1) über eine Code-Leseeinrichtung (72) zur Identifizierung der Leiterplatten verfügt und
e2) zur Ermittlung der zu den eingelesenen Codes gehörenden Prüfdaten mit dem Prüfdatenrechner (44) gekoppelt ist.