WO2004042378A2 - Vorrichtung zum erkennen einer auf einem substrat aufzubringenden struktur sowie geeignete verfahren hierfür - Google Patents

Vorrichtung zum erkennen einer auf einem substrat aufzubringenden struktur sowie geeignete verfahren hierfür Download PDF

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WO2004042378A2
WO2004042378A2 PCT/EP2003/012354 EP0312354W WO2004042378A2 WO 2004042378 A2 WO2004042378 A2 WO 2004042378A2 EP 0312354 W EP0312354 W EP 0312354W WO 2004042378 A2 WO2004042378 A2 WO 2004042378A2
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Jan Anders Linnenkohl
Dubravico Srsan
Witold Ganzke
Kenneth Weisheit
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Quiss Gmbh
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    • 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
    • G01N21/86—Investigating moving sheets
    • 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
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Definitions

  • the following invention relates to a device for recognizing a structure to be applied to a substrate according to the preamble of claim 1 and suitable methods therefor.
  • the sensor unit is provided on the device for applying the structure.
  • This measure provides a vision system in a compact design, wherein the lighting module can preferably also be provided on the device for applying the structure.
  • the device according to the application into existing systems, the task of which is to apply a structure to a substrate. If the structure is determined in terms of process technology according to claim 16 during the application of the substrate, the presence of an error can be intervened directly in the manufacturing process or the defective substrate can be separated out. This provides increased efficiency in the production of structures on a substrate.
  • the checking area of the structure to be determined is set in terms of the process according to claim 25 on the basis of support points along the structure to be recognized, handling is unproblematic since the interactive process between the user and the structure shown is produced in a simple manner using today's means. If, according to the application, the tolerance range is defined along the reference line defined by the reference points, inaccuracies in the structure may be taken into account and in particular the quality check of the structure to be determined can be individually determined with this measure. With this simplified operator interaction, even complex structure traces can be taught in easily and efficiently. With the existing representation with the structure to be recognized and the reference line created by the support points, the user will also be shown immediately whether there are changes in the structure course.
  • the sensor unit is positioned directly at the outlet of the device for applying the structure, a compact and highly integrated design of the device according to the application is possible.
  • the sensor unit is thus able to carry out a fully automatic high-speed check of the structure almost immediately after the structure has been applied.
  • the sensor unit has a video sensor
  • conventional image recognition methods can be used. If the video sensor preferably has one and / or more image lines, a maximum of 15 lines, a high image acquisition rate of the structure can be achieved. In this way, the device continues to be small and the evaluation can take place in the sensor unit. An external data evaluation device is therefore not necessary. If a white light lighting module is used as the lighting module, conventional halogen lamps can also be used to generate white light.
  • the lighting of the sensor can be provided to increase the contrast between the background and the structure by cleverly combining different spectral ranges.
  • the evaluation as such can thus run stably and the effort for the evaluation logic is also minimized.
  • the evaluation unit is also integrated in the sensor unit, the setting of the quality criteria can be fed to the device according to the application in a simple manner via an external control unit.
  • the transmission advantageously takes place via radio, infrared data or cable.
  • the structure is determined using so-called calipers (gray value edge scanning), which are preferably orthogonal to the substrate structure, this measure can be used to determine special areas, preferably crossing areas, between the caliper line and a contrast structure in the area to be determined. If the calipers are orthogonal to the substrate structure, then in particular a width determination of the structure can be carried out in a simple manner. In cooperation with the corresponding visualization software, the structure course and corresponding error areas can then be displayed. The user immediately recognizes whether the structure curve corresponds to specified tolerances or whether the structure is applied inaccurately. It is also advantageous if, for example, the given substrate data, such as recesses and elevations, are used for the structure determination and corresponding error analysis, since this enables more precise statements to be made about the structure course.
  • calipers gray value edge scanning
  • the structure is determined by evaluating the brightness profile of the gray values along the caliper.
  • the gray values can thus be used to determine where an area to be determined is to be used for the structural check, in particular a position can be ascertained at which the change of object and background is strongest. This is achieved by using the second derivative in the course of the gray values for structure determination.
  • the values to be determined are exactly determined as subpixels. If a hypothesis set is created for each caliper, a set of six possible variations results, in particular for four nodes of the caliper, each of which is different due to the position distance of the individual nodes of the caliper. If adjacent sets of hypotheses are now linked to one another, then using a heuristic function in particular, certain values can be assigned, by means of which the nodes in question for the structure edge can be determined.
  • Figure 1 shows schematically an advantageous embodiment of the device according to the application.
  • FIG. 2 shows a partial area of the structure applied in FIG. 1.
  • FIG. 4 shows the application of the caliper to an area to be determined, which contains both the structure and disturbances.
  • FIG. 5 shows the crossing points of the relevant contrast lines and the caliper.
  • FIG. 6 shows the generation of a hypothesis set from a caliper.
  • FIG. 7 shows the structure determination from neighboring hypothesis sets.
  • FIG. 8 shows the method for determining or eliminating fault edges
  • FIG. 1 shows a device 1 for applying a structure 9 to a substrate 7.
  • the device 1 is conventionally adjustable in the x, y and z directions. It is also conceivable that the device is rigid and the substrate can be adjusted in the x, y and z directions.
  • the device 1 also has a sensor unit 3, which in this embodiment is positioned directly at the output of the device for applying the structure.
  • the lighting module 5 is also identified, which provides the contrast sharpness when applying or registering the areas to be observed.
  • a so-called adhesive bead 9 is applied or introduced into a prefabricated recess 13 in the substrate 7. With the reference number 11, the hatched lines mark an image area which is shown more clearly in FIG. 2.
  • the recess 13 is shown, in which the structure or adhesive bead 9 is introduced.
  • This selection area can be processed on the one hand in the evaluation unit in the sensor unit 3, but it can in principle be displayed to the user during the application, so that the user can manually set his support points 20 by means of which a reference line 22 can be generated.
  • a tolerance range is defined for the reference line 22, which approximately reproduces the structure, which in this case is equally spaced from the reference line. According to the application, it is thus checked whether the reference line defined by the support points lies within the tolerance range.
  • a test range 26 is shown in FIG. 2, within which the structure can be found.
  • FIG. 3 shows, for example, an error representation which, in addition to the positioning of the error of the structure order, also indicates the error size to the user on the basis of the evaluation accuracy of the method according to the application. Based on the size of the error, the user can then decide whether the deviation from the target value is tolerable or whether the manufacturing process should be terminated. With the method according to the application, a decision can therefore be made on the basis of the immediate review of the structural order during the manufacturing process, and in a fully automated manner whether the manufacturing process has to be interrupted and / or the defective substrate has to be separated out.
  • FIG. 4 shows the so-called edge extraction of the abnormalities located in the inspection area.
  • a set of calipers which are preferably orthogonal to the trace of the structure, is placed over the inspection area, the extraction of the edges by evaluating the brightness profile of the gray values along the caliper thus being orthogonal to the structure trace. This will determine a position that reflects the change of object and background, at which the change is strongest. This is achieved in that the second derivative is calculated in the course of the gray values.
  • the values to be determined are precisely determined subpixels.
  • FIG. 6 shows that a hypothesis set is created for each caliper of FIGS. 4 and 5, a total of six position hypotheses being present, for example, for four nodes of a caliper. Then the caliper hypotheses are gradually hierarchically, linked to the corresponding neighbors or neighboring hypothesis sets. As shown in FIG. 7, this linkage is carried out iteratively. To this end, more and more left and right hypotheses are generated, which in turn are linked together or evaluated with a heuristic function.
  • a selection criterion for determining the structure determination can be, for example, that the higher the value determined, the better the hypothesis used.
  • FIG. 8 clearly illustrates how the iterative method of the individual hypothesis sets is used.
  • hypothesis sets 2, 3, 4 in FIG. 6 are combined in a combinatorial manner (l-ll, l-lll, ll-lll, 11-11), the left hypothesis of hypothesis 3 being connected to the right hypothesis accordingly.
  • This again leads to an assignment of the hypotheses, a value being determined on the basis of the heuristic function.
  • the structure can then be determined by the fact that, if the number of hypotheses developed in this way exceeds the number of permissible hypotheses per existing node, those with a lower heuristic value Function specified hypotheses are taken out.
  • the heuristic function uses the following criteria to determine the specified value.
  • the system or device according to the application essentially consists of a color line video sensor with an integrated evaluation unit and lighting for highlighting and Illumination of the sealing or adhesive bead.
  • the components are in a compact protective housing.
  • the visual inspection system is attached directly behind the adhesive application system (application nozzle) and is aligned to the area just behind the adhesive nozzle in order to carry out a test directly after the bead application.
  • the test is therefore carried out directly after the application of the sealing material or the adhesive so that an evaluation of the quality of the bead (tears, position and position, thickness) can take place during application.
  • a video sensor In contrast to the known approaches, a video sensor is used in this invention, which only records one or more image lines (maximum 15 lines) in order to achieve a high image acquisition rate.
  • the evaluation takes place in the color line video sensor with an integrated evaluation unit.
  • An external data evaluation device (evaluation PC) is not necessary, since a miniaturized evaluation computer is already present in the video sensor.
  • the quality criteria (OK / NOK - limit values) are set using an external control unit that is connected to the sensor via a radio connection, infrared data transmission connection (IrDa) or a cable connection (serial or network).
  • one or more are used to illuminate the adhesive track
  • White light lighting module e.g. halogen lamp
  • the lighting modules have a compact design so that they can be installed in a compact system structure (image sensor and lighting in a common housing). It is intended to combine different different lighting modules (design, color) with each other in order to create a high contrast between the background and the adhesive through a clever combination of different spectral ranges of the lighting and the sensor.
  • the evaluation can thus run in a stable manner and the effort for the evaluation logic can be kept low.
  • the visualization software is used to display errors when applying adhesive beads.
  • the adhesive track to be traversed is saved as a 3D track and the corresponding error areas are marked therein.
  • the corresponding errors are highlighted with a different color and described with additional text.
  • the software or the sensor communicates with a robot or another control unit via all common fieldbuses (Profibus, Interbus, Devicenet), Ethernet, serial interface, OPC server or other available communication interfaces.
  • the robot path is taught in and saved beforehand.
  • the visualization software can be selected. This gets the corresponding error areas from the robot.
  • the visualization software always receives the current position along the robot path and, in the event of an error, an additional error code.
  • data can be transferred from CAD files.
  • the data contained in it from the component, from the adhesive track, etc. are processed and displayed together with the corresponding error points in 3 dimensions or 2 dimensions.
  • the heuristic function for the structure determination is determined on the basis of the following criteria, namely a heuristic value for elementary hypotheses and a heuristic value for complex hypotheses.
  • S br is said to be brightness of structure
  • S bk is meant to be background brightness, with the heuristic coefficients:
  • the heuristic value h has the following form: h ü coml + ⁇ ⁇ elghl ⁇ X wclghn ) " * '" + ⁇ n . eigh , 'X precede e i g i,)'" S " ⁇ ⁇ ps ' e pm)'" ⁇ ⁇ i dt ' e wl dlh ) "" ⁇ ⁇ br ' e brl ' ⁇ ⁇ bk ⁇ e bk )' where :
  • the heuristic value h has the following form:
  • h (, b, x, s) a eonst + h left + h ri ⁇ i - [a pos ⁇ e pos ) b> °° - (a width • e width ) lM - ⁇ a br ⁇ e br ) b » - (a bk ⁇ e bk ) k ,

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen einer auf einem Substrat aufzubringenden Struktur, vorzugsweise Kleberraupe, welche aus einem Beleuchtungsmodul und einer Sensoreinheit besteht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoreinheit auf der Einrichtung zum Auftragen der Struktur vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung zum Erkennen einer auf einem Substrat aufzubringenden Struktur sowie geeignete Verfahren hierfür
Die folgende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen einer auf einem Substrat aufzubringenden Struktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie geeignete Verfahren hierfür.
Herkömmlicherweise werden bislang zum Erkennen einer auf einem Substrat aufzubringenden Struktur optische Vermessungen durchgeführt, wobei häufig verschiedene Systeme zur vollautomatischen Prüfung der Struktur, u.a. Klebstoff- und Dichtmittelraupen, verwendet werden. Hierzu werden eine oder mehrere Videokameras auf die zu erkennende Struktur gerichtet. Zusätzlich ist ein Beleuchtungsmodul erforderlich, das zur Erzeugung eines kontrastreichen Kamerabildes dient. Die Überprüfung der Struktur erfolgt zeitlich versetzt, einige Sekunden nachdem die Struktur auf dem Substrat aufgebracht ist. Häufig erfolgt die Überprüfung aber erst nachdem der komplette Strukturauftrag auf dem Substrat erfolgt ist. Nachteilig hieran ist, dass somit die Überprüfung separat und unabhängig von dem Aufbringvorgang durchgeführt wird, was teilweise umständlich und schwierig zu handhaben ist. Bislang waren ferner die Systeme zur Überprüfung zu instabil und umständlich bei der Parame- terisierung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die bekannte Vorrichtung zum Erkennen einer auf einem Substrat aufzubringenden Struktur und geeignete Verfahren hierfür derart weiterzubilden, dass einerseits eine unmittelbare Überprüfung der aufgebrachten Struktur möglich ist und andererseits die Überprüfung einfach zu handhaben ist.
Ferner ist es eine Aufgabe, auch bei nachträglicher Überprüfung das bekannte Verfahren zum Erkennen einer auf einem Substrat aufzubringenden Struktur derart weiterzubilden, dass einerseits eine nachträgliche Überprüfung einfach möglich ist und andererseits eine genaue Fehleranalyse der aufzubringenden Struktur bereitgestellt wird.
Gelöst werden diese Aufgaben vorrichtungstechnisch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrenstechnisch mit den Merkmalen des Anspruchs 16 sowie des Anspruchs 25.
Anmeldungsgemäß wird die Sensoreinheit auf der Einrichtung zum Auftragen der Struktur vorgesehen. Mit dieser Maßnahme wird ein Sichtsystem in kompakter Bauform bereitgestellt, wobei vorzugsweise das Beleuchtungsmodul ebenfalls auf der Einrichtung zum Auftragen der Struktur vorgesehen sein kann. Auf diese Weise ist es möglich, die anmeldungsgemäße Vorrichtung in bestehende Systeme zu integrieren, deren Aufgabe es ist, eine Struktur auf einem Substrat aufzubringen. Wird verfahrenstechnisch gemäß Anspruch 16 die Struktur während des Aufbringens des Substrats bestimmt, kann bei Vorhandensein eines Fehlers unmittelbar in den Herstellungsprozess eingegriffen werden bzw. das fehlerhafte Substrat ausgesondert werden. Damit wird eine erhöhte Effizienz bei der Herstellung von Strukturen auf einem Substrat zur Verfügung gestellt. Wird verfahrenstechnisch gemäß Anspruch 25 der Überprüfungsbereich der zu bestimmenden Struktur anhand von Stützpunkten entlang der zu erkennenden Struktur gesetzt, so ist die Handhabung unproblematisch, da der interaktive Prozess zwischen dem Nutzer und der dargestellten Struktur mit heutigen Mitteln auf einfache Weise hergestellt wird. Wird anmeldungsgemäß der Toleranzbereich entlang der durch die Stützpunkte definierten Referenzlinie festgelegt, so werden gegebenenfalls Unge- nauigkeiten der Struktur Rechnung getragen und insbesondere kann mit dieser Maßnahme die Qualitätsüberprüfung der zu bestimmenden Struktur individuell festgelegt werden. Mit dieser vereinfachten Bedienerinteraktion lassen sich auch komplexe Spurverläufe der Struktur einfach und effizient einlernen. Auch wird mit der vorhandenen Darstellung mit der zu erkennenden Struktur und der durch die Stützpunkte geschaffenen Referenzlinie dem Nutzer unmittelbar angezeigt werden, ob Veränderungen des Strukturverlaufs vorliegen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Gegenstände sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wird die Sensoreinheit unmittelbar am Ausgang der Einrichtung zum Auftragen der Struktur positioniert, so ist eine kompakte und hochintegrierte Ausführung der anmeldungsgemäßen Vorrichtung möglich. Die Sensoreinheit ist somit in der Lage, nahezu direkt nach dem Strukturauftrag eine vollautomatische Hochgeschwindigkeitsüberprüfung der Struktur durchzuführen.
Weist die Sensoreinheit einen Videosensor auf, so kann auf herkömmliche Bilderkennungsverfahren zurückgegriffen werden. Weist der Videosensor vorzugsweise eine und/oder mehrere Bildzeilen, maximal 15 Zeilen, auf, so kann eine hohe Bildaufnahmerate der Struktur erzielt werden. Auf diese Weise baut die Vorrichtung weiterhin klein und die Auswertung kann in der Sensoreinheit erfolgen. Eine externe Datenauswerteeinrichtung ist somit nicht erforderlich. Wird als Beleuchtungsmodul ein Weißlichtbeleuchtungsmodul verwendet, so können ebenfalls herkömmliche Halogenlampen zur Weißlichterzeugung herangezogen werden.
Wird als Beleuchtungsmodul ein LED-Beleuchtungsmodul verwendet, so kann durch geschickte Kombination verschiedener Spektralbereiche die Beleuchtung des Sensors zur Erhöhung des Kontrastes zwischen Hintergrund und Struktur zur Verfügung gestellt werden. Die Auswertung als solche kann somit stabil ablaufen und der Aufwand für die Auswertelogik ist ebenfalls minimalisiert. Gleiches gilt insbesondere, wenn mehrere Beleuchtungsmodule vorgesehen sind, die somit eine erhöhte Kontrastschärfe bereitstellen können. Ist ebenfalls die Auswerteeinheit in der Sensoreinheit integriert, so kann die Einstellung der Qualitätskriterien über eine externe Bedieneinheit auf einfache Weise der anmeldungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden. Vorteilhafterweise erfolgt die Übertragung über Funk, Infrarotdaten oder Kabel.
Wird verfahrenstechnisch die Strukturbestimmung über sogenannte Caliper (Grauwertkantenantastung) vorgenommen, die vorzugsweise orthogonal zu der Substratstruktur verlaufen, so können anhand dieser Maßnahme spezielle Bereiche, vorzugsweise Kreuzungsbereiche, zwischen der Caliper-Linie und einer Kontraststruktur in dem zu bestimmenden Bereich, festgelegt werden. Verlaufen die Caliper orthogonal zu der Substratstruktur, so kann insbesondere eine Breitenbestimmung auf einfache Weise der Struktur herbeigeführt werden. Im Zusammenspiel mit einer entsprechenden Visualisierungssoftware können dann der Strukturverlauf und entsprechende Fehlerbereiche dargestellt werden. Der Nutzer erkannt somit auf Anhieb, ob der Strukturverlauf vorgegebenen Toleranzen entspricht oder aber die Struktur ungenau aufgetragen wird. Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn für die Strukturbestimmung und entsprechender Fehleranalyse beispielsweise die gegebenen Substratdaten, wie Ausnehmungen und Erhöhungen, herangezogen werden, da hierdurch exaktere Aussagen über den Strukturverlauf gemacht werden können.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Strukturbestimmung über die Auswertung des Helligkeitsverlaufs der Grauwerte entlang des Calipers erfolgt. Anhand der Grauwerte ist somit feststellbar, wo ein zu bestimmender Bereich für die Strukturüberprüfung heranzuziehen ist, insbesondere ist eine Position feststellbar, an der der Wechsel von Objekt und Hintergrund am stärksten ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die zweite Ableitung im Verlauf der Grauwerte zur Strukturermittlung herangezogen wird. Die zu ermittelnden Werte werden als Subpixel genau ermittelt. Wird für jeden Caliper ein Hypothesensatz erstellt, so ergibt insbesondere bei vier Knoten des Calipers ein Satz von sechs Variationsmöglichkeiten, die jeweils durch den Positionsabstand der einzelnen Knoten des Calipers unterschiedlich sind. Werden nunmehr benachbarte Hypothesensätze miteinander verknüpft, so können insbesondere unter Heranziehung einer heuristischen Funktion bestimmte Werte zugeordnet werden, anhand derer die jeweils für die Strukturkante in Frage kommenden Knoten ermittelbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Anhand der nachfolgenden Zeichnungen sollen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Figur 1 zeigt schematisch eine vorteilhafte Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 2 zeigt einen Teilbereich der in Figur 1 aufgebrachten Struktur.
Figur 3 zeigt eine Fehleranalyse.
Figur 4 zeigt die Heranziehung der Caliper auf einen festzulegenden Bereich, welcher sowohl die Struktur als auch Störungen enthält.
Figur 5 zeigt die Kreuzungspunkte der relevanten Kontrastlinien und den Caliper.
Figur 6 zeigt die Erzeugung eines Hypothesensatzes aus einem Caliper.
Figur 7 zeigt die Strukturermittlung aus benachbarten Hypothesensätzen.
Figur 8 zeigt das Verfahren zur Ermittlung bzw. Eliminierung von Störungskanten bzw.
Ermittlung der Struktur.
In Figur 1 ist eine Einrichtung 1 zum Auftragen einer Struktur 9 auf einem Substrat 7 dargestellt. Die Einrichtung 1 ist herkömmlicherweise in x-, y- und z-Richtung verstellbar. Es ist ebenso denkbar, dass die Einrichtung starr ist und das Substrat in x-, y- und z-Richtung verstellt werden kann. Die Einrichtung 1 weist ferner eine Sensoreinheit 3 auf, die unmittelbar in dieser Ausführungsform an dem Ausgang der Einrichtung zum Auftragen der Struktur positioniert ist. Zusätzlich ist in dieser schematischen Darstellung ebenfalls das Beleuchtungsmodul 5 gekennzeichnet, welches die Kontrastschärfe beim Auftragen bzw. bei der Registrierung der zu beobachtenden Bereiche bereitstellt. In dieser Ausführungsform ist erkennbar, dass eine sogenannte Kleberraupe 9 in eine vorgefertigte Ausnehmung 13 in dem Substrat 7 aufgebracht bzw. eingebracht wird. Mit dem Bezugszeichen 11 ist mit den schraffierten Linien ein Bildbereich markiert, der in Figur 2 deutlicher wiedergegeben ist. In Figur 2 ist beispielsweise die Ausnehmung 13 dargestellt, in die die Struktur bzw. Kleberraupe 9 eingebracht wird. Dieser Selektionsbereich kann einerseits in der Auswerteeinheit in der Sensoreinheit 3 verarbeitet werden, er kann jedoch grundsätzlich während des Aufbrin- gens dem Nutzer dargestellt werden, so dass der Nutzer manuell seine Stützpunkte 20 setzen kann, anhand derer eine Referenzlinie 22 erzeugt werden kann. Wie in Figur 2 deutlich zu sehen ist, ist zu der Referenzlinie 22, welche den Strukturverlauf annähernd wiedergibt, ein Toleranzbereich festgelegt, der in diesem Fall zu der Referenzlinie gleich beabstandet ist. Anmeldungsgemäß wird somit überprüft, ob die durch die Stützpunkte festgelegte Referenzlinie innerhalb des Toleranzbereiches liegt. Zusätzlich zu dem Toleranzbereich ist in Figur 2 ein Prüfbereich 26 dargestellt, innerhalb dessen die Struktur aufzufinden ist.
In Figur 3 ist beispielsweise eine Fehlerdarstellung wiedergegeben, die zusätzlich zu der Positionierung des Fehlers des Strukturauftrages auch aufgrund der Auswertegenauigkeit des anmeldungsgemäßen Verfahrens dem Nutzer die Fehlergröße angibt. Anhand der Fehlergröße kann dann der Nutzer entscheiden, ob die Abweichung vom Soll-Wert tolerierbar ist oder der Herstellungsvorgang abgebrochen werden soll. Mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren kann somit aufgrund der unmittelbaren Überprüfung des Strukturauftrages während des Herstellungsprozesses entschieden werden, und zwar vollautomatisch, ob der Herstel- lungsprozess unterbrochen werden muss und/oder das fehlerhafte Substrat ausgesondert werden muss.
Anhand der Figuren 4 bis 8 ist das anmeldungsgemäße Auswerteverfahren beschrieben. In Figur 4 ist die sogenannte Kantenextraktion der in dem Inspektionsbereich befindlichen Auffälligkeiten wiedergegeben. Hierzu wird ein Satz von Calipem, die vorzugsweise orthogonal zur Spur der Struktur verlaufen, über den Inspektionsbereich gelegt, wobei die Extraktion der Kanten durch die Auswertung des Helligkeitsverlaufs der Grauwerte entlang des Calipers also orthogonal zur Strukturspur verläuft. Dadurch wird eine Position festgestellt, die den Wechsel von Objekt und Hintergrund wiedergibt, und zwar an der der Wechsel am stärksten ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die zweite Ableitung im Verlauf der Grauwerte berechnet wird. Die zu ermittelnden Werte werden dabei Subpixel genau ermittelt.
In Figur 5 wird nach der Kantenextraktion die Spurverfolgung der Struktur dargestellt, wobei für jede Linie alle gefundenen Kanten aufgrund der Knotenpunkte wiedergegeben sind.
Figur 6 zeigt, dass für jeden Caliper der Figuren 4 und 5 ein Hypothesensatz erstellt wird, wobei beispielsweise für vier Knotenpunkte eines Calipers insgesamt sechs Positionshypothesen vorhanden sind. Anschließend werden die Caliperhypothesen schrittweise, Vorzugs- weise hierarchisch, mit den entsprechenden Nachbarn bzw. benachbarten Hypothesensätzen verknüpft. Diese Verknüpfung erfolgt, wie in Figur 7 dargestellt ist, iterativ. Hierzu werden immer weitere linke und rechte Hypothesen erzeugt, die wiederum miteinander verknüpft werden bzw. mit einer heuristischen Funktion bewertet werden. Ein Auswahlkriterium für die Festlegung der Strukturermittlung kann beispielsweise sein, dass je höher der ermittelte Wert, umso besser die verwendete Hypothese.
In Figur 8 ist deutlich veranschaulicht, wie das iterative Verfahren der einzelnen Hypothesensätze angewendet wird. Hierbei werden beispielsweise die Hypothesensätze 2, 3, 4 in Figur 6 kombinatorisch (l-ll, l-lll, ll-lll, 11-11) verbunden, wobei jeweils die linke Hypothese der Hypothese 3 mit der rechten Hypothese entsprechend verbunden werden. Daraus ergibt sich wieder eine Zuordnung der Hypothesen, wobei aufgrund der heuristischen Funktion ein Wert ermittelt wird. Aufgrund der vorbestimmten Festlegung, je größer der Wert ist, desto besser die Hypothese ist, kann dann die Strukturermittlung dadurch erfolgen, dass, sollte die Anzahl der so entwickelten Hypothesen die Zahl die zulässigen Hypothesen pro existierenden Knoten überschreiten, die mit einem geringeren Wert der heuristischen Funktion festgelegten Hypothesen herausgenommen werden.
Mit diesen anmeldungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Strukturermittlung präzise und mit geringen Datensätzen herbeizuführen, so dass eine unmittelbare Strukturermittlung beispielsweise beim Auftragen der Struktur möglich ist. Es ist hierbei anzumerken, dass die heuristische Funktion folgende Kriterien zur Ermittlung des festgelegten Wertes heranzieht.
1. Kantenstärke
2. Strukturbreite
3. Soll-Ist-Positions-Differenz
4. Co-Lineraität der IST-Position
5. Soll-Ist-Strukturbreiten-Differenz
6. Co-Lineraität der IST-Strukturbreite
7. Soll-Ist-Strukturhelligkeit-Differenz
8. Co-Lineraität der Ist-Strukturhelligkeit
9. Soll-Ist-Hintergrundhelligkeits-Differenz
10. Co-Lineraität der Ist-Hintergrundshelligkeit
Anhand der konkreten Verwirklichung, dass die anmeldungsgemäße Vorrichtung bei dem Aufbringen einer Kleberraupe auf einem Substrat verwendet wird, ist es von Vorteil, wenn folgendes beachtet wird. Das anmeldungsgemäße System bzw. die Vorrichtung besteht gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform im wesentlichen aus einem Farbzeilen- Videosensor mit integrierter Auswerteeinheit und einer Beleuchtung zur Hervorhebung und Ausleuchtung der Dicht- bzw. Klebstoffraupe. Die Komponenten befinden sich in einem kompakten Schutzgehäuse. Das Sichtprüfsystem wird direkt hinter dem Klebstoffauftragsys- tem (Auftragsdüse) befestigt und wird auf den Bereich kurz hinter der Klebstoffdüse ausgerichtet, um direkt nach dem Raupenauftrag eine Prüfung durchzuführen. Die Prüfung erfolgt also direkt nach dem Auftragen des Dichtmaterials oder des Klebstoffes, so dass schon während des Auftragens eine Auswertung der Qualität der Raupe (Abrisse, Position und Lage, Dicke) stattfinden kann.
Im Gegensatz zu den bekannten Lösungsansätzen wird in dieser Erfindung ein Videosensor eingesetzt, der lediglich eine oder mehrere Bildzeilen aufnimmt (maximal 15 Zeilen), um eine hohe Bildaufnahmerate zu erzielen. Die Auswertung findet im Farbzeilen-Videosensor mit einer integrierter Auswerteeinheit statt. Eine externe Datenauswerteeinrichtung (Auswerte - PC) ist nicht erforderlich, da bereits ein miniaturisierter Auswerterechner im Videosensor vorhanden ist. Die Einstellung der Qualitäts-Kriterien (IO/NIO - Grenzwerte) erfolgt mit einer externen Bedieneinheit, die an den Sensor über eine Funkverbindung, Infrarotdatenübertragungsverbindung (IrDa) oder eine Kabelverbindung (Seriell oder Netzwerk) angeschlossen ist.
Zur Ausleuchtung der Klebstoffspur wird, je nach Oberflächeneigenschaften des Klebstoffs bzw. Dichtmittels ein / mehrere
• Weißlichtbeleuchtungsmodul, z.B. Halogenlampe
• LED-Beleuchtungsmodul in verschiedenen Farben eingesetzt.
Die Beleuchtungsmodule sind kompakt aufgebaut damit diese in einem kompakten Systemaufbau (Bildaufnahmesensor und Beleuchtung in einem gemeinsamen Gehäuse) eingebaut werden können. Dabei wird vorgesehen, verschiedene unterschiedliche Beleuchtungsmodule (Bauform, Farbe) miteinander zu kombinieren um durch eine geschickte Kombination verschiedener Spektralbereiche der Beleuchtung und des Sensors einen hohen Kontrast zwischen Hintergrund und Klebstoff herzustellen. Somit kann die Auswertung stabil ablaufen und der Aufwand für die Auswertelogik gering gehalten werden.
Die Visualisierungssoftware dient zur Darstellung von Fehlern beim Auftrag von Kleberraupen. Dazu wird die abzufahrende Kleberspur als 3D-Spur gespeichert und da hinein werden die entsprechenden Fehlerbereiche markiert. Die entsprechenden Fehler werden mit einer anderen Farbe hervorgehoben und mit einem zusätzlichen Text beschrieben. Die Software bzw. der Sensor kommuniziert mit einem Roboter oder einer anderen Steuereinheit über alle gängigen Feldbusse (Profibus, Interbus, Devicenet), Ethernet, serielle Schnittstelle, OPC - Server oder andere zur Verfugung stehenden Kommunikationsschnittstellen.
In der Offline - Version wird vorab die Roboterbahn eingelernt und gespeichert. Nach dem Kleberauftragsvorgang, kann die Visualisierungssoftware angewählt werden. Diese holt sich die entsprechenden Fehlerbereiche vom Roboter.
In der Online-Version bekommt die Visualisierungssoftware wahrend der Fahrt immer die aktuelle Position entlang der Roboterbahn und im Fehlerfall, zusätzlich einen Fehlercode.
Zusätzlich können Daten aus CAD - Dateien übernommen werden. Die darin enthaltenen Daten vom Bauteil, von der Kleberspur o.a. werden mit verarbeitet und zusammen mit den entsprechenden Fehlerstellen 3 dimensional oder 2 dimensional dargestellt.
Um die Bedienerinteraktion zu vereinfachen wurde eine speziell für die Kleberraupeninspektion entwickelte GUI verwendet. Mit einfachen Mausklicks lassen sich nun komplexe Spurverläufe einfach und effizient einlernen. Die Grafischen Elemente sind so gestaltet, dass man auf einen Blick auch die eingestellten Grenzwerte wie Min / Max Bereiche und Toleranzen erkennen kann (Figur 2). Veränderung im Spurverlauf lassen sich ebenfalls mit ein paar wenigen Mausklicks vollziehen. Die Kleberspur muss dabei nicht exakt eingelernt werden, da die nachfolgenden Bildverarbeitungsoperationen stabil genug sind um die Ungenauigkeiten, die beim Einlernen entstanden sind zu kompensieren. In einer zusätzlichen Ansicht wird der Bediener über Produktionsfehler informiert. Durch Mausklick auf den aufgetretenen Fehler, wird der betroffene Bereich vergrößert und die Fehlerbeschreibung im Klartext ausgegeben (Figur 3).
Mit nachstehender mathematischer Verknüpfung wird die heuristische Funktion für die Strukturermittlung anhand der folgenden Kriterien bestimmt, und zwar ein heuristischer Wert für Elementarhypothesen und ein heuristischer Wert für komplexe Hypothesen.
A. Heuristischer Wert für elementare Hypothesen
Für einen input vector gilt:
•*■ = 1 Xweight\ ' Xweight2 > Xposl ' Xpos2 ' Xbr ' Xbk J > wobei:
Xweight\ Gewicht des ersten Punkts, S
Xweight2 Gewicht des zweiten Punkts,
Xpos\ Position von erstem Punkt,
Xpos2 Position von zweitem Punkt,
Xbr Helligkeit von Struktur,
Xbk Helligkeit von Hintergrund,
für die soll Werte gilt:
S = iSwidth>Sbr>Sbk) wobei:
Swidth so11 Breite>
Sbr soll Helligkeit von Struktur,
Sbk soll Helligkeit von Hintergrund, mit den Heuristischen Koeffizienten:
a ~ \aconst>aweight>apos>awidth>abr>abk)
Figure imgf000011_0001
Der heuristische Wert h hat folgende Form: h
Figure imgf000011_0002
ücoml + ψκelghl ■ Xwclghn ) "*'" +ψn.eigh, 'X„eigi, ) '"S" ~ψp s 'epm) '" ~ψκidt 'ewldlh) " " ~ψbr 'ebrl ' ~ψbk ~e bk) ' wobei:
Xpos\ + Xpos2 e p_os = abs
ewidth ~ a"S \ Xpos2 Xpos\ Swidth ' ebr =abs(xbr-sbr), ebk =abs(xbk-sbk).
B. Heuristischer Wert für komplexe Hypothesen
Für einen input vector gilt:
•*" = l Xlpo ' Xlwidth > Xlbr ' Xlbk ' Xrpos ' Xrwidth ' Xrbr ' Xrbk ] > wobei:
X[pos Position aufrechte Seite von linke Hypothese, xlwidth Breite aufrechte Seite von linke Hypothese,
Xlbr Strukturhelligkeit aufrechte Seite von linke Hypothese,
Xlbk Hintergrundhelligkeit aufrechte Seite von linke Hypothese,
Xrpos Position auf linke Seite von rechte Hypothese, Anmelder: QuISS GmbH
Änwaltsakte: QU01H03/P-WO
Xnvidth Breite auf linke Seite von rechte Hypothese,
Xrbr Strukturhelligkeit auf linke Seite von rechte Hypothese,
Xrbk Hintergrundhelligkeit auf linke Seite von rechte Hypothese,
mit den Heuristischen Koeffizienten:
a ~ \ aconst > üpos > awidth > abr ' übk ) V ~ ( ^po ' ^width' ^br' ^bk ) Der heuristische Wert h hat folgende Form:
h ( ,b ,x,s) = aeonst + hleft + hri≠i - [apos ■ epos)b>°° - (awidth • ewidth) lM - {abr ■ ebr)b» - (abk ■ ebk) k ,
wobei: βpos = °-bS Xlpos ~ Xrpos />
Figure imgf000012_0001
Xrwtdth h ebr - abs \xlbr xrbr ), ebk = abs {xM - xrbk). und hlφ heuristischer Wert von linker Hypothese
""right heuristischer Wert von rechter Hypothese

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Erkennen einer auf einem Substrat aufzubringenden Struktur, vorzugsweise Kleberraupe, bestehend aus einem Beleuchtungsmodul und einer Sensoreinheit,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinheit (3) auf der Einrichtung (1) zum Auftragen der Struktur vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit unmittelbar am Ausgang der Einrichtung zum Auftragen der Struktur positioniert ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit einen Videosensor aufweist, der vorzugsweise eine und/oder mehrere Bildzeilen registriert.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungsmodul ein Weißlichtbeleuchtungsmodul enthält.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungsmodul ein LED- Beleuchtungsmodul ist, welches die Bereiche Rot, Blau, Grün, Infrarot und/oder Ultraviolett ausstrahlt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Beleuchtungsmodule vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit, vorzugsweise im Videosensor, vorgesehen ist, wobei die Einstellungen der Qualitätskriterien über eine externe Bedieneinheit, vorzugsweise über eine Infrarotdatenübertragungsverbindung, erfolgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Satz von Calipern über den mit den Bildelementen ermittelten Datensatz legt, wobei die Caliper vorzugsweise orthogonal zu der Substratspur verlaufen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur über den Helligkeitsverlauf der Grauwerte entlang der Calipers ermittelt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ableitung im Verlauf der Grauwerte zur Strukturermittelung herangezogen werden.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit für die Caliper ein Hypothesensatz erstellt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit benachbarte Hypothesensätze verknüpft.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit die Strukturermittelung nach zumindest einem der folgenden Kriterien durchführt: a. Kantenstärke b. Strukturbreite c. Soll-Ist-Positions-Differenz d. Co-Lineraität der IST-Position e. Soll-Ist-Strukturbreiten-Differenz f. Co-Lineraität der IST-Strukturbreite g. Soll-Ist-Strukturhelligkeit-Differenz h. Co-Lineraität der Ist-Strukturhelligkeit i. Soll-Ist-Hintergrundhelligkeits-Differenz j. Co-Lineraität der Ist-Hintergrundshelligkeit
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass über die Position der Sensoreinheit und der Strukturermittelung eine drei-dimensionale Darstellung ermöglicht wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Anschluß an eine Netzwerkverbindung, und zwar vorzugsweise über das Internet oder Intranet, eine Ansteuerung und Auswertung vorgesehen ist.
16. Verfahren zum Erkennen einer Struktur, vorzugsweise Kleberraupe, und insbesondere zur Anwendung bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 15, welches die Schritte aufweist:
a) Bereitstellen eines Beleuchtungsmoduls und einer Sensoreinheit, die auf der Einrichtung zum Auftragen der Struktur vorgesehen ist. b) Bestimmen der Struktur während die Struktur auf das Substrat aufgetragen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Strukturbestimmung über einen Videosensor als Sensoreinheit mit einer oder mehreren, vorzugsweise bis zu 15, Bildzeilen erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Strukturbestimmung mit zumindest einem Beleuchtungsmodul, welches ein Weißlichtmodul und/oder ein LED- Beleuchtungsmodul mit verschiedenen Farben ist, durchgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Strukturbestimmung über Caliper erfolgt, die vorzugsweise orthogonal zu der Substratspur verlaufen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei eine Visualisierungssoftware bereitgestellt wird, mit der der Strukturverlauf, vorzugsweise als 3D-Darstellung, und entsprechende Fehlerbereiche darstellbar sind.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei für die Strukturbestimmung und entsprechender Fehleranalyse Substratdaten herangezogen werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei anhand der Visualisierungssoftware unterschiedliche Fehlerbereiche separat darstellbar sind.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Strukturbestimmung über die Auswertung des Helligkeitsverlaufs der Grauwerte entlang des Calipers, insbesondere der zweiten Ableitung im Verlauf der Grauwerte, erfolgt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Strukturermittelung nach zumindest einem der folgenden Kriterien durchführt wird: a. Kantenstärke b. Strukturbreite c. Soll-Ist-Positions-Differenz d. Co-Lineraität der IST-Position e. Soll-Ist-Strukturbreiten-Differenz f. Co-Lineraität der IST-Strukturbreite g. Soll-Ist-Strukturhelligkeit-Differenz h. Co-Lineraität der Ist-Strukturhelligkeit i. Soll-Ist-Hintergrundhelligkeits-Differenz j. Co-Lineraität der Ist-Hintergrundshelligkeit
25. Verfahren zum Erkennen einer Struktur, vorzugsweise Kleberraupe, und insbesondere zur Anwendung bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 15, welches die Schritte aufweist: a) Bereitstellen einer Darstellung mit der zu erkennenden Struktur; b) Setzen von Stützpunkten entlang der zu erkennenden Struktur; c) Verbinden der Stützpunkte zu Erzeugung einer Referenzlinie, d) Festlegen eines Toleranzbereichs entlang der Referenzlinie, sowie e) Bestimmen, ob die Struktur innerhalb des Toleranzbereichs liegt.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei ferner ein Prüfbereich entlang der Referenzlinie festgelegt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, wobei einen Satz von Caliper über den mit den Bildelementen ermittelten Datensatz gelegt wird, wobei die Caliper vorzugsweise orthogonal zu der Substratspur verlaufen.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur über den Helligkeitsverlauf der Grauwerte entlang der Calipers ermittelt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ableitung im Verlauf der Grauwerte zur Strukturermittelung herangezogen werden.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit für die Caliper ein Hypothesensatz erstellt.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit benachbarte Hypothesensätze verknüpft.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, wobei die Strukturermittelung nach zumindest einem der folgenden Kriterien durchführt wird: a. Kantenstärke b. Strukturbreite c. Soll-Ist-Positions-Differenz d. Co-Lineraität der IST-Position e. Soll-Ist-Strukturbreiten-Differenz f. Co-Lineraität der IST-Strukturbreite g. Soll-Ist-Strukturhelligkeit-Differenz h. Co-Lineraität der Ist-Strukturhelligkeit i. Soll-Ist-Hintergrundhelligkeits-Differenz j. Co-Lineraität der Ist-Hintergrundshelligkeit
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