專利名稱：光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)中控制發(fā)光單元的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于控制發(fā)光單元的方法，每個(gè)發(fā)光單元至少有一個(gè)發(fā)光元件，以在一個(gè)光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)中，尤其是在加工機(jī)器中進(jìn)行電氣和/或電子元件和/或組件定位時(shí)，在一個(gè)具有預(yù)定強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的閃光脈沖的請求信號到達(dá)時(shí)，對發(fā)光單元進(jìn)行控制。此外，本發(fā)明闡述了一種實(shí)施該方法的裝置。
本發(fā)明的一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域有，例如印刷電路板的自動裝配或帶有電氣元件的其它基片，這里必須將元件的位置規(guī)定為相對地對著安放位置。另一個(gè)重要的使用情況是用激光束加工電氣元件，此時(shí)必須將激光束的擊中點(diǎn)準(zhǔn)確地對準(zhǔn)要加工的元件。在這些過程中，為了位置識別要應(yīng)用所謂的觀測-系統(tǒng)，它包括有一個(gè)攝象機(jī)，例如CCD-攝象機(jī)，和一個(gè)照明裝置。攝象機(jī)向由一個(gè)閃光脈沖控制的照明裝置發(fā)出一個(gè)請求信號，攝象機(jī)就能拍攝一張最佳圖象。為了在此時(shí)給最佳光學(xué)測定產(chǎn)生足夠的光線，將在正常情況作為發(fā)光元件的二極管用一個(gè)電流過驅(qū)動，該電流最高可等于額定電流的5倍。
對于傳統(tǒng)的設(shè)備，發(fā)光二極管是經(jīng)過數(shù)字-模擬-轉(zhuǎn)換器控制，此時(shí)控制電路是針對各種具體應(yīng)用情況而設(shè)計(jì)，此外為了補(bǔ)償部件散射還必須用微調(diào)電位計(jì)使其與所應(yīng)用的二極管匹配。原件的老化也只能考慮通過手動校準(zhǔn)。
在US 5 469 294 A中，也已經(jīng)提到通過相應(yīng)的控制指令去選擇照明強(qiáng)度，這樣在一次基本調(diào)節(jié)之后就不再需要進(jìn)行機(jī)械上的匹配。但是對一臺專用機(jī)器數(shù)值的基本調(diào)節(jié)，在那里也允許用手去進(jìn)行單個(gè)配合。
本發(fā)明的目的，是要提出一種方法和裝置去控制開頭所說的那類照明單元，這里根本不要求脈沖產(chǎn)生與一臺專用機(jī)器或與發(fā)光元件的具體特性進(jìn)行機(jī)械匹配。
按照本發(fā)明，此目標(biāo)在開頭所說的那類方法時(shí)這樣實(shí)現(xiàn)，即將閃光脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間以數(shù)字形式規(guī)定在一個(gè)參數(shù)存儲器中，并經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸線傳到一個(gè)脈沖發(fā)生裝置，該裝置經(jīng)過驅(qū)動按照強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間產(chǎn)生閃光脈沖并在請求信號之后發(fā)送。
閃光脈沖最好通過一個(gè)脈沖寬度調(diào)制作為單個(gè)脈沖的一個(gè)序列產(chǎn)生的，單個(gè)脈沖的脈沖/間隔-比確定閃光脈沖的強(qiáng)度。
對于本發(fā)明，照明閃光的強(qiáng)度不是按照硬件來確定，而是以數(shù)字?jǐn)?shù)值形式存儲的。這些存儲的數(shù)值然后傳給脈沖發(fā)生裝置，優(yōu)先傳給一臺以后產(chǎn)生所要求的閃光脈沖的脈沖寬度調(diào)制器。脈沖發(fā)生裝置不是單個(gè)地到某個(gè)儀器上或某些二極管特性上進(jìn)行調(diào)節(jié)，而是能產(chǎn)生與所要求的參數(shù)對應(yīng)的閃光脈沖。這樣，也有可能以通過改變所存儲參數(shù)的簡單方式，使閃光脈沖的產(chǎn)生與新的需求匹配。可以通過一個(gè)自動校準(zhǔn)程序?qū)崿F(xiàn)與發(fā)光元件，即二極管公差的配合，此時(shí)要測量光強(qiáng)度，使得當(dāng)與規(guī)定值出現(xiàn)偏差時(shí)，能進(jìn)行一個(gè)修正計(jì)算并能由此為控制脈沖發(fā)生裝置獲得新參數(shù)。這樣一個(gè)校準(zhǔn)測量一般是在投入運(yùn)行時(shí)來做，以便使數(shù)值與所應(yīng)用的發(fā)光元件相配。但也可在一定時(shí)間間隔之后進(jìn)行重復(fù)，以便例如補(bǔ)償發(fā)光二極管的老化。
如果發(fā)光元件，如發(fā)光二極管過驅(qū)動，則只允許它們在一定的界限內(nèi)運(yùn)行。因此在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施形式被設(shè)計(jì)成，監(jiān)控發(fā)光單元的脈沖/間隔-比在每個(gè)閃光脈沖之后預(yù)定一個(gè)最低-間隔時(shí)間以避免發(fā)光元件的熱損壞。能夠規(guī)定最低-間隔時(shí)間使其與發(fā)光元件的性能以及閃光脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。在這個(gè)最低-間隔時(shí)間內(nèi)，一個(gè)或許要出現(xiàn)的請求信號要受到抑制。
其次，能預(yù)先規(guī)定用一個(gè)持續(xù)光強(qiáng)度控制發(fā)光單元(代替用閃光脈沖)，該強(qiáng)度最高相當(dāng)于發(fā)光元件的額定值或持久負(fù)荷能力。
一種為了實(shí)施本發(fā)明方法的裝置，有一個(gè)以數(shù)字形式存儲閃光脈沖強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間數(shù)值的參數(shù)存儲器，以及一個(gè)脈沖發(fā)生裝置，在參數(shù)存儲器中存儲的數(shù)值經(jīng)一個(gè)數(shù)據(jù)總線傳送給所述脈沖發(fā)生裝置，此外該脈沖發(fā)生裝置有一個(gè)用于請求信號的輸入端，最后還有閃光脈沖-輸出端，這些輸出端各與一個(gè)相應(yīng)的發(fā)光單元連接。
所述裝置在一個(gè)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中還有一個(gè)帶光學(xué)測量裝置和比較裝置的校準(zhǔn)裝置，它能按照需求和/或在一定時(shí)間間隔后，在閃光脈沖的一定參數(shù)條件下測量發(fā)光單元的光強(qiáng)度，與存儲的規(guī)定值去比較，并在有偏差時(shí)將參數(shù)存儲器中的數(shù)值進(jìn)行更改。
本發(fā)明在下面用一個(gè)實(shí)施例并利用附圖來進(jìn)一步說明。


圖1是按照本發(fā)明控制的照明裝置的方框圖，
圖2是示有用閃光脈沖控制發(fā)光單元強(qiáng)度的時(shí)間曲線，圖3是示有在用不同強(qiáng)度控制發(fā)光單元時(shí)電流分布的時(shí)間曲線。
圖1大致示出了在一個(gè)光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)中一個(gè)照明裝置的布置。示出了在其上已布置和要布置元件的一個(gè)印刷電路板1，可將它插向不同的側(cè)面并要準(zhǔn)確測量其位置，以便精確地將一些元件布置于其上或用激光鉆孔、激光結(jié)構(gòu)化或激光微調(diào)和類似方法進(jìn)行加工。為此目的將印刷電路板或其它目標(biāo)用攝象機(jī)2在一定的時(shí)刻拍照，此時(shí)要測量在印刷電路板1上一些未進(jìn)一步示出的標(biāo)記點(diǎn)。為了用攝象機(jī)2，例如CCD-攝象機(jī)，拍出清晰的圖象，要將目標(biāo)，即印刷電路板1在一定的攝象時(shí)間點(diǎn)用閃光脈沖照明。為此目的要用發(fā)光單元LE1、LE2和LE3，它們在例子中總是由一定數(shù)量的發(fā)光二極管LD1和LD3或者只由唯一的發(fā)光二極管LD2組成。但也可以設(shè)想去應(yīng)用其它的發(fā)光元件。各種發(fā)光單元的發(fā)光二極管，能例如用于不同波長的光束，以便通過連接發(fā)光單元LE1、LE2或LE3產(chǎn)生不同的光效應(yīng)。但也可以設(shè)想用其它發(fā)光元件代替發(fā)光二極管。
為了進(jìn)行準(zhǔn)確的拍攝，攝象機(jī)2經(jīng)過請求信號f請求一個(gè)或數(shù)個(gè)發(fā)光單元LE1至LE3一個(gè)閃光脈沖FI。在一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器PWM中單獨(dú)為每個(gè)發(fā)光單元而產(chǎn)生閃光脈沖，并各經(jīng)過一個(gè)串聯(lián)電阻RV傳給要涉及的發(fā)光單元。經(jīng)過串聯(lián)電阻RV確定相應(yīng)的電流強(qiáng)度；光強(qiáng)度與對應(yīng)發(fā)光二極管對電流的特性值成正比。
在參數(shù)存儲器PSP中單獨(dú)為每個(gè)發(fā)光單元確定各閃光脈沖FI的強(qiáng)度和間隔持續(xù)時(shí)間，更確切地說要用相當(dāng)于當(dāng)時(shí)所希望的光強(qiáng)度LI去照射目標(biāo)。這樣，在參數(shù)存儲器PSP中為發(fā)光單元LE1確定了光強(qiáng)度LI11、LI12...至LI1n，為發(fā)光單元LE2確定了光強(qiáng)度LI21、LI22和至LI2n以及為發(fā)光單元LE3確定了所屬的光強(qiáng)度LI31、LI32至LI3n等等。對于每個(gè)光強(qiáng)度LI，有一個(gè)所屬的要產(chǎn)生閃光脈沖的脈沖強(qiáng)度PI被存儲起來，脈沖強(qiáng)度與發(fā)光元件即發(fā)光二極管的性能相應(yīng)。這樣，例如脈沖強(qiáng)度PI11與光強(qiáng)度LI11相對應(yīng)，脈沖強(qiáng)度PI12與光強(qiáng)度LI12相對應(yīng)和脈沖強(qiáng)度PI3n與光強(qiáng)度LI3n相符合。這種分配對于裝置是憑經(jīng)驗(yàn)確定并存放在參數(shù)存儲器中。除此之外，給每個(gè)閃光脈沖分配一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間，例如T11、T12等。因?yàn)榘l(fā)光元件或發(fā)光二極管在當(dāng)時(shí)的閃光脈沖情況被過驅(qū)動，它們在每個(gè)脈沖之后需要有個(gè)一定的冷卻時(shí)間，這取決于脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。因此，在參數(shù)存儲器PSP中還要給每個(gè)脈沖參數(shù)存儲一個(gè)最小間隔持續(xù)時(shí)間PD，將該時(shí)間一起傳到脈沖寬度調(diào)制器PWM并抑制在脈沖間隔持續(xù)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生下一個(gè)閃光脈沖FI。
經(jīng)過一個(gè)中央控制單元CU，為各發(fā)光單元LE1至LE3選擇脈沖參數(shù)，并經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)總線，例如一個(gè)本來存在的PROFIBUS，傳給脈沖寬度調(diào)制器PWM。如所說那樣，在那里，以請求信號f觸發(fā)各閃光脈沖FI。
如所述，將閃光脈沖的參數(shù)存放在對應(yīng)于所希望的光強(qiáng)度和發(fā)光元件特性的參數(shù)存儲器中。為一定光強(qiáng)度分配的參數(shù)，在投入運(yùn)行時(shí)通過校準(zhǔn)測量確定，但也可在稍后一段距離或選擇之后進(jìn)行重復(fù)，以便例如顧及到發(fā)光元件的老化。為此目的，在展示的例子中設(shè)置一個(gè)由光測量裝置3和比較裝置4組成的校準(zhǔn)裝置，用它在由中央控制單元CU控制之后將在選擇閃光脈沖PIx時(shí)比較實(shí)際光強(qiáng)度LI與存儲的光強(qiáng)度LIx。如果在比較裝置4中確定測量的光強(qiáng)度對存儲的光強(qiáng)度LIx有偏差，這會導(dǎo)致修改強(qiáng)度值；代替PIx存儲一個(gè)數(shù)值PIx’并為將來的閃光脈沖所用。
圖2是在一個(gè)曲線中示出例如閃光脈沖的分布。它表示關(guān)于時(shí)間t的脈沖強(qiáng)度Int。例如100％的強(qiáng)度表示發(fā)光二極管用一個(gè)與持續(xù)負(fù)荷能力相應(yīng)的持續(xù)光強(qiáng)度控制。這樣一個(gè)在此未表示出的持續(xù)照明，能代替閃光照明被調(diào)節(jié)。按照圖2所示，在時(shí)間點(diǎn)t1產(chǎn)生一個(gè)閃光脈沖F1，它在例子中有個(gè)500％的強(qiáng)度PI11，也就是說使發(fā)光元件的過驅(qū)動為它持續(xù)負(fù)荷能力的5倍。閃光脈沖本身有個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間T11；之后強(qiáng)度又降回到0％。
由于過驅(qū)動之故，發(fā)光單元LE就需要一個(gè)恢復(fù)時(shí)間；它通過相應(yīng)于脈沖強(qiáng)度和脈沖持續(xù)時(shí)間的最小間隔持續(xù)時(shí)間來確定。如果例如在此最小間隔持續(xù)時(shí)間時(shí)出現(xiàn)另一個(gè)請求信號f，例如在時(shí)間點(diǎn)t2，則在脈沖寬度調(diào)制器PWM中沒有閃光脈沖產(chǎn)生。只有當(dāng)間隔持續(xù)時(shí)間PD11過后再出現(xiàn)一個(gè)請求信號時(shí)，在圖2中的時(shí)間點(diǎn)t3，才又有個(gè)強(qiáng)度PI11和持續(xù)時(shí)間T11的閃光脈沖產(chǎn)生并傳給發(fā)光單元。
此外，圖2示出調(diào)節(jié)另一個(gè)光強(qiáng)度的可能性，就是在時(shí)間點(diǎn)4產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度PI12的閃光脈沖，此脈沖導(dǎo)致一個(gè)只有200％的過驅(qū)動并且脈沖持續(xù)時(shí)間例如為T21。相應(yīng)于該強(qiáng)度和脈沖持續(xù)時(shí)間，就確定有另外一個(gè)最小間隔持續(xù)時(shí)間PD21。這個(gè)轉(zhuǎn)變能通過在參數(shù)存儲器中的簡單選擇來進(jìn)行，而不必改變脈沖寬度調(diào)制器PWM或一個(gè)其它別的固定接線裝置。
圖3示出另一個(gè)時(shí)間曲線中通過脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生脈沖強(qiáng)度。橫坐標(biāo)是時(shí)間t，縱坐標(biāo)是電流強(qiáng)度，電流強(qiáng)度是通過設(shè)計(jì)二極管電路一次性地確定為一定的數(shù)值并且不變，在本例子中為50mA。脈沖寬度調(diào)制器PWM用這個(gè)一次性調(diào)節(jié)的電流強(qiáng)度，由于單個(gè)脈沖序列的脈沖/間隔-比的改變，產(chǎn)生不同的閃光脈沖強(qiáng)度，單個(gè)脈沖以預(yù)定強(qiáng)度一起發(fā)出閃光脈沖。如果用一個(gè)500％的過驅(qū)動產(chǎn)生一個(gè)閃光脈沖的話，則脈沖寬度調(diào)制器PWM產(chǎn)生脈沖寬度為a1和間隔寬度為b1的單個(gè)脈沖，而在產(chǎn)生強(qiáng)度為200％時(shí)就有了脈沖寬度a2和間隔寬度b2的關(guān)系。
總是在相同大小的電流強(qiáng)度時(shí)，經(jīng)脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生的強(qiáng)度和以數(shù)字形式在參數(shù)存儲器PSP存放的脈沖參數(shù)，在硬件改動時(shí)有可能不改變布線或另外的校準(zhǔn)裝置，只須改變軟件使光強(qiáng)度與新的硬件布置匹配。
權(quán)利要求
1.控制發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)的方法，每個(gè)單元至少有一個(gè)發(fā)光元件(LD1、LD2、LD3)，其目的是在一個(gè)光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)中，尤其是在加工機(jī)器中進(jìn)行電氣和/或電子元件和/或組件的定位時(shí)，在具有預(yù)定強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的閃光脈沖(FI)的請求信號(f)到達(dá)時(shí)，對發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)進(jìn)行控制，其特征在于所述強(qiáng)度(PI11、PI12...PI1n)的數(shù)值和閃光脈沖(F1)的持續(xù)時(shí)間(T11、T12...)以數(shù)字形式規(guī)定在參數(shù)存儲器(PSP)中，并經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸線傳到一個(gè)脈沖發(fā)生裝置(PWM)，該裝置按照強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間通過調(diào)制產(chǎn)生閃光脈沖(FI)，并在請求信號(f)之后被傳送。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，閃光脈沖(FI)通過一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器作為一個(gè)單個(gè)脈沖的序列而產(chǎn)生，其脈沖/間隔-比(a1/b1；a2/b2)決定閃光脈沖的強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于發(fā)光元件(LD1、LD2、LD3)通過閃光脈沖(FI)經(jīng)歷一個(gè)相當(dāng)于數(shù)倍發(fā)光元件持續(xù)負(fù)荷允許強(qiáng)度的過驅(qū)動，在每個(gè)閃光脈沖(FI)之后禁止對參數(shù)存儲器中規(guī)定的最低/間隔持續(xù)時(shí)間(PD)的控制。
4.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，對于每個(gè)發(fā)光單元(LE1、LE2、)，根據(jù)發(fā)光元件(LD1、LD2、LD3)的類型和特性和/或閃光脈沖(FI)的強(qiáng)度(PI)和持續(xù)時(shí)間以數(shù)字方式確定最小間隔持續(xù)時(shí)間(PD)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于代替閃光脈沖(FI)，而用一個(gè)持續(xù)光強(qiáng)度來控制發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)，所述持續(xù)光強(qiáng)度最高相當(dāng)于發(fā)光元件持續(xù)負(fù)荷能力的。
6.如權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于在一個(gè)預(yù)先規(guī)定的光強(qiáng)度時(shí)，通過校準(zhǔn)測量求出針對每個(gè)發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)的閃光脈沖所需的參數(shù)值(PI11...)，并將所述參數(shù)值(PI11...)存儲在參數(shù)存儲器(PSP)中。
7.如權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于以列表方式確定每個(gè)發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)對每次確定的閃光脈沖(FI)強(qiáng)度(PI)的最小間隔持續(xù)時(shí)間(PD)。
8.控制發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)的裝置，每個(gè)發(fā)光單元至少有一個(gè)發(fā)光元件(LD1、LD2、LD3)，其目的是在一個(gè)光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)中，尤其是在加工機(jī)器中進(jìn)行電氣和/或電子元件和/或組件的定位時(shí)，在具有預(yù)定強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的閃光脈沖(FI)的請求信號(f)到達(dá)時(shí)，對發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)進(jìn)行控制，按照權(quán)利要求1至7之一，其特征在于設(shè)置一個(gè)參數(shù)存儲器(PSP)，將閃光脈沖(FI)的強(qiáng)度(PI)和持續(xù)時(shí)間(PD)的數(shù)值以數(shù)字形式存儲其中，設(shè)置一個(gè)脈沖發(fā)生裝置(PWM)，經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)總線(Profibus)將參數(shù)存儲器(PSP)中存儲的數(shù)值傳給它，此外它有一個(gè)用于請求信號(f)的輸入端和脈沖輸出端，每個(gè)輸出端與一個(gè)發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)相連接。
9.如權(quán)利要求8的裝置，其特征在于發(fā)光元件是發(fā)光二極管(LD1、LD2、LD3)。
10.如權(quán)利要求8或9之一的裝置，其特征在于，設(shè)置一臺帶有光測量裝置(3)和比較裝置(4)的校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置能按照需要和/或在一定的時(shí)間間隔之后，測量在閃光脈沖(FI)的一定參數(shù)(PIx)時(shí)的發(fā)光單元(LE1、LE2、LE3)的光強(qiáng)度并且與所存儲的規(guī)定值(LIx)進(jìn)行比較，在有偏差時(shí)更改存儲器中的數(shù)值。
全文摘要
一個(gè)光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)中的發(fā)光單元，尤其是用在進(jìn)行裝配或加工電子元件時(shí)，利用閃光脈沖(FI)進(jìn)行控制，以數(shù)字形式存儲閃光脈沖的參數(shù)，即強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。閃光脈沖本身是以這些數(shù)字?jǐn)?shù)值為基礎(chǔ)，通過脈沖寬度調(diào)制而產(chǎn)生。用這種方式就能使某些發(fā)光元件和某些機(jī)器預(yù)定參數(shù)的配合和以簡單的軟件方法來進(jìn)行改變，而無需手動調(diào)節(jié)脈沖電路。
文檔編號H05B37/02GK1446444SQ01813778
公開日2003年10月1日 申請日期2001年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月7日
發(fā)明者R·施蒂策爾, K·－P·林茨邁爾 申請人:西門子公司