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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft automatisierte Anordnungsmechanismen für elektronische
Bauelemente, Qualitätssicherung
und insbesondere Vorrichtungen, die beim Beurteilen, ob Bauelemente zweckentsprechend
angeordnet wurden, verwendet werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
ständig
zunehmende Miniaturisierung von elektronischen Bauelementmodulen
und Baueinheiten und der Druck des Marktes hinsichtlich Kostenreduzierung
hat die Anordnung dieser Bauelemente zu einer automatisierten, vielschrittigen
Präzisionsaufgabe
gemacht. Die meisten Bauelemente werden unter Verwendung der Oberflächenmontagetechnik
("SMT") angeordnet, wobei
eine große
Anzahl, wenn nicht hunderte von einzelnen Komponenten, präzise angeordnet
und auf mindestens einer Platine fließbandartig verlötet werden.
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Platinen
fahren nacheinander in Reihe längs von
Förderern
durch eine Reihe von Stationen, welche jeden Schritt in dem Aufbauprozess
durchführen. Typischerweise
fährt eine
leere Platine in ein Lotpasten-Lieferungssystem hinein, welches
nicht ausgehärtete
Lotpaste auf Bereichen der Platine platziert, die Lötverbindungen
benötigen.
Die Platte fährt
dann in eine oder mehrere Chipbestückerstationen hinein, welche
Komponenten auf der Platine physisch platzieren. Die Platine läuft dann
durch einen Ofen, welcher die Lotpaste aushärtet. Nach dem Abkühlen ist die
Platine fertig zum Testen und anderen Komplettierungsschritten vor
dem Häusen
und Ausliefern.
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Bei
jedem Schritt besteht die Möglichkeit, dass
Fehler auftreten, welche zu einer fehlerhaften Platine führen. Einige der
möglichen
Fehlerarten beim Aufbau von Platinen umfassen: Platinendefekte,
wie z.B. offene Verbindungen und Kurzschlüsse, auf den Leiterbahnen;
Bestückungdefekte,
wobei Komponenten fehlen, vom falschen Typ, falsch orientiert, oder
falsch ausgerichtet sind; Lötfehler
hinsichtlich Menge und Anordnung, welche zu Lötbrücken auf den Leitungen oder
zur Zerstörung
von Komponenten, verursacht durch Kontraktion des Lots während des
Aushärtens,
führen
können;
und andere Defekte, wie z.B. Beschädigung, verursacht durch falsche
mechanische Handhabung.
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Frühere Abläufe und
Vorrichtungen zum Testen, ob Defekte auf frisch montierten Platinen
vorhanden sind, leiden unter verschiedenen Nachteilen.
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Menschliches
Testen und Untersuchen ist teuer, langsam und einem hohen Grad an
Ungenauigkeit unterworfen. Die von menschlichen Testpersonen verwendeten
Vorrichtungen sind typischerweise schwer, unförmig und nicht leicht transportierbar. Elektronisches
schaltungsinternes Testen leidet daran, dass es langsam und hochgradig
iterativ ist, um den Ort eines Defekts zu ermitteln, und oft nicht
die am häufigsten
auftretenden Herstellungsfehler detektieren kann.
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Um
fortgesetztes Arbeiten an einer Platine zu minimieren, welche schon
fehlerhaft wurde, sehen Produzenten oft das Testen in vielen Stufen
während der
Montage vor. Jedoch ist ein bestimmter Teil einer automatisierten
Testapparatur üblicherweise
dazu konzipiert, eine spezielle Art von Platine, spezielle Defekte
und/oder nur an einer bestimmten Stelle in der Anordnung zu testen.
Daher wurden zahlreiche unterschiedliche Testvorrichtungen erforderlich.
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Aktuelle
automatische visuelle oder andere auf elektromagnetischer Strahlung
basierende Inspektionssysteme leiden unter ähnlichen Nachteilen. Auf Röntgenstrahlung
basierende Systeme sind geeignet, um metallische Defekte, wie z.B.
fehlerhafte Leiterbahnen und verdeckte Defekte abzutasten. Jedoch
die Untersuchung mit hoher Auflösung
mit Röntgenstrahlung
teuer und zeitraubend und potentiell gefährlich für in der Nähe befindliche menschliche Bedienungspersonen.
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In
anderen Systemen wird von Lampen oder LEDs ("lichtemittierende Dioden") erzeugtes Licht von
der untersuchten Fläche
in eine oder mehrere Videokameras reflektiert. Einige erfordern
die Verwendung von zwei Bildern, die unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen
erhalten werden, wie in Takahashi,
US
Patent Nr. 5,059,559 offenbart ist. Andere verschiedene
digitale und analoge Signalanalyseprozesse können verwendet werden, um die
Existenz von visuell detektierbaren Defekten zu ermitteln. Es wurden
z.B. Analysen nach einer Schwarzweißlicht-Intensitätsvergleichsmessung des Signals
entsprechend dem Bild der Zwischenräume zwischen Anschlussleitungen
gemacht.
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Diese
Systeme haben eine relativ geringe Auflösung und sind daher langsam.
Wenn eine sorgfältige
Untersuchung erforderlich ist, muss das System heranzoomen und nacheinander
Bereiche der Platine stückweise
abtasten. Ferner neigen Vergleiche der Schwarzweißlichtintensität zu Ungenauigkeiten,
wo benachbarte Merkmale ähnliche
Intensitäten aufweisen.
Eine durchschnittlich besetzte 3 Zoll mal 5 Zoll Platine, wie zum
Beispiel eine Standard-PCI-SVGA-Videoadapterkarte, benötigt etwa
1 Minute 20 Sekunden, um sorgfältig
untersucht zu werden.
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EP-A-0413817 offenbart
ein Testsystem, wobei die erwarteten Elemente auf der Platine ebenso wie
die Defekte im Voraus vermittelt werden; die Ergebnisse der Überprüfung werden
graphisch dargestellt.
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Die
meisten früheren
Systeme erfordern eine extrem präzise
Anordnung der Platine und der Kamera in der Größenordnung von 0,001 Zoll.
Die Platine und die Kamera müssen
rüttelfest
gefertigt sein. Die frühere
Lösung
brachte eine massive Plattform, die aus Schiefer oder anderen schweren
Materialien hergestellt war, und präzise rüttelfeste Platinenhandhabungs- und Kamerabeförderungsmechanismen
mit sich. Die meisten früheren
Systeme wogen mehr als 450 kg. Diese Erfordernisse erhöhen die
Kosten und vermindern die Transportfähigkeit des Systems.
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Daher
ist es wünschenswert,
ein wirtschaftliches automatisiertes Testsystem zu haben, welches die
Existenz der häufigsten
Herstellungsfehler schnell detektiert, welches automatisch ermittelt,
ob eine bestimmte Platine von einem Nachbearbeiten profitieren mag,
und die Nachbearbeitungsstation über
diese Defekte effizient informiert; welche Defekte über einen
Zeitraum beobachtet, um für
das Montagesystem symptomatische Probleme zu identifizieren; und
welches schnell und leicht zu unterschiedlichen Punkten auf dem
Montageband oder aus dem Montageband insgesamt heraus zum manuellen
Testen bewegt wird.
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Die
vorliegende Erfindung ergibt sich aus einem Versuch, Kosten zu reduzieren
und den Durchsatz und die Wirksamkeit von automatisierten Anordnungssystemen
zu verbessern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Ziele dieser Erfindung sind: Die Fehlerdetektion bei der Inspektion
und dem Testen von elektronischen Bauelementanordnungen zu verbessern;
sie wirksamer direkt zu reparieren; das Überwachen der Qualität der untersuchten
Platinen im Zeitablauf zu ermöglichen,
um den Durchsatz automatischer Anordnungsmechanismen zu verbessern;
die Transportierbarkeit der Untersuchungseinrichtung und verschiedene
Punkte auf dem Montageband und von dem Monztageband insgesamt weg
zum manuellen Testen zu ermöglichen.
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Diese
und andere nützlichen
Ziele werden mittels eines Verfahrens zum visuellen Untersuchen einer
elektronischen Bauelement-Anordnung gemäß Anspruch 1 erreicht. Weitere
Ausführungsbeispiele der
Erfindung werden in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben. Beispielsweise identifiziert ein entsprechendes System
eine Platine als eine gerade überprüfte elektronische
Bauelement-Anordnung und lokalisiert visuell detektierbare Defekte
darauf. Die Art und die Position der Defekte werden mit der Platine
in einer Datenbank automatisch verknüpft, welche für eine Nachbearbeitungs-/Reparaturstation zugänglich ist
und welche das statistische Beobachten der Geschichte und des Zustands
eines Montageprodukts ermöglicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein Flussdiagramm des Inspektionssystems für besetzte Platinen, wie es
in ein Oberflächenmontagetechnik-Montageband integriert
ist;
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2 ist
ein Datenflussblockdiagramm des Inspektionssystems gemäß der Erfindung;
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3 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
der Inspektionsstation der Erfindung, aufweisend einen Förderer zur
Handhabung von Platinen;
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4 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
der Inspektionsstation der Erfindung, das eine Schublade zum manuellen
Laden von Platinen aufweist;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht des manuellen Platinenpositionierungsmechanismus
auf der Schublade;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines länglichen Platinenbefestigungsstegs;
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7 ist
eine Querschnittsansicht davon längs
der Linie 7-7 mit darauf angeordneter Platine; und
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8 ist
eine Querschnittsansicht davon längs
der Linie 8-8 mit darauf angeordneter Platine längs der Linie 8-8.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele der
Erfindung
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Jetzt
mit Bezug auf die Zeichnung ist in 1 ein Funktionsblockdiagramm
einer typischen SMT-Fertigungslinie gezeigt, wobei Platinen in Reihen
von Verarbeitungsstationen angeordnet sind. Platinen bewegen sich
von der Station 51 zum Aufbringen von Lotpaste zu einer
oder mehreren Chipbestückerstationen 52, 53 und
zum Aushärten
zu einem Ofen 54. Eine optionale Erster-rein-Erster-raus ("FIFO") Pufferstation 55 kann
verwendet werden, um Stationen zu verbinden, welche ihre Aufgaben unregelmäßiger oder
in unterschiedlichen Gruppierungen von Platinen erledigen. In dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird die FIFO-Station 55 als Kühlstation für Gruppen von Platinen verwendet,
die den Aushärte-Ofen 54 verlassen,
bevor sie in die Inspektionsstation 56 hineinfahren.
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Es
ist anzumerken, dass die Inspektionsstation 56 zwischen
irgendeiner der Stationen des Anordnungsprozesses oder als alleinstehende
von Hand beladene Station angeordnet sein kann.
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Die
bevorzugte Anordnung ist jedoch unmittelbar, nachdem die Platinen
vollständig
bestückt worden
sind, so dass irgendein weiteres Verarbeiten der Platine verhindert
wird.
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In
ihrer am meisten automatisierten Ausführungsform folgt der Inspektionsstation 56 eine
Platinenumlenkstation 57, welche entsprechend den von der
Inspektionsstation gelieferten Ergebnissen defekte Platinen zu einer
Nachbearbeitungsstation 58 und gute Platinen zu der nächsten SMT-Verarbeitungsstation 59 leitet.
Die Nachbearbeitungsstation hat Zugang zu den von der Inspektionsstation
gelieferten Ergebnissen. Die Nachbearbeitungsstation kann optional
eine zusätzliche
Inspektionsstation 60 zum Inspizieren von nachbearbeiteten
Platinen einsetzen. Reparierte Platinen treten ebenso wieder bei diesem
Punkt 61 in die SMT-Bearbeitung ein.
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Die
bevorzugte Inspektionsstation ist voll kompatibel mit dem Kommunikationsprotokoll
zwischen den Stationen, das von der Oberflächenmontage-Ausrüstungsherstellervereinigung
("SMEMA") festgelegt wurde,
welches eine einfache Kommunikation von Platinentransportzuständen mit
benachbarten Stationen ermöglicht.
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Jetzt
mit Bezug auf 2 ist das bevorzugte Platineninspektionssystem
in verschiedenen funktionellen Einheiten und Subsystemen angeordnet.
Die automatische Steuerung wird von einem Hauptsubsystem 71 gehandhabt,
wie es von einem visuellen Subsystem 72 angeleitet wird.
Während
des automatisierten „in
Reihe" verlaufenden
Betriebs erzeugt das Hauptsubsystem Befehle für den/die Förderer-Controller/Schnittstelle 73 zum
Aktivieren von Platinenhandhabungsmechanismen, die einen Förderer 5 umfassen,
und für
den/die Laufwagen-Controller/Schnittstelle 75 zum Bewegen
der auf dem Laufwagen montierten Kamera 20 mittels der
Datenkommunikationsleitungen 77, 78. Eine separate Datenleitung 79 überträgt Zoom-Befehle
an die Kamera 20. Das Hauptsubsystem führt auch andere Aufgaben aus,
wie zum Beispiel das Archivieren und den Datenfluss zu und von dem
visuellen Subsystem 72 und den Datenzugangs- und Speichereinrichtungen 82 und
zu der Benutzerschnittstellenüberwachung 40. Andere
Datenleitungen 91 übertragen
Nachbearbeitungsdaten zu und von der Nachbearbeitungsstation 58 und
ihrer Steuerungsüberwachung.
Datenleitungen entsprechen bevorzugt RS-232 oder anderen wohlbekannten
digitalen Datenkommunikationsstandards.
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In
dieser bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gibt die Kamera 20 ein digitales Impulsfolgensignal 93 an
das visuelle Subsystem 72 aus, das das kodierte aktuelle
Videobild aufweist. Alternativ kann die Kamera 20 ein Videosignal
ausgeben, welches mittels eines in das visuelle Subsystem 72 integrierten
oder zu diesem peripheren Digitalumsetzers in ein digitales Signal
gewandelt wird.
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Das
visuelle Subsystem 72 weist einen von einem Mikroprozessor
gesteuerten Digitalsignalanalysierer auf. Dessen primäre Funktion
umfasst das Analysieren von Bilddaten, die mittels einer Datenleitung 93 von
der Kamera 20 empfangen werden, um Platinendefekte zu detektieren.
Ein Teil dieser Funktion umfasst das Signalisieren dem Mastersystem 71,
dass es Steuerbefehle zum Aufnehmen und Ausstoßen von Platinen, Steuern des
Laufwagens, um die Kamera 20 zu positionieren, und Ausgeben
der Kamera-Zoombefehle erzeugt. Die Konfiguration des visuellen
Subsystems erfolgt durch den Benutzerdatenzugang und die Speichereinrichtungen 82 direkt oder
mittels des Hauptsubsystems 71. Das visuelle Subsystem 72 leitet
auch das aktuelle von der Kamera aufgenommene Bild zu dem Bildanzeigemonitor 41.
Das visuelle Subsystem 72 handhabt ebenso die Ausrichtung
der Beleuchtung 95 in der Inspektionsaussparung.
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Die
Auflösungs-
und Zoom-Möglichkeiten der
Kamera müssen
entsprechend der Größe, der Dichte
und der Erscheinung der inspizierten Defekte ausgewählt werden.
Eine Farbkamera mit einer Auflösung
von mindestens 2000 mal 2000 Bildpunkten ist bevorzugt, um Merkmale
sowohl mittels der Lichtintensität
als auch der Wellenlänge
zu unterscheiden, wodurch die Identifizierung von Markierungen auf
mit Farbe kodierten Bauelementen ermöglicht wird. Jedoch kann, wo
Defekte in Schwarzweiß erkennbar
sind und eine extrem schnelle Inspektion erforderlich ist, eine
Schwarz-Weiß-Kamera
verwendet werden. Während
eine Analogsignalkamera verwendet werden kann, ist eine digitale
Kamera sowohl wegen der Geschwindigkeit als auch der Genauigkeit bevorzugt.
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Fehler
werden unter Verwendung im Stand der Technik wohlbekannter digitaler
Bildanalysetechniken, wie zum Beispiel mittels Testens der abgetasteten
Bilder in Abhängigkeit
einer Tabelle von erwarteten oder sonst akzeptablen Werten für bestimmte Merkmale
entdeckt, wie zum Beispiel den Raum zwischen Anschlussleitungen.
Das Testen umfasst bevorzugt eine numerische auf Regeln basierte
Analyse der Bilder. Die Art und die Position irgendwelcher Deffekte
wird dann der Datenbankaufzeichnung für die aktuell inspizierte Platine
hinzugefügt.
Es wird auch eine Entscheidung dahingehend vorgenommen, ob die detektierten
Defekte schwerwiegend genug sind, dass eine Nachbearbeitung der
Platine erforderlich ist.
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Das
visuelle System mit dem besten Verfahren verwendet das Digitalbildanalysemodell
der Marke Omegatek 2000, das von Omegatek Inc. in San Diego, Kalifornien
entwickelt wurde, welches eine Farbdigitalkamera mit einer Auflösung von
2000 mal 2000 oder 4 Millionen Bildpunkten und einen Farbbereich
von 16 Millionen Farben und eine feste oder eine Linse mit automatischem
Zoom aufweist. Dieser spezielle Typ von Bildanalysemodell basiert
auf einem 200 Mhz Mikroprozessor der Marke Pentium und verwendet
eigene Bildverarbeitungsalgorithmen.
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Unter
Verwendung einer Kamera mit einer Auflösung von mindestens 4 Millionen
Pixel wurden Merkmale bis zur Größe von ungefähr 12,5
Mikron (0,5 Mils) geeignet unterschieden. Unter Verwendung der Omegatek
2000 benötigt
eine durchschnittlich besetzte 3 mal 5 Zoll Platine, wie zum Beispiel eine
Standard-PCI-Videoadapterkarte
ungefähr
20 bis 30 Sekunden, um gründlich überprüft zu werden.
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Die
Inspektionsgeschwindigkeit kann mittels Hinzufügens mehrerer und schnellerer
Prozessoren zu einem von beiden oder beiden Systemen weiter gesteigert
werden.
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Während ähnliche
Systeme eine Ungenauigkeit des Kameralaufwagens von 0,001 Zoll tolerieren können, kann
die Erfindung eine Ungenauigkeit von 0,02 Zoll ausgleichen. Zusätzlich braucht
der Laufwagen nicht so präzise
oder schnell wie vergleichbare Systeme zu sein, so dass ein kostengünstiger
Mechanismus verwendet werden kann. Zusätzlich ist es nicht notwendig,
stabilisierende Halterungen unterzulegen.
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In
Folge der hohen Auflösung
des visuellen Subsystems können
typische Inspektionen unter Verwendung eines einzigen Bildes von
einem einzelnen abgestasteten Kamerabild durchgeführt werden.
Jedoch kann die Kamera, falls feinere Details erforderlich sind, „heran-zoomen" und die Inspektion
kann unter Verwendung mehrerer Bilder durchgeführt werden. Der Abstand zwischen
der Kamera und der Platine liegt typischerweise zwischen 5 und 10
Zoll, was nur von der Gehäusegröße mit einem
durchschnittlichen Abstand von 7,2 Zoll beschränkt ist. Obwohl die übliche Höhe von Komponenten
0,5 bis 0,75 Zoll beträgt,
kann sie an unüblich
große
Komponenten, wie zum Beispiel 2 Zoll hohe, angepasst werden, wodurch
eine Umgestaltung des visuellen Subsystems unnötig gemacht wird.
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Indem
eine Bewegung und Anordnung mit viel geringerer Präzision toleriert
wird, führt
dies direkt zu einem System, das leichter und kostengünstiger
ist. Da sie transportabler ist, kann die Station leicht an unterschiedlichen
Orte in der Fertigungslinie bewegt werden, als manuelle Inspektions-
oder Nachbearbeitungsstation aus der Linie heraus oder nach außerhalb
bewegt werden.
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Jetzt
wird mit Bezug auf 3 das automatisierte Ausführungsbeispiel
eines elektronischen Video-Aufbau-Inspektionssystems 56 gezeigt.
Der physische Aufbau der automatisierten Station wird von seiner
Kompatibilität
mit standardisierten SMT-Montageprozessen beherrscht. Die Station
weist ein Gehäuse 2 auf,
welches einen inneren Inspektionsraum 3 mit einer unteren
Fläche 4 aufweist,
auf der ein Platinenhandhabungs- und Transportmechanismus, einschließlich eines
Transportbands 5 zum Transportieren einer zu überprüfenden Platine 6 durchläuft.
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Das
Transportband 5 nimmt die Platine 6 durch eine Öffnung 7 in
einer Seitenwand auf, positioniert sie dann unter der Kamera 20.
Nach der Überprüfung läuft die
Platine 6 längs
dem Transportband 5 zu einer anderen Öffnung 9 in einer
gegenüberliegenden
Wand 10, durch welche die Platine ausgeworfen wird. Der
Inspektionsraum ist für
die Wartung durch ein paar von Zugangstüren 11, 12 zugänglich. Während des
manuellen Betriebs können
einzelne Platinen für
die Inspektion durch diese Türen
oder durch eine Präzisionsausrichtungsschublade,
die unten beschrieben wird, geladen werden.
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Die
Videokamera 20 ist auf einem bewegbaren, motorisierten
Laufwagen 21 montiert, der mittels einer Schiene 22 an
der Decke des Raums 3 angebracht ist. Der Laufwagen ermöglicht gerichtete
Bewegungen der Kamera in Richtung der Breite 23 und der
Tiefe 24 in einer im Wesentlichen zu der Ebene der inspizierten
Platine 6 parallelen Ebene. Dies ermöglicht der Station, Platinen
variierender Größe und Komplexität zu überprüfen.
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Der
Laufwagen wird bevorzugt mittels eines Stellmotors, wie zum Beispiel
eine Paars von Schrittmotoren bewegt, die mit einem von dem Laufwagen-Controller
erzeugten Pulssignal angetrieben werden, das eine schrittweise rotierende
Bewegung jedes Motors hervorruft. Jeder Motor wiederum treibt den
Laufwagen längs
eines Paars von senkrecht zueinander orientierten linearen Präzisionsgleitelementen
an. Das erste Gleitelement ist an dem Gehäuse und das zweite an einem
Abschnitt des Laufwagens montiert.
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Unter
dem Inspektionsraum 3 ist ein Kasten 25, der den
Hauptsubsystemscomputer 26 und den Elektronikschacht 27 beherbergt,
der Bauelemente des visuellen Subsystems und die verschiedenen Controller
und Schnittstellen beherbergt, die für die Signalgebung an die Komponenten
der Station, wie zum Beispiel die Tranportband- und Laufwagencontroller,
notwendig sind. Manuelle Steuereinrichtungen, wie zum Beispiel ein
Netzschalter 30, Transportbandbetätigung 31, Steuereinheiten 32 für den pneumatischen
Druck für
das Transportband, Laufwagenbetätigung 33 und
ein Notabschalter 34 ebenso wie verschiedene Statusanzeiger
erstrecken sich von einem Frontpanel des Kastens. Höhenverstellbare
Beine 35, 36 ermöglichen das vertikale Positionieren
und die Orientierung des Stationsgehäuses 2. Während das
Ende der Beine in Fußstützen 35a, 36a verlaufen mag,
sind, wie in dem Ausführungsbeispiel
in 4 der manuellen Inspektionsstation gezeigt, Sperrräder 35b, 36b bevorzugt.
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Über dem
Stationsgehäuse 2 liegt
ein Paar von Überwachungsbildschirmen 40, 41,
die Benutzerschnittstellenbilder an das Analyse- und Steuersystem
und von der Kamera aufgezeichnete Bilder liefern. Ein Lichtbaum 42 für den Gesamtzustand
der Station ist auch vorgesehen.
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Die
Inspektionsstation 56 ist bevorzugt von einer bestehenden
SMT-Abgabestation adaptiert, wie zum Beispiel dem Modell Nr. A-618C,
einem mit einem Fördermittel
ausgestatteten automatisierten Ausgabesystem, das fertig verfügbar und
kommerziell von Asymtek, Inc. aus Carlsbad, Kalifornien vertrieben
wird. Unter Verwendung dieses relativ wenig präzisen Systems wiegt die gesamte
Inspektionsstation unter 250 kg. Dieser Spender sieht die meisten der
größeren Elemente,
die oben beschrieben wurden, in einem integrierten Gehäuse vor.
Eine detaillierte Beschreibung des Spenders ist in dem Handbuch
zum Betrieb des Systems A-612/618C verfügbar, das von Asymtek verfügbar ist,
welches hierin mit Bezug darauf einbezogen ist.
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Allgemein
liefert der A-618C die Häusungs- und
Platinenhandhabungsmechanismen einschließlich eines pneumatisch betriebenen
Transportbands und seines Controllers und seiner Schnittstellen,
des Laufwagens und seines Controllers und seiner Schnittstellen
und der notwendigen SMEMA-Controller und Verbindungen. Der Spender
ist angepasst durch Ersetzen seiner Fluidinjektionseinrichtung.
Es besteht kein Bedarf, den vorhandenen wenig präzisen Laufwagen 21 zu
ersetzen, da das hochauflösende
visuelle Subsystem das tolerieren kann. Die Höhe des Laufwagens 21 kann
angepasst werden, um die richtige Brennweite zwischen der Kamera 20 und der Platine 6 zu
ermöglichen.
Der Hauptcomputer des Spenders nimmt die Aufgaben des Hauptsubsystems der
Inspektionsstation wahr. Standardmonitore werden bevorzugt durch
Supervideografik-Monitore ("SVGA") als Benutzerschnittstelle 44 und
für das Überwachen
des Kamerabilds 41 ersetzt.
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Der
A-618C sorgt für
die Translation des Laufwagens in einem Bereich, welcher Platinen
von ungefähr
46 mal 46 cm (18 mal 18 Zoll) aufnimmt.
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Auch
in dem automatisiertesten System wird oft menschliches Eingreifen
erforderlich, um die korrekte Ausrichtung von integrierten mechanischen Komponenten
aufrechtzuerhalten und den Ablauf in der Station zu überwachen.
Daher kann eine Bedienungsperson das auf dem Überwachungsbildschirm 41 dargestellte
Bild beobachten und den Status der Inspektion unter Verwendung des
Schnittstellenbildschirms 40 und der Datenzugangseinrichtungen 82 abfragen.
Wenn nötig,
ist manuelle Bedienung der Inspektionsstation durch Betätigung der
Handsteuereinheiten 30 bis 34 von Hand verfügbar.
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Die
Platineninspektion ist ein vielschrittiger Prozess. Zuerst wird
das visuelle Subsystem entsprechend dem Typ der zu überprüfenden Platine konfiguriert.
Es werden Parameter betreffend Typ, Position und Orientierung jeder
zu inspizierenden Komponente auf der Platine in das visuelle Subsystem
mittels des Benutzerdatenzugangs geladen. Bevorzugt ist die Information über CAD-(Computergestütztes Konstruieren)Dateien
oder andere wohlbekannte Formate verfügbar. Frühere Konfigurationen sind in
dem Hauptsubsystem zum schnellen Wiederabrufen von nachfolgenden
Abtastungen des gleichen Platinentyps gespeichert.
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Obwohl
ein vorgegebener Ablauf eines SMT-Prozesses typischerweise für einen
einzelnen Typ von Platine konfiguriert ist, ist anzumerken, dass das
Inspektionssystem nicht nur für
einen Typ von Platine in irgendeinem vorgegebenen Programmablauf
konfiguriert sein braucht. Solange das System in der Lage ist, jede
inspizierte Platine zu überprüfen, kann
eine große
Anzahl von Platinen unterschiedlicher Typen nacheinander überprüft werden.
Dies hat einen besonderen Wert in der optionalen Nachbearbeitungsinspektionsstation 60,
wo viele aufeinanderfolgende unterschiedliche Platinentypen die Überprüfung erfordern.
Tatsächlich
kann die Nachbearbeitungsstation einer Vielzahl von SMT-Linien dienen.
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Ist
das System einmal für
einen bestimmten Typ von Platine konfiguriert, kann der Inspektionsprozess
beginnen. Eine Platine 6 ist mit der Bestückungsseite
nach oben auf dem Förderer 5 in
einer sogenannten „Null-Position" angeordnet. Der
Förderer 5 bewegt
die Platine 6 zu einer Startposition unter der Kamera 20.
Da das visuelle System dazu in der Lage ist, seine Position aus
den visuellen Merkmalen auf der Platine zu berechnen, ist eine hochpräzise Bewegung
des Förderers
und des Laufwagens unnötig.
Die Inspektion kann stattfinden, während die Platine 6 auf
dem Förderer 5 verbleibt,
wodurch der Bedarf irgendeiner Art von Verriegelungsgabel und irgendwelcher
Platinenhandhabungsmechanismen, die benötigt werden, um die Platine
auf der Gabel zu platzieren oder die Platine von der Gabel zu entfernen,
beseitigt wird, ferner Kosten und Gewicht reduziert werden und die
Tragbarkeit und die Geschwindigkeit der Untersuchung erhöht wird.
Jedoch können
Platinenverriegelungsgabeln verwendet werden.
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Das
visuelle Subsystem identifiziert zuerst die Platine mittels Lesens
eines Barcodes oder eines anderen visuellen Platinenidentifizierungshinweises auf
der Platinenfläche,
wie zum Beispiel ein Barcode. Das visuelle Subsystem ist dazu in
der Lage, den Barcode zu identifizieren und zu isolieren und seine Identifikation
der Platine nachzuprüfen.
Daher ist eine separate Barcode-Leseausrüstung nicht nötig. Von
dem Hauptsubsystem 26 wird eine Aufzeichnung bezüglich der
Platine zum Aufzeichnen der Information über die von dem visuellen Subsystem
erzeugte Platine abgefragt und jegliche Systemneukonfiguration wird
von dem Hauptsubsystem ohne Benutzerschnittstelle automatisch durchgeführt. Wenn
keine Aufzeichnung vorhanden ist, fragt das Hauptsubsystem die Bedienungsperson,
wie oben beschrieben, nach einer erläuternden Eingabe.
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Das
visuelle System führt
eine Abtastung der Platine durch, um ein Bild für die Analyse zu erhalten. Die
Abtastung kann zuerst mit einer relativ groben Auflösung gefolgt
von einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Abtastungen mit feineren
Details gehandhabt werden, um den Status von fraglichen Gebieten
zu klären,
die während
der groben Abtastung entdeckt wurden. Es wird bevorzugt ein einzelnes Bild
von der Kamera verwendet, um den Durchsatz zu erhöhen.
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Nachdem
die Überprüfung beendet
ist, wird die Platine zum Weiterleiten zu der nächsten SMT-Station oder zu
der Nachbearbeitungsstation ausgeworfen. Wenn eine Nachbearbeitung
notwendig ist, ist jegliche sachbezogene Information für die Nachbearbeitung
für das
Nachbearbeitungssystem automatisch verfügbar. An der Nachbearbeitungsstation
gibt ein Benutzer ein oder tastet ab die Platinenidentifikation über einen
Barcode-Leser oder eine andere Eingabeeinrichtung. Es werden dann
Daten betreffend die spezielle Platine von der Datenbank abgefragt
und auf dem Nachbearbeitungsbildschirm grafisch angezeigt. Die grafische
Anzeige weist bevorzugt ein gespeichertes Bild des Typs der nachbearbeiteten
Platine auf.
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Es
wird ein gespeichertes Bild verwendet, um den Umfang der an die
Nachbearbeitungsstation zu sendenden Daten zu reduzieren. Dem Bild
sind bei der Einweisung der Nachbearbeitungsbedienungsperson visuelle
Symbole überlagert,
analog zu roten Punkten auf einer Karte, welche die Position und
die Art des Defekts der Platine zeigen. Eine CAD-Überlagerung
und irgendwelche andere sachbezogene Information, die in die Datenbank
eingegeben wurde und auch überlagert
oder auf andere Weise angezeigt werden kann. Alternativ kann ein
einfacher Textausdruck von Defekten für die Nachbearbeitungsstation
verfügbar
gemacht werden.
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Jetzt
mit Bezug auf 4, wenn als handbetriebene Inspektionsstation
zum „schubweise
Verarbeiten" betrieben,
ist eine Schublade 43 verfügbar, um von Hand eine Platine
zur Überprüfung einzusetzen.
Die Schublade 43 ist in der Vorderseite der Station 56a angeordnet
und gleitet in Richtung des Benutzers nach außen. In diesem Ausführungsbeispiel ist
die Station 56a nicht Teil einer SMEMA-Linie; daher wird
der Lichtbaum 42 nicht benötigt. Zusätzlich sind sowohl die Kamera
als auch die Beleuchtung auf dem Laufwagen 22a hinter einer
kastenartigen Abschirmung 45 montiert. Die Bildschirme 40a, 41a,
der Hauptcomputer 26a und die verschiedenen Schalter und
Anzeiger wurden versetzt. Eine Tastatur ist innerhalb einer zweiten
Schublade 46 montiert.
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Jetzt
mit Bezug auf die 5 bis 8 weist die
Schublade 43 eine flache Fläche 48 mit einer Vielzahl
von Stanzlöchern 47 auf,
die in regelmäßigen Abständen sowohl
in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gebohrt sind. Die
Fläche,
auf der die Platine angeordnet ist, ist annähernd parallel zu der Ebene,
in der die Kamera fährt.
Ein Schalter 49, welcher die Anwesenheit einer Platine
detektiert, ist mit seiner Datenleitung 50 auf der durchlöcherten
Fläche 48 angeordnet.
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Es
können
an der durchlöcherten
Fläche 48 zwei
Arten von Aufsätzen
befestigt sein, welche die Platine in ihrer Position sichern. Die
erste Art sind einfache längliche
Stützen 80, 81,
durch welche per Hand festgeschraubte Schrauben 83 in die
durchlöcherte
Fläche
eingreifen. Typischerweise werden diese Stützen für rechteckige Platinen in rechten Winkeln
zueinander platziert, um in benachbarte Seiten der Platine einzugreifen.
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Die
zweite Art von Aufsatz 84, 85 sind anpassbare
Klammern, welche die anderen Seiten der Platine belegen. Jede Klammer
ist mit der durchlöcherten
Fläche
mittels eines Paars per Hand festgeschraubter Schrauben 86 verbunden,
die durch einen länglichen
Schlitz 87 verlaufen. Wenn die Schrauben teilweise festgeschraubt
sind, kann die Klammer in einer Linie längs der durchlöcherten
Fläche
zurück und
vorwärts
gleiten.
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Jetzt
mit Bezug auf 6 ist jede längliche Stütze 80 aus starkem,
starrem Material, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt. Die Oberseite
jeder Stütze
weist eine horizontal planare obere Fläche 100 auf, die sich
von der oberen Innenkante 101 nach außen zu einer vertikal planaren
Wand 102 erstreckt, die der Länge nach längs eines mittleren Abschnitts
der Oberseite der Stütze
verläuft.
Die Höhe 103 der
Wand entspricht grob der Dicke der Platine 6, um sie hinreichend
zu befestigen. Ein oder mehrere Klemmknaufe 104, 105 sind
drehbar zu der Oberseite der Stütze
montiert. Jede anpassbare Klammer 84, 85 weist
eine ähnliche
obere Platinenbefestigungsfläche
und einen Klemmknauf auf.
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Jeder
Knauf ist üblicherweise
zylinderförmig, wobei
er einen vertikal planaren Ausschnitt 106 aufweist, der
von der Rotationsachse 107 in einem radialen Abstand von
nicht mehr als dem Abstand der Achse zu der Wand 102 angeordnet
ist. Dies ermöglicht
das Herausziehen der Platine, wenn der Ausschnitt mit der Wand gefluchtet
ist, wie in 7 gezeigt ist. Wenn er, wie
in 8 gezeigt, nicht gefluchtet ist, erstreckt sich
ein Abschnitt 108 der oberen Fläche des Knaufs darüber und
kontaktiert einen Bereich der oberen Fläche der aufliegenden Platine 6.
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Mittel
zum Beibehalten der Position der Knaufe können verwendet werden, wie
zum Beispiel Vorspannen des Knaufs nach unten unter Verwendung einer
Feder 109. Andere wohlbekannte Mittel können auch verwendet werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung auf die Überprüfung von elektronischen Anordnungen,
wie Platinen, die oberflächenmontierte
Komponenten aufweisen, gerichtet ist, ist zu würdigen, dass die Erfindung
auch auf andere hergestellte Produkte angewendet wird, die Defekte
aufweisen, welche durch visuelle Untersuchung detektierbar sind.
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Obwohl
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Kamera als in einer Ebene bewegbar beschrieben ist, ist zu würdigen,
dass komplexere Bewegungen, die vertikale Bewegung umfassen, und Neige-,
Gier- und Rollbewegungen zu dem System abhängig von dem Typ des untersuchten
Gegenstands hinzugefügt
werden können.