專利名稱：用于具有一個模塊化的照明單元的可視化位置檢測(組件、基片)的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)傳感器裝置以及用于可視化目標(biāo)檢測，尤其是用于位置檢測和/或用于識別或用于檢查組件和/或基片的光學(xué)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借助所謂的裝備自動裝置實(shí)現(xiàn)的。此外組件由組件供給設(shè)備借助裝備頭傳輸?shù)接∷㈦娐钒迳系陌卜盼恢?。對于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(jī)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(dǎo)體片的這個或各個部件，這些部件尤其在組織和切割該片后繼續(xù)加工成完整的組件。
由于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(yīng)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(chǔ)。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(zhǔn)確，此外而且還十分快速地實(shí)現(xiàn)。這只能利用組件和/或基片的光學(xué)檢測來滿足。
一種這樣的光學(xué)檢測使得譬如識別有機(jī)械缺點(diǎn)的或損壞的組件成為可能，以至于裝備過程的誤差概率能顯著降低。此外借助光學(xué)檢測能準(zhǔn)確確定待裝備的組件和/或印刷電路板的位置，以至于能滿足裝備過程高準(zhǔn)確性的一個重要前提。
對于準(zhǔn)確的印刷電路板的位置識別譬如應(yīng)用作記號，在印刷電路板上涂上這些記號并由光學(xué)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(guān)于照射角，也就是說，關(guān)于角度、以該角度照明光出現(xiàn)在待檢測的目標(biāo)上，并且關(guān)于照明光的光譜分布適應(yīng)于當(dāng)時待檢測的目標(biāo)。出于所述原因發(fā)展具有照明系統(tǒng)的傳感器裝置，該裝置為多個不同的基片和/或組件創(chuàng)造對目標(biāo)的光學(xué)檢測盡可能合適的照明。
這樣譬如由US5469294已知一個照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(fā)光二極管(LED)又包含在寬光譜范圍里發(fā)射的白熾燈。裝設(shè)暗場照明(照明基本上平行于照相機(jī)的光軸來實(shí)現(xiàn))和亮場照明(照明基本上垂直于照相機(jī)的光軸來實(shí)現(xiàn))，以達(dá)到既對暗背景上的亮目標(biāo)又對亮背景上的暗目標(biāo)的改善的識別。
由WO99/20093已知一種照明設(shè)備，該設(shè)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范圍里發(fā)射光。所述照明單元能分別在其強(qiáng)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(yīng)用不同的目標(biāo)或記號時保證足夠的對比。
上述的照明系統(tǒng)有這樣的缺點(diǎn)，該系統(tǒng)基于其復(fù)雜性在制造中是昂貴的并在操作中，也就是說在各自要求的照明的調(diào)節(jié)中是很難實(shí)施的。上述照明裝置的另外一個缺點(diǎn)在于，該系統(tǒng)不適合于所有裝置或印刷電路板。因此在應(yīng)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(dá)到適應(yīng)特定應(yīng)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(zhǔn)而且除此以外總是與附加的成本和相應(yīng)裝備自動裝置的耐用度結(jié)合，以至于降低生產(chǎn)線的整體裝備效率。
本發(fā)明基于這樣的任務(wù)，完成用于可視化目標(biāo)檢測的一種光學(xué)傳感器裝置，該傳感器裝置簡單實(shí)施并適合于多個不同的待檢測的目標(biāo)。此外本發(fā)明的任務(wù)在于，完成光學(xué)傳感器裝置的各個部分的安排。
該任務(wù)由根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器裝置、由根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)基本模塊以及由根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)補(bǔ)充模塊來解決。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)知，借助一個模塊化建立的光學(xué)傳感器裝置對于幾乎所有應(yīng)用，也就是說，對于幾乎所有目標(biāo)，那些目標(biāo)在給印刷電路板自動裝備組件的范圍內(nèi)為了快速和精確裝備而檢測，能使用對檢測必要的適當(dāng)?shù)恼彰鳌?br> 根據(jù)如權(quán)利要求2所述的本發(fā)明的一種有利的實(shí)施方案光學(xué)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(fā)射的光的光譜分布和照射角能這樣形成，所有應(yīng)用的大部分，譬如所有在所述相互關(guān)系中可考慮的目標(biāo)的80％，是可檢測的。此外所述光學(xué)基本模塊能廉價制造并因此為裝備自動裝置的小的基本價格做貢獻(xiàn)。對于所述的應(yīng)檢測目標(biāo)的情況，該目標(biāo)單獨(dú)利用光學(xué)基本模塊是不可檢測的，能應(yīng)用一個光學(xué)補(bǔ)充模塊，該模塊使用對待檢測的目標(biāo)和各自背景專用的照明。這樣能提供譬如不同的光學(xué)補(bǔ)充模塊，所述補(bǔ)充模塊共同滿足所有特定應(yīng)用。以這種方式裝備自動裝置的使用者能在傳感器裝置的制造商處或在裝備自動裝置的制造商處購得對其特定應(yīng)用必要的光學(xué)補(bǔ)充模塊。
根據(jù)權(quán)利要求3和權(quán)利要求4所述的光學(xué)傳感器裝置有這樣的優(yōu)點(diǎn)，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(biāo)和背景的組合，在那些背景前布置待檢測的目標(biāo)，能利用適合于目標(biāo)可靠檢測的光來照明。指明，每個歸入光學(xué)基本模塊或光學(xué)補(bǔ)充模塊的照明單元能在多個不同的光譜范圍內(nèi)發(fā)射光。
根據(jù)如權(quán)利要求7所述的本發(fā)明的實(shí)施方案光學(xué)補(bǔ)充模塊是可機(jī)械固定在光學(xué)基本模塊上的。這有這樣的優(yōu)點(diǎn)，對于安裝光學(xué)補(bǔ)充模塊不必裝設(shè)自身的固定裝置而且此外光學(xué)補(bǔ)充模塊總是布置在相對光學(xué)基本模塊空間固定的位置中。
根據(jù)如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展方案光學(xué)補(bǔ)充模塊直接或間接通過一個接口與光學(xué)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(xué)補(bǔ)充模塊通過該接口聯(lián)系。該聯(lián)系能用作布置在光學(xué)補(bǔ)充模塊中的照明單元的供電。光學(xué)基本模塊與光學(xué)補(bǔ)充模塊之間通過接口耦合的另外一個優(yōu)點(diǎn)在于，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(xué)基本模塊又與光學(xué)補(bǔ)充模塊耦合。
根據(jù)權(quán)利要求10所述光學(xué)基本模塊與光學(xué)補(bǔ)充模塊之間的接口這樣形成，能根據(jù)通過接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)辨認(rèn)光學(xué)補(bǔ)充模塊或通過光學(xué)補(bǔ)充模塊的照明類型。因此，如果已知光學(xué)補(bǔ)充模塊的照明特性，那么光學(xué)傳感器裝置的校準(zhǔn)能借助通過接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)自動完成。
本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)和特征從下列的舉例說明中得出目前優(yōu)選的實(shí)施方案。


圖1示出一個模塊化建立的光學(xué)傳感器裝置100，該裝置具有一個光學(xué)基本模塊110和一個光學(xué)補(bǔ)充模塊120a。借助光學(xué)傳感器裝置100能檢測目標(biāo)，該目標(biāo)的待檢測的表面位于利用參考圖140表示的測量層。光學(xué)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(xué)系統(tǒng)112和一個CCD照相機(jī)111。成像光學(xué)系統(tǒng)112將待檢測的目標(biāo)(未示出)顯示在CCD照相機(jī)111上。指明，圖1中的成像光學(xué)系統(tǒng)112只是示意性地說明并也能含有諸如另外的透鏡、分光器和/或鏡子的多個光學(xué)元件。同樣指明，除了照明元件114光學(xué)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(biāo)(未示出)。
光學(xué)補(bǔ)充模塊120a具有照明元件121a，該照明元件121a根據(jù)此處說明的本發(fā)明的實(shí)施例以不同于照明元件114的角度照明布置在測量層140中的目標(biāo)(未示出)。此外由照明元件121a發(fā)射的光具有不同于由光學(xué)基本模塊110的照明元件114發(fā)射的光的光譜分布。在所述位置同樣指明，圖1中的光學(xué)補(bǔ)充模塊120a只是示意性地說明并能含有諸如附加的照明元件、成像光學(xué)系統(tǒng)、分光器和/或鏡子的其他的光學(xué)成分。根據(jù)此處說明的實(shí)施例光學(xué)補(bǔ)充模塊120a插在光學(xué)基本模塊110上。在插有光學(xué)補(bǔ)充模塊120a處通過接口131制造光學(xué)基本模塊110和光學(xué)補(bǔ)充模塊120a之間的聯(lián)系。該接口根據(jù)此處說明的實(shí)施例位于基板130上，在該基板130上既可固定光學(xué)基本模塊110又可固定光學(xué)補(bǔ)充模塊120a。
通過接口131根據(jù)此處說明的本發(fā)明的實(shí)施例傳輸數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)反映光學(xué)補(bǔ)充模塊120a的類型或照明類型的特征，該照明由光學(xué)補(bǔ)充模塊120a準(zhǔn)備提供。因此既借助光學(xué)基本模塊110又借助光學(xué)補(bǔ)充模塊120a通過一個未示出的中心控制單元確定該照明，并這樣生成既關(guān)于光譜分布又關(guān)于角度分布的對于各自應(yīng)用最優(yōu)的照明。
在圖2中示出了一個光學(xué)傳感器裝置100a，該裝置對圖1中示出的光學(xué)傳感器裝置100通過一個另外的光學(xué)補(bǔ)充模塊120b區(qū)別，那個另外的光學(xué)補(bǔ)充模塊同樣插在光學(xué)基本模塊110上。只要圖2的參考圖與圖1的參考圖一致，那么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(xué)補(bǔ)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(biāo)(未示出)。此外由光學(xué)補(bǔ)充模塊120b產(chǎn)生的照明對通過光學(xué)補(bǔ)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(biāo)之間的距離區(qū)別。
指明，圖2中的光學(xué)補(bǔ)充模塊120b只是示意性地說明并在照明元件121b以外能附加地具有其他的照明元件、成像光學(xué)系統(tǒng)、分光器或鏡子。
總而言之本發(fā)明完成一個具有光學(xué)基本模塊110和補(bǔ)充模塊120a的模塊化建立的光學(xué)傳感器裝置100。該光學(xué)補(bǔ)充模塊120a能布置在光學(xué)基本模塊上并能通過另外的光學(xué)補(bǔ)充模塊120b交換。光學(xué)補(bǔ)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(biāo)的類型而定選出關(guān)于照明光的照射角和光譜分布合適的補(bǔ)充模塊120a、120b。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例光學(xué)基本模塊110與光學(xué)補(bǔ)充模塊120a、120b通過接口131耦合，以至于各自所應(yīng)用的光學(xué)補(bǔ)充模塊120a、120b能由一個中心控制單元辨認(rèn)，并因此在更換光學(xué)補(bǔ)充模塊120a、120b時光學(xué)傳感器裝置100的校準(zhǔn)不再是必要的。
權(quán)利要求
1.光學(xué)傳感器裝置，用于可視化目標(biāo)檢測，尤其是用于位置確定和/或用于組件和/或基片的識別或測試，具有●一個光探測器，●一個成像光學(xué)系統(tǒng)，該成像光學(xué)系統(tǒng)將待檢測的目標(biāo)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，其特征在于，-光探測器和成像光學(xué)系統(tǒng)布置在光學(xué)基本模塊中，-第一照明單元布置在光學(xué)補(bǔ)充模塊中，-光學(xué)補(bǔ)充模塊在光學(xué)基本模塊上是可逆可安裝的。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器裝置，其中光學(xué)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(quán)利要求2所述的光學(xué)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(biāo)以不同于第一照明單元的角度來照明。
4.如權(quán)利要求2至3之一所述的光學(xué)傳感器裝置，其中第一照明單元在第一光譜范圍內(nèi)發(fā)射光而第二照明單元在第二光譜范圍內(nèi)發(fā)射光。
5.如權(quán)利要求2至4之一所述的光學(xué)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(fā)光二極管。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的光學(xué)傳感器裝置，其中光探測器是一個CCD照相機(jī)。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的光學(xué)傳感器裝置，其中光學(xué)補(bǔ)充模塊在光學(xué)基本模塊上是可機(jī)械固定的。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)傳感器裝置，其中光學(xué)補(bǔ)充模塊在光學(xué)基本模塊上是可插上的。
9.如權(quán)利要求1至8之一所述的光學(xué)傳感器裝置，其中光學(xué)補(bǔ)充模塊直接或間接通過一個接口與光學(xué)基本模塊是可耦合的。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)傳感器裝置，其中所述接口這樣形成，通過該接口數(shù)據(jù)是可傳輸?shù)?，那些?shù)據(jù)反映光學(xué)補(bǔ)充模塊和/或通過光學(xué)補(bǔ)充模塊的照明的類型的特征。
11.如權(quán)利要求1至10之一所述的在光學(xué)傳感器裝置中使用的光學(xué)基本模塊具有●一個接口，通過該接口光學(xué)基本模塊直接或間接與光學(xué)補(bǔ)充模塊是可耦合的。
12.如權(quán)利要求1至10之一所述的在光學(xué)傳感器裝置中使用的光學(xué)補(bǔ)充模塊具有●一個接口，通過該接口光學(xué)基本模塊直接或間接與光學(xué)補(bǔ)充模塊是可耦合的。
全文摘要
本發(fā)明完成一個具有一個光學(xué)基本模塊(110)和一個補(bǔ)充模塊(120a)的模塊化建立的光學(xué)傳感器裝置(100)。所述光學(xué)補(bǔ)充模塊(120a)能布置在光學(xué)基本模塊上并通過另外的光學(xué)補(bǔ)充模塊(120b)來交換。光學(xué)補(bǔ)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(biāo)的類型而定能選出關(guān)于照明光的照射角和光譜分布合適的補(bǔ)充模塊(120a、120b)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例光學(xué)基本模塊(110)與光學(xué)補(bǔ)充模塊(120a、120b)通過一個接口(131)耦合，以至于各自應(yīng)用的光學(xué)補(bǔ)充模塊(120a、120b)能由一個中心控制單元辨認(rèn)并因此在更換光學(xué)補(bǔ)充模塊(120a、120b)時光學(xué)傳感器裝置(100)的校準(zhǔn)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(yōu)先權(quán)日2001年12月18日
發(fā)明者W·米勒 申請人:西門子公司