EP1078250A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatisierten erfassung und prüfung von geometrischen und/oder texturellen merkmalen eines objektes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur automatisierten erfassung und prüfung von geometrischen und/oder texturellen merkmalen eines objektes

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EP1078250A1
EP1078250A1 EP99926315A EP99926315A EP1078250A1 EP 1078250 A1 EP1078250 A1 EP 1078250A1 EP 99926315 A EP99926315 A EP 99926315A EP 99926315 A EP99926315 A EP 99926315A EP 1078250 A1 EP1078250 A1 EP 1078250A1
Authority
EP
European Patent Office
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image
partial images
image recording
support surface
views
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99926315A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Munzke
Volker Bischoff
Ronald Krzywinski
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Bi-Ber Bilderkennungssysteme Berlin GmbH
Original Assignee
Bi-Ber Bilderkennungssysteme Berlin GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bi-Ber Bilderkennungssysteme Berlin GmbH filed Critical Bi-Ber Bilderkennungssysteme Berlin GmbH
Publication of EP1078250A1 publication Critical patent/EP1078250A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G06T7/001—Industrial image inspection using an image reference approach
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N21/95684—Patterns showing highly reflecting parts, e.g. metallic elements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20—Special algorithmic details
    • G06T2207/20021—Dividing image into blocks, subimages or windows
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30152—Solder

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.
  • the invention is in the technical field of the optical examination of different views of an object, which is to be carried out, for example, in the process of manufacturing and assembling circuits.
  • the location of the shadow of a leg to be measured on a base area is not only determined by its distance from the base area (on which the shadow is formed), but also by the location of the leg above it Base area as well as the specific shape of the leg affected, which can result in significant errors.
  • this solution requires several individual light sources in order to generate an evaluable shadow image.
  • the coplanarity control device SMD9000 from Trigon Adcotech uses five CCD cameras to record the images to be evaluated to check the coplanarity, one for each side view and one for the top view. Disadvantages here are the high technical outlay resulting from the number of cameras required and the fact that the individual views are not connected to one another.
  • the object is achieved in terms of its method aspect by a method with the features of claim 1 and in terms of its device aspect by a device with the features specified in claim 8.
  • the invention includes the technical teaching of obtaining, from a single viewing position, by means of suitable optical means, an overall image constructed from partial images of different views of the object with sufficient resolution for the simultaneous structure and texture inspection.
  • the partial images are recorded essentially simultaneously and at least partially optically combined at the same time to form an overall image showing all the views, in which the boundaries of the partial images can be recognized, and this is separated separately within the boundaries of the partial images - i.e. evaluated with different evaluation means or for different parameters.
  • all the partial images are optically combined and recorded by exactly one image recording device, the areas of the partial images being positioned and identified in the overall image, in particular using the storage unit and / or the evaluation unit, in such a way that they are used for evaluating the individual views can be assigned.
  • the inspection of the object is facilitated in many applications if, in at least one additional step, the scene is recorded without an object and / or with a reference object that has predetermined parameters with regard to the features, and the corresponding overall image is stored in the memory device for comparison and calibration purposes .
  • locations are determined by analyzing the gray value distributions in which parts of the object (to be checked for coplanarity) are very close to a document come.
  • the amount of light that passes between the object and the base and is reflected in the pixels as an intensity value is subsequently detected and the local light quantity curve characterizing the width of a gap between the object and the base is determined using the intensity values.
  • the light quantity curve can be converted into a gap width using calibration information using calibration information.
  • the rule for converting an intensity curve between the object and the support is advantageously based on a spline approximation, the determination of rise values and the calibration such that an area under the spline curve determines the value of the gap width between the object and the support surface.
  • the device according to the invention preferably comprises a single image recording device, relative to which the object is positioned in such a way that it fills only a partial area of its field of view, with beam deflection devices being arranged in the remaining parts of the field of view, which image side views of the object onto the image recording device.
  • the beam deflection devices are positioned such that they each represent a specific view of the object, but the other views (especially the top view of FIG not affect the object).
  • the means for beam deflection have, in particular, prisms or mirrors which can be fixed or adjustable and can have curved surfaces optionally for special applications. In addition or as an alternative to this, they can have a light guide device (one or more glass fiber bundles).
  • At least one of the beam deflection devices is assigned means for changing the imaging scale of at least one partial image compared to at least one other partial image, in particular a lens arrangement.
  • the device further comprises - especially for coplanarity tests - preferably an illumination device, which in particular has a light scattering device for generating a uniform light flow under the object, which (from the point of view of the beam deflection device) is arranged behind protruding parts of the object.
  • an illumination device which in particular has a light scattering device for generating a uniform light flow under the object, which (from the point of view of the beam deflection device) is arranged behind protruding parts of the object.
  • a flat support surface is provided for the object, and the beam deflecting means are essentially arranged in the plane of the support surface in such a way that there is a view parallel to the support surface that allows the coplanarity of several parts of the object facing the support surface to be checked. In this case, it can preferably be broken through so that the free spaces allow a view of the underside of the object.
  • a further illumination device which is particularly suitable for assessing the recognizability of a surface texture, is then arranged above the object.
  • a device is preferred in which the image recording device and the storage and evaluation unit are integrated in one structural unit.
  • This can be a so-called “smart camera", for example, which has not yet been used for lead and mark inspection.
  • the advantages of using an integrated component are that on the one hand it is easily available and on the other hand it is easily configurable for use in the context of the above.
  • FIG. 1 shows a schematic, simplified representation of the overall structure of an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows an overall picture of an example of an object to be checked with side views taken from a viewing position and a top view
  • FIG. 3 shows a detail of a further embodiment with advantageously arranged lighting devices for generating top light and relative transmitted light
  • FIG. 4 shows the intensity profile of a column cut between a support and a projecting part of an object facing it
  • Figure 5 a side and bottom view of a component with L-shaped connections
  • Figure 5b side and bottom view of a component with J-shaped connections.
  • the device comprises a CCD camera 2 as an image recording device with an objective 2a having a field of view 3, a support surface 4, prisms 5 for beam deflection and lenses 6 for beam shaping of the deflected radiation, and an image evaluation and storage unit 7.
  • An illumination device is not shown; the example device accordingly works with diffuse ambient light.
  • the camera 2 records an overall image of the object 1, which is composed of several partial images of different views of the object.
  • the light reflected from the top 1 a of the object and directly into the lens 2 a generates a partial image of the top view, and the light reflected from the side surfaces 1 b and deflected by the prisms 5 into the camera lens produces partial images corresponding to the side views.
  • the lenses 6 cause a change in the imaging scale or the level of detail of the recording in the through them affected parts of the beam path, ie in the partial images of the side views.
  • the camera 2 forwards the overall image in the form of an electrical signal pattern to the image evaluation and storage device 7 (not explained in greater detail here), which can be implemented, for example, by a personal computer.
  • the image evaluation and storage unit 7 determines the delimitation of the partial images and extracts relevant information and parameters from the partial images using known methods of image processing and image evaluation that are specifically matched to the features to be checked in the partial images and provides this for a comparative evaluation ready.
  • FIG. 2 shows a typical overall image 11 of a circuit in the field of view 10 of the camera, recorded by the camera 2 in the device according to FIG. 1 and stored in the image evaluation and storage unit 7.
  • the overall image 10 comprises fifth partial images, namely the partial image 1 1 a of the top view and the partial images 1 1 b to 1 1 e of the side views.
  • the intensity of an imprint 12 on the top of the circuit clearly differs from the intensity of the ambient light.
  • the images of the side view are characterized by overlay structures 13, which comprise elements 14, which are caused by gaps of different widths between the legs of the circuit 1 and the support 4.
  • the overlay structures are evaluated by means of special image processing methods already mentioned above and used for checking the coplanarity of the circuit connections.
  • FIG. 3 shows a detail of a modified embodiment of the arrangement from FIG. 1, in which, in addition to the components shown there, two lighting devices 8a, 8b for generating top light on the surface of the object 1 and for generating - made diffuse by a light scattering device 9 - Transmitted light for the side views of the legs 1 .1 of the circuit 1 are provided.
  • FIG. 4 shows a spline curve S for the intensity curve in the pixels of the digitized partial image of a side view for one of the gaps between the leg and the support.
  • Figures 5a and 5b denote those in the context of the so-called lead and mark inspection-tested parameters based on the side view 1 b of an object 1 and on the basis of its bottom view 1 c.
  • the object shown in FIG. 5a has L-shaped connections, while the object shown in FIG. 5b has J-shaped connections.
  • the parameters to be checked are the coplanarity CP, the housing floor clearance ST, the grid Pl, the rotation SK, the connection or lead width LW, the length LS, the connection or lead position LP, the length deviation LD, the connection dimensions TD, the support points or the FP footprint and case height (not labeled).

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Abstract

Verfahren zur automatisierten Erfassung und Prüfung von geometrischen und/oder texturellen Merkmalen eines Objektes (1) in verschiedenen Ansichten (1a, 1b), insbesondere in Seitenansichten und einer Draufsicht, unter Nutzung einer optoelektronischen Bildaufnahmeeinrichtung (2) sowie einer Speicher- und Auswertungseinheit (7) zur Bildverarbeitung und Bildauswertung, wobei durch einen Vergleich mit bezüglich der einzelnen Merkmale vorgegebenen Parametern eine Qualitäts- bzw. Zustandsbeurteilung des Objektes erfolgt und wobei eine Mehrzahl von Teilbildern des Objektes mittels einer gegenüber der Mehrzahl der Teilbilder kleineren Anzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen sowie von Mitteln zur Strahlumlenkung im wesentlichen gleichzeitig aufgenommen und mindestens teilweise auf optischem Wege zeitgleich zu einem alle Ansichten zeigenden Gesamtbild zusammengefügt wird, in dem die Grenzen der Teilbilder erkennbar sind, und das Gesamtbild zur Prüfung der einzelnen Merkmale in den Grenzen der Teilbilder separat ausgewertet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Erfassung und Prüfung von geometrischen und/oder textureilen Merkmalen eines Objektes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der opptischen Prüfung verschiedener Ansichten eines Objektes, die beispielsweise im Prozeß der Schaltkreisfertigung und -konfektionierung durchzuführen ist.
Bei der Schaltkreisfertigung und -konfektionierung ist es insbesondere notwendig, die auf der Oberseite von Schaltkreisen befindlichen Aufdrucke auf ihr Vorhandensein und auf ihre Qualität (Erkennbarkeit) hin zu prüfen, um Verwechslungen auszuschließen. Außerdem ist es notwendig, die an der Unterseite der Schaltkreise befindlichen Anschlüsse ("Beinchen") dahingehend zu vermessen, ob sie alle innerhalb eines vorgegebenen Toeranzbereiches in einer Ebene liegen, damit sie z. B. in einem nachfolgenden Lötprozeß vom Lot gleichzeitig und sicher erfaßt werden können. Diese Prüfung bzw. die Erfassung der Abweichung der Enden der Beinchen von einer ebenen Auflagefläche, wird als Koplanaritätsprüfung bezeichnet. Diese Koplanaritätsprüfung kann aus der Seitensicht auf die Beinchenreihen an den Seiten des Schaltkreises erfolgen. Neben der genannten Schriftgütebewertung und der Koplanaritätsprüfung werden im Rahmen einer sogenannten "Lead und Mark Inspektion" die Gehäusebodenfreiheit einer Komponente sowie Raster, Verdrehung, Breite, Position, Längenabweichung und Auf lagepunkt der Anschlüsse vermessen.
Das automatische Lesen von auf Produkten aufgebrachter Klarschrift ist Stand der Technik; vgl. etwa R. Koy-Oberthür: "Übersicht industrieller Anwendungen der Klarschrift- und Barcode-Identifikation", Symposium: Aktuelle Entwicklungen und Realisierungen der Bildverarbeitung, 1 1 . u. 12. September 1997, Aachen, Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Technologie des Landes Nordrhein- Westfalen. Mit dieser Lösung wird das Ziel verfolgt, die einzelnen in der Schrift enthaltenen Symbole zu erkennen, nicht aber ein bewertendes Maß für deren überhaupt gegebene Lesbarkeit ableiten. Gerade dies ist aber in solchen Fällen notwendig und vernünftig, wenn der Inhalt des Aufdruckes an sich bekannt ist, aber dessen potentielle Lesbarkeit, z. B. für Haftungs- und Kontrollfälle garantiert sein muß.
Im Vortrag von T. Schroeter: "Einsatz der Bildverarbeitung zur Druckvollständigkeitskontrolle" auf dem gleichen Symposium wird ein Verfahren beschrieben, das die Vollständigkeit eines Aufdruckes feststellt, d. h. diesen auf fehlende Zeichen hin kontrolliert. Dieses Verfahren nutzt die sogenannte Histogramminformation aus. Das hier beschriebene Verfahren schätzt die bedruckte Fläche ab, ohne eine Bewertung für die Lesbarkeit der Kennzeichnung abzuleiten.
Bekannt ist auch, eine Koplanaritätsprüfung von Schaltkreisen mit Hilfe optischer Verfahren durchzuführen, mit denen Spaltbreiten vermessen werden können. In der in "Industrielle Bildverarbeitung/Machine Vision", VDMA, Fachgemeinschaft Robotik Automation, Maschinenbau Verlag GmbH, Frankfurt/M. 1997, von QTec beschriebenen Lösung wird hierbei aus der Untersicht des zu kontrollierenden Schaltkreises ein Bild aufgenommen, das die Sicht auf Schattenwürfe der Beinchenreihen zuläßt. Hierbei ist nachteilig, daß die Auswertung nur aus einem direkt von einer einzelnen Seite des zu kontrollierenden Objektes aufgenommenen Bild heraus erfolgt und daß somit auch keine Schriftqualitätskontrolle erfolgen kann. Der Ort des Schattens eines zu vermessenden Beinchens auf einer Grundfläche wird im übrigen nicht nur durch dessen Abstand von der Grundfläche (auf der sich der Schatten abbildet), sondern auch von dem Ort des Beinchens über dieser Grundfläche sowie von der konkreten Form des Beinchens beeinflußt, woraus erhebliche Fehler resultieren können. Darüber hinaus werden bei dieser Lösung mehrere einzelne Lichtquellen benötigt, um ein auswertbares Schattenbild zu erzeugen.
Das Koplanaritätskontrollgerät SMD9000 der Firma Trigon Adcotech verwendet fünf CCD-Kameras zur Aufnahme der auszuwertenden Bilder zur Kontrolle der Koplanarität, eine für jede Seitensicht und eine für die Draufsicht. Nachteilig ist hierbei der sich aus der Anzahl der benötigten Kameras ergebende hohe technische Aufwand sowie das NichtAneinandergebundensein der einzelnen Sichten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestatten, mit relativ geringem Aufwand struktuelle und/oder textureile Merkmale eines Objektes in mehreren Ansichten, speziell in der Draufsicht und in Seitensichten, zusammenhängend zu erfassen und zu prüfen.
Die Aufgabe wird hinsichtlich ihres Verfahrensaspekts durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspekts durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, aus einer einzelnen Sichtposition heraus mittels geeigneter optischer Mittel ein aus Teilbildern verschiedener Ansichten des Objektes konstruiertes Gesamtbild mit für die gleichzeitige Struktur- und Texturprüfung hinreichender Auflösung zu gewinnen.
Die Teilbilder werden im wesentlichen gleichzeitig aufgenommen und mindestens teilweise auf optischem Wege zeitgleich zu einem alle Ansichten zeigenden Gesamtbild zusammengefügt, in dem die Grenzen der Teilbilder erkennbar sind, und dieses wird in den Grenzen der Teilbilder separat - d.h. mit unterschiedlichen Auswertungsmitteln bzw. auf unterschiedliche Parameter hin - ausgewertet.
In einer bevorzugten Ausführung werden alle Teilbilder auf optischem Wege zusammengefügt und durch genau eine Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen, wobei in dem Gesamtbild die Bereiche der Teilbilder insbesondere unter Einsatz der Speichereinheit und/oder der Auswertungseinheit so positioniert und gekennzeichnet werden, daß sie für die Auswertung den einzelnen Ansichten zugeordnet werden können. Die Prüfung des Objekts wird in vielen Anwendungen erleichtert, wenn in mindestens einem zusätzlichen Schritt die Szene ohne Objekt und/oder mit einem Referenzobjekt, das hinsichtlich der Merkmale vorbestimmte Parameter aufweist, aufgenommen und das entsprechende Gesamtbild zu Vergleichs- und Kalibrierzwecken in der Speichereinrichtung abgelegt wird.
In einem speziell für die Koplanaritätsprüfung von Schaltkreisen oder ähnlichen Objekten zweckmäßigen Vorgehen werden zunächst in den Bereichen des Gesamtbildes, die Seitenansichten auf das Objekt zeigen, durch Analyse der Grauwertverteilungen Orte ermittelt, in denen (auf Koplanarität zu prüfende) Teile des Objekts einer Unterlage sehr nahe kommen. Nachfolgend wird die zwischen Objekt und Unterlage hindurchtretende und in den Bildpunkten als Intensitätswert widergespiegelte Lichtmenge erfaßt und unter Nutzung der Intensitäts werte der die Breite eines Spaltes zwischen dem Objekt und der Unterlage charakterisierende lokale Lichtmengenverlauf bestimmt. Schließlich kann der Lichtmengenverlauf nach einem vorbestimmtne Algorithmus unter Nutzung von Kalibrierinformation in eine Spaltweite umgerechnet werden. Die Vorschrift für die Umrechnung eines Intensitätsverlaufes zwischen Objekt und Auflage erfolgt vorteilhaft auf Basis einer Splineapproximation, der Bestimmung von Anstiegswerten sowie der Kalibrierung so, daß ein Flächenanteil unter der Splinekurve den Wert der Spaltweite zwischen Objekt und Auflagefläche bestimmt.
In einem Bereich des Gesamtbildes (der beispielsweise die Draufsicht eines Schaltkreises zeigt) werden zur Erkennung einer Textur und speziell zur Prüfung der Lesbarkeit einer Kennzeichnung bevorzugt mittels Bildverarbeitung unter Einsatz von Faltungsfiltern Gebiete mit starken lokalen Intensitätsunterschieden hervorgehoben, erfaßt und in ihren Abmaßen quantifiziert, das Quantifizierungsergebnis in den erwähnten Gebieten mitgegebenen Werten verglichen und nachfolgend Qualitätsaussagen für die Textur bzw. Kennzeichnung abgeleitet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt bevorzugt eine einzelne Bildaufnahmeeinrichtung, relativ zu der das Objekt derart positioniert ist, daß es nur einen Teilbereich ihres Sichtfeldes ausfüllt, wobei in verbleibenden Teilen des Sichtfeldes Strahlumlenkeinrichtungen angeordnet sind, die Seitenansichten des Objektes auf die Bildaufnahemeinrichtung abbilden.
Die Strahlumlenkeinrichtungen sind so positioniert, daß sie jeweils eine bestimmte Ansicht des Objekts abbilden, aber die übrigen Ansichten (speziell die Draufsicht auf das Objekt) nicht beeinflussen.
Die Mittel zur Strahlumlenkung weisen insbesondere Prismen oder Spiegel auf, die feststehend oder verstellbar sein und in für spezielle Anwendungen wahlweise gekrümmte Oberflächen haben können. Außerdem oder alternativ hierzu können sie eine Lichtleitereinrichtung (ein oder mehrere Glasfaserbündel) aufweisen.
Mindestens einer der Strahlumlenkungeinrichtungen sind Mittel zur Änderung des Abbildungsmaßstabes mindestens eines Teilbildes gegenüber mindestens einem anderen Teilbild, insbesondere eine Linsenanordnung, zugeordnet.
Die Vorrichtung umfaßt - speziell für Koplanaritätsprüfungen - weiterhin bevorzugt eine Beleuchtungseinrichtung, die insbesondere eine Lichtstreueinrichtung zur Erzeugung eines gleichmäßigen Lichtflusses unter dem Objekt aufweist, welche (aus Sicht der Strahlumlenkeinrichtung) hinter) vorstehenden Teilen des Objekts angeordnet ist.
Für diese Prüfungen ist eine ebene Auflagefläche für das Objekt vorgesehen, und die Strahlumlenkmittel sind im wesentlichen derart in der Ebene der Auflagefläche angeordnet, daß eine die Prüfung der Koplanarität von mehreren der Auflagefläche zugewandten Teilen des Objekts erlaubende Sicht parallel zur Auflagefläche gegeben ist. Hierbei kann bevorzugt so durchbrochen sein, daß die Freiräume eine Sicht auf die Unterseite des Objektes zulassen.
Für die Aufnahme einer Draufsicht ist dann bevorzugt eine weitere, speziell für die Beurteilung der Erkennbarkeit einer Oberflächentextur geeignete, Beleuchtungseinrichtung über dem Objekt angeordnet.
Bevorzugt wird eine Vorrichtung, bei der die Bildaufnahmeeinrichtung und die Speicher- und Auswertungseinheit in einer Baueinheit integriert sind. Dieses kann beispielsweise eine sogenannte "smart camera" sein, wie sie jedoch bisher für die Lead und Mark Inspektion noch nicht verwendet wird. Die Vorteile der Verwendung einer integrierten Komponente bestehen darin, das diese zum einen leicht erhältich und zum anderen leicht für den Einsatz im Rahmen des Vorbeschriebenen konfigurierbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung unter Verweis auf die angefügten Zeichnungen. Von der Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische, vereinfachte Darstellung des Gesamtaufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 ein Gesamtbild eines Beispiels für ein zu prüfendes Objekt mit aus einer Sichtposition aufgenommenen Seitenansichten und Draufsicht,
Figur 3 ein Ausschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform mit vorteilhaft angeordneten Beleuchtungseinrichtungen zur Erzeugung von Drauflicht und relativem Durchlicht,
Figur 4 die Darstellung des Intensitätsprofiles eines Spaltenschnittes zwischen einer Auflage und einem dieser zugewandten vorstehenden Teil eines Objektes,
Figur 5a Seiten- und Unteransicht einer Komponente mit L-förmigen Anschlüssen; und
Figur 5b Seiten- und Unteransicht einer Komponente mit J-förmigen Anschlüssen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung den Gesamtaufbau einer Vorrichtung zum Prüfen von in den Seitensichten und der Draufsicht erkennbaren Merkmalen eines Objektes 1 aus einer einzelnen Sichtposition. Die Vorrichtung umfaßt eine CCD-Kamera 2 als Bildaufnahmeeinrichtung mit einem Objektiv 2a, das ein Gesichtsfeld 3 hat, eine Auflagefläche 4, Prismen 5 zur Strahlumlenkung und Linsen 6 zur Strahlformung der umgelenkten Strahlung sowie eine Bildauswertungsund -Speichereinheit 7. Eine Beleuchtungseinrichtung ist nicht gezeigt; die Beispiel- Vorrichtung arbeitet demgemäß mit diffusem Umgebungslicht.
Die Kamera 2 nimmt ein Gesamtbild des Objektes 1 auf, das sich aus mehreren Teilbildern verschiedener Ansichten des Objektes zusammensetzt. Das von der Oberseite 1 a des Objekts reflektierte, direkt in das Objektiv 2a gelangende Licht erzeugt ein Teilbild der Draufsicht, und das von den Seitenflächen 1 b reflektierte und durch die Prismen 5 in das Kameraobjektiv umgelenkte Licht erzeugt den Seitenansichten entsprechende Teilbilder. Die Linsen 6 bewirken eine Änderung des Abbildungsmaßstabes bzw. der Detailliertheit der Aufnahme in den durch sie beeinflußten Teilen des Strahlenganges, d.h. in den Teilbildern der Seitenansichten.
Die Kamera 2 leitet das Gesamtbild in Form eines elektrischen Signalmusters an die (hier nicht häher erläuterte) Bildauswertungs- und Speichereinrichtung 7 weiter, die beispielswesie durch einen Personalcomputer realisiert sein kann. Die Bildauswertungs- und -Speichereinheit 7 bestimmt die Abgrenzung der Teilbilder und extrahiert unter Anwendung an sich bekannter, aber auf die zu prüfenden Merkmale in den Teilbildern spezifisch abgestimmter Methoden der Bildverarbeitung und Bildauswertung aus den Teilbildern relevante Informationen und Parameter und stellt diese für eine vergleichende Auswertung bereit.
Fig. 2 zeigt ein typisches, durch die Kamera 2 in der Vorrichtung nach Fig. 1 aufgenommenes und in der Bildauswertungs- und -Speichereinheit 7 gespeichertes Gesamtbild 1 1 eines Schaltkreises im Gesichtsfeld 10 der Kamera. Das Gesamtbild 10 umfaßt fünft Teilbilder, nämlich das Teilbild 1 1 a der Draufsicht und die Teilbilder 1 1 b bis 1 1 e der Seitenansichten. Ein auf der Oberseite des Schaltkreises befindlicher Aufdruck 12 hebt sich in seiner Intensität von der Intensität des Umgebungslichtes deutlich ab. Die Bilder des Seitenansichten sind durch Überlagerungsstrukturen 13 geprägt, die Elemente 14 umfassen, welche durch Spalten unterschiedlicher Breite zwischen den Beinchen des Schaltkreises 1 und der Auflage 4 verursacht sind. Die Überlagerungsstrukturen werden mittels spezieller, weiter oben bereits erwähnter Methoden der Bildverarbeitung ausgewertet und für eine Prüfung der Koplanarität der Schaltkreisanschlüsse benutzt.
Fig. 3 zeigt ein Detail einer modifizierten Ausführung der Anordnung aus Fig. 1 , bei der zusätzlich zu den dort gezeigten Komponenten zwei Beleuchtungseinrichtungen 8a, 8b zur Erzeugung von Drauflicht an der Oberfläche des Objektes 1 und zur Erzeugung von - durch eine Lichtstreueinrichtung 9 diffus gemachtem - Durchlicht für die Seitenansichten der Beinchen 1 .1 des Schaltkreises 1 vorgesehen sind.
Fig. 4 zeigt eine Splinekurve S für den Intensitätsverlauf in den Pixeln des digitalisierten Teilbildes einer Seitenansicht für einen der Spalte zwischen Beinchen und Auflage. Die Fläche Ag unter der Splinekurve S, begrenzt durch die Anstiegspunkte XQ und X1 wird im Rahmen einer spezifischen Bildauswertung des Seitenansichts-Teilbildes zur Berechnung der Spaltbreite als Koplanaritätsparameter genutzt.
Figur 5a und 5b bezeichnen die im Rahmen der sogenannten Lead und Mark inspektion geprüften Parameter anhand der Seitenansicht 1 b eines Objektes 1 sowie anhand dessen Unteransicht 1 c. Das in Figur 5a dargestellte Objekt hat L- förmige Anschlüsse, während das in Figur 5b dargestellte Objekt J-förmige Anschlüsse besitzt. Die zu prüfenden Parameter sind die Koplanarität CP, die Gehäusebodenfreiheit ST, das Raster Pl, die Verdrehung SK, die Anschluß oder Leadbreite LW, die Länge LS, die Anschluß- oder Lead-Position LP, die Längenabweichung LD, die Anschlußabmessungen TD, die Auflagepunkte oder den Footprint FP und die Gehäusehöhe (nicht bezeichnet).

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur automatisierten Erfassung und Prüfung von geometrischen und/oder textureilen Merkmalen eines Objektes (1 ) in verschiedenen Ansichten, insbesondere in Seitenansichten (1 b) und einer Draufsicht (1 a), unter Nutzung einer optoelektronischen Bildaufnahmeeinrichtung (2) sowie einer Speichereinheit und Auswertungseinheit (7) zur Bildverarbeitung und Bildauswertung, wobei durch einen Vergleich mit bezüglich der einzelnen Merkmale vorgegebenen Parametern eine Qualitäts- bzw. Zustandsbeurteilung des Objektes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
- eine Mehrzahl von Teilbildern (1 1 a bis 1 1 e) des Objektes mittels einer gegenüber der Mehrzahl der Teilbilder kleineren Anzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen sowie von Mitteln (5) zur Strahlumlenkung im wesentlichen gleichzeitig aufgenommen und mindestens teilweise auf optischem Wege zeitgleich zu einem alle Ansichten zeigenden Gesamtbild (1 1 ) zusammengefügt wird, in dem die Grenzen der Teilbilder erkennbar sind, und
- das Gesamtbild zur Prüfung der einzelnen Merkmale in den Grenzen der Teilbilder separat ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß alle Teilbilder (1 1a bis 1 1 e) auf optischem Wege zusammengefügt und durch genau eine Bildaufnahmeeinrichtung (2) aufgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gesamtbild (1 1 ) die Bereiche der Teilbilder unter Einsatz der Speicher- und Auswertungseinheit (7) so positioniert und gekennzeichnet werden, daß sie den einzelnen Ansichten (1 a, 1 b) zugeordnet werden können.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem zusätzlichen Schritt die Szene ohne Objekt (1 ) und/oder mit einem Referenzobjekt, das hinsichtlich der Merkmale vorbestimmte Parameter aufweist, aufgenommen und das entsprechende Gesamtbild (1 1 ) zu Vergleichs- und Kalibrierzwecken in der Speicher- und Auswertungseinheit (7) abgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- in den Bereichen (1 1 b bis 1 1 e) des Gesamtbildes, die Seitenansichten (1 b) auf das Objekt (1 ) zeigen, durch Analyse der Grauwertverteilungen Orte, an denen das Objekt einer Auflagefläche (4) sehr nahe kommt, ermittelt werden,
- nachfolgend die zwischen Objekt und Auflagefläche hindurchtretende und in den Bildpunkten als Intensitätswert widergespiegelte Lichtmenge erfaßt,
- unter Nutzung der Intensitätswerte der die Breite eines Spaltes zwischen dem Objekt und der Auflagefläche charakterisierende lokale Lichtmengenverlauf bestimmt und
- der Lichtmengenverlauf nach einem vorbestimmten Algorithmus unter Nutzung von Kalibrierinformation in eine zwischen Objekt und Auflagefläche vorliegende Spaitweite umgerechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich (1 1 a) des Gesamtbildes, der insbesondere eine Draufsicht (1a) zeigt, mittels Bildverarbeitung unter Einsatz von Faltungsfiltern Gebiete mit starken lokalen Intensitätsunterschieden hervorgehoben, erfaßt und in ihren Abmaßen quantifiziert werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gesamtbild (1 1 ) eine Darstellung der der oder allen Bildaufnahmeeinrichtung/en (2) abgewandten und insbesondere der Auflagefläche (4) zugewandten Seite des Objektes (1 ) integriert wird.
8. Vorrichtung zur automatisierten Erfassung und Prüfung von geometrischen und/oder texturellen Merkmalen eines Objektes (1 ) in verschiedenen Ansichten (1 a, 1 b), insbesondere in Seitenansichten und einer Draufsicht, mit einer optoelektronischen Bildaufnahmeeinrichtung (2) und einer Speicherund Auswertungseinheit (7) zur Bildverarbeitung und Bildauswertung, dadurch gekennzeichnet, daß optische Mittel (5) zur Strahlumlenkung vorgesehen sind, mittels derer eine Mehrzahl von Teilbildern (1 1a bis 1 1e) des Objektes durch eine gegenüber der Mehrzahl der Teilbilder kleinere Anzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen im wesentlichen gleichzeitig aufgenommen und mindestens teilweise auf optischem Wege zeitgleich zu einem alle Ansichten zeigenden Gesamtbild (1 1 ) zusammengefügt wird, in dem die Grenzen der Teilbilder erkennbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzelne Bildaufnahmeeinrichtung (2) vorgesehen ist, relativ zu der das Objekt (1 ) derart positioniert ist, daß es nur einen Teilbereich ihres durch den Blickwinkel (3) bestimmten Sichtfeldes ausfüllt, und daß in verbleibenden Teilen des Sichtfeldes Strahlumlenkeinrichtungen (5) angeordnet sind, die Seitenansichten (1 b) des Objektes auf die Bildaufnahmeeinrichtung abbilden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Strahlumlenkung Prismen (5) oder Spiegel aufweisen, die insbesondere verstellbar sind und/oder gekrümmte Oberflächen haben.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Strahlumlenkung eine Lichtleitereinrichtung aufweisen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem der Mittel zur Strahlumlenkung Mittel (6) zur Änderung des Abbildungsmaßstabes mindestens eines Teilbildes gegenüber mindestens einem anderen Teilbild, insbesondere eine Linsenanordnung, zugeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 2, gekennzeichnet durch eine Beieuchtungseinrichtung (8a, 8b, 9), die insbesondere eine Lichtstreueinrichtung (9) zur Erzeugung eines gleichmäßigen Lichtflusses unter dem Objekt (1 ) aufweist, welche hinter vorstehenden Teilen (1 .1 ) des Objektes angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine ebene Auflagefläche (4) für das Objekt vorgesehen ist und die Mittel (5) zur Strahlumlenkung im wesentlichen derart in der Ebene der Auflagefläche angeordnet sind, daß eine die Prüfung der Koplanarität von mehreren der Auflagefläche zugewandten Teilen (1 .1 ) des Objekts erlaubende Sicht parallel zur Auflagefläche gegeben ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstreueinrichtung (9) derart unterbrochen ist, daß eine Sicht auf die der bzw. allen Bildaufnahmeeinrichtung/en (2) abgewandte Seite des Objekts ( 1 ) ermöglicht wird.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8- 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinrichtung (2) und die Speicher- und Auswertungseinheit (7) einer Baueinheit integriert sind.
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