專利名稱：應(yīng)用不同的呈現(xiàn)角度評(píng)估器件的表面結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)地評(píng)估電子器件的三維表面結(jié)構(gòu)的方法。 本發(fā)明尤其涉及一種測(cè)量電子器件的器件引線的共面性的方法，該 方法可以直4妻在部4牛的裝配過(guò)禾呈之前在自動(dòng)裝配才幾內(nèi)才丸4亍。此外， 本發(fā)明還涉及一種光學(xué)傳感器裝置以及一種自動(dòng)裝配才幾，該光學(xué)傳 感器裝置被設(shè)置成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)地評(píng)估電子器件的三維 表面結(jié)構(gòu)的方法。此外，本發(fā)明涉及一種可由計(jì)算機(jī)讀取的存儲(chǔ)介 質(zhì)以及一種程序單元，它們包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的、光學(xué)地評(píng) 估電子器件的三維表面結(jié)構(gòu)的方法的指令。
背景技術(shù)：
為了適應(yīng)在可表面裝配的器件(外裝器件，『Surface mounted Devices』SMD)的裝配工藝的可靠性方面不斷提高的要求，人們直 接在裝配過(guò)程之前逐漸提高對(duì)高極性的部件的共面性的檢測(cè)。這樣 的檢測(cè)必須可以在非常短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行，從而盡可能少地對(duì)裝配效 率產(chǎn)生影響。確定的SMD器件，例如所謂的小外形封裝(SOPs) 或者四方扁平去于裝(QFPs)的共面性可以例如^皮確定，其中通過(guò)光 學(xué)傳感器裝置來(lái)測(cè)量該共面性，該光學(xué)傳感器裝置以三角測(cè)量遠(yuǎn)離 為基礎(chǔ)。尤其是所謂的激光三角測(cè)量傳感器適合于對(duì)電子器件進(jìn)行 精確的三維測(cè)量。在激光三角測(cè)量傳感器時(shí)，由待測(cè)量的物體的角 度看，激光源和光線探測(cè)器以確定的角度(三角測(cè)量角度)相互設(shè)置。光線探測(cè)器測(cè)量例如激光源在待測(cè)量的器件的引線上的漫反 射。然后，以這種方式掃描的物體點(diǎn)^立的不同的高度^f立置導(dǎo)致在光 線探測(cè)器中接收到的光線反射的側(cè)向的位移。由EP 1 089 607 A2公開(kāi)了一種用于測(cè)量電子器件的引線的共 面性的裝置。在此，在器件引線的方向上發(fā)射激光束。然后，在器 件？ 1線上散射的光線由光敏傳感器接收并分析。在實(shí)踐中表明，由不同的原理對(duì)電子器件進(jìn)4亍的三維測(cè)量可以 導(dǎo)致不利的結(jié)果。這種類(lèi)型的錯(cuò)誤測(cè)量的原因可以例如是，由于在 待測(cè)量的器件表面上的缺陷處的原因而造成的反射不清晰。此外， 待測(cè)量的器件表面處于掃描的激光束的聚焦區(qū)域之外，/人而使待測(cè) 量的表面由擴(kuò)散的激光束照射。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，在對(duì)電子器件的三維表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估時(shí)改 善識(shí)別可靠性。本發(fā)明通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的實(shí)施例 在乂人屬^又利要求中描述。通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求1描述了 一種光學(xué)地評(píng)估電子器件的三維表 面結(jié)構(gòu)的方法，該方法尤其適于測(cè)量器件引線的共面性。描述的方 法具有以下步驟(a)在電子器件的方向上發(fā)出由光源產(chǎn)生的照射 光線；通過(guò)在器件和照射光線之間的相對(duì)移動(dòng)來(lái)掃描電子器件，其 中，以第一角度來(lái)照射器件，并且其中，測(cè)量光線被^接收，該測(cè)量 光線由器件至少部分地回散射到光線探測(cè)器上；以及，(c)通過(guò)在 器件和照射光線之間的再一次的相對(duì)移動(dòng)來(lái)再一次掃描電子器件， 其中，以第二角度來(lái)照射器件，并且該第二角度與第一角度不同，并且其中，測(cè)量光線;陂再一次接收，該測(cè)量光線由器件至少部分地 回散射到光線探測(cè)器上。所描述的方法基于這樣的i人識(shí)，即例如在測(cè)量有缺陷時(shí)(該有 缺陷的測(cè)量或者導(dǎo)致對(duì)測(cè)量的電子器件的表面結(jié)構(gòu)的不# 'J的結(jié)果 或者導(dǎo)致不清晰的結(jié)果)，以另外的呈現(xiàn)角度對(duì)器件進(jìn)行再一次掃 描在許多情況中導(dǎo)致有利的三維表面測(cè)量。同時(shí)，呈現(xiàn)角度的變化 可以才艮據(jù)預(yù)先"i殳定的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在進(jìn)行器件識(shí)別時(shí)超過(guò)或者低于預(yù)設(shè)的質(zhì)量值或者當(dāng)器件 測(cè)量沒(méi)有與預(yù)設(shè)的器件描述達(dá)成一致時(shí)，那么對(duì)器件的再一次掃描 例如也可以是必須的。同時(shí)，器件測(cè)量可以包括對(duì)器件進(jìn)4亍完全測(cè) 量或者僅僅對(duì)器件進(jìn)行部分測(cè)量。利用部分測(cè)量典型地僅僅測(cè)定一 個(gè)確定的部,殳，例如具有一個(gè)或者多個(gè)選擇的器件引線觸點(diǎn)的部 段。此外，當(dāng)先前對(duì)器件引線進(jìn)行的器件掃描導(dǎo)致一個(gè)共面性值， 而該值處于預(yù)設(shè)的容差范圍之外時(shí)，那么對(duì)器件的再一次掃描例如 也可以是必須的。在該種情況中，經(jīng)?？梢栽趯?shí)際需要廢棄相關(guān)的 器件之前再一次對(duì)想象的不合格的共面性進(jìn)行檢測(cè)，并且在對(duì)器件 進(jìn)行另外的掃描還得出不可容忍的共面性值時(shí)才廢棄那個(gè)器件。所描述的方法具有優(yōu)點(diǎn)，即通過(guò)重復(fù)掃描可以才及大地改善數(shù)據(jù) 質(zhì)量。通過(guò)該方式，考慮到可靠的器件測(cè)量的方面，為接收到的測(cè) 量光線信號(hào)的接下來(lái)的凄t據(jù)評(píng)估或者圖4象處理創(chuàng)造一及大改善的輸 出條件。三維表面結(jié)構(gòu)評(píng)估以已知的三角測(cè)量原理為基礎(chǔ)。同時(shí)，以第 一角度來(lái)照射待測(cè)量的物體并且以不同的第二角度來(lái)觀察。取決于 各個(gè)表面點(diǎn)位的高度位置，相應(yīng)的光線反射呈現(xiàn)在不同的位置的光線探測(cè)器上。在照射光束和測(cè)量光束之間的角度被稱為三角測(cè)量角 度。這確定了三維測(cè)量的高度分辨率。照射光線可以例如由激光器發(fā)射，從而能夠以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn) 照射光束的特別小的聚焦直徑進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)表面測(cè)量的高的局部 分辨率。在利用至少近似于點(diǎn)狀照射光斑進(jìn)行掃描的情況中，可以 有利地將一維行掃描探測(cè)器作為光線探測(cè)器來(lái)使用。該探測(cè)器可以 這樣地指向，即由在不同的位置上的分別被掃描的器件表面的不同 的高度位置的光線反射被投影到行掃描傳感器上。因此，在所應(yīng)用 的傳感器裝置(該傳感器裝置包括激光源、行掃描傳感器和用于待 測(cè)量的器件的保持裝置)的幾何結(jié)構(gòu)的知識(shí)時(shí)，通過(guò)簡(jiǎn)單地評(píng)估光 線反射在纟笨測(cè)器4亍上的位置可以直4妄確定出剛剛#皮掃描的表面點(diǎn) 位的高度位置。為此應(yīng)該指出，為了4吏光反射呈現(xiàn)在4笨測(cè)器上，當(dāng)然可以應(yīng)用 合適的成像光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選地匹配于各自的圖像比例。所描述的方法允許以特別可靠的方式來(lái)^r測(cè)器件引線的共面 性。同時(shí)，例如可以測(cè)定器件的多個(gè)引線的相應(yīng)的4妄觸面是否處于 同一個(gè)平面中。如果是，那么所有的器件接口在一次成功的裝配過(guò) 程之后處于印刷電路板平面中，并且可以例如可靠地在焊接過(guò)程中 接觸。器件引線例如可以被設(shè)計(jì)成金屬絲或者設(shè)計(jì)為金屬接觸點(diǎn)或 者接觸球。器件引線的相應(yīng)的接觸面可以例如^皮設(shè)置用于接觸在器 件載體(例如印刷電路板)上的器件。才艮據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該方法附加地具有對(duì) 電子器件的S走轉(zhuǎn)，其中，該;旋轉(zhuǎn)在掃描之后或者在再一次掃描之前 執(zhí)行。同時(shí)，該旋轉(zhuǎn)優(yōu)選地通過(guò)器件保持裝置實(shí)現(xiàn)，該器件保持裝置 可以以已知的方式安裝在自動(dòng)裝配機(jī)的裝配頭上，并且該器件保持 裝置被設(shè)置用于尤其通過(guò)氣動(dòng)吸附來(lái)臨時(shí)地吸納待裝配的器件。為此，器件^f呆持裝置可以以已知的方式圍繞其^v軸^:轉(zhuǎn)。在該種情況 中，在再一次掃描的范圍內(nèi)，以變化的呈現(xiàn)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的測(cè) 量。在此，該呈現(xiàn)角度不依賴于在器件和照射光線之間的相對(duì)移動(dòng) 方向。在此應(yīng)該指出，另外的呈現(xiàn)角度也可以由此來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在固定 指向的器件時(shí)，照射方向纟皮改變。這可以例如通過(guò)激活第二光源來(lái) 實(shí)現(xiàn)，該第二光源可以是激光二才及管。根據(jù)權(quán)利要求3的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，電子器件被旋轉(zhuǎn) 180度的角度。這意味著，即參考待測(cè)量的器件的表面法線，沿著 第 一 角度的照射光線的光路對(duì)稱于沿著第二角度的照射光線的光 路。另一種表達(dá)方式是，假如由保持裝置吸附的器件在第一次掃描 過(guò)程中由器件的角度看被從下左側(cè)照射，那么器件在第二次掃描期 間由器件的角度看就會(huì)被從下右側(cè)照射。因此，在再一次掃描的過(guò) 程中由另一個(gè)方向照射器件，從而使在總體上對(duì)于成功地測(cè)量器件 的概率特別高。根據(jù)權(quán)利要求4，照射光線參考電子器件的表面法線以傾斜的 角度入射到器件上。這具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即以傾斜的角度照射待測(cè)量 的器件，從而可以以簡(jiǎn)單的方式通過(guò)相應(yīng)地布置光線纟笨測(cè)器來(lái)避免 直接的光反射并進(jìn)而避免對(duì)光線探測(cè)器的非預(yù)期的過(guò)度照射。鑒于表面結(jié)構(gòu)的測(cè)量，通過(guò)傾斜的照射獲得某種不對(duì)稱性。這 意p未著，在第一次掃描移動(dòng)期間"J又由一個(gè)確定的方向?qū)?降測(cè)量的 器件進(jìn)4于照射，乂人而不能可靠地通過(guò)第一掃描移動(dòng)單獨(dú)地測(cè)定4寺測(cè) 量的器件的一些表面隆起。然而，在該種情況中第二次掃描移動(dòng)(在該掃描移動(dòng)時(shí)以另外的角度將照射光線呈現(xiàn)給待測(cè)量的器件)提供 良好的機(jī)會(huì)，該第二次掃描移動(dòng)正確地測(cè)量在之前沒(méi)有或者未明確 識(shí)別的表面隆起。根據(jù)權(quán)利要求5，參考器件的表面法線，如照射光線入射到器件表面一樣，測(cè)量光線離開(kāi)在相同一側(cè)的器件表面。這可以以簡(jiǎn)單 的方式這樣地實(shí)現(xiàn)，即照射光線的光源和用于測(cè)量光線的光纟笨測(cè)器 一皮i殳置在所述的表面法線的一個(gè)側(cè)面上。同時(shí)，光源和光纟笨測(cè)器可以相關(guān)于表面法線例如這樣地i殳置在一個(gè)側(cè)面上，即通過(guò)激光器和 表面法線構(gòu)成的"入射面，，以及通過(guò)4聶〗象才幾和表面法線構(gòu)成的"出 射面，，彼此形成一個(gè)角度，該角度小于或者等于90°。為了進(jìn)一步 減少在攝像機(jī)中的反射的概率，也可以將該角度選擇為小于或者等 于45。。通過(guò)將激光器和攝像機(jī)設(shè)置在所述的表面法線的一個(gè)側(cè)面來(lái) 避免這樣的危險(xiǎn)，即被反射的激光光線的鏡面反射由器件引線的接 觸區(qū)域反射到攝像機(jī)中。這種說(shuō)法至少適合于所有通用的器件引線 類(lèi)型。這樣的器件引線在接觸面的區(qū)域中例如可以是扁平的，例如 像在所謂的"翼型引線焊點(diǎn)"時(shí)。但是，接觸面也可以波浪形地設(shè) 計(jì)。尤其是，器件引線可以基本上具有球形或者球形區(qū)域(例如半 球形或者四分之一球形)的形狀，從而使接觸區(qū)域具有球形片段的 形狀。這例如出現(xiàn)在所謂的球柵陣列的情況中。在此應(yīng)該指出，當(dāng)表面僅僅具有球形片段表面的形狀時(shí)，那么 在本描述內(nèi)談及球形表面。為此，詞匯"球形的"不僅嚴(yán)格地意味 著幾4可上的3求形而且也意p未著類(lèi)似3求形的形狀(例如橢圓形的形 狀)。根據(jù)權(quán)利要求6,由攝像機(jī)攝取的測(cè)量光線基本上平行于電子 器件的表面法線離開(kāi)器件表面。這具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即光線探測(cè)器可以這樣地設(shè)置在用于三維測(cè)量器件的整個(gè)光學(xué)傳感器裝置的內(nèi)部， 即測(cè)量光線的光路精確地垂直于待測(cè)量的器件的參考面。優(yōu)選的 是，該參考面由不同的器件引線的平面限定。根據(jù)權(quán)利要求7，用于評(píng)估電子器件的三維表面結(jié)構(gòu)的方法附 加地具有以下步驟(a)使用多個(gè)測(cè)量光線信號(hào)來(lái)評(píng)估器件的表面 結(jié)構(gòu)，這些測(cè)量光線信號(hào)由光線探測(cè)器在接收測(cè)量光線時(shí)產(chǎn)生，和 /或(b)使用多個(gè)測(cè)量光線信號(hào)來(lái)再一次評(píng)估器件的表面結(jié)構(gòu)，這 些測(cè)量光線信號(hào)由光線探測(cè)器在再一次接收測(cè)量光線時(shí)產(chǎn)生。根據(jù)權(quán)利要求8的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，如果評(píng)估沒(méi)有產(chǎn)生 明確的結(jié)果，那么在器件和光源或者光線:深測(cè)器之間的3巨離就會(huì)改 變。這具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即在第一次掃描移動(dòng)的過(guò)程中獲得的測(cè)量結(jié) 果(該測(cè)量結(jié)果對(duì)于可靠地測(cè)量器件是不足夠的)可以至少用于在 光學(xué)傳感器裝置內(nèi)對(duì)器件的高度位置進(jìn)行粗略的猜測(cè)。器件的高度 ^立置或者呈J見(jiàn)面的變4匕方向可以例如至少由 一些正確識(shí)別的器4牛 表面結(jié)構(gòu)得出，盡管在相應(yīng)地獲取的測(cè)量結(jié)果內(nèi)出現(xiàn)錯(cuò)誤的測(cè)量， ^f旦可以i口、別出i玄表面結(jié)才勾。根據(jù)權(quán)利要求9,該方法附加地具有以下步驟，即通過(guò)在另外 的器件和照射光線之間的相對(duì)移動(dòng)來(lái)對(duì)另外的電子器件進(jìn)行掃描。 同時(shí)，在掃描之前，在另外的器件和光源或者光線探測(cè)器之間的距 離基于距離信息來(lái)優(yōu)化，在對(duì)之前的器件的表面結(jié)構(gòu)的評(píng)估和/或再 一次評(píng)估范圍內(nèi)獲取該距離信息。這意味著，即基于高度或者距離信息(這些信息在之前對(duì)各個(gè) 測(cè)量的器件側(cè)面的測(cè)量中獲取)，接下來(lái)待測(cè)量的另外的器件的呈 現(xiàn)平面可以通過(guò)合適的學(xué)習(xí)算法來(lái)匹配或者優(yōu)4b。當(dāng)在一個(gè)循環(huán)轉(zhuǎn) 換之后測(cè)量另外的器件(該另外的器件與之前的器件循環(huán)相比具有 另外的大約中等的器件高度)時(shí)，這尤其具有優(yōu)點(diǎn)。在該種情況中，通常待測(cè)量的器件相關(guān)于器件保持裝置或者相關(guān)于相應(yīng)的裝配頭 處于不同的高度位置，從而使器件的待測(cè)量的引線首先位于照射光 線的聚焦區(qū)域之外。因此，在這種類(lèi)型的循環(huán)轉(zhuǎn)」換時(shí)可以以完美的 以及有效率的方式基于合適的學(xué)習(xí)算法來(lái)追蹤另外的器件的呈現(xiàn) 平面，從而在很少的裝配過(guò)程(這些裝配過(guò)程分別包括對(duì)器件的測(cè) 量)之后可以再次對(duì)在照射光線的聚焦平面附近的器件S1線進(jìn)行掃 描。因此能夠以特別高的精度來(lái)測(cè)量器件引線的共面性。根據(jù)權(quán)利要求10,該方法還附加地具有以下步驟，即通過(guò)在另 外的器件和照射光線之間的相對(duì)移動(dòng)來(lái)對(duì)另外的電子器件進(jìn)行掃 描。同時(shí)，在進(jìn)行掃描之前基于一個(gè)關(guān)于合適的呈現(xiàn)角度的信息來(lái) 旋轉(zhuǎn)另外的器件。在對(duì)先前的器件的表面結(jié)構(gòu)的評(píng)估和/或再一次評(píng) 估的范圍內(nèi)獲取該信息。聯(lián)系到上下文，概念"呈現(xiàn)角度"被理解為一個(gè)角度，照射光 線的光學(xué)軸線與坐沖示系統(tǒng)的選才奪的方向構(gòu)成該角度，該坐標(biāo)系統(tǒng)與 待測(cè)量的器件聯(lián)合。所選擇的方向可以例如通過(guò)待測(cè)量的器件的邊 緣來(lái)定義。這意味著，即在學(xué)習(xí)算法的范圍內(nèi)，關(guān)于待測(cè)量的器件的合適 的呈現(xiàn)角度的信息(這些信息在前述的測(cè)量以及也許必要的修正時(shí) 獲得呈現(xiàn)角度)用于接下來(lái)的器件。當(dāng)待測(cè)量的器件不具有正方形 的而是具有長(zhǎng)方形的殼體形狀時(shí)，對(duì)相關(guān)于照射光線的光路的待測(cè) 量器件的合適的呈現(xiàn)角度的這種類(lèi)型的學(xué)習(xí)尤其可以產(chǎn)生較快速和精確的測(cè)量結(jié)果。這種類(lèi)型的殼體例如是所謂的小外形(SO)殼體，該殼體在其另一個(gè)較長(zhǎng)的外側(cè)面具有器件引線。同時(shí)，在兩個(gè) 長(zhǎng)的外側(cè)面上安裝的器件引線在其數(shù)量和/或形狀方面可以是相同 的或者不同的。通過(guò)有效地優(yōu)化呈現(xiàn)角度可以以有利的方式消除不 希望的干擾反射或者至少降低其強(qiáng)度。在此應(yīng)該指出，也可以在以變化的呈現(xiàn)角度進(jìn)行再一次掃描之 前通過(guò)合適的模擬來(lái)檢查，是否通過(guò)呈現(xiàn)角度的計(jì)劃的變化完全可 以預(yù)期地獲得改善的測(cè)量結(jié)果。這可以根據(jù)合適的比較度量標(biāo)準(zhǔn)(Vergleichmetrik )來(lái)實(shí)現(xiàn)。比較度量標(biāo)準(zhǔn)可以包括諸如正確測(cè)量 的器件引線的數(shù)量和/或參數(shù)的質(zhì)量值，該質(zhì)量值描述成功的器件測(cè) 量的數(shù)量。然后，通過(guò)這種類(lèi)型的比較度量標(biāo)準(zhǔn)的合適的分析可以 相應(yīng)地匹配器件的呈現(xiàn)角度。根據(jù)權(quán)利要求ll,照射光線是沿著一個(gè)方向擴(kuò)張的光線，從而 一個(gè)光線行投射到電子器件的一個(gè)側(cè)面上。在該種情況中，表面探 測(cè)器被作為光線探測(cè)器使用。照射光線(光線)沿著一個(gè)方向的一維擴(kuò)張可以以特別有利的 方式這樣地實(shí)現(xiàn)，即具有很小分散的光束，例如激光束對(duì)準(zhǔn)圓柱形 透鏡。因此，在器件的待測(cè)量的表面上產(chǎn)生線形的照射條帶。該設(shè)計(jì)方案具有 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即為了掃描器件引線的意義重大的 接觸面僅僅需要一維的移動(dòng)。由此降低了記錄用于確定器件引線的 位置的凄t據(jù)的費(fèi)用和時(shí)間。例如，矩陣攝像機(jī)或者平面攝像機(jī)被設(shè)置為光線傳感器或者光 敏的傳感器。為了有效地接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，在器件和照射光線之間的 相對(duì)移動(dòng)可以垂直于光線行的縱向擴(kuò)張來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此，通過(guò)簡(jiǎn)單的 一維移動(dòng)即可測(cè)量器件的平面的區(qū)域。根據(jù)權(quán)利要求12，掃描和/或再一次掃描通過(guò)器件相對(duì)于照射 光線的光^各的移動(dòng)來(lái)實(shí)^見(jiàn)。該移動(dòng)伊二選的是具有例如200 m/s的速 度的線性移動(dòng)。為了獲得高度的數(shù)據(jù)傳輸率，具有盡可能多的測(cè)量 光線信號(hào)的該移動(dòng)應(yīng)該^皮測(cè)定。在實(shí)踐中，當(dāng)4聶^f象才幾作為光線4果測(cè)器使用，該攝像機(jī)可以每秒攝錄10.000個(gè)圖像時(shí)，這被證明是有利的。在此，應(yīng)該指出，在掃描移動(dòng)中的器件的移動(dòng)方向不必強(qiáng)制性 地與在再一次掃描移動(dòng)中的器件的移動(dòng)方向相同。優(yōu)選的是，這兩 個(gè)移動(dòng)方向〗皮此不平4于地指向，,人而在器件的簡(jiǎn)單的返回移動(dòng)器件 實(shí)現(xiàn)再一次掃描。利用權(quán)利要求13描述了一種用于光學(xué)地測(cè)量電子器件的三維 表面結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置尤其適合于測(cè)量器件引線的共面性。所描 述的裝置具有(a)光源，設(shè)置用于在電子器件的方向上發(fā)射照射 光線；(b)光線探測(cè)器，設(shè)置用于接收測(cè)量光線，該測(cè)量光線由器 件至少部分地回散射；以及(c)處理器。該處理器被這樣地設(shè)置， 即該處理器可^U于上述的用于光學(xué)地測(cè)量電子器件的三維表面結(jié) 構(gòu)的方法。才艮據(jù)權(quán)利要求14的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該裝置附加地具有 一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置被設(shè)置用于旋轉(zhuǎn)電子器件。由此，上述 的方法例如也利用或者在自給自足的機(jī)器中執(zhí)行，該機(jī)器例如可以 設(shè)置在生產(chǎn)線中，用于質(zhì)量控制的目的。利用權(quán)利要求15描述了一種用于為印刷電路板裝配電子器件 的自動(dòng)裝配才幾。該自動(dòng)裝配才幾具有上述類(lèi)型的用于光學(xué)地評(píng)估電子 器件的三維表面結(jié)構(gòu)的裝置。在4又利要求16中才是出了一種可由計(jì)算才幾讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，在程序。當(dāng)該程序由處理器執(zhí)行時(shí)，可以執(zhí)行上述的用于光學(xué)地評(píng)估 電子器件的三維表面結(jié)構(gòu)的方法。在權(quán)利要求17中提出了一種用于光學(xué)地評(píng)估電子器件的三維表面結(jié)構(gòu)的程序單元。當(dāng)程序由處理器扭J亍時(shí)，可以4丸4亍上述的用 于光學(xué)地評(píng)估電子器件的三維表面結(jié)構(gòu)的方法。


本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征由接下來(lái)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的示例性的 描述得出。在此，僅示意性地并未按照比例尺地示出本申請(qǐng)的各個(gè)圖示。圖la示出了利用扇狀放射的照射光束對(duì)電子器件的引線進(jìn)行 的掃描和通過(guò)攝像機(jī)對(duì)返回的散射的測(cè)量光線的攝取。圖lb示出了二維測(cè)量信號(hào)，在器件和照射光束之間的相對(duì)位 置確定的情況下，對(duì)在圖la中示出的器件的引線球進(jìn)行測(cè)量時(shí)， 由攝像機(jī)接收該二維測(cè)量信號(hào)。圖2示出了用于光學(xué)地測(cè)量電子器件的三維表面結(jié)構(gòu)的流程 圖，其中，在測(cè)量錯(cuò)誤的情況中，以另外的呈現(xiàn)角度再一次對(duì)器件進(jìn)行測(cè)量。
具體實(shí)施方式
圖la示出了光學(xué)傳感器裝置100,利用該傳感器裝置可以在三 維中測(cè)定電子器件110的表面結(jié)構(gòu)。光學(xué)傳感器裝置100以已知的 三角測(cè)量原理為基礎(chǔ)。同時(shí)，由光源101發(fā)射的照射光線102對(duì)準(zhǔn) 待測(cè)量的表面結(jié)構(gòu)111。根據(jù)在此示出的實(shí)施例，待測(cè)量的表面結(jié) 構(gòu)是電子器件110的下側(cè)面111，該電子器件由設(shè)計(jì)成抽吸管的器 件保持裝置120保持。設(shè)計(jì)成引線球的器件110的電引線112處于 器4牛110的下側(cè)面111上。如由圖la可見(jiàn)，由激光二極管101發(fā)射的照射光線102這樣 地?cái)U(kuò)張，即該光線以光線行103的形式投射到表面結(jié)構(gòu)111上。該 擴(kuò)張可以通過(guò)未示出的圓柱形透4竟來(lái)實(shí)現(xiàn)。由表面結(jié)構(gòu)111至少部分散射的光線作為測(cè)量光線107由光線 探測(cè)器106獲取。根據(jù)在此示出的實(shí)施例，光線探測(cè)器是攝像機(jī)106， 該攝像機(jī)可以接收在二維圖像內(nèi)的產(chǎn)生的光線反射。圖lb示出了攝像機(jī)圖像130，該圖像在示出的表面結(jié)構(gòu)111上 被攝錄。通過(guò)光線行103照射的在表面結(jié)構(gòu)111內(nèi)的凸起在傳感器 裝置100的當(dāng)前的幾何形狀時(shí)導(dǎo)致:攝錄的二維測(cè)量信號(hào)131具有小 丘。同時(shí)，每個(gè)器件引線球都對(duì)應(yīng)于一個(gè)小丘。小丘的高度用于各 自的引線球的高度的直接尺度。才艮據(jù)在此示出的實(shí)施例來(lái)這樣地實(shí)現(xiàn)對(duì)表面結(jié)構(gòu)111的完全的 三維測(cè)量，即器件110相對(duì)于照射光線102的光^各沿著移動(dòng)方向122 移動(dòng)。通過(guò)這種方式來(lái)連續(xù)地對(duì)4寺測(cè)量的器件下側(cè)面111的所有表 面區(qū)域進(jìn)^f亍掃描。通過(guò)相應(yīng)地評(píng)估二維測(cè)量光線信號(hào)131的4企測(cè)的 順序可以測(cè)定整個(gè)三維表面結(jié)構(gòu)111進(jìn)而測(cè)定各個(gè)單獨(dú)的引線球的 形狀和高度。如由圖la可見(jiàn)，傳感器裝置100的外7見(jiàn)構(gòu)造具有某種不對(duì)稱 性。該不對(duì)稱性這樣產(chǎn)生，即以相對(duì)于待測(cè)量的表面結(jié)構(gòu)111的表 面法線的傾斜的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的照射。對(duì)在表面結(jié)構(gòu)111上散 射的光線的測(cè)量至少近似平4于于表面法線實(shí)現(xiàn)。該部對(duì)稱性導(dǎo)致下 側(cè)面111的一些結(jié)構(gòu)(例如由于通過(guò)隆起造成的至少部分的遮擋) 不能或者不能明確地識(shí)別。現(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明在此示出的實(shí)施例，在由于未能識(shí)別出表面 結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)錯(cuò)誤的測(cè)量的情況中執(zhí)行再一次的測(cè)量。在該測(cè)量中，器件110的表面結(jié)構(gòu)111通過(guò)照射光線102再一次掃描。然而，在 此調(diào)整出另一個(gè)呈現(xiàn)角度，從而有效地由另一個(gè)方向?qū)ζ骷?10的 表面結(jié)構(gòu)lll進(jìn)行照射。呈現(xiàn)角度的變化這樣地實(shí)現(xiàn)，即接收器件 110的保持裝置120被圍繞其縱軸125旋轉(zhuǎn)。為了與之前的錯(cuò)誤測(cè) 量相比明確地改變照射條件，器件IIO被優(yōu)選地旋轉(zhuǎn)180。的角度。 相應(yīng)的S走轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)在圖la中的具有標(biāo)號(hào)為126的箭頭示出。通過(guò)以另外的呈現(xiàn)角度對(duì)器件110進(jìn)行的所述的再一次掃描產(chǎn) 生實(shí)際的可能性，即由此而獲得測(cè)量lt據(jù)，這些測(cè)量數(shù)據(jù)可以在器 件110的下側(cè)面上實(shí)現(xiàn)對(duì)至今未識(shí)別的結(jié)構(gòu)的正確的識(shí)別。在再一次測(cè)量時(shí)，器件基本上可以沿著任意的方向相對(duì)于照射 光線102的光路移動(dòng)。優(yōu)選的是，器件110在該再一次掃描的過(guò)程 中或者沿著相同的移動(dòng)方向122或者在與之相反的方向上移動(dòng)。這 具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即對(duì)于再一次的測(cè)量來(lái)說(shuō)不需要附加的位置。在圖2中示出了流程圖250,該流程圖^^艮據(jù)在對(duì)器件的測(cè)量護(hù) 著特征描述時(shí)的不同^"誤來(lái)示出優(yōu)選的方法步驟，這些方法步驟在 裝配過(guò)程的范圍內(nèi)^丸行。可能出現(xiàn)以下類(lèi)型的4晉誤EO:不能在攝取的攝像機(jī)圖像中發(fā)現(xiàn)整個(gè)器件El:不能在攝像機(jī)圖像中發(fā)現(xiàn)各個(gè)器件引線E2:在攝像機(jī)圖像中以較差的質(zhì)量發(fā)現(xiàn)各個(gè)器件引線E3:器件引線破壞了需要的共面性值E4:器件與傳感器裝置靠的太近E5:器件與傳感器裝置離的太遠(yuǎn)E6:即在上部的測(cè)量區(qū)域界限處而且也在下部的測(cè)量區(qū)域界限 處發(fā)現(xiàn)有效的引線高度。在此應(yīng)該指出，4晉誤E4、 E5和E6可能這樣地出現(xiàn)，即在所謂 的翼型時(shí)，替代器件的配合面而錯(cuò)誤地測(cè)量引線的部分片段，該部 分片段直接地由器件的本體中突出。如由流程圖250可見(jiàn)，在第一步驟S1中待測(cè)量的器件例如通 過(guò)在圖la中示出的傳感器裝置100來(lái)進(jìn)行最初的掃描。如果根據(jù) 在此獲耳又的測(cè)量^t據(jù)已經(jīng)可以對(duì)器件引線的表面結(jié)構(gòu)或者共面性 進(jìn)行明確和無(wú)誤的測(cè)量并且同時(shí)證明，即器件滿足無(wú)故障地裝配的 要求，那么在步駛《S2中裝配該器件。如果對(duì)器件的最初掃描沒(méi)有獲得可評(píng)估的結(jié)果，那么首先嘗試 確定在傳感器裝置內(nèi)的被測(cè)量的器件的高度或者器件與傳感器裝 置的距離。因此，在有錯(cuò)誤的器件測(cè)量的情況中產(chǎn)生兩個(gè)不同的錯(cuò) 誤可能性。在錯(cuò)誤Fl時(shí)可以執(zhí)行器件相對(duì)于傳感器裝置的高度計(jì)算。尤 其在出現(xiàn)上述4晉i吳El、 E2、 E3、 E4和E5中的至少一種4晉i吳時(shí)發(fā) 生這種情況。在錯(cuò)誤F2時(shí)不可以進(jìn)行高度計(jì)算。當(dāng)在攝錄的攝像機(jī)圖像中 完全不能發(fā)現(xiàn)器件(錯(cuò)誤E0 )或者當(dāng)在上部的測(cè)量區(qū)域界限處而且 也在下部的測(cè)量區(qū)域界限處發(fā)現(xiàn)有效的引線高度(錯(cuò)誤E6)時(shí)，除 了上錯(cuò)誤E1、 E2、 E3、 E4和E5之外也可以出現(xiàn)該種情況。根據(jù)在此示出的實(shí)施例，在出現(xiàn)錯(cuò)誤F1的情況中，在步驟S3 中進(jìn)行高度匹配。同時(shí)，在器件和傳感器裝置之間的距離這樣地調(diào) 節(jié)，即器件的待測(cè)量的下側(cè)面盡可能地處于聚焦平面內(nèi)。緊接著高度匹配完成后，在步驟S4中實(shí)現(xiàn)以變化過(guò)的呈現(xiàn)角 度對(duì)器件進(jìn)行再一次掃描。根據(jù)在此示出的一個(gè)實(shí)施例，在實(shí)際的 掃描過(guò)程之前這樣地調(diào)整該呈現(xiàn)角度，即由器件保持裝置保持的器 件圍繞保持裝置的縱向軸線旋轉(zhuǎn)180。的角度。如果在再一次掃描過(guò)程S4中得到無(wú)誤的器件測(cè)量值，那么在 步驟S2中裝配器件。這包括以已知的方式將器件放置在印刷電路 上的通過(guò)預(yù)設(shè)的引線面限定的器件安裝位置上。^口果因?yàn)檗r(nóng)寸^口出it見(jiàn)上述4晉i吳EO、 El、 E2、 E3、 E4、 E5禾口 E6 中的至少一種錯(cuò)誤，而使測(cè)量S4也致使有錯(cuò)誤的器件測(cè)量，那么 器件就被歸類(lèi)為有錯(cuò)誤的并通過(guò)廢棄(步驟S5 )從裝配過(guò)程中移除。根據(jù)在次示出的實(shí)施例，在出現(xiàn)錯(cuò)誤F2的情況中，在步驟S6 中以變化了的呈現(xiàn)角度對(duì)器件進(jìn)行再一次的掃描。在該種情況中， 呈現(xiàn)角度也通過(guò)將器件圍繞保持裝置的縱向軸線旋轉(zhuǎn)180°的角度 來(lái)改變。如果再一次的掃描過(guò)程S6獲得無(wú)誤的器件測(cè)量，那么在步驟 S2中裝配器件。然而，在掃描過(guò)程S6時(shí)也可以出現(xiàn)錯(cuò)誤F3。該錯(cuò)誤的特色在 于，盡管例如由于錯(cuò)誤E1、 E2、 E3、 E4或E5的出現(xiàn)還是不能再 一次對(duì)器件進(jìn)行正確的測(cè)量，該測(cè)量不能識(shí)別器件的優(yōu)化的高度位 置。由此獲得的高度信息用于在之前描述的步驟S3中這樣地優(yōu)化 器件相對(duì)于傳感器裝置的高度位置，即待測(cè)量的器件下側(cè)面處于傳 感器裝置的聚焦平面中。在高度匹配S3之后，在優(yōu)化的高度位置 (步驟S4 )時(shí)進(jìn)行已經(jīng)在上面描述的再一次的掃描過(guò)程，在該掃貓 過(guò)程之后或者進(jìn)行裝配過(guò)程(步驟S2 )或者進(jìn)行器件的廢棄(步驟 S5 )。此外，在掃描過(guò)程S6中可以出現(xiàn)錯(cuò)誤F5。該錯(cuò)誤的特色在于， 既不能進(jìn)行器件測(cè)量也不能識(shí)別器件的高度位置。因?yàn)槌霈F(xiàn)至少一 個(gè)上述6勺4晉"i吳E0、 El、 E2、 E3、 E4、 E5和E6,因ot匕器^f牛觀'J量可 能失敗。在該種情況中，裝配過(guò)程利用步驟S5通過(guò)廢棄所涉及的 器件來(lái)結(jié)束。在此應(yīng)該指出，在此描述的實(shí)施例仫J又示出了本發(fā)明的可能的 實(shí)施例的有限的選擇。因此，各個(gè)實(shí)施例的特征可以以合適的方式 ^皮此結(jié)合，乂人而多個(gè)不同的實(shí)施例利用在此解釋的實(shí)施例變體對(duì)于 本領(lǐng)域沖支術(shù)人員來(lái)i兌是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)地評(píng)估電子器件(110)的三維表面結(jié)構(gòu)(111)的方法，尤其用于測(cè)量器件引線(112)的共面性，所述方法包括·在所述電子器件(110)的方向上發(fā)出由光源(101)產(chǎn)生的照射光線(102)，·通過(guò)在所述電子器件(110)和所述照射光線(102)之間的相對(duì)移動(dòng)(122)來(lái)掃描所述電子器件(110)，其中，以第一角度來(lái)照射所述電子器件(110)并且測(cè)量光線(107)被接收，所述測(cè)量光線由所述電子器件(110)至少部分地回散射到光線探測(cè)器(106)上，以及·通過(guò)在所述電子器件(110)和所述照射光線(102)之間的再一次的相對(duì)移動(dòng)(122)來(lái)再一次掃描所述電子器件(110)，其中，以與所述第一角度不同的第二角度來(lái)照射所述電子器件(110)并且測(cè)量光線(107)被再一次接收，所述測(cè)量光線由所述電子器件(110)至少部分地回散射到所述光線探測(cè)器(106)上。
2. 才艮據(jù)^又利要求1所述的方法，所述方法附加地具有以下步驟* 旋轉(zhuǎn)(126)所述電子器件(110),其中，在掃描之后和在再一次掃描之前^丸4亍所述;^專l" (126 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述電子器件(110)被旋轉(zhuǎn)180度。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述照射光線(102)相對(duì)于所述電子器件(110)的表面 法線以傾斜的角度入射到所述電子器件(110)上
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，參考所述電子器件(110)的表面法線，所述測(cè)量光線(107) 如所述照射光線(102)入射到所述器件表面(111 )上一樣離 開(kāi)在相同一側(cè)的所述器件表面(111)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，由攝像機(jī)攝取的所述測(cè)量光線(107)基本上平行于所述 電子器件(110)的表面法線離開(kāi)所述器件表面(111)。
7. 才艮據(jù)4又利要求1至6中4壬一項(xiàng)所述的方法，所述方法附加;也具 有以下步艱i:* 使用多個(gè)測(cè)量光線信號(hào)(131 )來(lái)評(píng)估所述電子器件(110) 的表面結(jié)構(gòu)(111 ),這些測(cè)量光線信號(hào)由所述光線探測(cè)器(106)在4妄收所述測(cè)量光線(107)時(shí)產(chǎn)生，和/或* 使用多個(gè)測(cè)量光線信號(hào)(131 )來(lái)再一次評(píng)估所述電子器 件(110)的表面結(jié)構(gòu)(111),這些測(cè)量光線信號(hào)由所述 光線探測(cè)器(106)在再一次接收所述測(cè)量光線(107) 時(shí)產(chǎn)生。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法附加地具有以下步驟如果所述評(píng)估和/或所述再一次評(píng)估導(dǎo)致不清晰的結(jié)果，* 改變所述電子器件(110)和所述光源(101 )或者所述光 線:探測(cè)器(106 )之間的距離。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7至8中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法附加地具 有以下步-驟 通過(guò)在另外的電子器件(110)和所述照射光線(102)之 間的相對(duì)移動(dòng)(122 )來(lái)對(duì)另外的電子器件(110 )進(jìn)行掃 描，其中，在所述掃描之前，在所述另外的器件(110) 和所述光源(101 )或者所述光線探測(cè)器(106)之間的 距離基于距離信息來(lái)優(yōu)化，在對(duì)先前的電子器件(110) 的表面結(jié)構(gòu)(111 )的所述評(píng)估和/或所述再一次評(píng)估范圍 內(nèi)獲取所述距離信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中4壬一項(xiàng)所述的方法，所述方法附加地具 有以下步駛《* 通過(guò)在所述另外的電子器件(110)和所述照射光線(102) 之間的相對(duì)移動(dòng)(122)來(lái)對(duì)所述另外的電子器件(110) 進(jìn)行掃描，其中，在進(jìn)行所述掃描之前基于一個(gè)關(guān)于合 適的呈現(xiàn)角度的信息來(lái)旋轉(zhuǎn)所述另外的電子器件(110), 在對(duì)先前的電子器件(110)的表面結(jié)構(gòu)(111 )的評(píng)估和 /或再一次評(píng)估的范圍內(nèi)獲取該信息。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述測(cè)量光線是沿著一個(gè)方向擴(kuò)張的光線(102), 乂人而 光線4亍(103 )才殳射到所述電子器件(110)的一個(gè)側(cè)面上以及 表面探測(cè)器(106)被作為光線探測(cè)器使用。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述掃描和/或所述再一次掃描通過(guò)所述電子器件(110) 相對(duì)于所述照射光線(102)的光^各的移動(dòng)(122)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
13. —種用于光學(xué)地測(cè)量電子器件(110)的三維表面結(jié)構(gòu)(111) 的裝置，尤其用于測(cè)量器件引線的共面性，所述裝置具有* 光源(101),設(shè)置用于在所述電子器件(110)的方向上 發(fā)出照射光線(102),* 光線探測(cè)器(106)，設(shè)置用于接收測(cè)量光線(107)，所 述測(cè)量光線由所述電子器件(110)至少部分地回散射， 以及* 處理器，所述處理器纟皮這樣地設(shè)置，即可執(zhí)4于々艮據(jù)權(quán)利 要求1至12中4壬一項(xiàng)所述的方法。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，所述裝置附加地具有* 旋轉(zhuǎn)裝置，設(shè)置用于旋轉(zhuǎn)所述電子器件。
15. —種用于為印刷電蹈4反裝配器件的自動(dòng)裝配才幾，所述自動(dòng)裝配 機(jī)具有* 根據(jù)權(quán)利要求13至14中4壬一項(xiàng)所述的、用于光學(xué)地評(píng) 估電子器件(110)的三維表面結(jié)構(gòu)(111)的裝置。
16. —種可由計(jì)算才幾讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，在所述存4諸介質(zhì)中存4諸有用 于光學(xué)地評(píng)估電子器件(110)的三維表面結(jié)構(gòu)(111 )的程序， 當(dāng)所述程序由處理器執(zhí)行時(shí)，所述程序被設(shè)置用于執(zhí)行根據(jù)權(quán) 利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法。
17. —種用于光學(xué)地評(píng)估電子器件(110)的三維表面結(jié)構(gòu)(111) 的程序單元，當(dāng)所述程序單元由處理器神丸行時(shí)，所述程序單元 被設(shè)置用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及一種光學(xué)地檢測(cè)器件(110)的表面結(jié)構(gòu)(111)的方法。該方法具有以下步驟(a)在器件(110)的方向上發(fā)射照射光線(102)；(b)通過(guò)在器件(110)和照射光線(102)之間的相對(duì)移動(dòng)來(lái)掃描器件(110)，其中，以第一角度來(lái)照射器件(110)，并且其中，測(cè)量光線(107)被接收，該測(cè)量光線由器件(110)至少部分地回散射到光線探測(cè)器(106)上；以及，(c)通過(guò)在器件(110)和照射光線(102)之間的再一次的相對(duì)移動(dòng)來(lái)再一次掃描器件(110)，其中，以與第一角度不同的第二角度來(lái)照射器件(110)并且測(cè)量光線(107)被再一次接收，該測(cè)量光線由器件(110)至少部分地回散射到光線探測(cè)器(106)上。
文檔編號(hào)G01B11/25GK101324426SQ20081011106
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者勞克斯·紐梅爾, 卡爾-海因茨·貝施, 托馬斯·施內(nèi)肯布格爾, 馬蒂亞斯·黑德里希 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司