DE4111111C2

DE4111111C2 - Process for the coarse rotation position detection of electronic components by image evaluation of the index mark

Info

Publication number: DE4111111C2
Application number: DE4111111A
Authority: DE
Inventors: Hans Horst Ing Gra Grasmueller; Hubert Dipl Ing Herzberg; Harald Dipl Ing Moritz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2011-04-06
Also published as: DE4111111A1

Description

Bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten oder Kera miksubstraten mit elektronischen Bauelementen werden Bestück köpfe eingesetzt, welche die Bauelemente aus den Bereitstell positionen verschiedener Zuführeinrichtungen entnehmen, zur Leiterplatte oder dem Keramiksubstrat hin transportieren und dort in einer vorgegebenen Bestückposition absetzen. Während des Transportes der Bauelemente zwischen Bereitstellposition und Bestückposition werden die Bauelemente ggf. relativ zum Bestückkopf zentriert und in die richtige Einbaulage gedreht, so daß beim Absetzen der Bauelemente deren Anschlüsse auch exakt mit den zugeordneten Anschlußflecken auf der Leiterplatte oder auf dem Keramiksubstrat übereinstimmen. Die richtige Einbaulage der Bauelemente wird bislang durch einen eindeutigen Anlieferungszustand der Bauelemente in den entsprechenden Zuführeinrichtungen oder durch eine visuelle Kontrolle gewähreistet. Aus der DE 33 40 074 C2 ist auch bereits eine automatische Drehlagenerkennung der elektronischen Bauelemente bekannt. Hierbei wird das von dem Bestückkopf aufgenommene Bauelement in eine rahmenförmige Lageerkennungs-Einrichtung abgesenkt, welche den Drehwinkel des Bauelements erkennt und ggf. ein Korrektursignal zur Verdrehung des Bauelements in die richtige Einbaulage bereitstellt.With the automatic assembly of printed circuit boards or Kera Micro substrates with electronic components become components heads used, which the components from the Deploy take positions of different feeding devices for Transport the printed circuit board or the ceramic substrate and place there in a specified placement position. While the transport of the components between the ready position and placement position, the components may be relative to Placement head centered and turned to the correct installation position, so that when the components are set down, their connections too exactly with the assigned connection spots on the PCB or on the ceramic substrate match. The The correct installation position of the components has so far been ensured by a clear delivery condition of the components in the appropriate feed devices or by a visual Control guaranteed. From DE 33 40 074 C2 is also automatic detection of the rotational position of the known electronic components. This is from the Placement head picked component in a frame-shaped Position detection device lowered, which the angle of rotation recognizes the component and, if necessary, a correction signal Rotation of the component in the correct installation position provides.

Aus der JP 2-118885 ist ferner eine Einrichtung zur Grob drehlagenerkennung eines SMD-Bauteils bekannt, das in einem Eckbereich mittels eines Detektors durch Bildauswertung auf unterschiedliche Eigenschaften untersucht wird.From JP 2-118885 is also a device for coarse Rotational position detection of an SMD component known in one Corner area by means of a detector by image evaluation different properties is examined.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu grunde, bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten oder Keramiksubstraten mit elektronischen Bauelementen eine einfach aufgebaute und zuverlässige optische Grobdrehlagen erkennung der Bauelemente zu schaffen.The invention specified in claim 1 addresses the problem basic, in the automatic assembly of printed circuit boards or ceramic substrates with electronic components simply constructed and reliable optical rough turning positions to recognize the components.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird davon ausgegangen, daß eine Vielzahl der Bauelemente bereits mit einer Index marke versehen ist, von der ab die Zählung der Anschluß beinchen beginnt. Diese Indexmarken sind jedoch bisher nicht genormt und im Hinblick auf ihre Kontrastschwäche für Bildauswertesysteme nicht geeignet. Derartige Indexmarken können jedoch durch den Vergleich eines Markenfeldes, in dem die Marke vermutet wird, mit einem zugeordneten Referenzfeld auf dem gleichen Bauelement für eine zuverlässige optische Grobdrehlagenerkennung herangezogen werden. Referenz ist also nicht ein im Bildauswertesystem abgespeichertes Muster, sondern ein Referenzfeld auf dem jeweiligen Bauelement, d. h. bei der Bildauswertung müssen nur Strukturunterschiede gesucht werden. Damit können eine Vielzahl von Markierungen mit ein und demselben Verfahren untersucht werden. Weitere Vorteile sind, daß die Auswertung robust gegen Alterung und Driften des Meßmittels ist. Da das Meßobjekt gleichzeitig die Referenz ist, wird die Auswertung auch robust gegen Unterschiede auf verschiedenen Objekten. Als Markierungen können die bereits erwähnten Indexmarkierungen oder auch extra zum Zwecke der Grobdrehlagenerkennung aufgebrachte Markierungen verwendet werden, wobei beispielsweise Vorsprünge, Vertiefungen, Lasermarkierungen oder Farbpunkte geeignet sind.In the method according to the invention, it is assumed that that a variety of components already have an index Brand is provided, from which the connection count begins. However, these index marks are not yet standardized and in terms of their contrast weakness for Image evaluation systems not suitable. Such index marks can, however, by comparing a brand field in which the brand is suspected with an assigned reference field on the same component for reliable optical Coarse rotation position detection can be used. So reference is not a pattern stored in the image evaluation system, but a reference field on the respective component, d. H. only structural differences are required for image evaluation be searched for. This allows a variety of markings can be examined using the same method. Further Advantages are that the evaluation is robust against aging and Is drifting of the measuring means. Since the object to be measured simultaneously Is reference, the evaluation is also robust against Differences on different objects. As markings can the already mentioned index marks or specially applied for the purpose of coarse rotation detection Markers are used, for example Projections, indentations, laser markings or color dots are suitable.

Für die Bildauswertung sind eine Vielzahl bekannter Auswerte verfahren geeignet, wobei sich Erkennung der Indexmarke durch Vergleich der optischen Eigenschaften von Markenfeld und Referenzfeld als besonders sicher erwiesen hat.A large number of known evaluations are used for image evaluation suitable method, the recognition of the index mark by Comparison of the optical properties of Markenfeld and Reference field has proven to be particularly secure.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 3 angegeben. Advantageous embodiments of the invention are in the Claims 2 to 3 specified.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 gewährleistet in hohem Maße, daß in dem Referenzfeld keine Strukturen vorhanden sind, die den Vergleich mit der aufzufindenden Markierung erschweren könnten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn gemäß Anspruch 3 das Referenzfeld dem Markenfeld diagonal gegenüber liegt.The training according to claim 2 ensures a high level Dimensions that there are no structures in the reference field are the comparison with the marker to be found could complicate. This is especially the case if according to claim 3, the reference field the brand field diagonally is opposite.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Anordnung zur Grobdrehlagenerkennung von elektronischen Bauelementen bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten, Fig. 1 shows an arrangement for coarse rotational position detection of electronic components during automatic assembly of circuit boards,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Unterseite eines Bauelements mit Markierung, Markenfeld und Referenzfeld und Fig. 2 is a plan view of the underside of a component with marking, brand field and reference field and

Fig. 3 ein Beispiel für die Bildauswertung bei der Grobdrehlagenerkennung gemäß Fig. 1. Fig. 3 shows an example for the image evaluation in the coarse rotational position detection in FIG. 1.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 zeigt einen Bestückkopf Bk eines nicht näher dargestellten SMD-Bestückautomaten, der mit seiner Saugpipette Sp ein Bauelement B aufgenommen hat. Der Bestückkopf Bk ist in x, y- und z-Richtung verfahrbar angeordnet, während die Möglichkeit einer Drehung der Saugpipette Sp um ihre vertikale Achse durch einen Pfeil D aufgezeigt ist.The arrangement according to FIG. 1 shows a placement head Bk of an SMD placement machine, not shown, which has a component B with its suction pipette Sp. The placement head Bk is arranged to be movable in the x, y and z directions, while the possibility of rotating the suction pipette Sp about its vertical axis is indicated by an arrow D.

Das mit Anschlußbeinchen Ab versehene Bauelement B ist auf seiner Unterseite mit einer erhabenen Markierung M versehen, deren Lage in bezug auf die Symmetrieachsen X und Y aus Fig. 2 ersichtlich ist. Aus Fig. 2 geht ebenfalls hervor, daß die Markierung M bei der Grobdrehlagenerkennung in einem fiktiven, strichpunktiert dargestellten Markenfeld Mf vermutet wird, welchem diagonal gegenüberliegend ein ebenfalls strichpunktiert dargestelltes, fiktives Referenzfeld Rf zugeordnet ist. The component B provided with connecting legs is provided on its underside with a raised marking M, the position of which with respect to the axes of symmetry X and Y can be seen from FIG. 2. FIG. 2 also shows that the marking M is assumed for the coarse rotation position detection in a fictitious, field field Mf shown in dash-dotted lines, to which a fictional reference field Rf, also shown in dash-dotted lines, is assigned.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur Grobdrehlagenerkennung wird die Unterseite des vom Bestückkopf Bk aufgenommenen Bauelements B durch beispielsweise vier IR-Dioden IRD beleuchtet und durch einen optischen Sensor S betrachtet, bei welchem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Halbleiterkamera handelt. Die Bildsignale Bs des optischen Sensors S werden von einem Bildauswertesystem Ba empfangen und für die angestrebte Grobdrehlagenerkennung ausgewertet. Hierbei wird das bereits erwähnte Markenfeld Mf, in welchen die Markierung M vermutet wird, mit dem diagonal gegenüberliegenden Referenzfeld Rf verglichen. Bei der Bildauswertung werden nur Strukturunterschiede zwischen Markenfeld Mf und Referenzfeld Rf gesucht, d. h. die Struktur der Markierung M als solche muß nicht gesucht werden.In the illustrated in Fig. 1 arrangement for coarse rotational position detection, the underside of the picked up by the placement head Bk component B is illuminated by, for example, four IR diodes IRD and viewed by an optical sensor S, in which it is in the illustrated embodiment is a semiconductor camera. The image signals Bs of the optical sensor S are received by an image evaluation system Ba and evaluated for the intended rough rotation position detection. Here, the previously mentioned brand field Mf, in which the marking M is suspected, is compared with the diagonally opposite reference field Rf. In the image evaluation, only structural differences between the brand field Mf and the reference field Rf are searched, ie the structure of the marking M as such does not have to be searched.

Fig. 3 zeigt eine Bildauswertung in Form eines Grauwerthisto gramms,in dem in der Ordinatenrichtung die Anzahl A der Pixel und in Abszissenrichtung die Helligkeit H der Pixel aufgetra gen sind. Dabei ergibt sich für das Markenfeld Mf eine Kurve KM und für das Referenzfeld Rf eine Kurve KR. Zur Grobdrehla generkennung braucht in dem dargestellten Fall dann nur das Seitenverhältnis der umschreibenden Rechtecke R1 bzw. R2 ver glichen zu werden, wobei diese umschreibenden Rechtecke R1 und R2 in Fig. 3 durch strichpunktierte Linien aufgezeigt sind. Liegt die Markierung M (vgl. Fig. 1 und 2) tatsächlich in dem Markenfeld Mf, so ergeben sich sehr deutliche Unterschiede in den Seitenverhältnissen der umschreibenden Rechtecke R1 und R2. Das Vorhandensein der Markierung M im Markenfeld Mf ermöglicht dann andererseits eine eindeutige Aussage über die Grobdrehlage des Bauelements B, so daß das Bildauswertesystem Ba ein der festgestellten Grobdrehlage entsprechendes Signal Dl der in Fig. 1 dargestellten Maschinensteuerung Ms zuführen kann. Die Maschinensteuerung Ms kann dann ggf. eine Drehung D der Saugpipette Sp um 90°, 180° oder 270° bewirken, die von der gewünschten Einbaulage des Bauelements B abhängt. Fig. 3 shows an image evaluation in the form of a grayscale histogram in which the number A of pixels in the ordinate direction and the brightness H of the pixels are plotted in the abscissa direction. This results in a curve KM for the brand field Mf and a curve KR for the reference field Rf. For Grobdrehla gene detection then only the aspect ratio of the circumscribing rectangles R1 and R2 need to be compared in the illustrated case, these circumscribing rectangles R1 and R2 are shown in Fig. 3 by dash-dotted lines. If the marker M (see FIGS. 1 and 2) actually lies in the marker field Mf, there are very clear differences in the aspect ratios of the circumscribing rectangles R1 and R2. On the other hand, the presence of the marking M in the brand field Mf enables a clear statement to be made about the rough rotational position of the component B, so that the image evaluation system Ba can supply a signal D1 corresponding to the determined rough rotational position to the machine control Ms shown in FIG. 1. The machine control Ms can then possibly cause a rotation D of the suction pipette Sp by 90 °, 180 ° or 270 °, which depends on the desired installation position of the component B.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sichere Grobdrehlagenerkennung für eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen, die mit den verschiedenartigsten Markierungen versehen sein können. Bedingung ist dabei lediglich, daß die Markierung eine eindeutige Aussage über die jeweilige Grob drehlage ermöglicht. Aufbau und Funktion von Bestückautomaten, bei welchen das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann, gehen beispielsweise aus der DE 28 34 836 A1 hervor. Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten optischen Sensor S mit dem nachgeordneten Bildauswertesystem Ba handelt es sich um ein handelsübliches industrielles Sichtsystem. Aufbau und Funktion derartiger Sichtsysteme sind beispielsweise in der DE-Z "Industrie-Anzeiger" Nr. 47 vom 13. Juni 1986, S. 14-17 beschrieben.The method according to the invention enables reliable coarse rotation position detection for a large number of electronic components which can be provided with a wide variety of markings. The only condition is that the marking enables a clear statement about the respective rough rotational position. The structure and function of automatic placement machines in which the method according to the invention can be used are described, for example, in DE 28 34 836 A1. The optical sensor S shown schematically in FIG. 1 with the downstream image evaluation system Ba is a commercially available industrial vision system. The structure and function of such vision systems are described, for example, in DE-Z "Industry Indicator" No. 47 of June 13, 1986, pp. 14-17.

Claims

1. A method for optical coarse rotation position detection of an electronic component B provided with a marking in the automatic assembly of printed circuit boards or ceramic substrates, in which an optical sensor (S) with a subordinate image evaluation system (Ba) that is picked up by a placement head (Bk) from a ready position Component (B) considered, characterized,
that the marking (M) is recognized by comparing a predetermined brand field (Mf) with at least one assigned reference field (Rf) on the same component (B),
that the mark field (Mf) lies in an area of the component (B) in which the marking (M) of the component (B) is suspected,
that the reference field (Rf) lies in another area of the component (B) in which the marking (M) of the component (B) is not suspected and
that the rough rotational position of the component (B) is assessed on the basis of the optical properties of the component (B) in the brand field and in the reference field.

2. The method according to claim 1, characterized, that the brand field (Mf) with a symmetrical to the brand field (Mf) arranged reference field (Rf) is compared.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the brand field (Mf) with a the brand field (Mf) diagonally opposite reference field (Rf) compared becomes.