DE4239053A1 - Prüfanordnung für Stiftgruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfanordnung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Mit der anwachsenden Schnittstellen-Komplexität (vgl. "Der Kampf um den Pinabstand" in ELEKTRONIK, Heft 23/1992, Seite 82) wird auch die Herstellung und Qualitätsprüfung der Steckverbinder aufgrund der dichten Staffelung einer immer größeren Anzahl von Steckerstiften (vgl. in ELEKTRONIK, Heft 10/1992, Seiten 76 ff., dort ibs. Bild 3 für eine Steckleiste mit neben einer hochgezogenen Kante oder Bild 4 mit zwischen Seitenwänden angeordneten Steckerstiften) zu­ nehmend aufwendiger.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Prüfanordnung eingangs genannter Art anzugeben, mittels der sich unmittelbar im Verlaufe der oder in Anschluß die Her­ stellung eine Qualitätsprüfung zum Ausscheiden fehlerhaft bestückter Leisten zuverlässig aber mit apparativ möglichst geringem Aufwand realisieren läßt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Prüfanordnung nach dem Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches ausgelegt ist.

Zur Lösung jener Aufgabe ist davon ausgegangen, daß selbst dann, wenn hinter einer Stiftgruppe keine Konstruktions­ teile der Sockel-Steckleiste hochragen, eine seitliche Bilderfassung der im zeilen- bzw. spaltenförmigen Raster angeordneten Stifte keine hinreichende Qualitätsaussage er­ bringt, da stets rückwärtig gelegene Stifte ganz oder teil­ weise in Betrachtungsrichtung von davor angeordneten Stif­ ten verdeckt werden. Eine seitlich betrachtende Bildauswer­ tung würde also keinen hinreichend zuverlässigen Aufschluß darüber erbringen, ob wirklich alle vorgesehenen Positionen der Steckleiste mit Steckerstiften besetzt sind und ob die freien Stirnenden dieser Steckerstifte auch tatsächlich alle im vorgegebenen Raster und in vorgegebener Höhe - vor­ zugsweise in einheitlicher Höhe - liegen.

Nach der erfindungsgemäßen Lösung wird dagegen vom Bildauf­ nehmer die reflektierte Strahlung aus unmittelbarer Umge­ bung der freien Stift-Stirnenden, nachstehend als Stiftkup­ pen bezeichnet, in gegenüber der Ebene über die Stiftkuppen sowie gegenüber dem Lot auf die Ebene der Stiftkuppen ge­ neigter Richtung aufgenommen. Vorzugsweise erfolgt die Be­ strahlung der Stiftkuppen im gerade auszuwertenden Erfas­ sungsbereich aus einer der Blickrichtung diametral gegen­ überliegenden schrägen Richtung, um mit dem Bildaufnehmer möglichst wenig Reflexstrahlung von nicht relevanten Berei­ chen der Steckerstifte aufzunehmen, die Bildauswertung also auf die Reflexzentren an den Stiftkuppen im Erfassungsbe­ reich zu beschränken. Dabei ist die gegenseitige Anordnung der Strahlungsquelle und der Steckleiste zweckmäßigerweise so gewählt, daß der Sockelbereich, aus dem die Stecker­ stifte vorstehen (nachstehend als Grundbereich der Steck­ leiste bezeichnet) im Schlagschatten einer Seitenwand neben den steckerstiften bzw. eines Anschlages liegt, längs des­ sen die Steckleiste zeilenweise an der Prüfanordnung vorbeigeführt wird.

Der von dem Bildaufnehmer, und vorzugsweise auch von der Strahlungsquelle, erfaßte Bereich beschränkt sich zweck­ mäßigerweise auf eine Zeile von Stiftkuppen im Raster der Stiftgruppe, wobei diese Zeile in der Ebene durch die Längsachsen der Bestrahlung und der Aufnahmeenergie, und damit quer zur Längs- und Vorschubrichtung der -u prüfenden Steckleiste liegt. Das in diesem zeilenförmigen Erfassungs­ bereich aufgenommene Binärbild weist dort und nur dort ein Signal auf, wo eine Stiftkuppe - und gegebenenfalls ein weiteres konstruktiv bedingtes Reflexzentrum wie die Schlagschatten-Kante neben der Stiftgruppe - erfaßt wird, also Aufnahmeenergie liefert. Ein aus dem vorgegebenen Stiftraster quer zur Erfassungszeile versetzter Stift, oder ein Steckerstift, dessen Stiftkuppe infolge Verbiegung außerhalb der Erfassungszeile bzw. aus der Kuppenebene nach unten versetzt im Schlagschatten eines benachbarten Stiftes liegt, wird von der Aufnahmeeinrichtung nicht erfaßt und liefert somit nicht bzw. nicht am vorgesehenen Ort die ent­ sprechende Information im Binärbild. So kann in einer von einer Zeilenkamera gespeisten Auswerteschaltung die rela­ tive Lage der Stifte untereinander und bezüglich konstruk­ tiver Referenzelemente (Führungszapfen oder Leistenkanten) erfaßt werden, wenn die Kuppen-Reflexzentren im Erfassungs­ bereich liegen, bzw. an einer vorgesehenen Position erfaßt die Auswerteschaltung eine Fehlstelle im Binärbild und lie­ fert eine Schlecht-Sortierinformation zum Ausscheiden die­ ser so durch die Qualitätsprüfung gefallenen Steckleiste.

Die Auswertung kann sich auch auf die Länge von Stecker­ stiften erstrecken, wenn nur deren Stiftkuppen beim gegebe­ nen Beleuchtungswinkel nicht im Schlagschatten eines be­ nachbarten Konstruktionselementes verschwinden. Für eine selbstkalibrierende Höhenauswertung kann ein treppenstufen­ förmiger Kalibrierkörper in den Strahlengang der Bestrah­ lungsquelle eingeführt werden, deren Bestrahlungswinkel so justiert wird, daß zwar die einzelnen einander benachbarten Treppenebenen jeweils im Schlagschatten liegen, die Trep­ penstufenkanten aber als Reflexzentren für die Bestrahlung wirken. Im Binärbild entspricht das mit niedriger liegender Stufenhöhe einem größeren Abstand der einander benachbarten Signale im Binärbild, so daß im Vergleich zu diesen Kali­ brierungs-Abständen später eine Höhenauswertung der an ih­ ren Kuppen erfaßten Steckerstifte ermöglicht ist.

Grundsätzlich braucht der Erfassungsbereich sich nicht auf eine Stiftzeile zu beschränken. Mittels beispielsweise ei­ ner CCD-Flächenkamera, die optronische Pixel in mehreren Zeilen (also rasterförmig) aufweist, können grundsätzlich auch nebeneinanderliegende Stiftzeilen erfaßt werden, wenn sich die Bestrahlung auf einen entsprechend breiteren Er­ fassungsbereich erstreckt. Nachteilig ist dann allerdings, daß aufgrund der strahlengeometrischen Gegebenheiten trotz korrekt positionierter Stiftkuppen in der Auswerteschaltung ein entsprechend verzerrtes Raster mit der Mustervorlage verglichen werden muß, was größeren Rechenaufwand bedingt und damit die Prüfgeschwindigkeit einschränkt. Für eine schnell inline arbeitende Prüfanordnung ist es deshalb bes­ ser, nur einen sich gerade über eine Stiftbreite er­ streckenden zeilenförmigen Erfassungsbereich zu bestrahlen und die Streustrahlung von den Stiftkuppen dementsprechend mit einer Zeilenkamera aufzunehmen und ins Binärbild für den Mustervergleich bzw. für eine Positionsausmessung umzu­ setzen.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Be­ schreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfin­ dungsgemäßen Lösung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Prüfanordnung im Schnitt durch den Bildaufnehmer quer zur Vorschubrich­ tung einer zu untersuchenden Stiftleiste,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Stiftleiste nach Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 das aus der Ansicht gemäß Fig. 2 sich ergebende Binärbild und

Fig. 4 den an eine Auswerteschaltung angeschlossenen Bildaufnehmer nach Fig. 1 in vereinfachter Blockschaltbild-Darstellung.

Mit der dargestellten Prüfanordnung 11 soll die korrekte gegenseitige Lage von Steckerstiften 12 erfaßt werden, die als spalten- und zeilenweise orientierte Stiftgruppe 13 aus einer Steckleiste 14 vorragt. Für eine automatische Vermes­ sung auf vollständige und korrekte Bestückung der Stecklei­ ste 14 mit Steckerstiften 12 wird die Stiftgruppe 13 in ei­ nem beschränkten Bereich 15 von wenigstens einer Strah­ lungsquelle 16 und dieser selbe Bereich 15 zugleich von we­ nigstens einem Bildaufnehmer 17 erfaßt. Dafür ist die Strahlungsquelle 16 so orientiert, daß vor allem die mehr oder weniger zugespitzten Stiftkuppen 18 am Stirnende der im Erfassungsbereich 15 liegenden Stiftgruppe 13 bestrahlt werden. Der Bildaufnehmer 17 ist vorzugsweise unter großem Winkel 19 (seiner Längsachse in bezug auf die Strah­ lungsachse der Quelle 16) auf die Stiftkuppen 18 des Erfas­ sungsbereiches 15 orientiert, um möglichst wenig Rückstrah­ lungsenergie 20 der aktuellen Bestrahlung 21 aufzunehmen, sondern möglichst nur die von der Strahlungsquelle 16 fort reflektierte Streustrahlung 22. Denn diese dann praktisch nur von den Stiftkuppen 18 im Erfassungsbereich 15 und ins­ besondere praktisch nicht von den zylindrischen oder pris­ matischen Mantelflächen 23 der erfaßten Steckerstifte 12 selbst stammen, da letztere für den Bildaufnehmer 17 im Schlagschatten der bezüglich des Erfassungsbereiches 15 etwa diametral gegenüber angeordneten Strahlungsquelle 16 liegen. Die Aufnahmeenergie 24, die also möglichst nur von den im Erfassungsbereich 15 liegenden Stiftgruppen 18 stam­ men soll, wird außerdem nicht durch den Grundbereich 25 der Stiftgruppe 13, also die der Prüfanordnung 11 zugewandte Oberseite der Steckleiste 14 verfälscht, wenn die Bestrah­ lung des Erfassungsbereiches 15 über eine Schlagschatten- Kante 26 erfolgt. Bei dieser kann es sich um die seitlich vorstehende Längswand einer Steckleiste 14 handeln, deren Stiftgruppe 13 am Grunde eines wannenförmig abgesenkten Be­ reiches verankert ist, um durch die Wannen-Wandung einen mechanischen Schutz der Steckerstifte 12 und erforderli­ chenfalls auch eine mechanische Steck-Codierung zu erbrin­ gen. Falls die Querschnittsgeometrie der Steckleiste 14 nicht ohnehin eine solche als Schlagschatten-Kante 26 ge­ eignete Seitenwand aufweist, wird für die Stiftkuppen-Ver­ messung in vorliegender Prüfanordnung 11 die Leiste 14 in Längsrichtung an einem Anschlag 27 entlanggeführt, dessen Anlagewand in bezug auf den Winkel der Bestrahlung 21 die geeignete Höhe zur Ausbildung einer Schlagschatten-Kante 26 aufweist. Die Schlagschatten-Kante kann auch konstruktiv an die Strahlungsquelle gekoppelt werden und in der Höhe ein­ stellbar angelegt sei, so daß sie nicht mit der Steckerlei­ ste verschoben werden braucht. Mit anderen Worten wird die Richtung der Bestrahlung 21 und/oder die Positionierhöhe des Stiftgruppen-Grundbereiches 25 in bezug auf eine Schlagschatten-Kante 26 so gewählt, daß der Grundbereich 25 möglichst nicht von der Bestrahlung 21 erfaßt wird und so­ mit möglichst keine Streustrahlungsenergie zur Aufnahme­ energie 24 beiträgt. Bildaufnehmer-Achse (optische Achse) und Grundbereich-Fläche bilden vorzugsweise einen Winkel von 45°, um für alle Freiheitsgrade der Stiftlage-Änderungen gleichmäßig hohe Auflösungen zu realisieren.

Der Bildaufnehmer 17 kann eine CCD-Flächenkamera sein, de­ ren Aufnahmefeld einer Zeile oder Spalte in der Ebene der Stiftkuppen 18 den Erfassungsbereich 15 darstellt, der über eine Optik auf die Pixel projiziert wird. Aus Gründen einer schnellen Datenerfassung/-verarbeitung ist ein auf eine Zeile 28 von Steckstiften 12 beschränkter Erfassungsbereich 15 zweckmäßig. Diese Zeile 28 liegt in der Darstellebene der Zeichnung und somit in der Ebene der Längsachse 29 des Bildaufnehmers 17, bei dem es sich dann um eine Zeilenka­ mera für das Spektrum der Strahlenquelle 16 handelt. Zei­ lenkameras ermöglichen gegenüber Flächenkameras eine erheb­ liche Steigerung der Prüfgenauigkeiten. Zweckmäßigerweise wird dann auch aus der Stiftgruppe 13 nur etwas mehr als die gerade aufzunehmende Zeile 28 von Stiftkuppen 18 be­ strahlt, etwa über eine Spaltblende oder über eine Zylin­ derlinse.

Der Bildaufnehmer 17 erfaßt dann nur die Steckerstifte 12, die in der Ebene der Längsachse 25 im zeilenförmigen Erfas­ sungsbereich 15 liegen. Ein quer zur Zeile verbogener Stift würde außerhalb der entsprechend schmal bemessenen Zeile 28 liegen und deshalb nicht erfaßt werden. Ein zu kurz einge­ setzter, etwa abgebrochener Stift 30 würde keine Kuppe au­ ßerhalb des Schlagschattenbereiches der Nachbarstifte in seiner Zeile 28 aufweisen und somit mangels von ihm stam­ mender Aufnahmeenergie 24 weder in dieser noch in einer an­ deren Zeile 28 vom Bildaufnehmer 17 erfaßt werden, wie durch Fig. 2 veranschaulicht.

Zur Kontrolle einer solchen Fehlzeile können Strahlungs­ quelle 16 und/oder Bildaufnehmer 17 in eine etwa vertikale Position III über der Stiftgruppe 13 verschwenkt werden, in der dann auch ein solcher kurzer Stift 30 erfaßt würde. Allerdings ist der Kontrast und damit die Erkennbarkeit dann teilweise wesentlich schlechter, weil auch starke Re­ flexionen aus dem Grundbereich 25 der Stiftgruppe 13 zur Aufnahmeenergie 24 beitragen.

Insbesondere bei sehr breiten Steckleisten 14, also sehr langen Zeilen 28 kann es zweckmäßig sein, die gerade ge­ prüfte Zeile 28 der Stiftgruppe 13 in unterschiedlichen Winkeln 19 und insbesondere auch aus der entgegengesetzten Richtung zu erfassen, wofür dann die Schlagschatten-Kante 26, die Strahlungsquelle 16 und der Bildaufnehmer 17, wie in Fig. 1 berücksichtigt, in eine diametral ausgetauschte Position II verschwenkt werden (oder dort fest installierte Geräte im Wechsel zu den erstbeschriebenen Geräten einge­ schaltet werden).

Die den Pixeln 31 des Bildaufnehmers 17 nachgeschaltete Si­ gnalvorverarbeitung 32 liefert für den zeilenweisen Vor­ schub 33 der Steckleiste 14 relativ zur Prüfanordnung 11 eine Folge von Binärbildern 34 (Fig. 3) an eine Auswerte­ schaltung 35 zur Überprüfung der Anzahl und der relativen Lage der angeregten Pixel 31, also der in der momentanen Zeile 28 erfaßten Stiftkuppen 18, im Vergleich zu einer Mu­ stervorgabe, um beispielsweise eine Gut-Schlecht-Sortierin­ formation 36 bezüglich der aktuell in Überprüfung befindli­ chen Steckleiste 14 auszugeben.

Insoweit auch die Bestrahlung 21 des Anschlages 27 von der Schlagschatten-Kante 26 eine Anregung von Pixeln 31 er­ bringt, kann so eine Vermessung der Stiftkuppen 18 in bezug auf die Längsseite der Steckleiste 14 erfolgen. Eine Steck­ leiste 14 ist fehlerhaft, wenn in einer gerade erfaßten Zeile 28 die Stiftkuppen-Signale nicht den (in bezug auf den Bestrahlungswinkel) vorgegebenen Abstand zueinander bzw. zur Kante 26 aufweisen oder eine Fehlstelle 37 ent­ halten, die von einem zu kurzen Stift 30 oder von einer aus dem zeilenförmigen Erfassungsbereich 15 ausgewanderten Stiftkuppe 18 herrührt. Eine Überprüfung auf korrektes Ra­ ster der Stiftgruppe 13 insgesamt, also der spaltenmäßig korrekten Aufeinanderfolge der einzelnen Zeilen 28 von Steckerstiften 12 ergibt sich aus der Lage der Stift-Zeile 28 relativ zur Aufnehmer-Zeilenbildachse 29 in Relation zum Vorschub 33 durch die Prüfanordnung 11.

Da in der Auswerteschaltung 35 das Raster einer korrekt mit Steckerstiften 12 bestückten Steckleiste 14 bekannt ist, beschränkt sich die Auswertung der im Zeilen-Vorschub auf­ einanderfolgenden Binärbilder 34 auf das Auffinden von L- Signalen in der Umgebung vorbestimmter Pixelpositionen 31, was eine schnelle Echtzeit-Qualitätsprüfung der Steck­ leisten 14 ermöglicht.

Claims (11)

1. Prüfanordnung (11) für Steckerstifte (12) an einer Steckleiste (14), dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Bildaufnehmers (17) die Rückstrahlung (22) von bestrahlten Stiftkuppen (18) einer Stiftgruppe (13) erfaßt wird.

2. Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (29) des Bildaufnehmers (17) um einen Winkel gegenüber der Ebene der Stiftkuppen (18) und gegenüber dem Lot auf diese Ebene geneigt ist und die Strahlungsquelle (16) in großem Winkel (19) gegen­ über der Bildaufnehmer-Achse (29) die Stiftkuppen (18) bestrahlt.

3. Prüfanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung über eine Schlagschatten-Kante (26) erfolgt, die den Grundbereich (25) der Steckleiste (14), aus der die Steckerstifte (12) vorstehen, gegen Bestrahlung abschattet.

4. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckleiste (14) einen Vorschub (33) längs ei­ nes Anschlages (27) mit einer Schlagschatten-Kante (26) erfährt.

5. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Positionen (I, II, III) für den Bildaufneh­ mer (17) und die ihm zugeordnete Strahlungsquelle (16) in bezug auf die erfaßte Stiftgruppe (13) vorgesehen sind, wobei die Strahlungsquelle (16) und/oder der Bildaufnehmer (17) in diese Positionen (I, II, III) verschwenkbar oder in diesen fest angeordnet und wech­ selseitig zuschaltbar sind.

6. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zeilenförmiger Erfassungsbereich (15) über ne­ beneinanderliegende Stiftkuppen (18) der Stiftgruppe (13) vorgesehen ist.

7. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Bildaufnehmer (17) eine Zeilenkamera eingesetzt und die Bestrahlung etwa auf eine Zeile (28) der von der Zeilenkamera erfaßten Stiftgruppe (13) begrenzt ist.

8. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Auswerteschaltung (35) zur Ausgabe einer Sortierinformation (36) auf Basis der Auswertung von Fehlstellen (37) im Binärbild (34) aufweist, die aus zu kurzen Steckerstiften (12) oder auf in der bzw. quer zu der Zeile (28) verbogenen Steckerstiften beruhen.

9. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergleich zu einem abgestuften Kalibrierkörper aus dem Abstand der Stift-Informationen im Binärbild (34) auf die Höhenlage der einzelnen Stiftkuppen (18) geschlossen wird.

10. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung sich auch auf nichtmetallische kon­ struktive Steckleisten-Details neben der Stiftgruppe (13) erstreckt.

11. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einsatz wenigstens einer Zeilenkamera zum Erfassen auch kleinster Rasterabstände bei metrischen Steckstiftsy­ stemen.