專利名稱：在用于對結(jié)構(gòu)元件和/或基片進(jìn)行位置識別和/或質(zhì)量控制的裝置中進(jìn)行照明調(diào)節(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1前序部分的照明調(diào)節(jié)方法，用于對結(jié)構(gòu)元件和/或基片的位置進(jìn)行識別和/或質(zhì)量控制的裝置。
當(dāng)采用自動插裝機(jī)在印刷線路板上或陶瓷基片上插裝結(jié)構(gòu)元件時，特別是SMD(表面安裝設(shè)備)-結(jié)構(gòu)元件時，在插裝之前要用位置識別裝置測定結(jié)構(gòu)元件與印刷線路板上的插裝位置之間的相對位置。結(jié)構(gòu)元件這個詞包括以下所有的可插裝的對象，例如，屏蔽板等等。作為位置識別裝置使用的一般是圖像系統(tǒng)，包括一個相機(jī)，例如CCD攝象機(jī)，和一個照明裝置。在該裝置中對于結(jié)構(gòu)元件所作的外觀檢查類似于用作質(zhì)量控制用的成套裝置的工作情況，是為了識別有缺陷的結(jié)構(gòu)元件，然后從插裝流水線中將其剔除。
設(shè)在基片上的對中標(biāo)記是為了識別基片的位置之用的。為了標(biāo)出有缺陷的基片，要利用在基片上所設(shè)的干擾標(biāo)記，借以使質(zhì)量控制的裝置能夠識別，然后從插裝流水線中剔除。所用的基片有各式各樣(環(huán)氧樹脂-/玻璃纖維束，塑料薄膜，陶瓷，膠紙板)。標(biāo)記也使用各式各樣的材料，例如光金屬、無光金屬/金屬氧化物，或者塑料或清漆面層等。用不同材料做的基片和標(biāo)記的光學(xué)表面特性有很大的差異；用這些材料作成的標(biāo)記和基片經(jīng)過照明生成的對比度也是如此。選擇照明方式時，要使有用結(jié)構(gòu)(一般指結(jié)構(gòu)元件接頭或標(biāo)記)和干擾結(jié)構(gòu)(例如結(jié)構(gòu)元件本體或基片襯底)之間有很強(qiáng)的對比度。
為了此目的已知的方法是，借助于照明裝置，從不同角度以不同強(qiáng)度對結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行照明；該照明裝置分成多個照明單元，各個單元又分別裝有可調(diào)的強(qiáng)度控制裝置。這樣就使照明裝置具有接近于恒定的光譜分布。
在WO 96/21343中發(fā)表了一個方法的示例，借助于一種分成扇區(qū)的環(huán)形照明結(jié)構(gòu)對于結(jié)構(gòu)元件所做的照明，不是在所有角度上都是均勻進(jìn)行的，在規(guī)定的角度上就沒有光線照射在結(jié)構(gòu)上。凡是在這些角度上出現(xiàn)的特別明顯的干擾結(jié)構(gòu)圖像的照明度都會因此受到抑制。
在此情況下，在使用接近恒定光譜分布的照明裝置，分別對于采用在吸收、金屬反光或漫反射等方面互不相同的光學(xué)性能的材料制成的標(biāo)記、基片和/或結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行照明時，各自不同的后向散射特性能夠在成像求算裝置中彼此區(qū)分。由于光學(xué)性能隨照射光波長短的不同而改變，結(jié)果是，當(dāng)采用接近恒定光譜分布的不利方式進(jìn)行照明時，可能會使標(biāo)記、基片和/或結(jié)構(gòu)元件的一定組合不能彼此區(qū)分。根據(jù)使用的材料調(diào)換照明單元的耗費(fèi)非常昂貴，在追求高效插裝的條件下由于浪費(fèi)時間是不可行的。
在JP 5-332939中發(fā)表了使用多個照明單元的質(zhì)量控制方法，這種方法是分別單獨(dú)使用各自的強(qiáng)度控制裝置。其中，通過改變強(qiáng)度的辦法來改變照明單元發(fā)射的光線，直到達(dá)到最佳照明(最大對比度)為止，采用這種辦法能夠可靠地識別結(jié)構(gòu)元件。
在JP 8-219716A中發(fā)表了用不同的顏色識別照明目的物的方法，其中通過一種照明控制裝置改變發(fā)射的光線。
為了使對比度達(dá)到最佳化而采用不同的顏色會造成更大的困難，這是因?yàn)樵谶@個發(fā)表過的方法中，操作人員本人必須要為所檢測的結(jié)構(gòu)元件設(shè)定最佳的對比度。
因此本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種照明調(diào)節(jié)方法，保證能夠?qū)τ诓捎貌煌馁|(zhì)的基片、標(biāo)記和/或結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行可靠的識別，并且起到對于同樣類型的結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行快速識別的作用。
按照本發(fā)明，采用具備權(quán)利要求1特征部分的特征的在序言中所述方式的方法能夠完成該任務(wù)。
與已知的方法相比，按照本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于通過改變強(qiáng)度控制裝置的參數(shù)，改變照明的光譜分布。由于結(jié)構(gòu)元件、標(biāo)記和基片材料的反射特性或漫射特性取決于波長，必須要達(dá)到色最佳照明，方才能夠使采用不同材料制成的結(jié)構(gòu)元件、基片和/或標(biāo)記的干擾結(jié)構(gòu)和有用結(jié)構(gòu)之間的取得有改進(jìn)的對比度。在此情況下，首先要在一組同樣類型的結(jié)構(gòu)元件和/或標(biāo)記中首先求出第一個結(jié)構(gòu)元件和/或標(biāo)記所用的最佳照明調(diào)節(jié)值。將由此求出的強(qiáng)度調(diào)節(jié)值所用的參數(shù)存儲起來，然后可供其他結(jié)構(gòu)元件和/或標(biāo)記使用。這樣就能夠保證獲得對于同樣類型的結(jié)構(gòu)元件和/或標(biāo)記的同樣良好的識別能力。
在一個按照權(quán)利要求2的方法的既簡單又便于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，每個照明單元發(fā)射的光線都處于一個窄頻帶光譜范圍以內(nèi)，不同的照明單元發(fā)射不同光譜范圍的光線。通過每個照明單元所屬的強(qiáng)度調(diào)節(jié)裝置改變各個照明單元的強(qiáng)度，就能調(diào)節(jié)不同光譜強(qiáng)度的色分布的照明。
按照權(quán)利要求3的另一個結(jié)構(gòu)設(shè)計所用的是發(fā)射波長可調(diào)的照明單元。在此情況下，也同樣是利用強(qiáng)度控制裝置改變發(fā)射波長。采用這樣的辦法，使用的照明單元較少，構(gòu)成的結(jié)構(gòu)緊湊。
在按照權(quán)利要求4的方法的有利結(jié)構(gòu)設(shè)計中，最佳照明是自動算出的，通過照明調(diào)節(jié)，取得改進(jìn)的再現(xiàn)性。
在權(quán)利要求5的方法中，采用一種有利的方式，將一組發(fā)射同屬一個共用光譜范圍光線的照明單元統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣就能減少逐個進(jìn)行控制用的強(qiáng)度控制裝置的數(shù)目，減少為求算最佳照明所用的時間。
現(xiàn)利用實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。附圖所示如下

圖1是用于在基片上插裝結(jié)構(gòu)元件用的自動插裝機(jī)的示意圖，圖2是對于帶有標(biāo)記的基片進(jìn)行照明用的照明裝置示意圖，圖3是對于結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行照明用的照明裝置示意圖。
圖1所示是位于一個龍門架1中的自動插裝機(jī)的插裝頭2借助于圖中未繪出的電動機(jī)沿著X和Y的方向運(yùn)動的情況。在插裝頭上固定安裝吸管3，在本示例中共有12個，用來從送料裝置4中取出圖中未示出的結(jié)構(gòu)元件，然后再插入基片5上預(yù)先規(guī)定的位置上。標(biāo)有標(biāo)號5的基片包括印刷線路板或陶瓷基片。此處的基片5通過基片驅(qū)動裝置6沿著X方向運(yùn)動。在基片5上裝有用來矯正結(jié)構(gòu)元件在基片上的位置的標(biāo)記7。標(biāo)記通過照明裝置8形成圖像，然后輸入到圖像求算裝置9。在本實(shí)施例中裝有一個監(jiān)視器，用來替代求算裝置9作為肉眼觀察之用。采用這種方式時，在基片5上作為位置識別之用的定心標(biāo)記裝置7的旁邊還有供檢測之用的廢品標(biāo)記7，后者是在不適合再進(jìn)行插裝的基片上所做的標(biāo)記。采用這種方式時，對于不適合繼續(xù)插裝的基片5進(jìn)行識別，然后從插裝流水線中剔除。
在按照本發(fā)明的方法中，實(shí)施例中的照明裝置8如圖2所示。圖中，相機(jī)11可以采用，例如一個CCD攝象機(jī)，用來拍攝標(biāo)有標(biāo)記7的基片5的圖像。然后將其輸送到附加連接的圖像求算裝置9中。標(biāo)有標(biāo)記的基片5通過照明單元12、14、16照明，其中的第一照明單元12在窄頻光譜范圍中求出一個第一波長，其強(qiáng)度由一個共用的強(qiáng)度控制裝置13進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外還裝有一個第二照明單元14，用來在第二窄頻光譜范圍中求出一個第二波長，其強(qiáng)度由一個共用的強(qiáng)度控制裝置15進(jìn)行調(diào)節(jié)，還有第三照明單元16，用來在第三窄頻光譜范圍中求出一個第三波長，其強(qiáng)度由一個共用的強(qiáng)度控制裝置17進(jìn)行調(diào)節(jié)。照明單元12、14、16通過固定裝置18牢固連接在一個相機(jī)11上，從而能夠連同相機(jī)11同時在基片5上方移動。照明單元12、14、16在實(shí)施例中采用環(huán)形光源結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到最佳照明，要逐個對照明單元12，14，16的強(qiáng)度分別進(jìn)行調(diào)節(jié)；在此過程中，要在有關(guān)的強(qiáng)度控制裝置13、15、17中不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到取得能使相機(jī)11拍出最佳對比度的最佳照明為止，然后將其存儲在圖像求算單元9。在使用波長可調(diào)的照明單元12、14、16時，例如是波長可調(diào)的發(fā)光二極管，求出的光譜范圍要通過強(qiáng)度控制裝置13、15、17進(jìn)行調(diào)節(jié)。
如果在插裝工藝中要對多個同樣類型的基片連同同樣類型的標(biāo)記7進(jìn)行照明，然后進(jìn)行拍照，就需要首先在一個訓(xùn)練階段中只對一個同樣類型的標(biāo)記求出最佳照明調(diào)節(jié)值，將相應(yīng)的參數(shù)存儲，然后將這些參數(shù)用在與其他同樣類型的標(biāo)記7相關(guān)的最佳照明上。在本實(shí)施例中將這樣的工藝過程進(jìn)行自動化，在插裝工藝的一開始就將標(biāo)記裝置7的廢件標(biāo)記和有用標(biāo)記和基片5作成幾何形狀的結(jié)構(gòu)存儲，并在訓(xùn)練階段中對于各個照明單元12、14、16的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將相應(yīng)的圖像存儲，從中求出對比度，再從中求出最佳對比度，再用來求出最佳強(qiáng)度調(diào)節(jié)值。在圖2中業(yè)已示出，不同的照明單元12、14、16是從不同的方向?qū)?及其標(biāo)記7進(jìn)行照明。由于發(fā)光二極管的價格便宜，所以特別適合于作為照明單元12、14、16使用，其強(qiáng)度的調(diào)節(jié)也特別簡單?？梢再彽桨l(fā)射不同光譜色的發(fā)光二極管。另外，容易將發(fā)光二極管配置成矩陣，從而能夠?qū)崿F(xiàn)大面積的照明裝置8。
圖3所示是按照本發(fā)明的方法適合于作為對于裝在吸管3上的一個插裝頭1上的結(jié)構(gòu)元件19進(jìn)行照明之用，借以確認(rèn)結(jié)構(gòu)元件的位置。采用這樣的做法，結(jié)構(gòu)元件19的接頭在一般情況下可能會形成有用結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)元件19的本體可能會形成缺陷結(jié)構(gòu)。采用與所述的方法相似的方法，先將標(biāo)記7和基片5在訓(xùn)練階段中求出第一個結(jié)構(gòu)元件的最佳照明方式，然后再以此作為其他同類結(jié)構(gòu)元件19之用。
因此，按照本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠保證獲得對于用不同材料制成的結(jié)構(gòu)元件19、基片5和/或標(biāo)記7進(jìn)行最佳照明。
權(quán)利要求
1.在一個裝置中用于照明的調(diào)節(jié)方法，以對結(jié)構(gòu)元件(19)和/或基片(5)的位置進(jìn)行識別和/或?qū)|(zhì)量進(jìn)行控制，其中該裝置包括由照明單元(12，14，16)和分別裝設(shè)的照明控制裝置(13，15，17)構(gòu)成的一個照明裝置(8)以及一個所屬的相機(jī)(11)和附加連接的圖像求算單元(9)，后者至少分區(qū)拍攝結(jié)構(gòu)元件(19)和/或設(shè)在基片上的標(biāo)記的圖像；其中，照明單元(12，14，16)發(fā)射的光通過改變所設(shè)照明控制裝置(13，15，17)的參數(shù)，在其光譜范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到達(dá)到最佳照明為止；該結(jié)構(gòu)元件(19)和/或該標(biāo)記(7)經(jīng)過相機(jī)(11)拍攝之后，肯定能夠在圖像求算單元中加以識別。其特征在于在進(jìn)行插裝一組同樣類別的結(jié)構(gòu)元件(19)和/或識別一組同樣類別的標(biāo)記(7)之前，首先分別對每組中的第一個結(jié)構(gòu)元件(19)和/或第一個標(biāo)記(7)進(jìn)行照明；確定并存儲該照明控制裝置(13，15，17)對于第一個結(jié)構(gòu)元件(19)和/或該第一個標(biāo)記(7)的最佳照明參數(shù)；將所存的參數(shù)在對于各組中的其他結(jié)構(gòu)元件(19)和/或其他標(biāo)記(7)的照明中使用。
2.如權(quán)利要求1的照明調(diào)節(jié)方法，其特征在于每個照明單元(12，14，16)分別按照該照明單元(12，14，16)所屬波長發(fā)射一種窄頻帶光譜范圍以內(nèi)的光線，其中至少有兩個照明單元(12，14，16)中的波長各不相同，通過改變各自所屬的照明控制裝置(13，15，17)參數(shù)，分開調(diào)節(jié)每個照明單元(12，14，16)的強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求1或2之一的照明調(diào)節(jié)方法，其特征在于通過改變照明控制裝置(13，15，17)的參數(shù)，調(diào)節(jié)每個照明單元(12，14，16)發(fā)射光的波長。
4.如權(quán)利要求1、2或3之一的照明調(diào)節(jié)方法，其特征在于如下自動地達(dá)到最佳照明將結(jié)構(gòu)元件(19)和/或標(biāo)記(7)按照其幾何結(jié)構(gòu)劃分成干擾結(jié)構(gòu)和有用結(jié)構(gòu)，將干擾結(jié)構(gòu)和有用結(jié)構(gòu)存儲，通過改變參數(shù)，利用每個不同強(qiáng)度的照明單元(12，14，16)，將第一個結(jié)構(gòu)元件(19)和/或第一個標(biāo)記(7)拍攝成像，所求出的干擾結(jié)構(gòu)和有用結(jié)構(gòu)之間的對比度在圖像求算單元(9)中進(jìn)行存儲，根據(jù)求出的對比度結(jié)果，求出干擾結(jié)構(gòu)和有用結(jié)構(gòu)之間的最佳對比度，再根據(jù)最佳對比度求出于之相對應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)行存儲，以供各組中的其他結(jié)構(gòu)元件(19)和/或標(biāo)記(7)的照明之用。
5.如權(quán)利要求1至4之一的照明調(diào)節(jié)方法，其特征在于求出在一種光譜范圍中同屬一組的各種光線共用的波長，統(tǒng)一改變同屬一組照明單元(12，14，16)的強(qiáng)度。
全文摘要
在一個裝置中用于照明的調(diào)節(jié)方法和裝置,以對基片和/或有待在其上面插裝結(jié)構(gòu)元件的位置進(jìn)行識別和/或質(zhì)量控制。當(dāng)采用普通的方法時,利用照明裝置(8)對于結(jié)構(gòu)元件(19)和/或在基片上設(shè)置的標(biāo)記(7)進(jìn)行照明,利用相機(jī)(11)進(jìn)行拍照。由于基片(5)、結(jié)構(gòu)元件(19)、和標(biāo)記(7)的材質(zhì)不同,其光學(xué)性質(zhì)各不相同,在有用結(jié)構(gòu)和干擾結(jié)構(gòu)之間經(jīng)常出現(xiàn)對比度不足。通過采用由多個照明單元(12,14,16)構(gòu)成的照明裝置,各自在互不相同的光譜范圍內(nèi)發(fā)射光線,從而能夠分別對其強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié),達(dá)到利用可變光譜分布進(jìn)行照明的目的,通過這種辦法,就能保證在使用不同材料時的確能有足夠的對比度。在自動插裝機(jī)中使用的、對基片和/或結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行位置識別和/或質(zhì)量控制用的裝置。
文檔編號H05K13/08GK1275307SQ98810054
公開日2000年11月29日 申請日期1998年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月8日
發(fā)明者G·哈爾斯 申請人:西門子公司