用於具有一個模塊化的照明單元的可視化位置檢測(組件、基片)的傳感器的製作方法
2023-10-08 01:19:24 1
專利名稱：用於具有一個模塊化的照明單元的可視化位置檢測(組件、基片)的傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學傳感器裝置以及用於可視化目標檢測，尤其是用於位置檢測和/或用於識別或用於檢查組件和/或基片的光學傳感器裝置的各個部分。
給基片或印刷電路板自動配備組件如今通常是藉助所謂的裝備自動裝置實現的。此外組件由組件供給設備藉助裝備頭傳輸到印刷電路板上的安放位置。對於概念組件在下面理解為所有能裝備的元件，尤其是電子組件、電磁組件、插頭和電氣與機械接通的插塞連接以及屏蔽板。此外能裝備的元件譬如是半導體片的這個或各個部件，這些部件尤其在組織和切割該片後繼續加工成完整的組件。
由於尤其在近幾年增長的組件小型化正確的裝備過程以既對待裝備的組件又對應將該組件安放在上面的印刷電路板的精確位置測量為基礎。此外為了滿足高裝備效率的附加要求，裝備過程必須不僅準確，此外而且還十分快速地實現。這只能利用組件和/或基片的光學檢測來滿足。
一種這樣的光學檢測使得譬如識別有機械缺點的或損壞的組件成為可能，以至於裝備過程的誤差概率能顯著降低。此外藉助光學檢測能準確確定待裝備的組件和/或印刷電路板的位置，以至於能滿足裝備過程高準確性的一個重要前提。
對於準確的印刷電路板的位置識別譬如應用作記號，在印刷電路板上塗上這些記號並由光學傳感器裝置檢測該記號。視印刷電路板的材料而定用作記號的是譬如在相對暗的背景上用亮記號或在相對亮的背景上用暗的記號。
但是正確的檢測組件和/或基片也要求照明，該照明關於照射角，也就是說，關於角度、以該角度照明光出現在待檢測的目標上，並且關於照明光的光譜分布適應於當時待檢測的目標。出於所述原因發展具有照明系統的傳感器裝置，該裝置為多個不同的基片和/或組件創造對目標的光學檢測儘可能合適的照明。
這樣譬如由US5469294已知一個照明系統，該系統具有一個或多個光源、不透光的屏障和鏡子。所述光源既包含發光二極體(LED)又包含在寬光譜範圍裡發射的白熾燈。裝設暗場照明(照明基本上平行於照相機的光軸來實現)和亮場照明(照明基本上垂直於照相機的光軸來實現)，以達到既對暗背景上的亮目標又對亮背景上的暗目標的改善的識別。
由WO99/20093已知一種照明設備，該設備具有多個照明單元，這些照明單元分別在相互不同的光譜範圍裡發射光。所述照明單元能分別在其強度上變化。由此獲得具有可變光譜分布的照明，通過該照明在對不同的亮背景應用不同的目標或記號時保證足夠的對比。
上述的照明系統有這樣的缺點，該系統基於其複雜性在製造中是昂貴的並在操作中，也就是說在各自要求的照明的調節中是很難實施的。上述照明裝置的另外一個缺點在於，該系統不適合於所有裝置或印刷電路板。因此在應用其他的所述照明裝置不合適的印刷電路板和/或組件時必須相反地改建裝備自動裝置，達到適應特定應用情況的照明。這樣的改建通常要求一種照明裝置的新的校準而且除此以外總是與附加的成本和相應裝備自動裝置的耐用度結合，以至於降低生產線的整體裝備效率。
本發明基於這樣的任務，完成用於可視化目標檢測的一種光學傳感器裝置，該傳感器裝置簡單實施並適合於多個不同的待檢測的目標。此外本發明的任務在於，完成光學傳感器裝置的各個部分的安排。
該任務由根據權利要求1所述的光學傳感器裝置、由根據權利要求11所述的光學基本模塊以及由根據權利要求12所述的光學補充模塊來解決。
本發明基於這樣的認知，藉助一個模塊化建立的光學傳感器裝置對於幾乎所有應用，也就是說，對於幾乎所有目標，那些目標在給印刷電路板自動裝備組件的範圍內為了快速和精確裝備而檢測，能使用對檢測必要的適當的照明。
根據如權利要求2所述的本發明的一種有利的實施方案光學基本模塊附加地具有一個第二照明單元。由所述第二照明單元發射的光的光譜分布和照射角能這樣形成，所有應用的大部分，譬如所有在所述相互關係中可考慮的目標的80％，是可檢測的。此外所述光學基本模塊能廉價製造並因此為裝備自動裝置的小的基本價格做貢獻。對於所述的應檢測目標的情況，該目標單獨利用光學基本模塊是不可檢測的，能應用一個光學補充模塊，該模塊使用對待檢測的目標和各自背景專用的照明。這樣能提供譬如不同的光學補充模塊，所述補充模塊共同滿足所有特定應用。以這種方式裝備自動裝置的使用者能在傳感器裝置的製造商處或在裝備自動裝置的製造商處購得對其特定應用必要的光學補充模塊。
根據權利要求3和權利要求4所述的光學傳感器裝置有這樣的優點，通過選擇不同的照射角或不同的光譜分布所有可能的待檢測的目標和背景的組合，在那些背景前布置待檢測的目標，能利用適合於目標可靠檢測的光來照明。指明，每個歸入光學基本模塊或光學補充模塊的照明單元能在多個不同的光譜範圍內發射光。
根據如權利要求7所述的本發明的實施方案光學補充模塊是可機械固定在光學基本模塊上的。這有這樣的優點，對於安裝光學補充模塊不必裝設自身的固定裝置而且此外光學補充模塊總是布置在相對光學基本模塊空間固定的位置中。
根據如權利要求9所述的本發明的優選的擴展方案光學補充模塊直接或間接通過一個接口與光學基本模塊是可耦合的。該接口能以有利的方式這樣形成，光學補充模塊通過該接口聯繫。該聯繫能用作布置在光學補充模塊中的照明單元的供電。光學基本模塊與光學補充模塊之間通過接口耦合的另外一個優點在於，照明特性，也就是說，照射角和照明的光譜分布，能集中由一個控制單元確定，該控制單元通過所述接口既與光學基本模塊又與光學補充模塊耦合。
根據權利要求10所述光學基本模塊與光學補充模塊之間的接口這樣形成，能根據通過接口傳輸的數據辨認光學補充模塊或通過光學補充模塊的照明類型。因此，如果已知光學補充模塊的照明特性，那麼光學傳感器裝置的校準能藉助通過接口傳輸的數據自動完成。
本發明的其他的優點和特徵從下列的舉例說明中得出目前優選的實施方案。
圖1示出一個模塊化建立的光學傳感器裝置100，該裝置具有一個光學基本模塊110和一個光學補充模塊120a。藉助光學傳感器裝置100能檢測目標，該目標的待檢測的表面位於利用參考圖140表示的測量層。光學基本模塊110具有照明元件114、一個包含譬如一個透鏡113的成像光學系統112和一個CCD照相機111。成像光學系統112將待檢測的目標(未示出)顯示在CCD照相機111上。指明，圖1中的成像光學系統112隻是示意性地說明並也能含有諸如另外的透鏡、分光器和/或鏡子的多個光學元件。同樣指明，除了照明元件114光學基本模塊也能具有其他的照明元件，這些元件直接或間接照明布置在測量層140中的目標(未示出)。
光學補充模塊120a具有照明元件121a，該照明元件121a根據此處說明的本發明的實施例以不同於照明元件114的角度照明布置在測量層140中的目標(未示出)。此外由照明元件121a發射的光具有不同於由光學基本模塊110的照明元件114發射的光的光譜分布。在所述位置同樣指明，圖1中的光學補充模塊120a只是示意性地說明並能含有諸如附加的照明元件、成像光學系統、分光器和/或鏡子的其他的光學成分。根據此處說明的實施例光學補充模塊120a插在光學基本模塊110上。在插有光學補充模塊120a處通過接口131製造光學基本模塊110和光學補充模塊120a之間的聯繫。該接口根據此處說明的實施例位於基板130上，在該基板130上既可固定光學基本模塊110又可固定光學補充模塊120a。
通過接口131根據此處說明的本發明的實施例傳輸數據，該數據反映光學補充模塊120a的類型或照明類型的特徵，該照明由光學補充模塊120a準備提供。因此既藉助光學基本模塊110又藉助光學補充模塊120a通過一個未示出的中心控制單元確定該照明，並這樣生成既關於光譜分布又關於角度分布的對於各自應用最優的照明。
在圖2中示出了一個光學傳感器裝置100a，該裝置對圖1中示出的光學傳感器裝置100通過一個另外的光學補充模塊120b區別，那個另外的光學補充模塊同樣插在光學基本模塊110上。只要圖2的參考圖與圖1的參考圖一致，那麼該參考圖分別提到單個成分，該那些成分既在傳感器裝置100a中又在傳感器裝置100中相同地存在。
光學補充模塊120b具有照明元件121b，該元件照明布置在測量層140中的目標(未示出)。此外由光學補充模塊120b產生的照明對通過光學補充模塊120a的照明通過一個另外的照射角、通過照明的一個另外的光譜分布和通過照明元件121a和待檢測的目標之間的距離區別。
指明，圖2中的光學補充模塊120b只是示意性地說明並在照明元件121b以外能附加地具有其他的照明元件、成像光學系統、分光器或鏡子。
總而言之本發明完成一個具有光學基本模塊110和補充模塊120a的模塊化建立的光學傳感器裝置100。該光學補充模塊120a能布置在光學基本模塊上並能通過另外的光學補充模塊120b交換。光學補充模塊120a、120b以不同的照明特性而出眾。以這種方式能視待檢測的目標的類型而定選出關於照明光的照射角和光譜分布合適的補充模塊120a、120b。根據本發明的一個實施例光學基本模塊110與光學補充模塊120a、120b通過接口131耦合，以至於各自所應用的光學補充模塊120a、120b能由一個中心控制單元辨認，並因此在更換光學補充模塊120a、120b時光學傳感器裝置100的校準不再是必要的。
權利要求
1.光學傳感器裝置，用於可視化目標檢測，尤其是用於位置確定和/或用於組件和/或基片的識別或測試，具有●一個光探測器，●一個成像光學系統，該成像光學系統將待檢測的目標的測量域顯示在光探測器上，及●一個第一照明單元，該單元照明所述測量域，其特徵在於，-光探測器和成像光學系統布置在光學基本模塊中，-第一照明單元布置在光學補充模塊中，-光學補充模塊在光學基本模塊上是可逆可安裝的。
2.如權利要求1所述的光學傳感器裝置，其中光學基本模塊附加地具有一個第二照明單元，該單元照明所述測量域。
3.如權利要求2所述的光學傳感器裝置，其中第一和第二照明單元這樣形成，第二照明單元的待檢測的目標以不同於第一照明單元的角度來照明。
4.如權利要求2至3之一所述的光學傳感器裝置，其中第一照明單元在第一光譜範圍內發射光而第二照明單元在第二光譜範圍內發射光。
5.如權利要求2至4之一所述的光學傳感器裝置，其中第一照明單元和/或第二照明單元至少具有一個發光二極體。
6.如權利要求1至5之一所述的光學傳感器裝置，其中光探測器是一個CCD照相機。
7.如權利要求1至6之一所述的光學傳感器裝置，其中光學補充模塊在光學基本模塊上是可機械固定的。
8.如權利要求7所述的光學傳感器裝置，其中光學補充模塊在光學基本模塊上是可插上的。
9.如權利要求1至8之一所述的光學傳感器裝置，其中光學補充模塊直接或間接通過一個接口與光學基本模塊是可耦合的。
10.如權利要求9所述的光學傳感器裝置，其中所述接口這樣形成，通過該接口數據是可傳輸的，那些數據反映光學補充模塊和/或通過光學補充模塊的照明的類型的特徵。
11.如權利要求1至10之一所述的在光學傳感器裝置中使用的光學基本模塊具有●一個接口，通過該接口光學基本模塊直接或間接與光學補充模塊是可耦合的。
12.如權利要求1至10之一所述的在光學傳感器裝置中使用的光學補充模塊具有●一個接口，通過該接口光學基本模塊直接或間接與光學補充模塊是可耦合的。
全文摘要
本發明完成一個具有一個光學基本模塊(110)和一個補充模塊(120a)的模塊化建立的光學傳感器裝置(100)。所述光學補充模塊(120a)能布置在光學基本模塊上並通過另外的光學補充模塊(120b)來交換。光學補充模塊(120a、120b)以不同的照明特性出眾。以這種方式視待檢測的目標的類型而定能選出關於照明光的照射角和光譜分布合適的補充模塊(120a、120b)。根據本發明的實施例光學基本模塊(110)與光學補充模塊(120a、120b)通過一個接口(131)耦合，以至於各自應用的光學補充模塊(120a、120b)能由一個中心控制單元辨認並因此在更換光學補充模塊(120a、120b)時光學傳感器裝置(100)的校準不再是必要的。
文檔編號H05K13/08GK1643336SQ02825282
公開日2005年7月20日 申請日期2002年12月13日 優先權日2001年12月18日
發明者W·米勒 申請人:西門子公司