CN101283637A - 用于检验工件的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检验工件(6)尤其是电路板的装置，该装置包括检验工具，该检验工具夹在测量头(2)中，该测量头可相对于工件(6)在工件平面中移动，该装置还包括用于控制测量头(2)的光学观察装置。该光学观察装置具体为照相机(5)，该照相机安装至测量头(2)且具有光学轴线(5a)，从而可以实施简单、迅速和可靠的测量。所述轴线基本上垂直于工件平面(6a)，并且设有确定机械偏移(d)的标定装置，该机械偏移是工具(3)离照相机(5)的光学轴线(5a)的距离。本发明还涉及一种可用上述装置实施的方法。

Description

用于检验工件的装置

技术领域

本发明涉及用于检验工件尤其是电路板的装置，该装置包括夹在测量头中的检验工具，该测量头可相对于工件在工件平面中移动，该装置还包括用于控制该测量头的光学观察装置。

背景技术

在电路板或其它电子元件的制造中，常常需要测试焊接接头的质量。例如，这涉及通过在连接线下方引入构造成小钩子的工具然后借助钩子撕开连接线来检验微处理器与板上相应点的接触。测量需要用来撕开连接线的力，该力是焊接接头质量的量度。因为待检验的工件和工具根据定义是非常小的，所以必须高精度地控制移动，这因此是很难的。类似地，还可以用非破坏性的方式检验工件。

已知称为粘合力测试仪的装置，可用该装置来实施上述检验。在该过程中，将工具设置在测量头上，从而工具能够相对于工件移动以能实施相应的测量。操作者通过附连至装置的显微镜来观察工件和工具，由该操作者实施控制。这种操作是高度技巧性的且易于出错，因为测量的精度基本上取决于工具是否已引入相应导线连接下方的正确位置。此外，检验是费时的，且因此成本较高。

迄今，还不可以对于与工具有关的测量头提供有效的自动控制，因为工具的尖端相对于测量头的相对位置会经受微小的变化，因此无法用所需的精度进行限定。一方面，这些变化是由于工具必须通过力测量装置连接至测量头，因此不可避免地产生一定的游隙跳动。此外，工具相对于其尺寸来说是高度负载的，会在测量过程中变得稍稍变形，这会进一步伴有不确定因素和公差。

德国专利DE 199 15 052 A披露了一种用于检查三维表面结构的光学检验装置。照相机或光学传感器通过标定记号来进行标定，例如可获得用于光学传感器分辨率的特征变量。但无法获得关于工具位置的信息。

发明内容

本发明的目的是开发上述的装置以使测量过程能自动实施，其中，位置精度的增加使得测量变得更加可靠，同时能更加迅速和节省成本地进行测量。

本发明的另一目的是披露一种能可靠地、迅速地且节省成本地检验工件的方法。

根据本发明，这些目的是通过以下来实现的：光学观察装置具体为照相机，该照相机附连至测量头且具有基本垂直于工件平面的光学轴线，并且设有确定机械偏移的标定装置，该机械偏移是工具离照相机的光学轴线的距离。

本发明的基本之处在于，测量头的移动是由照相机来控制的，该照相机指向工件且可建立测量头相对于工件的精确位置。与现有技术的根本差别是，在这种情况下，照相机无需观察工具与工件的配合过程，而是只要用来定位。这是至关重要的，因为只有照相机具有相对较小的象角和因此较高的分辨率，才能实现高精度，所以照相机的设计条件可避免直接观察工具。通过在测量之前进行标定、即用标定装置检测工具的位置，工具的尖端相对于测量头的位置有容差，由于上述的不精确性、公差和塑性变形，该位置会随时间稍稍变化。因为工具的尖端相对于照相机的精确相对位置是已知的，所以一旦实施了标定过程，测量头即可因此移动以实现与工具的可靠配合。

上文中或下文中都参照可相对移动的测量头，这包括两种情况：工件固定且测量头可移动的情况，以及测量头固定且工件因此可移动的情况。在这种情况下，以本身已知的方式呈坐标工作台的形式来实施移动，该移动例如在绘图机中绘制。

提出了对于标定装置的多个尤其较佳的变型。第一变型在这种情况下用以下方式实施，标定装置具体为另一照相机，该另一照相机可相对于测量头移动，且可且可定向成：工具和测量头的参考点可由该另一照相机来检测。在标定过程中，测量头在这种情况下移动成：工具进入该另一照相机的检测范围。通过检测附连至测量头的参考点，则可建立工件相对于照相机的位置。例如，参考点可附连至照相机的镜头或镜头自身被检测为参考点。原则上，该另一照相机可以适当地实施以同时检测工具和参考点从而确定距离或相对位置。然而，依次实施检测是尤其较佳的，在测量头移动之前使工具的尖端首先与该另一照相机的光学轴线对准，从而参考点也位于该另一照相机的光学轴线中。确定测量头的行进路径能确定精确的相对位置。显然，还可首先定位参考点，接着定位工具的尖端。

另一标定装置是由棱镜形成的，该棱镜设置在邻近工件的合适位置。棱镜在这种情况下具体为：照相机的光学轴线偏转180°，从而所述照相机指向工具的尖端。棱镜的已知尺寸和光学性质则允许推断出照相机与工具的尖端之间的相对位置。

本发明的另一尤其有利变型的特点在于，标定装置具体为用于工件的承座中的开口，工具可以引入该开口，并且照相机能光学地检测该开口。标定过程在这种情况下具体为：由于测量头的相应移动，将工具的尖端引入标定开口，因此能精确地确定测量头的位置。如同在上文所述的方法中，这可以同时实施，一旦已引入工具，照相机就检测另外的参考点，就可知道参考点相对于标定开口的位置，可从中精确地确定机械偏移，或者一旦工具的尖端已引入标定开口，就以较佳的方式实施测量头的相应移动，从而使标定开口自身进入检测范围。假如工具具有具体为用于控制引入标定开口的移动的测量装置，则可以实现尤其精确的标定。在这点上，标定开口的锥形实施例也是有利的。

在根据本发明的装置的尤其有利的变型中，使工具具体为钩子，该钩子通过拉力检测装置固定至测量头。拉力检测装置在这种情况下发出信号，该信号表示用以破坏待检验的连接需要的力。

尤其较佳的是，工件平面在装置的使用位置是基本水平的，且工具设置在测量头中以能够垂直移动。

此外，尤其有利的是，工具设置成能相对于测量头转动。这使得不管相应接触的定向如何都能实施检验过程。

考虑到装置的自动性，尤其有利的是，装置装备有用于自动移动工具的图像识别装置。这尤其能确定电子元件(该电子元件的接触是待检验的)的外部形状以确保可靠控制。

此外，本发明设计一种用于检验工件的方法，包括以下步骤：

- 夹紧工件；

- 在相对于该工件安装的测量头上设置工具；

- 由光学观察装置引导而将该工具引导至工件的待检验点；

- 在工件的待检验点上实施测量。

根据本发明，该方法的特点在于：工具由照相机来引导，该照相机可与工具一起相对于工件一起移动，并且该照相机相对于工具的位置由标定装置来检测。这种方法比使用已知装置实施的已知方法更加迅速、更加精确、更加可靠和更加节省成本。

附图说明

下面将参照附图中示出的示例性实施例来更详细地描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的装置的第一变型的示意侧视图；以及

图2和图3是其它变型的相应于图1的示意图。

具体实施方式

来自图1的装置包括用于工件6的承座1，在该承座1上实施测量且该承座1设置在工件平面6a中。呈钩子形式的工具3通过拉力检测装置4悬挂在测量头2中。此外，照相机5的检测范围用附图标记11来表示，该照相机5固定至测量头2。机械偏移d定义成照相机5的轴线5a离工具3的距离。在承座5中固定另一照相机7，该照相机7具有向上指向的检测锥12，可以将工具3和参考点15引入该检测锥12中，这些参考点15附连至照相机5并因此附连至测量头2。

现在可以用以下方式实施标定过程：在借助参考点15使照相机5的轴线5a与轴线7a对准之前，测量头2的移动首先引起工具3向另一照相机7的光学轴线7a定向。这意味着，对于使另一照相机7的轴线7a向工具3定向的情况，确定两根轴线5a、7a之间的光学偏移s。在这种情况下，机械偏移d和光学偏移s对应，因此允许精确地确定工具3和照相机5的光学轴线5a之间的相对位置。接着，用以下方式移动测量头2：检测工具6，并借助图像识别软件来识别和选择各测量点。由于机械偏移d的精确获知，工具3现在可以向相应点精确地移动。当实施该方法时，可以在一次标定之后实施多次测量过程，只要假设机械偏移d将保持不变即可。假如在特定次数的测量过程之后或者甚至在一次测量过程之后机械偏移d出现不能容许的变化，则在相应次数的测量过程之后必须重复标定，或者在极端的情况下在每次单独测量过程之前都必须实施标定。

在图2的变型中，由于照相机5指向光学棱镜8，该光学棱镜8使照相机5的光束11偏转并在11a处指向工具3的尖端，所以可实施标定。

在图3的变型中，由于测量头在标定过程中移动以使工具3能下降进入标定开口9，所以可实施标定。诸如拉力检测装置4中的应变仪之类的传感器可用来实现标定开口9的轴线9a与设置工具3于其中的轴线3a的精确对应。在这种情况下，由于照相机5确定另外参考点14的位置，而参考点14相对于标定开口9的相对位置是已知的，所以就可确定机械偏移d。然而，一旦已将工具3引入标定开口9，同样还可实施测量头2的进一步移位，以使照相机5的轴线5a与标定开口9的轴线9a对准。在这种情况下，另外的参考点14就不是必需的了。

根据本发明的装置能迅速地、可靠地且精确地实施测量方法。各测量值用误差编码记录下来，且用最小值、最大值和标准偏差Cpk等进行统计学上的估计。还可用非破坏性的测试来替换破坏性的测试，在非破坏性的测试中，用来测试各粘合力的力是受限制的。测试过程完全自动地进行，且用软件记录下来。此外，根据本发明的装置是非常紧凑的设计、符合人体工程学且操作起来非常简单。

Claims (22)

1.用于检验工件(6)、尤其是电路板的装置，所述装置包括工具(3)，所述工具可与所述工件(6)机械配合并夹在测量头(2)中，所述测量头相对于所述工件(6)在工件平面中可移动，所述装置还包括用于控制所述测量头(2)的光学观察装置，其特征在于，所述光学观察装置具体为照相机(5)，所述照相机附连至所述测量头(2)且具有基本垂直于所述工件平面(6a)的光学轴线(5a)，并且设有确定机械偏移(d)的标定装置，所述机械偏移是所述工具(3)离所述照相机(5)的所述光学轴线(5a)的距离。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标定装置具体为另一照相机(7)，所述另一照相机相对于所述测量头(2)可移动，且以这样一种方式可定向，即：所述工具(3)和所述测量头(2)的参考点(15)可由所述另一照相机(7)来检测。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述另一照相机(7)的光学轴线(7a)平行于作为所述光学观察装置的所述照相机(5)的所述光学轴线(5a)而定向。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标定装置具体为光学棱镜(8)，所述照相机(5)通过所述光学棱镜能观察所述工具(3)。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标定装置具体为用于工件(6)的承座(1)中的标定开口(9)，所述工具(3)可以引入所述标定开口(9)，并且所述照相机(5)能光学地检测所述标定开口(9)。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述工具(3)具有测量装置(4)，所述测量装置具体为用于控制引入所述标定开口(9)的移动。

7.如权利要求5或权利要求6所述的装置，其特征在于，所述标定开口(9)具体为锥形地向上延伸。

8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述工具(3)具体为钩子，所述钩子通过拉力检测装置(4)固定至所述测量头(2)。

9.如权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述工件平面(6a)在所述装置的使用位置是基本水平的，并且所述工具(3)设置在所述测量头(2)中以能够垂直移动。

10.如权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述工具(3)设置成能相对于所述测量头(2)转动。

11.如权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置装备有基于图像识别装置的控制器，以用于自动移动所述工具(3)。

12.用于检验工件(6)的方法，包括以下步骤：

- 夹紧工件(6)；

- 在相对于所述工件(6)安装的测量头(2)上设置工具(3)；

- 由光学观察装置引导而将所述工具(3)引导至所述工件(6)的待检验点；

- 在所述工件(6)的待检验点上实施测量；

其特征在于，所述工具(3)由照相机(5)进行引导，所述照相机可与所述工具(3)一起相对于所述工件(6)可移动，并且所述照相机(5)相对于所述工具(3)的位置由标定装置(7、8、9)进行检测。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在每次测量之前都实施标定。

14.如权利要求12或权利要求13所述的方法，其特征在于，所述工具(3)是可转动地安装的，并且在所述工具(3)相对于基本垂直于所述工件平面(6a)的轴线的各个角度位置实施所述标定。

15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，通过另一照相机(7)实施所述标定，所述另一照相机指向所述工具(3)且指向所述测量头(2)的参考点(15)。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述照相机(5)同时指向所述工具(3)和所述参考点(15)。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述照相机(5)依次指向所述工具(3)和所述参考点(15)，或反之亦然。

18.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，通过棱镜(8)实施所述标定，所述照相机(5)指向所述棱镜以检测所述工具(3)。

19.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，通过标定开口(9)来实施所述标定，将所述工具(3)引入所述标定开口且所述标定开口由所述照相机(5)检测。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在将所述工具(3)引入所述标定开口(9)的过程中，所述照相机(5)指向另一参考点(15)，所述另一参考点设置在相对于所述标定开口(9)的预定位置。

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，一旦所述工具(3)已引入所述标定开口(9)，所述照相机(5)就向所述标定开口定向。

22.如权利要求12至21中任一项所述的方法，其特征在于，借助图像识别方法自动实施所述测量过程。

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