藉助於圖像處理系統測量和檢查對象的方法

2023-08-07 15:41:16

專利名稱：藉助於圖像處理系統測量和檢查對象的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於藉助於圖像處理系統測量和檢查對象、特別是自動裝配機中
電子元件的方法，其中為待測量和檢查的對象生成幾何模型。該對象具有不同的特徵組 (例如在電子元件中的角、稜、引線、標誌、定心銷等)，隨後其由各自的幾何模型描述。然 而，特徵組具有不同的特性並因此具有不同的測量要求。
背景技術：
在為元件載體(例如印製電路板)裝配元件時使用所謂的自動裝配機。在此，通 常由元件供給裝置在確定的拾取位置處提供元件和從那裡由裝配頭拾取元件。裝配頭可借 助於定位系統在工作區域內部自由地定位。在拾取後，由裝配頭將元件傳送至裝配位置且 在預定的插裝位置處放置在待裝配的元件載體上，該插裝位置由相應的電連接面來限定。
由於電子元件越來越微型化，精確的裝配過程只有通過對由裝配頭所撿取的對象 或者說元件的精確的測量和檢查才可以實現。在此，對象或者說元件具有特徵或者說特徵 組(例如角、稜、元件引線、定心銷、標誌等)，由該特徵或者說特徵組來給出關於元件的類 型和地點或者說位置的說明。 為了在自動裝配機中進行對象、特別是元件的測量和檢查通常使用圖像處理系 統。在此，為了進行測量和檢查，由裝配頭所拾取的對象或者說電子元件由裝置頭或由相應 的保持裝置相對於圖像處理系統的照相機(例如元件照相機)這樣定位，即要測量和檢查 的對象處在照相機的可視範圍中。真正的測量和檢查-和因此也包括對象或者說元件以及 其位置的識別_隨後藉助於圖像處理過程由圖像處理系統實現。 對於精確的和可靠的_也就是很少出現故障情況的_在自動裝配機中的元件的識 別和測量來說所常用的是，在所謂的幾何模型中詳細地來描述對象、例如電子元件的幾何 形狀。隨後，由圖像處理系統將這種幾何模型應用於識別、測量和檢查元件，以測定例如在 多個單獨的步驟或拍攝圖像中的特徵組(例如角、稜、引腳、引線球、定心銷等)的相對位置 且由此確保了安全的和精確的裝配過程。 然而單獨的特徵組(例如角、稜、引腳、引線球、定心銷等)具有對於由圖像處理 系統進行測量和檢查的不同的特性和要求。所以例如定心銷通常僅很少從元件本體突出， 由此其相對位置難以測定。因此，定心銷例如很難適用於元件的粗略位置的確定。另一方 面，雖然例如引腳或引線列的相對位置進而元件的粗略位置可簡單地確定，但是這種特徵 組_特別是由於其公差_不適用於元件的精確的位置確定。 因此迄今為止所嘗試的是，通過幾何模型這樣來描述對象或者說元件的幾何形 狀，即元件可通過在自動裝配機中預定的過程良好地得到處理。文獻EP 1282350Bl公開 了一種在測量和檢查時需要考慮到元件的特徵組的不同特性的方式。在此，為特徵組、例 如角、稜、引腳/引線球、引線列、定心銷等分配關於用於位置確定的權重(Gewicht皿g)的 標誌。所以例如在元件的引腳中，為縱向方向上的相對位置分配比橫向方向上的相對位置 更小的權重，這是因為例如縱向方向上的引腳的公差更大。然而在此已經證明為不利是，
3即關於權重的標誌進而對於位置確定的調節僅受到各自的特徵組的約束。因此特別不可 能的是，在自動裝配機中實現用於元件的測量和檢查的過程或由圖像處理系統進行位置確 定_例如測量的連續性的過程、測量的並行執行等。

發明內容
所以本發明的目的在於提出一種方法，通過該方法能夠以靈活的方式實現用於對 象的測量和檢查的複雜的過程。 該目的通過開頭所述類型的方法來實現，其中除了對象的幾何模型之外，還限定 測量過程。在此，測量過程包括至少兩個測量步驟且每個測量步驟至少涉及要測量和要檢 查的對象的一個拍攝圖像和對象的至少一個特徵組。 根據本發明所提出的方法的主要方面在於，除了對象(例如電子元件)的幾何模
型之外，還限定測量過程，通過該測量過程可以以簡單和靈活的方式限定複雜的過程(例
如測量的連續性的或並行的執行等)以用於測量_例如特徵組的相對位置_。 選擇性地，除了測量過程的測量步驟之外，也可涉及至少一個之前的測量步驟的
至少一個結果，因此通過測量過程也可將之前的測量步驟的結果一併考慮到對象的經確定
的特徵組(例如電子元件的定心銷)的測量和檢查中。在此，當為測量過程的每個測量步
驟確定了以何種方式可將對象或者說元件的特徵組的測量和檢查與至少一個之前的測量
步驟的至少一個結果組合在一起時，則在此這是有利的。由此，例如可以更快速地找出難以
找到的特徵組，例如定心銷的位置，該定心銷例如僅略微從元件的表面突出，或者例如可以
更快速地識別出要測量的元件。 當在測量過程的測量步驟中測量和檢查了對象的至少一個特徵組(例如引腳、引 線列等)時，則這是有利的。隨後這個測量步驟的結果可以以理想的方式應用在測量過程 的至少一個後續的測量步驟中。因此例如可以首先測量引腳或引線列，它的例如在圖像處 理系統的拍攝圖像中的位置可以容易地測得。隨後在另一個測量步驟中例如使用引腳或引 線列的所測得的位置，以便以簡單和快速的方式確定例如在元件上的定心銷的位置。
在此，根據本發明的方法的一個有效的改進方案提出，測量過程作為特別的數據 模型存儲並且與對象的幾何模型分開管理。由此可確定用於對象的測量和檢查的主要的復 雜過程和可以例如基於用戶要求來快速地實施測量過程的調整。此外也存在這種可能性， 即確定例如是用戶定製的或用於特殊元件的特殊的過程。 當對象的特徵組的權重在測量過程中存儲時，則這是有利的，這是因為以這種方 式可以實施簡單的變動或調整。當將幾何尺寸、角、稜、單個的引線和/或引線列的數量和 /或位置、定心銷的位置和/或所謂的插腳標誌的位置應用作為對象的待測量的特徵組時， 則在此這是有利的。 適宜地，對於不同類型的圖像處理系統或傳感器(例如照相機、行掃描相機、掃描儀 等)存儲和應用不同的、適用於各自的圖像處理系統的測量過程。由此可以使根據本發明的 方法快速和靈活地適合於各自的自動裝配機的現實條件或適合於所應用的圖像處理系統。


以下示例性地根據附圖1來說明本發明，在附圖中示意性地示出了用於測量和檢
4查對象、特別是自動裝配機中電子元件的方法的過程。
具體實施例方式
圖1示例性地和示意性地示出了用於電子元件BE的幾何模型MOD,該模型在第一 步驟1中生成並由圖像處理系統在自動裝配機中例如用於對象的識別、測量等。由幾何模 型MOD按照示例性的特徵組MG1，MG2和MG3來描述電子元件BE，其中由幾何模型MOD可描 述元件BE的部分區域或整個元件BE。在此，特徵組MG1， MG2， MG3例如包括元件特徵和/ 或該元件特徵的相對位置，例如引腳、引線列AR1，AR2、元件引線球、元件BE的角和/或稜、 定心銷ZS等。 在圖1中，在幾何模型MOD中根據引線列AR1，AR2和定心銷ZS或它們的相對位置 而描述了示例性的元件BE。在此，特徵組MG1和MG2包括元件BE的各自的引線列AR1和 AR2或它們的位置。特徵組MG3描述了定心銷ZS或它的位置和數量。自然地，幾何模型MOD 可包括多於所舉例的特徵組MG1， MG2， MG3，以便詳細描述元件BE以用於測量和檢查。
在第二步驟2中，除了幾何模型MOD之外，還限定測量過程MA，在該過程中確定至 少兩個或更多的測量步驟MS1，MS2。在此，測量過程MA作為與幾何模型MOD分開的數據模 型存儲和管理。在測量過程MA中或者說通過測量步驟MS1，MS2而可考慮特徵組MG1，MG2， MG3的不同的特性和測量要求。所以例如引線列AR1， AR2與僅很少地從元件BE的本體光 學地突出的定心銷ZS相比可以更容易地藉助於圖像處理系統來識別。這同樣也可以是必 需的，即對於確定的特徵組MG1 ， MG2， MG3 (例如標誌)的測量必須使用不同的照度值和從而 對於該特徵組MG1， MG2， MG3必須生成多個拍攝圖像BA1， BA2。甚至存在這種可能性，即在 自動裝配機中限定多個測量過程以用於例如不同的圖像處理系統。 在第三步驟3a和3b中，對於每個測量步驟MS1，MS2產生對於元件BE的幾何模型 MOD的至少一個特徵組MG1， MG2， MG3的基準。 在另一第四步驟4a，4b中，在元件BE的至少一個拍攝圖像BA1，BA2或一個特徵組 MG1， MG2， MG3與測量過程的一個或多個測量步驟MS1， MS2之間產生基準。在此，拍攝圖像 BA1， BA2示例性地利用圖像處理系統的照相機或掃描儀生成。在此，也可將多個拍攝圖像 BA1， BA2分配給測量步驟MS1， MS2，該拍攝圖像對於元件BE的測量和檢查或對於確定的特 徵組MG1， MG2， MG3是必需的。 另外選擇性地存在這種可能性，即在第五步驟5中確定，由測量步驟MS1，MS2應用 至少一個之前的測量步驟MS1， MS2的至少一個結果ERG1， ERG2，以便在第六步驟6中獲得 結果ERG1， ERG2。 在當前的根據圖1的示意性的實施例中，在測量過程MA的第一測量步驟MS1與特 徵組MGl和MG2之間的第三步驟3a的第一部分中產生基準，由該特徵組描述了元件的引線 列AR1和AR2或其相對位置。在第三步驟3b的第二部分中在測量過程MA的第二測量步驟 MS2與特徵組MG3之間產生基準，由該特徵組描述了定心銷ZS或其位置。
隨後在第四步驟4a，4b中，將元件BE的相應的第一拍攝圖像BA1分配給第一測量 步驟MS1和將相應的第二拍攝圖像BA2分配給第二測量步驟MS2，該拍攝圖像分別對於元 件BE的測量和檢查是必需的。附加地，在第二測量步驟MS2中利用這種選擇性的可能性， 即在第五步驟5中分配結果ERG1-例如根據特徵組MG1，MG2或根據引線列AR1，AR2和第一拍攝圖像BA1所測得的元件BE的大概位置_。 因此可以在測量過程MA進行時首先在第一測量步驟MS1中確定例如引線列ARl， AR2的相對位置和因此可以基於第一拍攝圖像BA1而確定元件BE的大概位置(例如在一個 保持裝置處)。隨後，這個大概位置作為第一測量步驟MS1的結果ERGl例如由第二測量步 驟MS2基於第二拍攝圖像BA2而應用於尋找或確定描述了定心銷ZS的特徵組MG3的相對 位置。隨後，例如定心銷ZS的相對位置保存為測量步驟MS2的結果ERG2。
測量過程自然地可包括多於這兩個示例性的測量步驟MS1，MS2。在每個測量步驟 MS1，MS2中可以以簡單的方式確定，特徵組MG1，MG2，MG3、拍攝圖像BA1，BA1和必要時也有 結果ERG1， ERG2是如何組合在一起的。在此，拍攝圖像BA1， BA2和/或必要時也有測量步 驟MS1， MS2的結果ERG1， ERG2可以由一個或多個測量步驟MS1， MS2使用。測量步驟MS1， MS2也可具有用於元件BE的測量的一個或多個特徵組MG1， MG2， MG3的基準。
權利要求
一種用於藉助於圖像處理系統測量和檢查對象(BE)、特別是自動裝配機中電子元件的方法，其中為待測量的對象(BE)生成幾何模型(MOD)(1)，由所述模型以特徵組(MG1，MG2，MG3)的形式來描述所述對象(BE)，其特徵在於，除了所述對象(BE)的所述幾何模型(MOD)之外，限定測量過程(MA)(2)，其中，所述測量過程(MA)包括至少兩個測量步驟(MS1，MS2)並且每個測量步驟(MS1，MS2)至少涉及所述對象(BE)的一個拍攝圖像(BA1，BA2)和所述對象(BE)的至少一個特徵組(MG1，MG2，MG3)(3a，3b，4，5)。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，為所述測量過程(MA)的至少一個測量步 驟(MS1， MS2)限定，以何種方式將所述對象(BE)的特徵組(MG1， MG2， MG3)的測量與至少 一個之前的測量步驟(MSI)的至少一個結果(ERG1)結合在一起(5)。
3. 根據權利要求1至2中任一項所述的方法，其特徵在於，在所述測量過程(MA)的第 一測量步驟(MSI)中測量對象(BE)的至少一個特徵組(MG1， MG2)，以及隨後在所述測量 過程(MA)的至少一個後續的測量步驟(MS2)中應用所述第一測量步驟(MSI)的所述結果 (ERG1) (5)。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，所述測量過程(MA)作為特 別的數據模型存儲並且與所述對象(BE)的所述幾何模型(MOD)分開管理。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述對象(BE)的所述特徵 組(MG1，MG2，MG3)的權重在所述測量過程(MA)中存儲(2)。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，將幾何尺寸、角、稜、單個的 引線和/或引線列(AR1，AR2)的數量和/或位置、定心銷(ZS)的位置和/或所謂的插腳標 志的位置應用作為對象(BE)的待測量的特徵組(MG1，MG2，MG3) (1)。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，對於不同類型的圖像處理系 統存儲和應用不同的、適用於各自的圖像處理系統的測量過程(MA) (2)。
全文摘要
藉助圖像處理系統測量和檢查對象、特別是自動裝配機中電子元件的方法。為待測量的對象生成幾何模型，通過該模型，對象的外部表現形式藉助特徵組、例如角、稜、引線或引線列、插頭、定心銷的數量和/或位置等描述。除了幾何模型外，限定測量過程，其中該測量過程包括至少兩個測量步驟。每個測量步驟涉及對象的至少一個拍攝圖像和對象的至少一個特徵組。可選地，測量過程的一個測量步驟也可涉及至少一個之前的測量步驟的至少一個結果。因為對象的測量和檢查過程通過測量過程進而與幾何模型分開描述，所以能以簡單方式限定複雜的測量過程，由該過程在必要時也可訪問之前的測量步驟的結果。由此在測量對象、特別是元件時可快速和靈活地適應新的要求。
文檔編號H05K13/08GK101711105SQ200910008798
公開日2010年5月19日 申請日期2009年9月4日 優先權日2008年9月4日
發明者託馬斯·施內肯布格爾 申請人:西門子電子集成系統有限責任兩合公司