用於檢驗工件的裝置的製作方法

2023-07-26 22:10:31 2

專利名稱：用於檢驗工件的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於檢驗工件尤其是電路板的裝置，該裝置包括夾在測量頭中的檢 驗工具，該測量頭可相對於工件在工件平面中移動，該裝置還包括用於控制該測量 頭的光學觀察裝置。
背景技術：
在電路板或其它電子元件的製造中，常常需要測試焊接接頭的質量。例如，這 涉及通過在連接線下方引入構造成小鉤子的工具然後藉助鉤子撕開連接線來檢驗 微處理器與板上相應點的接觸。測量需要用來撕開連接線的力，該力是焊接接頭質 量的量度。因為待檢驗的工件和工具根據定義是非常小的，所以必須高精度地控制 移動，這因此是很難的。類似地，還可以用非破壞性的方式檢驗工件。已知稱為粘合力測試儀的裝置，可用該裝置來實施上述檢驗。在該過程中，將 工具設置在測量頭上，從而工具能夠相對於工件移動以能實施相應的測量。操作者 通過附連至裝置的顯微鏡來觀察工件和工具，由該操作者實施控制。這種操作是高 度技巧性的且易於出錯，因為測量的精度基本上取決於工具是否已引入相應導線連 接下方的正確位置。此外，檢驗是費時的，且因此成本較高。迄今，還不可以對於與工具有關的測量頭提供有效的自動控制，因為工具的尖 端相對於測量頭的相對位置會經受微小的變化，因此無法用所需的精度進行限定。 一方面，這些變化是由於工具必須通過力測量裝置連接至測量頭，因此不可避免地 產生一定的遊隙跳動。此外，工具相對於其尺寸來說是高度負載的，會在測量過程 中變得稍稍變形，這會進一步伴有不確定因素和公差。德國專利DE 199 15 052 A披露了一種用於檢查三維表面結構的光學檢驗裝 置。照相機或光學傳感器通過標定記號來進行標定，例如可獲得用於光學傳感器分 辨率的特徵變量。但無法獲得關於工具位置的信息。發明內容本發明的目的是開發上述的裝置以使測量過程能自動實施，其中，位置精度的 增加使得測量變得更加可靠，同時能更加迅速和節省成本地進行測量。本發明的另一目的是披露一種能可靠地、迅速地且節省成本地檢驗工件的方法。根據本發明，這些目的是通過以下來實現的光學觀察裝置具體為照相機，該 照相機附連至測量頭且具有基本垂直於工件平面的光學軸線，並且設有確定機械偏 移的標定裝置，該機械偏移是工具離照相機的光學軸線的距離。本發明的基本之處在於，測量頭的移動是由照相機來控制的，該照相機指向工 件且可建立測量頭相對於工件的精確位置。與現有技術的根本差別是，在這種情況 下，照相機無需觀察工具與工件的配合過程，而是只要用來定位。這是至關重要的， 因為只有照相機具有相對較小的象角和因此較高的解析度，才能實現高精度，所以 照相機的設計條件可避免直接觀察工具。通過在測量之前進行標定、即用標定裝置 檢測工具的位置，工具的尖端相對於測量頭的位置有容差，由於上述的不精確性、 公差和塑性變形，該位置會隨時間稍稍變化。因為工具的尖端相對於照相機的精確 相對位置是已知的，所以一旦實施了標定過程，測量頭即可因此移動以實現與工具 的可靠配合。上文中或下文中都參照可相對移動的測量頭，這包括兩種情況工件固定且測 量頭可移動的情況，以及測量頭固定且工件因此可移動的情況。在這種情況下，以 本身已知的方式呈坐標工作檯的形式來實施移動，該移動例如在繪圖機中繪製。提出了對於標定裝置的多個尤其較佳的變型。第一變型在這種情況下用以下方 式實施，標定裝置具體為另一照相機，該另一照相機可相對於測量頭移動，且可且 可定向成工具和測量頭的參考點可由該另一照相機來檢測。在標定過程中，測量 頭在這種情況下移動成工具進入該另一照相機的檢測範圍。通過檢測附連至測量 頭的參考點，則可建立工件相對於照相機的位置。例如，參考點可附連至照相機的 鏡頭或鏡頭自身被檢測為參考點。原則上，該另一照相機可以適當地實施以同時檢 測工具和參考點從而確定距離或相對位置。然而，依次實施檢測是尤其較佳的，在 測量頭移動之前使工具的尖端首先與該另一照相機的光學軸線對準，從而參考點也 位於該另一照相機的光學軸線中。確定測量頭的行進路徑能確定精確的相對位置。顯然，還可首先定位參考點，接著定位工具的尖端。另一標定裝置是由稜鏡形成的，該稜鏡設置在鄰近工件的合適位置。稜鏡在這 種情況下具體為照相機的光學軸線偏轉180° ，從而所述照相機指向工具的尖端。 稜鏡的已知尺寸和光學性質則允許推斷出照相機與工具的尖端之間的相對位置。本發明的另一尤其有利變型的特點在於，標定裝置具體為用於工件的承座中的 開口，工具可以引入該開口，並且照相機能光學地檢測該開口。標定過程在這種情 況下具體為由於測量頭的相應移動，將工具的尖端引入標定開口，因此能精確地 確定測量頭的位置。如同在上文所述的方法中，這可以同時實施， 一旦己引入工具， 照相機就檢測另外的參考點，就可知道參考點相對於標定開口的位置，可從中精確 地確定機械偏移，或者一旦工具的尖端已引入標定開口，就以較佳的方式實施測量 頭的相應移動，從而使標定開口自身進入檢測範圍。假如工具具有具體為用於控制 引入標定開口的移動的測量裝置，則可以實現尤其精確的標定。在這點上，標定開 口的錐形實施例也是有利的。在根據本發明的裝置的尤其有利的變型中，使工具具體為鉤子，該鉤子通過拉 力檢測裝置固定至測量頭。拉力檢測裝置在這種情況下發出信號，該信號表示用以 破壞待檢驗的連接需要的力。尤其較佳的是，工件平面在裝置的使用位置是基本水平的，且工具設置在測量 頭中以能夠垂直移動。此外，尤其有利的是，工具設置成能相對於測量頭轉動。這使得不管相應接觸 的定向如何都能實施檢驗過程。考慮到裝置的自動性，尤其有利的是，裝置裝備有用於自動移動工具的圖像識 別裝置。這尤其能確定電子元件(該電子元件的接觸是待檢驗的)的外部形狀以確 保可靠控制。此外，本發明設計一種用於檢驗工件的方法，包括以下步驟 -夾緊工件；-在相對於該工件安裝的測量頭上設置工具；-由光學觀察裝置引導而將該工具引導至工件的待檢驗點；-在工件的待檢驗點上實施測量。根據本發明，該方法的特點在於工具由照相機來引導，該照相機可與工具一起相對於工件一起移動，並且該照相機相對於工具的位置由標定裝置來檢測。這種 方法比使用已知裝置實施的已知方法更加迅速、更加精確、更加可靠和更加節省成 本。


下面將參照附圖中示出的示例性實施例來更詳細地描述本發明，在附圖中 圖1是根據本發明的裝置的第一變型的示意側視圖；以及 圖2和圖3是其它變型的相應於圖1的示意圖。
具體實施方式
來自圖1的裝置包括用於工件6的承座1，在該承座1上實施測量且該承座1 設置在工件平面6a中。呈鉤子形式的工具3通過拉力檢測裝置4懸掛在測量頭2 中。此外，照相機5的檢測範圍用附圖標記11來表示，該照相機5固定至測量頭 2。機械偏移d定義成照相機5的軸線5a離工具3的距離。在承座5中固定另一照 相機7，該照相機7具有向上指向的檢測錐12，可以將工具3和參考點15引入該 檢測錐12中，這些參考點15附連至照相機5並因此附連至測量頭2。現在可以用以下方式實施標定過程在藉助參考點15使照相機5的軸線5a 與軸線7a對準之前，測量頭2的移動首先引起工具3向另一照相機7的光學軸線 7a定向。這意味著，對於使另一照相機7的軸線7a向工具3定向的情況，確定兩 根軸線5a、 7a之間的光學偏移s。在這種情況下，機械偏移d和光學偏移s對應， 因此允許精確地確定工具3和照相機5的光學軸線5a之間的相對位置。接著，用 以下方式移動測量頭2:檢測工具6，並藉助圖像識別軟體來識別和選擇各測量點。 由於機械偏移d的精確獲知，工具3現在可以向相應點精確地移動。當實施該方法 時，可以在一次標定之後實施多次測量過程，只要假設機械偏移d將保持不變即可。 假如在特定次數的測量過程之後或者甚至在一次測量過程之後機械偏移d出現不 能容許的變化，則在相應次數的測量過程之後必須重複標定，或者在極端的情況下 在每次單獨測量過程之前都必須實施標定。在圖2的變型中，由於照相機5指向光學稜鏡8，該光學稜鏡8使照相機5的 光束11偏轉並在11a處指向工具3的尖端，所以可實施標定。在圖3的變型中，由於測量頭在標定過程中移動以使工具3能下降進入標定開口9，所以可實施標定。諸如拉力檢測裝置4中的應變儀之類的傳感器可用來實現 標定開口 9的軸線9a與設置工具3於其中的軸線3a的精確對應。在這種情況下， 由於照相機5確定另外參考點14的位置，而參考點14相對於標定開口 9的相對位 置是已知的，所以就可確定機械偏移d。然而， 一旦已將工具3引入標定開口 9， 同樣還可實施測量頭2的進一步移位，以使照相機5的軸線5a與標定開口 9的軸 線9a對準。在這種情況下，另外的參考點14就不是必需的了。根據本發明的裝置能迅速地、可靠地且精確地實施測量方法。各測量值用誤差 編碼記錄下來，且用最小值、最大值和標準偏差Cpk等進行統計學上的估計。還 可用非破壞性的測試來替換破壞性的測試，在非破壞性的測試中，用來測試各粘合 力的力是受限制的。測試過程完全自動地進行，且用軟體記錄下來。此外，根據本 發明的裝置是非常緊湊的設計、符合人體工程學且操作起來非常簡單。
權利要求
1.用於檢驗工件(6)、尤其是電路板的裝置，所述裝置包括工具(3)，所述工具可與所述工件(6)機械配合併夾在測量頭(2)中，所述測量頭相對於所述工件(6)在工件平面中可移動，所述裝置還包括用於控制所述測量頭(2)的光學觀察裝置，其特徵在於，所述光學觀察裝置具體為照相機(5)，所述照相機附連至所述測量頭(2)且具有基本垂直於所述工件平面(6a)的光學軸線(5a)，並且設有確定機械偏移(d)的標定裝置，所述機械偏移是所述工具(3)離所述照相機(5)的所述光學軸線(5a)的距離。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述標定裝置具體為另一照相機 (7)，所述另一照相機相對於所述測量頭(2)可移動，且以這樣一種方式可定向，即所述工具(3)和所述測量頭(2)的參考點(15)可由所述另一照相機(7) 來檢測。
3. 如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述另一照相機(7)的光學軸線 (7a)平行於作為所述光學觀察裝置的所述照相機(5)的所述光學軸線(5a)而定向。
4. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述標定裝置具體為光學稜鏡(8)， 所述照相機(5)通過所述光學稜鏡能觀察所述工具(3)。
5. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述標定裝置具體為用於工件(6) 的承座(1)中的標定開口 (9)，所述工具(3)可以引入所述標定開口 (9)，並且 所述照相機(5)能光學地檢測所述標定開口 (9)。
6. 如權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述工具(3)具有測量裝置(4)， 所述測量裝置具體為用於控制引入所述標定開口 (9)的移動。
7. 如權利要求5或權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述標定開口 (9) 具體為錐形地向上延伸。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述工具(3)具體 為鉤子，所述鉤子通過拉力檢測裝置(4)固定至所述測量頭(2)。
9. 如權利要求1至8中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述工件平面(6a) 在所述裝置的使用位置是基本水平的，並且所述工具(3)設置在所述測量頭(2)中以能夠垂直移動。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述工具(3)設 置成能相對於所述測量頭(2)轉動。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述裝置裝備有 基於圖像識別裝置的控制器，以用於自動移動所述工具(3)。
12. 用於檢驗工件(6)的方法，包括以下步驟 -夾緊工件(6);-在相對於所述工件(6)安裝的測量頭(2)上設置工具(3);-由光學觀察裝置引導而將所述工具(3)引導至所述工件(6)的待檢驗點；-在所述工件(6)的待檢驗點上實施測量；其特徵在於，所述工具(3)由照相機(5)進行引導，所述照相機可與所述工 具(3) —起相對於所述工件(6)可移動，並且所述照相機(5)相對於所述工具 (3)的位置由標定裝置(7、 8、 9)進行檢測。
13. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，在每次測量之前都實施標定。
14. 如權利要求12或權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述工具(3) 是可轉動地安裝的，並且在所述工具(3)相對於基本垂直於所述工件平面(6a) 的軸線的各個角度位置實施所述標定。
15. 如權利要求12至14中任一項所述的方法，其特徵在於，通過另一照相機 (7)實施所述標定，所述另一照相機指向所述工具(3)且指向所述測量頭(2)的參考點(15)。
16. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述照相機(5)同時指向所述 工具(3)和所述參考點(15)。
17. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述照相機(5)依次指向所述 工具(3)和所述參考點(15)，或反之亦然。
18. 如權利要求12至14中任一項所述的方法，其特徵在於，通過稜鏡(8) 實施所述標定，所述照相機(5)指向所述稜鏡以檢測所述工具(3)。
19. 如權利要求12至14中任一項所述的方法，其特徵在於，通過標定開口 (9) 來實施所述標定，將所述工具(3)引入所述標定開口且所述標定開口由所述照相 機(5)檢測。
20. 如權利要求19所述的方法，其特徵在於，在將所述工具(3)引入所述標 定開口 (9)的過程中，所述照相機(5)指向另一參考點(15)，所述另一參考點 設置在相對於所述標定開口 (9)的預定位置。
21. 如權利要求19所述的方法，其特徵在於， 一旦所述工具(3)已引入所述 標定開口 (9)，所述照相機(5)就向所述標定開口定向。
22. 如權利要求12至21中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助圖像識別方 法自動實施所述測量過程。
全文摘要
本發明涉及一種用於檢驗工件(6)尤其是電路板的裝置，該裝置包括檢驗工具，該檢驗工具夾在測量頭(2)中，該測量頭可相對於工件(6)在工件平面中移動，該裝置還包括用於控制測量頭(2)的光學觀察裝置。該光學觀察裝置具體為照相機(5)，該照相機安裝至測量頭(2)且具有光學軸線(5a)，從而可以實施簡單、迅速和可靠的測量。所述軸線基本上垂直於工件平面(6a)，並且設有確定機械偏移(d)的標定裝置，該機械偏移是工具(3)離照相機(5)的光學軸線(5a)的距離。本發明還涉及一種可用上述裝置實施的方法。
文檔編號H05K13/08GK101283637SQ200680037049
公開日2008年10月8日 申請日期2006年8月16日 優先權日2005年8月16日
發明者G·斯託丁格, M·克瑞特施姆, M·施米德鮑爾 申請人:明達私人資產股份有限公司