DE4207874A1

DE4207874A1 - Visuelle kontrolleinrichtung

Info

Publication number: DE4207874A1
Application number: DE4207874A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Schmidberger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2012-03-13
Also published as: DE4207874C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine visuelle Kontrolleinrichtung für die manuelle Bearbei tung von Feinstrukturen auf bestückten oder zu bestückenden Leiterplatten und die Montage bzw. Demontage von oberflächenmontierten und mit einem geringen Raster maß für die Anschlußkontakte versehenen Bauelemente und integrierten Schaltkreisen.

Visuelle Kontrolleinrichtungen sind an sich bekannt. Auch in Zukunft werden neben einer automatisierten Produktion noch Nacharbeiten zur Produktion und Reparaturarbeiten von bestückten Leiterplatten mit Hilfe von manuellen Arbeitsgängen erforderlich sein. Dies wird beispielsweise beim Löten bzw. Nachlöten von Bauelementen und integrierten Schaltkreisen auf Leiterplatten und bei der manuellen Bestückung von oberflächenmontierten Bauelementen auf Leiterplatten mittels eines Vakuumgreifers nötig sein. Aufgrund der ständig fortschreitenden Miniaturisierung von Bauelementen und der immer größer werdenden Anzahl von Funktionen pro Bauelement und der damit von den Bauelementen ausgehenden großen Anzahl von elektrischen Anschlüssen bzw. Kontaktierungen müssen auf den Leiterplatten immer dichter und damit immer feinere Leiter angeordnet werden. Dementsprechend sind auch die Lötstellen zur Verbindung von Bauelementen und der Leiter auf den Leiterplatten immer dichter und damit feiner nebeneinander anzuordnen. Diese zunehmende Feinstruktur der Lötstellen macht in immer größerem Umfang eine Unterstützung des Personals durch geeignete Sichthilfen erforderlich.

Bei der manuellen Bearbeitung von feinstrukturierten Lötstellen auf Leiterplatten ist es zur Zeit Stand der Technik, eine Standlupe oder ein Makroskop zu Hilfe zu nehmen, wobei die Leiterplatte mittels einer Positioniereinrichtung der Standlupe oder dem Makroskop zugeordnet wird. Insbesondere beim Makroskop wird bei derartigen Arbeitsgängen der Grobsichtbereich des Personals beschränkt. Dies hat zur Folge, daß kein lückenloses und komplettes Überwachen bei der Zuführung, beispielsweise des Lötkolbens zur Löt stelle, mehr möglich ist. Es läßt sich nicht vermeiden, daß dadurch Fehler durch unge wolltes Berühren der Leiterplatte oder der Bauelemente mit dem Lötkolben auftreten.

Bei Reparaturarbeiten, die nicht im Rahmen der Produktion stattfinden, liegt zudem in der Regel der Fall vor, daß kein Makroskop mit der dazu erforderlichen Leiterplattenposi tioniereinrichtung zur Verfügung steht. Die Folge ist eine Erschwerung der manuellen Be stückung von Bauelementen auf der Leiterplatte, und darüber hinaus fällt häufig das Lötergebnis fehlerhaft oder unbefriedigend aus.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine visuelle Kontrolleinrichtung für den mobilen Einsatz bei der Nacharbeit außerhalb der automatisierten Produktion und bei der Reparatur von Leiterplatten zu schaffen, die den Grobsichtbereich des Arbeitenden nicht einschränkt, ferner ein lückenloses Überwachen der Zuführung der Bearbeitungs werkzeuge im Fein- und Grobsichtbereich ermöglicht, somit ein unkontrolliertes Berühren der Feinstrukturen auf den Leiterplatten und/oder den Bauelementen mit dem Bearbei tungswerkzeug vermieden wird und sich dadurch einfach fehlerfreie Arbeitsergebnisse erzielen lassen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Er findungsgegenstandes sind in den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 14 gekenn zeichnet.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß durch die Anordnung der visuellen Kontrolleinrichtung direkt am oder integriert in das manuelle Bearbeitungswerk zeug unter gleichzeitiger Ausrichtung auf den Bearbeitungsort das Sichtfeld des Perso nals sowohl im Grob- als auch im Feinsichtbereich während des Arbeitens nicht einge schränkt wird. Dabei ist der Wiedergabebildschirm stets im Blickfeld des Arbeitenden. Der Wiedergabebildschirm ist dabei drehbar und fixierbar angeordnet. In einer kompakten Einheit sind dabei eine Beleuchtungsvorrichtung, ein Bildaufnahmeobjektiv und die Bildaufnahmevorrichtung, jeweils ausgerichtet auf den Bearbeitungsort, zusammengefaßt. Durch die Verwendung einer separaten Signalaufbereitungsvorrichtung und durch eine entsprechende Ausstattung der Bildaufnahmevorrichtung lassen sich für den Arbeitenden sowohl Autofokus-Funktion als auch automatische Helligkeitsan passung verwirklichen. Darüber hinaus läßt sich eine Vergrößerung der Bildaufnahme am Bearbeitungsort durch einfachen Knopfdruck, beispielsweise am Griff des manuellen Bearbeitungswerkzeuges, verwirklichen. Durch die lückenlose Überwachung der Zuführung der jeweiligen Bearbeitungswerkzeuge an den Bearbeitungsort und durch das nunmehr mögliche genau kontrollierte Berühren der Feinstrukturen der Leiterplatten bzw. der Bauelemente am Bearbeitungsort durch das Bearbeitungswerkzeug lassen sich auf einfache Weise fehlerfreie Arbeitsergebnisse erzielen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und von Zeichnungen noch näher erläutert:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der visuellen Kontrolleinrichtung am Bear beitungswerkzeug und

Fig. 2 in Teilschnittdarstellung das Prinzip einer Beleuchtungsvorrichtung aus Bildleitern, die das Bildaufnahmeobjektiv umgeben.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der visuellen Kontrolleinrichtung 1, die direkt am manuellen Bearbeitungswerkzeug, hier speziell dem Griff, angebracht ist. Aufgrund der heute möglichen Miniaturisierung von Bauteilen kann die visuelle Kontrolleinrichtung 1 auch ganz oder teilweise in das Bearbeitungswerkzeug eingebaut sein. Es ist auch möglich, die visuelle Kontrolleinrichtung zum Teil in die Form eines hier nicht dargestellten Handhaltegriffes einzubauen, wobei der Handhaltegriff zur reinen Sichtprüfung des Bearbeitungsortes dient. Nicht dargestellt ist die elektrische Leiterplatte mit den auf ihr aufgebrachten Leiterbahnen, und den dort montierten oder zu montierenden Bauelementen mit ihren elektrischen Anschlüssen. Die enge und dichte Anordnung von zahlreichen elektrischen Anschlüssen von elektrischen Bauelementen, wie integrierten Schaltkreisen bei oberflächenmontierten Baugruppen, erzwingen eine dichte Packung von Leiterbahnen auf der Leiterplatte, so daß man von Feinstrukturen der Leiterbahnen bzw. der erforderlichen Lötstellen spricht.

Um beispielsweise Lötarbeiten in den Feinstrukturen der Leiterfläche ohne Fehler und einwandfrei durchführen zu können oder um eine manuelle Bestückung derartiger Bau elemente auf den Feinstrukturen der Leiterplatte mit einem Vakuumgreifer durchführen zu können, ist es erforderlich, eine visuelle und lückenlose Kontrolle der Arbeiten zu errei chen. Zu diesem Zweck ist die visuelle Kontrolleinrichtung mit Ausrichtung auf dem Bear beitungsort direkt am manuellen Bearbeitungswerkzeug angebracht. Dazu ist die visuelle Kontrolleinrichtung mit einer auf dem Bearbeitungsort auf der Leiterplatte gerichteten Beleuchtungsvorrichtung 2 ausgestattet, darüber hinaus besitzt die visuelle Kontrolleinrichtung ein ebenfalls auf den Bearbeitungsort gerichtetes Bildaufnahmeob jektiv 3, das mit einer Bildaufnahmevorrichtung auf optischem und elektrischem Wege verbunden ist. Schließlich verfügt die visuelle Kontrolleinrichtung über einen für die Kontrolle am Bearbeitungsort erforderlichen Wiedergabebildschirm 4, der in einem Bildschirmhalter 5 angeordnet ist.

Wie aus Fig. 1 gut ersichtlich ist, ist die visuelle Kontrolleinrichtung 1 in eine Bild signalaufbereitungsvorrichtung 6 und in eine kompakte Einheit aufgeteilt, wobei die kom pakte Einheit die Beleuchtungsvorrichtung 2, das Bildaufnahmeobjektiv 3 verbunden mit der Bildaufnahmevorrichtung und den Wiedergabebildschirm 4 umfaßt.

Die kompakte Einheit mit Beleuchtungsvorrichtung, Bildaufnahmeobjektiv und Wieder gabebildschirm oder auch der Wiedergabebildschirm zusammen mit dem Bildschirm halter allein können drehbeweglich am manuellen Bearbeitungswerkzeug, also bei spielsweise dem Griff des Werkzeugs, angebracht sein, was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist. Diese Drehbeweglichkeit der kompakten Einheit bzw. des Wiedergabebild schirms kann beispielsweise durch eine Lagerung mittels eines Kugelmechanismusses derart erfolgen, daß in einem genau definierten Bereich der Wiedergabebildschirm ge schwenkt werden kann und durch hier ebenfalls nicht dargestellte Mittel in der ge wünschten Lage arretierbar ist. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen lassen sich die kompakte Einheit oder der Bildschirmhalter mit dem Wiedergabebildschirm auch auf steckbar ausbilden, beispielsweise auf den Griff des manuellen Bearbeitungswerkzeuges, das beispielsweise ein Lötkolben 7 oder ein Vakuumgreifer für Bauelemente für die Leiter platte sein kann. Wesentlich für die Erfindung ist es, daß das manuelle Bearbeitungswerk zeug, z. B. der Lötkolben 7, mit der visuellen Kontrolleinrichtung direkt kombiniert werden kann, da durch die Maßnahme des direkten Verbindens von manuellem Bearbeitungswerkzeug und visueller Kontrolleinrichtung eine nicht unterbrochene und ungestörte Grob- und Feineinsicht auf den jeweiligen Bearbeitungsort gegeben ist.

Die kompakte Einheit der visuellen Kontrolleinrichtung läßt sich stets auf den Bearbei tungsort ausrichten, der sich auf der hier nicht dargestellten Leiterplatine an der Lötspitze 8 befindet. Die Bildaufnahme, die Bildwiedergabe und die Bildverarbeitung erfolgt mittels des Videoverfahrens. Ein Bildaufnahmeobjektiv 3 wirft von einem durch den Bildwinkel 10 gegebenen definitiven Ausschnitt der Leitungsplatine ein Bild auf einen Bildaufnehmer 11, der beispielsweise als CCD-Chip ausgeführt ist. Die Bildpunkte dieses Chips wandeln die optischen Signale in elektrische Signale um, die über ein elektrisches Kabel 12 zu der Bildsignalaufbereitungsvorrichtung 6 geleitet werden. Die Bildsignalaufbereitungsvorrich tung 6 ist dabei für Farbbilder ausgelegt und das Bildaufnahmeobjektiv kann in hier nicht dargestellter Weise mit einer Autofokus-Funktion versehen sein, so daß dadurch ein unterschiedlicher Abstand zwischen Bildaufnahmeobjektiv und der Oberfläche der Leiter platte bzw. der dort vorhandenen Lötstellen und Bauelemente erreichbar ist.

Von der Bildaufbereitungsvorrichtung 6 kann das Bildsignal direkt oder modifiziert auf dem Wiedergabebildschirm 4 weitergeleitet werden. Eine derartige Modifizierung kann beispielsweise über eine Zoom-Funktion vorgenommen werden, die das aufgenommene Bild entsprechend den Bedürfnissen des Bearbeiters vergrößert oder verkleinert. Die Zoom-Funktion kann dabei über einen beispielsweise am Griff des manuellen Bearbei tungswerkzeugs angebrachten Drucktaster ausgelöst und gesteuert werden.

Der Wiedergabebildschirm 4 kann dabei beispielsweise als Farbbildschirm ausgebildet sein. Dazu eignet sich ein Flüssigkristall-Farbbildschirm.

In der Bildsignalaufbereitungsvorrichtung 6 befindet sich die Elektronik 13 zur Verarbei tung des Farbvideosignals, eine Spannungsversorgung 14 und ein Modul 16 für die Videofarbkamera und die Lichtquelle, die hier jedoch nicht dargestellt sind. Die Elektronik für das Videosignal, die Spannungsversorgung und die Videokamera sind elektrisch, während die Lichtquelle optisch, mit der kompakten Einheit verbunden ist. Die Lichtquelle kann beispielsweise mittels ringförmiger Lichtleiter an den Bearbeitungsort über die kom pakte Einheit herangeführt werden. Diese Lichtleiter können dabei kreisförmig um das elektrische Kabel 12 angeordnet sein, wie im Schnitt aus Fig. 2 ersichtlich ist. Sie leuch ten bei entsprechender Anordnung den Bildwinkel 10 für das Aufnahmeobjektiv 3 aus. Eine ausreichende Bildgüte für den Wiedergabebildschirm läßt sich durch eine einge baute automatische Helligkeitsanpassung für den unterschiedlichen Abstand der Lichtleiter zum Objekt erreichen. Die Beleuchtungsvorrichtung 2 ermöglicht also, mittels biegsamer Lichtleiter das Licht der Lichtquelle aus der Bildsignalaufbereitungsvorrichtung auf den Bearbeitungsort zu lenken. Alternativ kann der Bildaufnehmer 11 in dem Modul 16 der Bildsignalaufbereitungsvorrichtung 6 als handelsübliche CCD-Videofarbkamera ausgeführt sein. Die optische Übertragung des Bildes zwischen dem Bildaufnahmeobjektiv 3 und dieser Farbkamera kann dann durch einen hier nicht dargestellten Bildleiter erfolgen. Der an Stelle des Bildaufnehmers 11 angeordnete Bildleiter besteht dabei aus zahlreichen ortsfesten Einzelbildfasern. Die ortsfeste Zuordnung der Einzelfasern zueinander bewirkt eine gleiche geometrische Zuordnung bzw. Position jeder einzelnen Faser auf der Objektseite und auf der Bildaufnehmerseite d. h. der Abbildung auf der Videokamera.

Bezugszeichenliste

1 Visuelle Kontrolleinrichtung
2 Beleuchtungsvorrichtung
3 Bildaufnahmeobjektiv
4 Wiedergabebildschirm
5 Bildschirmhalter
6 Bildsignalaufbereitungsvorrichtung
7 Lötkolben
8 Lötspitze
10 Bildwinkel
11 Bildaufnehmer (CCD-Chip)
12 Elektrisches Kabel
13 Elektronik zur Verarbeitung des Farbvideosignals
14 Spannungsversorgung
16 Modul für Videofarbkamera und Lichtquelle

Claims

1. Visuelle Kontrolleinrichtung für die manuelle Bearbeitung von Feinstrukturen auf bestückten oder zu bestückenden Leiterplatten und die Montage bzw. Demontage von oberflächenmontierten und mit einem geringen Rastermaß für die Anschluß drähte versehenen Bauelementen und integrierten Schaltkreisen dadurch gekennzeichnet, daß die visuelle Kontrolleinrichtung direkt an oder in einem manuellen Bearbeitungswerkzeug angebracht ist, daß dabei die visuelle Kontrolleinrichtung aus einer auf den Bearbeitungsort gerichteten Beleuchtungsvorrichtung (2), daß sie ferner aus einem ebenfalls auf den Bearbeitungsort gerichteten Bildaufnahmeobjektiv (3) und Bildaufnahmevorrichtung, daß sie weiterhin aus einem unmittelbar am manuellen Bearbeitungswerkzeug angeordnetem Wiedergabebildschirm (4) und daß sie schließlich aus einer vom Bearbeitungswerkzeug getrennt angeordneten Bildsignalaufbereitungsvorrichtung (6) besteht.

2. Visuelle Kontrolleinrichtung für die manuelle Bearbeitung von Feinstrukturen auf bestückten oder zu bestückenden Leiterplatten und die Montage bzw. Demontage von oberflächenmontierten und mit einem geringen Rastermaß für die Anschluß drähte versehenen Bauelementen und integrierten Schaltkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die visuelle Kontrolleinrichtung in Form eines Handhaltegriffs zur Sichtprüfung des Bearbeitungsortes ausgebildet ist, daß dabei die visuelle Kontrolleinrichtung aus einer auf den Bearbeitungsort gerichteten Beleuchtungsvorrichtung (2), daß sie ferner aus einem ebenfalls auf den Bearbeitungsort gerichteten Bildaufnahmeobjektiv (3) und Bildaufnahmevorrichtung, daß sie weiterhin aus einem unmittelbar am Handhaltegriff angeordneten Wiedergabebildschirm (4) und daß sie schließlich aus einer vom Handhaltegriff getrennt angeordneten Bildsignalaufbereitungsvorrichtung (6) besteht.

3. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (2), das Bildaufnahmeobjektiv (3) und die Bildaufnahmevorrichtung sowie der Wieder gabebildschirm (4) zu einer kompakten Einheit zusammengefaßt sind.

4. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahme, die Bildwiedergabe und die Bildverarbeitung mittels Videoverfahrens erfolgen.

5. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildaufnahmeobjektiv und die Bild aufnahmevorrichtung mit Autofokus-Funktion ausgestattet sind.

6. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsignalaufbereitungsvorrichtung mit einer Zoom-Funktion ausgestattet ist, und daß die Zoom-Funktion an dem manuellen Bearbeitungswerkzeug bzw. dem Handhaltegriff ausgelöst werden kann.

7. Visuelle Kontrolleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung der Zoom-Funktion durch einen am Griff des Bearbeitungswerkzeuges bzw. dem Handhaltegriff angeordneten Taster erfolgt.

8. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung aus einer separaten Lichtquelle besteht, daß eine automatische Helligkeitsanpassung vor gesehen ist, und daß die Beleuchtung mittels biegsamer Lichtleiter an den Bearbeitungsort geleitet wird.

9. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildaufnahmeobjektiv ringförmig von den Lichtleitern umgeben ist.

10. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildaufnahmeobjektiv das vom Bildwinkel erfaßte Objektbild direkt oder über Bildleiter mit ortsfesten Einzellicht leitern auf den Bildaufnehmer (CCD-Chip) einer Halbleiterkamera projiziert wird, wobei die dabei entstehenden elektrischen Signale an die Signalaufbereitungsvor richtung weitergeleitet werden.

11. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer kompakten Einheit zusam mengefaßte Beleuchtungsvorrichtung (2), Bildaufnahmeobjektiv (3), Bildaufnahmevorrichtung und Wiedergabebildschirm (4) drehbeweglich am manuellen Bearbeitungswerkzeug angebracht sind.

12. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3, 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kompakte Einheit mittels eines Kugelmechanismusses derart gelagert ist, daß sie in einem definierten Bereich schwenkbar und arretierbar ausgeführt ist.

13. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3, 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die kompakte Einheit bzw. der Bild schirmhalter des Wiedergabebildschirms auf das manuelle Bearbeitungswerkzeug aufsteckbar ausgebildet ist.

14. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das manuelle Bearbeitungswerkzeug als Lötkolben ausgebildet ist.

15. Visuelle Kontrolleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das manuelle Bearbeitungswerkzeug als Vakuumgreifer zur manuellen Bestückung der Leiterplatten ausgebildet ist.