DE3737869C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum optischen Prüfen eines Gegenstandes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Einrichtung ist, bis auf das fakultative Merkmal, aus der DE 35 35 400 A1 (Fig. 1) bekannt. Die aus der DE 35 35 400 A1 bekannte Einrichtung weist je eine Aufnahme für das Mutterstück und den Gegenstand auf, von denen jede über einen lichtundurchlässigen und einen lichtdurchlässigen Umlenkspiegel mit einer Videokamera als optoelektronischem Wandler in optischer Wirkverbindung steht. Zur Überprüfung des Gegenstandes werden sowohl das Mutterstück als auch der Gegenstand mit Lichtquellen beleuchtet, wodurch über die Spiegelanordnung die Bilder des Mutterstückes und des Gegenstandes in der Abbildungsebene abgebildet werden. Stimmt das Bild des Gegenstandes nicht mit demjenigen des Mutterstücks überein, so wird ein Fehlergrad geliefert. Bei vollständiger Übereinstimmung von Mutterstück und Gegenstand wird der Gegenstand als gut bewertet.

Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß erhebliche zu verarbeitende Datenmengen auftreten, deren Verarbeitung einen nicht unerheblichen Zeitaufwand nach sich zieht. Der elektronische Teil der Einrichtung ist so auszubilden, daß alle Punkte der Abbildung von Mutterstück und Gegenstand gespeichert und verarbeitet werden können. Demzufolge benötigt diese Einrichtung einen aufwendigen Rechner. Nachteilig ist bei dieser Einrichtung ferner, daß das optische System aus hochwertigen Spiegeln und aufeinander abgestimmten Bauteilen bestehen muß, sollen Verzerrungen und damit Prüffehler aufgrund von Abweichungen in den optischen Systemen der beiden Strahlengänge sicher vermieden werden.

Es ist des weiteren eine Einrichtung zum Prüfen von Leiterplatten bekannt, bei der ein Leiterplattenmutterstück optisch mittels eines Festkörperbildsensoren enthaltenden optischen Systems abgetastet wird und die so erhaltene elektrischen Bildsignale in einem Speicher eines Rechners abgelegt werden. Die einzelnen Festkörperbildsensoren bestehen aus optoelektronischen Halbleiterbauelementen als lichtelektrische Empfänger, die mit Ladungsspeichern verbunden sind und die Zerlegung eines optischen Bildes in Bildelemente ermöglichen. Die Größe eines Festkörperbildsensors beträgt etwa 7×7 µm.

Nach dem Einspeichern des Leiterplattenmutterstücks wird in einem weiteren Erfassungsvorgang die zu prüfende Leiterplatte ebenfalls mit demselben optischen System - um Fehler durch unterschiedliche optische Systeme zu vermeiden - abgetastet und die so erhaltenen elektrischen Bildsignale werden gleichfalls in einem Speicher des Rechners abgelegt. Der Rechner beginnt danach mit dem Vergleich beider eingespeicherter Bilder und zwar durch aufeinanderfolgendes Vergleichen aller einander unmittelbar zugeordneter Bildpunkte. Treten dabei Abweichungen zwischen zwei einander zugeordneten Bildpunkten auf, werden diese in einen Fehlerspeicher abgelegt. Nach dem Vergleich aller Bildpunkte und Abspeicherung eventuell auftretender Abweichungen wird das Bild der zu prüfenden Leiterplatte gelöscht. Nunmehr kann eine weitere Leiterplatte einer optischen Prüfung unterzogen werden, indem sie durch das optische System abgetastet wird, die elektrischen Bildsignale in den Speicher eingelesen und mit dem bereits zu Beginn eingespeicherten Bild des Leiterplattenmutterstücks verglichen werden.

Auch bei dieser Einrichtung müssen erhebliche Datenmengen verarbeitet werden, so daß die Prüfung verhältnismäßig langsam ist. So benötigt man beispielsweise für einen Vergleich einer Leiterplatte mit den Abmessungen 500×500 mm mit ihrem Leiterplattenmutterstück etwa 30 Sekunden. Darüber hinaus wird ein teurer Rechner - die Kosten des Rechners machen bei der bekannten Einrichtung etwa 70% ihrer Gesamtkosten aus - mit großer Speicherkapazität für die Bildsignale des Mutterstückbildes und des Bildes des Prüfgegenstandes benötigt, was einer breiten Anwendung des Verfahrens im Prüfwesen im Wege steht.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur optoelektronischen Qualitätskontrolle (DE 36 12 256 A1) werden in Echtzeit durch einen Steuerrechner ausgesuchte Bildpunkte eines Prüflings und eines Originals mittels einer Kamera abgetastet. Es erfolgt ein Analogvergleich der von der Kamera aufgenommenen Signale, wobei infolge identischer Bildpunkte übereinstimmende Signale gelöscht werden. Nur die restlichen Signale werden weiter verarbeitet. Eine solche Einrichtung würde beim Prüfen von Leiterplatten, bei denen die gesamte Fläche abgetastet werden muß eine lange Zeit beanspruchen.

Zur automatischen optischen Prüfung von im wesentlichen zweidimensionalen Mustern mit Reliefstruktur, insbes. Leiterplatten, ist eine Einrichtung bekannt (DE 32 04 086 A1), bei der ein optischer Abtastkopf ein Lichtband unter einem bestimmten Winkel auf das Muster richtet und mit mindestens einer Abtast-Diodenzeile zusammenwirkt, die so angebracht ist, daß sie nur solches Licht empfängt, das von Leiterzügen reflektiert wird, deren Oberfläche eine vorgegebene Nominalhöhe von der Grundfläche aufweisen. Eine solche Prüfung hat den Nachteil, daß nicht erkennbar ist, wenn beispielsweise eine falsche Leiterplatte geprüft wird, weil die Prüfung unabhängig davon erfolgt, wie die Leiterbahnkonfiguration der Leiterplatte beschaffen ist.

Bei einem anderen bekannten Prüfverfahren (DE 35 40 100 A1) werden die im Rahmen der Abtastung einer Leiterplatte entstehenden Daten jeweils bestimmten Ausschnitten (Fenstern) zugeordnet, in die die Leiterplatte unterteilt wird, für jeden Ausschnitt die Summe der den Leiterbahnen entsprechenden Bildpunkte oder die Summe der den leiterbahnfreien Flächen entsprechenden Bildpunkte und der Schwerpunkt dieser Bildpunktbereiche erfaßt und mit zuvor bestimmten Sollwerten entsprechender Ausschnitte einer Referenzleiterplatte verglichen. Dieses Verfahren erfordert aber einen hohen Rechenaufwand.

Der Nachteil der aus der DE 35 35 400 A1 (Fig. 1) bekannten Einrichtung soll durch die Erfindung überwunden werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß sie eine optische Prüfung von Gegenständen ohne einen aufwendigen Rechner in möglichst kurzer Zeit und mit einem möglichst geringen Prüffehler gestattet.

Ausgehend von der Einrichtung der eingangs beschriebenen Gattung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden also nicht mehr die kompletten Bilder des Mutterstücks und des zu überprüfenden Gegenstandes erzeugt und miteinander verglichen, sondern lediglich ein Ausschnitt des Mutterstücks mit dem gleichen Ausschnitt des zu prüfenden Gegenstandes. Ein derartiger Ausschnitt kann 1/10 oder 1/100 oder auch 1/1000 des Mutterstücks und damit des Gegenstandes ausmachen. Ein solcher Ausschnitt besteht naturgemäß aus einer wesentlich geringeren Anzahl von Bildsignalen, so daß lediglich wenige Bildsignale des Mutterstücks und gegebenenfalls des Gegenstandes gespeichert werden müssen. Während des Vergleichs oder alternativ auch nach dem Vergleich werden die übereinstimmenden Bildsignale gelöscht, während die nicht übereinstimmenden Bildsignale, die eine Abweichung signalisieren, in einem Fehlerspeicher gespeichert werden. Demzufolge benötigt die erfindungsgemäße Einrichtung nicht länger einen Speicher großer Kapazität, sondern es genügt die Verwendung eines kleinen Zwischenspeichers, beispielsweise eines RAM-Bausteines, also eines kleinen Schreib-Lese-Speichers. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung betragen die Kosten für diese rechnerähnliche Hardware nurmehr 10% der Gesamtkosten.

Durch die besondere Ausbildung des optischen Teils der Einrichtung und die Anordnung der lichtdurchlässigen Platte in einem Strahlengang können Verzerrungen der Teilbilder in der Abbildungsebene und damit Prüffehler weitestgehend vermieden werden, da die Lichtstrahlen in dem einen Strahlengang nunmehr in gleicher Weise und in gleichem Umfang wie diejenigen des anderen Strahlenganges gebrochen werden. Dies wird noch durch die Entkopplung der beiden vom Mutterstück und dem Gegenstand ausgehenden Lichtstrahlengänge voneinander durch die Anordnung beider Umlenkspiegel hintereinander im Strahlengang konzentrisch zur optischen Achse des Objektivs verbessert. Vorteilhafterweise ist eine lichtabsorbierende Wand vorgesehen. Im übrigen bedarf es keiner besonderen Erwähnung, daß der gesamte Prüfvorgang in einem abgedunkelten Raum stattfinden sollte, um Prüffehler durch Umgebungslichteinflüsse sicher auszuschalten.

Das Mutterstück und der zu prüfende Gegenstand sind nebeneinander und relativ zueinander unbeweglich angeordnet. Das Austauschen des Mutterstücks gegen den zu prüfenden Gegenstand und umgekehrt entfällt. Damit können mehrere zu prüfende Gegenstände nacheinander ohne Austausch derselben geprüft werden. Es sind lediglich durch zusätzliche Spiegel zusätzliche Strahlengänge zu realisieren.

Zur Erzielung einer großen Schärfentiefe und damit zur Erhöhung der Prüfschärfe empfiehlt es sich, eine Lichtstrahlenganglänge in einer Größenordnung von Metern zu wählen, auch wenn sich dies vergrößernd auf die Einrichtung auswirkt. Ferner empfiehlt es sich, beide Strahlengänge gleich lang zu wählen, um Verzerrungen und unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe auszuschalten.

Eine Beschleunigung des mit der Prüfeinrichtung durchführbaren Prüfverfahrens kann dadurch erreicht werden, daß das Mutterstück und der Gegenstand während des Prüfvorganges unbeweglich und die die Bildsignale erzeugenden Festkörperbildsensoren beweglich angeordnet sind. Die Festkörperbildsensoren werden also von Ausschnitt zu Ausschnitt bewegt, während Mutterstück und Gegenstand stillstehen. An sich ist es auch ohne weiteres möglich, Mutterstück und Gegenstand gemeinsam gegenüber feststehenden Festkörperbildsensoren von Ausschnitt zu Ausschnitt zu bewegen, jedoch sind dann die zu bewegenden Massen größer und somit ist der Einstellvorgang langsamer.

Sind dem Mutterstück und dem Gegenstand jeweils eine oder mehrere Blitzlampen zugeordnet, so wird durch Anblitzen des Mutterstücks in der Abbildungsebene zuerst das Mutterstück und danach durch Anblitzen des Gegenstandes der Gegenstand in der Abbildungsebene erzeugt. Bei Anblitzen des Mutterstücks wird dann durch die Festkörperbildsensoren ein Ausschnitt erfaßt und abgespeichert und durch Anblitzen des Gegenstandes der entsprechende Auschnitt des Gegenstandes durch die Festkörperbildsensoren erfaßt. Danach erfolgt der Vergleich.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, als lichtdurchlässigen Umlenkspiegel einen Spiegel mit einem solchen Reflexionsgrad vorzusehen, daß in seiner Position im Lichtstrahlengang ein Transmissionsgrad von 50% auftritt. Bei Verwendung eines solchen Spiegels werden die Lichtstrahlen in beiden Strahlengängen im wesentlichen in gleichem Umfange geschwächt, so daß Änderungen in der Lichtintensität zweier zueinandergehöriger Teilbilder auf ein vernachlässigbares Maß zurückgeführt werden können. Des weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, in beiden Strahlengängen Lichtmengensensoren anzuordnen, die die Lichtstärke erfassen und die Ausleuchtung des Mutterstücks und des zu prüfenden Gegenstandes dergestalt zu steuern, daß in beiden Strahlengängen immer gleiche Lichtstärke herrscht. Dies kann bei Blitzlampen beispielsweise durch die Variation der Blitzdauer geschehen.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, den ersten Umlenkspiegel, den zweiten lichtdurchlässigen Umlenkspiegel, die lichtdurchlässige Platte und das Objektiv mit der Abbildungsebene und den Festkörperbildsensoren zu einer Baueinheit zusammenzufassen. Dadurch läßt sich ohne besonderen Aufwand ein exaktes optisches System erreichen.

In der Abbildungsebene der Einrichtung ist eine Zeile oder Matrix von Festkörperbildsensoren angeordnet, deren Zeilen oder Spalten nacheinander einzeln oder in einer Konfiguration ansteuerbar sind. So wird bei einem Abtastvorgang beispielsweise zuerst die erste Zeile der Matrix nach Beaufschlagung mit dem Mutterstückbild in einen Speicher eingelesen und danach wird diese Zeile mit dem Gegenstandsbild beaufschlagt und beim Auslesen mit dem gespeicherten Mutterstückbild verglichen. Es wird also ein der ersten Zeile der Festkörperbildsensormatrix entsprechendes Teilbildpaar ausgewertet. Danach erfolgt das der zweiten Matrixzeile entsprechende Teilbildpaar usw. Selbstverständlich sind auch andere Matrixkonfigurationen als Teilbild denkbar, so beispielsweise diagonalförmige, rautenförmige oder rechteckförmige Konfigurationen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in der Abbildungsebene mindestens eine Zeile von Festkörperbildsensoren angeordnet, die motorisch parallel verfahrbar ist. Hierbei erfolgt also anstelle einer Ansteuerung von einer ersten Matrixzeile in eine zweite Matrixzeile gemäß der vorhergehenden Ausführungsform eine motorische Parallelverschiebung der Festkörper­ bildsensorzeile. Eine solche Ausführungsform bringt den Vorteil mit sich, daß sie wesentlich billiger ist als die Ausführungsform mit einer Matrix, da für eine Matrixform wesentlich mehr der teuren Bildsensorelemente benötigt werden.

Eine Beschleunigung des mit der Prüfeinrichtung durchführbaren Prüfverfahrens läßt sich bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform in vorteilhafter Weise dadurch erreichen, daß zwei oder mehrere parallel zueinander beabstandete Festkörper­ bildsensorzeilen vorgesehen sind, die gemeinsam motorisch parallel verfahrbar sind. Durch die Verwendung von zwei oder mehreren Festkörperbildsensorzeilen erhöht sich zwar der Aufwand an Bildsensoren, jedoch ist der Gesamtaufwand immer noch wesentlich geringer als bei einer Festkörperbildsensormatrix. Ferner erhöht sich auch der Auswertungsaufwand, da jeder der Festkörperbildsensorzeilen eine Auswerteschaltung zugeordnet ist, so daß die verschiedenen Zeilen gleichzeitig, aber getrennt ausgewertet werden können. Eine solche gleichzeitige, aber getrennte Auswertung läßt sich im übrigen auch bei einer Festkörperbildsensormatrix durchführen, sofern einzelnen Zeilen oder Spalten der Matrix gesonderte Auswerteschaltungen zugeordnet sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt die Speicher- und Auswerteschaltung für jede Festkörperbildsensorzeile ein analoges Schieberegister, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Festkörperbildsensorzeilen verbunden ist und dessen Ausgang über einen Analog-Digital-Wandler mit einer Umschaltstufe in Verbindung steht, über die der Analog-Digital-Wandler einerseits auf einen kleinen Schreib-Lese-Speicher (RAM) aufschaltbar ist, dessen Ausgang mit den Eingängen eines Komparators in Verbindung steht, und andererseits auf die anderen Eingänge des Komparators aufschaltbar ist, dessen Ausgang mit dem Fehlerspeicher in Verbindung steht. Jeder durch die Festkörperbildsensorzeilen erfaßte Ausschnitt des Mutterstücks wird nach seiner Erfassung und Analog-Digital-Umwandlung über die Umschaltstufe in den Schreib-Lese-Speicher (RAM) eingespeichert. Danach wird der Ausschnitt des zu prüfenden Gegenstandes durch die Festkörperbildsensorzeile erfaßt und in das analoge Schieberegister überführt. Die Umschaltstufe wird nunmehr umgeschaltet und das Schieberegister wird über den Analog-Digital-Wandler ausgelesen. Gleichzeitig erfolgt die Auslesung des im Schreib-Lese-Speichers gespeicherten Ausschnitts des Mutterstücks. Der Vergleich des Ausschnitts des Mutterstücks mit demjenigen des zu prüfenden Gegenstandes findet also während des Auslesens des Schieberegisters statt, so daß ein Zeitaufwand für eine besondere Speicherung des Ausschnitts des zu prüfenden Gegenstandes nicht auftritt. Dies stellt einen besonderen Vorteil der Einrichtung dar.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Seitenansicht des optischen Teils einer Einrichtung zum Prüfen von Leiterplatten,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Einrichtung nach Fig. 1 entlang der Linie II-II und

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild eines Teils der Auswerteeinrichtung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht enthält die Einrichtung eine Aufnahme 1 für das Leiterplattenmutterstück 2 sowie eine weitere Aufnahme 3, auf die die zu prüfenden Leiter­ platten 4 aufgelegt werden können. Die Fixierung des Leiterplattenmutterstücks 2 sowie der zu prüfenden Leiterplatten 4 erfolgt mittels nicht dargestellter Stifte, die sich in den Aufnahmen 1 und 3 befinden und durch entsprechende Bohrungen im Leiterplattenmutter­ stück 2 bzw. den zu prüfenden Leiterplatten 4 ragen.

Über der Aufnahme 1 für das Leiterplattenmutterstück 2 befindet sich ein Umlenkspiegel 5, der das von einer Blitzlampe 6 erzeugte und von dem Leiterplattenmutter­ stück 2 abgestrahlte Licht entlang dem Lichtstrahlengang 7 in Richtung auf ein Objektiv 8 wirft. Das Objektiv 8 enthält ein mehrlinsiges System, das nach Art eines Linsensystems einer Kamera aufgebaut ist und das von dem Spiegel 5 reflektierte Bild des Leiterplattenmutter­ stücks 2 in die Abbildungsebene 9 projiziert.

Die Abbildung der zu prüfenden Leiterplatte 4 in der Abbildungsebene 9 erfolgt mittels eines halbdurchläs­ sigen Spiegels 10, der im Lichtstrahlengang 7 so angeordnet ist, daß das von der Blitzlampe 11 auf die zu prüfende Leiterplatte 4 ausgesandte Licht über einen Lichtstrahlengang 12 auf das Objektiv 8 gerichtet ist, der mit dem Lichtstrahlengang 7 zusammenfällt.

Zwischen dem halbdurchlässigen Umlenkspiegel 10 und der zu prüfenden Leiterplatte 4 befindet sich eine Glasscheibe 13, die parallel zu dem halbdurchlässigen Umlenkspiegel 10 angeordnet ist und deren Dicke gleich groß wie die Dicke des halbdurchlässigen Umlenkspiegels 10 ist.

Zur lichtoptischen Entkopplung der beiden Lichtstrahlen­ gänge vor ihre Umlenkung durch die beiden Umlenkspiegel 5 und 10 ist eine Trennwand 14 zwischen den beiden Systemen angeordnet. Diese Trennwand 14 sowie alle anderen Wände der Einrichtung, in dem sich der licht­ elektrische Teil befindet, sind mit einer schwarzen, Licht absorbierenden Oberfläche versehen.

Die Abbildungsebene 9 ist durch eine Mattscheibe 15 realisiert, hinter der sich die Festkörperbildsensoren 16 befinden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Festkörper­ bildsensoren 16 auf einer Platte 17 in zwei Zeilen 18 und 19 angeordnet. Jede der beiden Zeilen 18 und 19 besteht aus fünf Festkörperbildsensoren 16, die in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, um eine möglichst enge Packungsdichte in Längsrichtung zu erreichen und sie dennoch elektrisch an die Auswerte­ schaltung anschließen zu können.

Die Platte 17 ist verschieblich auf zwei Führungsstangen 20 und 21 gelagert, die ortsfest angebracht sind. Zur Verschiebung der Platte 17 entlang der beiden Führungs­ stangen 20 und 21 ist eine Spindel 22 vorhanden, die in eine an der Platte 17 befestigte Mutter 23 eingreift. Die Spindel 22 ist an einen Schrittmotor 24 ange­ flanscht.

Die Festkörperbildsensoren 16 einer Zeile 18 bzw. 19 sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, an ein Schiebe­ register 25 angeschlossen, das über einen Analog- Digital-Wandler 26 mit einer Umschaltstufe 27 in Verbindung steht. In der einen Umschaltrichtung ist der Analog-Digital-Wandler 26 mit einem RAM 28 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Komparators 29 in Verbindung steht. In der anderen Umschaltrichtung der Umschaltstufe 27 ist der Analog-Digital-Wandler 26 mit dem anderen Eingang des Komparators 29 verbunden. An den Ausgang des Komparators 29 ist ein Fehlerspeicher 30 sowie ein Drucker 31 angeschlossen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung sei davon ausgegangen, daß das Leiterplattenmutterstück 2 sich in der Aufnahme 1 befindet und in der Aufnahme 3 eine zu überprüfende Leiterplatte 4 angeordnet ist. Beide Leiterplatten sind einer Dauerbeleuchtung durch die Blitzlampen 6 und 11 unterworfen, so daß sowohl das Leiterplattenmutterstück 2 als auch die zu prüfende Leiterplatte 4 beide gleichzeitig in der Abbildungsebene abgebildet sind. Beide Leiterplatten werden nunmehr solange relativ zueinander bewegt, bis beide Bilder deckungsgleich in der Abbildungsebene erscheinen. In dieser Position werden die beiden Leiterplatten bzw. die die Leiterplatten in ihrer Lage haltenden Stifte fixiert, da nunmehr die Einrichtung zur Prüfung eingestellt ist.

Die Prüfung beginnt nunmehr mit der Auslösung eines Blitzes mit der Blitzlampe 6, die das Leiterplatten­ mutterstück 2 beleuchtet. Die so beleuchtete Oberfläche des Leiterplattenmutterstücks 2 wird über den Umlenk­ spiegel 5 und den halbdurchlässigen Spiegel 10 sowie das Objektiv auf der Mattglasscheibe 15 abgebildet. Da sich, wie aus Fig. 2 hervorgeht, in der Ruhestellung der Platte 17 lediglich die unterhalb der gestrichelten Linie A liegende Festkörperbildsensoren 16 hinter der Mattglasscheibe 15 befinden, werden lediglich diejenigen Flächen des Leiterplattenmutterstückbildes erfaßt, die von den drei Festkörperbildsensoren 16 in der Zeile 18 und von den fünf Festkörperbildsensoren 16 in der Zeile 19 überdeckt sind. Die von den Sensoren 16 in der Zeile 18 erfaßten Bildflächen bilden ein erstes Teilbild und die von den fünf Festkörperbildsensoren 16 der Zeile 19 überdeckten Flächen ein zweites Teilbild des Mutter­ stückbildes.

Die durch die Beleuchtung der Festkörperbildsensoren 16 der Zeile 18 entstehenden Ladungen werden nunmehr in ein dieser Zeile 18 zugeordnetes analoges Schieberegister 25 parallel eingelesen und danach seriell über einen Analog-Digital-Wandler 26 und eine Umschaltstufe 27 in einem RAM 28 eingespeichert. Gleiches geschieht mit den Ladungsinformationen in den Festkörperbildsensoren 16 der Zeile 19, der ebenfalls eine Auswerteschaltung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, zugeordnet ist.

Nunmehr wird durch einen Blitz aus der Lampe 11 die zu überprüfende Leiterplatte 4 beleuchtet, so daß diese über die Glasscheibe 13 und den halbdurchlässigen Spiegel 10 sowie das Objektiv 8 auf der Mattglasscheibe 15 abgebildet wird. Da die Platte 17 sich nach wie vor in ihrer gleichen Position wie zuvor befindet, wird nunmehr ein Teilbild der zu prüfenden Leiterplatte 4, das sich aus den durch die drei Festkörperbildsensoren 16 in der Zeile 18 überdeckten Flächen zusammensetzt, durch die der Zeile 18 zugeordnete Auswerteschaltung erfaßt. Die Ladungen der einzelnen Festkörperbild­ sensoren wird wiederum parallel in das analoge Schieberegister 25 eingelesen und seriell über den Analog-Digital-Wandler und die in ihrer anderen Position befindliche Umschaltstufe dem Komparator 29 zugeführt. Gleichzeitig mit diesem Auslesevorgang wird auch das RAM 28 ausgelesen und im Komparator 29 werden nun die Bildinformationen des Teilbildes des Leiterplatten­ mutterstücks und des Teilbildes der zu prüfenden Leiterplatte nacheinander Bildelement für Bildelement verglichen. Bei Abweichungen zweier Bildelemente um einen bestimmten Betrag wird ein Fehlersignal generiert, das im Fehlerspeicher 30 abgelegt wird. Ein entsprechen­ der Vorgang findet gleichzeitig auch in der der Zeile 19 zugeordneten Auswerteschaltung 25 statt.

Nunmehr wird die Platte 17 um eine der Breite der Fest­ körperbildsensoren 16 entsprechenden Betrag mittels des Schrittmotors 24 aus seiner Ruhelage in Pfeilrichtung B verschoben. Danach wird erneut ein Blitz mit der Blitz­ lampe 6 erzeugt, wodurch wiederum das Leiterplatten­ mutterstück 2 auf der Mattglasscheibe 15 abgebildet wird. Ein Teilbild dieses Bildes, das von den fünf, nunmehr um eine Sensorbreite versetzten Festkörper­ bildsensoren 16 in Zeile 18 erfaßt wird, wird wiederum wie zuvor über die Auswerteschaltung ausgewertet. Gleiches geschieht mit dem Teilbild, das durch die fünf, nunmehr um eine Breite versetzten Festkörperbildsensoren 16 in der Zeile 19 erfaßt wird.

Danach wird die Blitzlampe 11 aktiviert und es erscheint auf der Mattglasscheibe 15 die Abbildung der zu prüfen­ den Leiterplatte 4. Die beiden Teilbilder in Zeile 18 und Zeile 19 werden wiederum wie zuvor erfaßt und gleichzeitig wird ein Vergleich des zuvor einge­ speicherten Leiterplattenmutterstückteilbildes mit dem nunmehr vorliegenden Teilbild der zu prüfenden Leiter­ platte durchgeführt. Allfällig auftretende Abweichungen werden als Fehler erkannt und in dem jeweiligen Fehler­ speicher 30 abgelegt.

Nunmehr wird die Platte 17 um eine weitere Breite der Festkörperbildsensoren 16 in Richtung des Pfeiles B durch den Schrittmotor bewegt. Die Blitzlichtlampe 6 wird aktiviert, die beiden Teilbilder des Leiterplatten­ mutterstücks erfaßt und gespeichert, danach wird die Blitzlampe 11 aktiviert und die beiden Teilbilder der zu prüfenden Leiterplatte werden erfaßt und mit den zuvor gespeicherten Teilbildern verglichen. Abweichungen werden in den Fehlerspeichern 30 abgespeichert. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die gesamte Abbildungsebene auf diese Weise abgetastet ist. Am Ende des Prüfvor­ ganges werden die in den Fehlerspeichern 30 abgespei­ cherten Fehler über einen Drucker in Form eines Barcode ausgedruckt und dieser Ausdruck wird auf der Leiterplat­ te angebracht. Die Leiterplatte kann nunmehr mit diesen Informationen einer Reparatur unterzogen werden.

Eine übliche Blitzdauer zum Erfassen eines Bildes beträgt etwa 500 µs, während das Einspeichern der Ladungsinformationen einer Zeile in das RAM 28 etwa eine Millisekunde beansprucht. Die gleiche Zeitdauer von einer Millisekunde benötigt auch das Auslesen der Ladungsinformationen einer Zeile und der Vergleich dieser Informationen mit den in RAM 28 gespeicherten. Eine weitere Millisekunde dauert das Verfahren der Platte 17 um eine Breite der Festkörperbildsensoren. Anhand dieser Werte ist unschwer erkennbar, daß das erfindungsgemäße Abtastverfahren äußerst zeitsparend ist und im wesentlichen von der Auslesezeit der Festkörper­ bildsensoren abhängig ist.

Claims (12)

1. Einrichtung zum optischen Prüfen eines Gegenstandes, insbesondere einer gedruckten Leiterplatte, auf Abweichungen von einem Mutterstück mit mindestens einem optoelektronischen Wandler in einer Abbildungsebene und einem davor angeordneten Objektiv, Mitteln zum Vergleichen von Bildern und zum Auswerten und Speichern der Abweichungen, mit einer ersten Aufnahme für das Mutterstück, einer zweiten Aufnahme für den zu prüfenden Gegenstand, einem zwischen dem Objektiv und der ersten Aufnahme angeordneten ersten Umlenkspiegel und einem zwischen dem Objektiv und der zweiten Aufnahme angeordneten zweiten lichtdurchlässigen Umlenkspiegel, der in dem von der ersten Aufnahme über den ersten Umlenkspiegel zum Objektiv verlaufenden Strahlengang dergestalt angeordnet ist, daß der von der ersten Aufnahme zum Objektiv verlaufende Strahlengang und der von der zweiten Aufnahme zum Objektiv verlaufende Strahlengang zwischen dem zweiten, lichtdurchlässigen Umlenkspiegel und dem Objektiv parallel und konzentrisch zur optischen Achse des Objektivs verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Wandler aus einer Anzahl von zeilen- oder matrixförmig angeordneten Festkörperbildsensoren (16) besteht, deren Zeilen oder Spalten nacheinander einzeln oder in einer Konfiguration dergestalt angesteuert werden, daß jeweils nacheinander Ausschnitte des Mutterstücks (2) und gleiche Ausschnitte des Gegenstandes (4) erfaßt und auf Abweichungen ausgewertet werden, bis das Mutterstück (2) und der Gegenstand (4) vollständig miteinander verglichen sind, daß sich zwischen der zweiten Aufnahme (3) und dem zweiten, lichtdurchlässigen Umlenkspiegel (10) eine zu diesem parallele lichtdurchlässige Platte (13) befindet, deren Dicke gleich derjenigen des zweiten, lichtdurchlässigen Umlenkspiegels (10) ist, und daß die beiden vom Mutterstück (2) und dem Gegenstand (4) ausgehenden Lichtstrahlengänge (7, 12) bis in den Spiegelbereich voneinander entkoppelt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als zweiter, lichtdurchlässiger Umlenkspiegel (10) ein Spiegel mit einem solchen Reflexionsgrad vorgesehen ist, daß in seiner Position im Lichtstrahlengang (12) ein Transmissionsgrad von 50% vorhanden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Umlenkspiegel (5), der zweite, lichtdurchlässige Umlenkspiegel (10), die lichtdurchlässige Platte (13) und das Objektiv (8) mit der Abbildungsebene (9) und den Festkörperbildsensoren (16) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mutterstück (2) und dem Gegenstand (4) jeweils eine oder mehrere Blitzlampen (6, 11) zugeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mutterstück (2) und Gegenstand (4) während des Prüfvorganges unbeweglich und die Festkörperbildsensoren (16) beweglich angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abbildungsebene (9) mindestens eine Zeile (18) von Festkörperbildsensoren (16) angeordnet ist, die motorisch parallel verfahrbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere parallel zueinander beabstandete Festkörperbildsensorzeilen (18, 19) vorhanden sind, die gemeinsam motorisch parallel verfahrbar sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Festkörperbildsensorzeile (18; 19) mit einem analogen Schieberegister (25) verbunden ist, das über einen Analog-Digital-Wandler (26) mit einer Umschaltstufe (27) in Verbindung steht, über die der Analog-Digital-Wandler (26) einerseits auf einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) (28) aufschaltbar ist, dessen Ausgang mit den einen Eingängen eines Komparators (29) in Wirkverbindung steht, und andererseits auf die anderen Eingänge des Komparators (29) aufschaltbar ist, dessen Ausgang mit dem Fehlerspeicher (30) in Verbindung steht.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Strahlen­ gängen (7, 12) Lichtmengensensoren angeordnet sind, die die Lichtstärke der Blitzlampen (6, 11) in beiden Strahlengängen auf einen gleichen Wert steuern.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Strahlengänge (7, 12) gleiche Länge aufweisen.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Strahlengänge (7, 12) eine Länge in der Größenordnung von Metern aufweisen.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlengänge (7, 12) bis in den Spiegelbereich durch eine lichtabsorbierende Wand (14) entkoppelt sind.