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Seit
einigen Jahren sind nun dreidimensionale (3D) Röntgenüberprüfungssysteme eine beliebte
Alternative zu vorhergehend erhältlichen
physischen Überprüfungs- und
Diagnosetechnologien. Derartige Systeme werden nun allgemein für eine Defektanalyse
und eine Qualitätsüberprüfung von hergestellten
Artikeln verwendet, wie beispielsweise elektronische gedruckte Schaltungsplatinen
(PCBs = Printed Circuit Boards). Die Verwendung dieser Systeme erlaubt
eine ziemlich detaillierte Überprüfung von
Bereichen eines Artikels, die entweder zu klein sind, um mit bloßem Auge
gesehen zu werden, oder von einer direkten Sicht verborgen sind.
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Mehrere
Typen von 3D-Röntgenüberprüfungssystemen
sind nun erhältlich,
jedes mit eigenen inhärenten
Vorteilen und Begrenzungen. Zum Beispiel benutzen Röntgenlaminographiesysteme,
wie beispielsweise dasselbe, das in dem US-Patent Nr. 4,926,452
durch Baker u. a. beschrieben ist, eine gewinkelte Drehröntgenquelle
in Verbindung mit einem sich bewegenden Bereichsbilddetektor, um
ein Bild einer einzigen planaren Schicht eines zu überprüfenden Artikels
zu erfassen. Wegen der Drehbewegung der Quelle und des Bildbereichdetektors
wird die Schicht von Belang innerhalb eines zu überprüfenden Bereichs von einem kontinuierlichen
Bereich von schrägen
Betrachtungspunkten betrachtet, so daß andere Schichten des Artikels
innerhalb des Betrachtungsbereichs nicht stationär bleiben. Diese Bewegung bewirkt
im wesentlichen, daß andere
Schichten aus dem resultierenden Bild verblassen. Das Ergebnis ist,
daß lediglich
diese Merkmale innerhalb der Schicht hervorstehend sind, die in
der „Brennebene" liegen, die durch
die Drehröntgenquelle
und den Detektor beschrieben ist.
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Während Röntgenlaminographiesysteme
bei einigen Anwendungen außergewöhnlich nützlich sind,
erfordern derartige Systeme eine ziemlich teuere und komplexe Technologie,
einschließlich
der benötigten
Röntgenröhre und
Treiberelektronik, um die präzisen
Bewegungen eines Elektronenstrahls innerhalb der Röhre zu implementieren,
die verwendet wird, um die sich drehende Quelle von Röntgenstrahlen
zu erzeugen. Ferner muß die
Bewegung des Bildbereichdetektors genau mit der Bewegung der Röntgenquelle
koordiniert sein. Typischerweise ist eine präzise Mechanik und Elektronik
zum sowohl horizontalen als auch vertikalen Bewegen des zu untersuchenden
Artikels notwendig, so daß sowohl
der Bereich als auch die Schicht des zu überprüfenden Artikels innerhalb der
Systembrennebene liegen. Wegen der ziemlich kleinen Bereiche, die
derartige Systeme zu einer jeglichen Zeit überprüfen können, ist ferner die Anzahl
von Bereichen und Schichten, die normalerweise erforderlich sind,
um einen Artikel vollständig
zu überprüfen, ziemlich
groß.
Folglich kann ein derartiges System eine ziemlich lange Zeitdauer
erfordern, um eine komplette Untersuchung jedes Artikels durchzuführen. Zusätzlich erfordern
Laminographiesysteme normalerweise die Ausführung eines vorläufigen Prozesses,
genannt „Oberflächenabbildung", für jeden
zu überprüfenden Artikel. Die
Abbildung mißt
im wesentlichen die Höhe
von zahlreichen Positionen auf der Oberfläche des zu überprüfenden Artikels, so daß eine ordnungsgemäße Positionierung
des Artikels innerhalb der Systembrennebene für jeden kleinen Überprüfungsbereich erzielt
werden kann.
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Eine
andere Kategorie von Röntgenüberprüfungssystemen
betrifft auf eine ähnliche
Weise die Verwendung einer sich bewegenden Röntgenquelle. Anstelle eines
Erzeugens eines kontinuierlichen, sich bewegenden Bildes während einer
Drehbewegung der Quelle, werden jedoch zwei oder mehr diskrete Bilder
mittels eines einzigen großen
stationären Bildintensivierers
oder mehreren kleineren stationären
Bildbereichsensoren erzeugt. Derartige Systeme, von denen Beispiele
durch Adams u. a. in der US-Patent Nr. Re. 35,423 und durch Peugeot
in US-Patent Nr. 5,020,086 beschrieben sind, erlauben es der Röntgenquelle,
an bestimmten Winkeln durch den interessierenden Bereich auf dem
Artikel zu verweilen. Das resultierende diskrete Bild bei jeder
Strahlausrichtung wird dann digital gespeichert. Alle Bilder für einen
bestimmten Bereich und eine Schicht des zu überprüfenden Artikels werden dann
mathematisch entweder mittels einer Computerhardware oder -software
verarbeitet, so daß ein
einziges Bild erzeugt werden kann, das den zu überprüfenden Bereich und die Schicht
darstellt. Derartige Überprüfungssysteme eliminieren
den Bedarf nach einer präzisen
Koordination einer Bildsensorbewegung mit derselben der Röntgenquelle.
Der sich bewegende Bildsensor ist jedoch durch mehrere teuere Röntgenbildbereichsensoren
ersetzt, oder alternativ durch einen großen Bildintensivierer, der
normalerweise eine reduzierte Auflösung und eine erhöhte geometrische
Verzerrung bei möglicherweise
höheren
Kosten zeigt.
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Ein
anderes Röntgenüberprüfungssystem, wie
dasselbe in dem US-Patent Nr. 5,583,904, erteilt an Adams, erörtert ist,
verwendet eine oder zwei Röntgenröhren in
Verbindung mit zwei bis vier linearen Röntgenbild-Sensoren. Die Röntgenquellen
der Röhren
drehen sich nicht, aber erfordern die Verwendung von Kollimatoren
und Abschirmungen, um die Röntgenstrahlen
auf eine geeignete Weise auf die Bildsensoren zu führen. Der
zu überprüfende Artikel wird
dann horizontal über
die linearen Sensoren transportiert, von denen jeder lang genug
sein muß, um
in einem einzigen Durchlauf ein Bild über die gesamte Breite des
Artikels zu ermöglichen.
Dieses Erfordernis resultiert somit entweder in einer Begrenzung
der Größe von zu überprüfenden Artikeln
oder in höheren
Kosten, die aus der Verwendung von außerordentlich langen linearen
Sensoren resultieren. Wenn die Platine an den Sensoren vorbeiläuft, erfaßt jeder
Sensor eine Reihe von sequentiellen linearen Bildern, die nachfolgend
für ein
späteres
Computerverarbeiten gespeichert werden, um für jede Schicht des Artikels
ein Bild zu erzeugen. Während
ein derartiges System die gesamte Überprüfungszeitdauer für einen
bestimmten Artikel durch ein Begrenzen der Bewegung der Platine
auf einen einzigen linearen Durchlauf über die Sensoren verringert,
sind die Anzahl und die Vielfalt von Winkeln, die implementiert sein
können,
um Qualitätsbilder
der Artikelschichten aufzunehmen, stark begrenzt. Zusätzlich kompliziert die
Verwendung von zwei Röntgenröhren den
Gesamtentwurf aufgrund des zusätzlichen
Kollimierens und Abschirmens, das notwendig ist, um zu verhindern,
daß Röntgenstrahlen
aus zwei getrennten Röhren
den gleichen linearen Sensor belichten.
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Obwohl
mehrere unterschiedliche Verfahren zum Implementieren eines Röntgenüberprüfungssystems
existieren, wobei jedes seinen eigenen Pegel einer Komplexität, von Kosten,
einer Geschwindigkeit und einer Bildqualität zeigt, besteht aus dem Vorhergehenden
immer noch ein Bedarf nach einem Röntgenüberprüfungssystem, das genaue detaillierte Bilder
der verschiedenen Schichten eines zu überprüfenden Artikels liefert, während eine
Gesamtüberprüfungszeit
und Systemkosten erheblich reduziert werden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren
zum Überprüfen eines
Artikels durch die Verwendung von Röntgenstrahlen zu schaffen,
so daß genaue
detaillierte Bilder der verschiedenen Schichten eines zu überprüfenden Artikels
geliefert werden, während
eine Gesamtüberprüfungszeit
und Systemkosten erheblich reduziert sind.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Röntgenüberprüfungssystem
gemäß Anspruch
1 oder 13, eine Bilderzeugungskette gemäß Anspruch 9 oder ein Verfahren
gemäß Anspruch
21 gelöst.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die unten detailliert erörtert werden sollen, stellen
ein Röntgenüberprüfungssystem
bereit, das eine Bilderzeugungskette benutzt, die eine einzige Röntgenquelle und
ein planares Array von linearen Sensoren aufweist, wobei die Röntgenquelle
und die linearen Sensoren in Beziehung zueinander stationär bleiben.
Die Längsachsen
der linearen Sensoren sind parallel ausgerichtet. Jeder der linearen
Sensoren ist positioniert, um Röntgenstrahlen
von der Röntgenquelle
zu empfangen. Ein Relativbewegungsmechanismus wird benutzt, um einen
zu überprüfenden Artikel
zwischen der Röntgenquelle
und dem Array von linearen Sensoren in einer Reihe von Durchläufen zu
bewegen, die parallel zu dem Sensorarray und im wesentlichen senkrecht
zu den Längsachsen
der Sensoren sind. Alternativ können
die Röntgenquelle
und das Array von linearen Sensoren als eine Einheit in Beziehung
zu einem stationären
zu überprüfenden Artikel
bewegt werden. Ein Interpretierer nimmt ein Übertragungsbild des Artikels
für jeden
der linearen Sensoren auf. Die Bilder werden dann kombiniert, um
ein Schichtbild für
jede konzeptionelle „Schicht" des Artikels zu
erzeugen. Die Schichtbilder können
dann interpretiert werden, um die Gesamtqualität des Artikels zu bestimmen,
einschließlich
des möglichen Vorhandenseins
von unannehmbaren Fehlern oder Defekten. Eine Steuerung, wie beispielsweise
ein Computer, koordiniert und steuert z. B. die Bilderzeugungskette,
den Relativbewegungsmechanismus und den Interpretierer.
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Die
Verwendung einer einzigen Röntgenquelle,
die wegen der stationären
Natur der Quelle in Beziehung zu Sensoren kein Steuern oder Kollimieren
eines Elektronenstrahls erfordert, vereinfacht den Entwurf des Systems
stark. Ferner reduziert die Benutzung von mehreren linearen Sensoren,
die mit Bezug auf die Röntgenquelle
stationär
sind, Systemkosten und eine Komplexität, während die verschiedenen Betrachtungswinkel erzeugt
werden, die für
eine gründliche Überprüfung eines
Artikels erforderlich sind.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert,
die die Grundlagen der Erfindung beispielhaft darstellen. Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines
Röntgenüberprüfungssystems
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht
der Bilderzeugungskette eines Röntgenüberprüfungssystems
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 ein Grundrißdiagramm,
das die Bewegung eines zu überprüfenden Artikels
in Beziehung zu der Bilderzeugungskette eines Röntgenüberprüfungssystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschreibt;
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4 ein Seitenansichtsdiagramm,
das die Wirkung eines Änderns
der Relativposition eines zu überprüfenden Artikels
in Beziehung zu der Bilderzeugungskette eines Röntgenüberprüfungssystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung angibt; und
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5 ein Flußdiagramm
eines Röntgenüberprüfungsverfahrens
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Ein
Beispiel eines Röntgenüberprüfungssystems 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 1 gezeigt.
Eine Bilderzeugungskette 10 wird benutzt, um Röntgenbilder
eines zu überprüfenden Artikels
zu erhalten. Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel ist der Artikel
eine elektronische gedruckte Schaltungsplatine (PCB = Printed Circuit Board).
Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann ein jeglicher Herstellungsartikel, der eine Überprüfung durch
die Verwendung von Röntgenstrahlen
zuläßt, durch
ein derartiges System überprüft werden.
Ein Relativbewegungsmechanismus 20 wird verwendet, um den
zu überprüfenden Artikel
in Beziehung zu der Bilderzeugungskette 10 zu manövrieren,
so daß verschiedene
Bereiche des Artikels überprüft werden können. Bei
anderen Ausführungsbeispielen
bewegt der Relativbewegungsmechanismus 20 die Bilderzeugungskette 10 in
Beziehung zu einem stationären Artikel.
Ein Interpretierer 40 nimmt dann die Röntgenbilder als ein Eingangssignal,
um eine Reihe von Schichtbildern zu erzeugen, wobei jedes eine getrennte
konzeptionelle „Schicht" des Artikels belichtet.
Der Interpretierer 40 kann dann derartige Bilder verarbeiten,
um die Gesamtqualität
des zu überprüfenden Artikels
durch ein Vergleichen der resultierenden Schichtbilder mit einer
vorexistierenden Datenbank zu ermitteln, die der Interpretierer 40 als
ein Vergleichsmodell verwendet. Zum Beispiel kann bei besonders
interessierenden Bereichen der PCB eine algorithmische Bildverarbeitung
der Schichtbilder durchgeführt
werden, um die strukturelle Integrität und Zuverlässigkeit
von Lötverbindungen
zu bestimmen. Eine Steuerung 30 wird benutzt, um die Aktionen
der Bilderzeugungskette 10, des Relativbewegungsmechanismus 20 und
des Interpretierers 40 zu koordinieren. Die Steuerung 30 kann
ferner verwendet werden, um den Transfer von Bilddaten zwischen der
Bilderzeugungskette 10 und dem Interpretierer 40 zu
ermöglichen,
obwohl einige Ausführungsbeispiele
einen Bilddatentransfer direkt von der Bilderzeugungskette 10 zu
dem Interpretierer 40 erlauben können.
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Die
Bilderzeugungskette 10 ist in 2 detaillierter gezeigt. Eine einzige
Röntgenquelle 100, wie
beispielsweise dieselbe, die durch eine einfache Röntgenröhre erzeugt
ist, wird benutzt, um ein planares Array von linearen Sensoren 110 zu
bestrahlen, die empfindlich für
Röntgenstrahlen
sind. Im Gegensatz zu der Röntgenquelle
eines typischen Röntgenlaminographiesystems,
das normalerweise spezialisierte Treiberelektronik erfordert, um
einen Elektronenstrahl innerhalb einer Röntgenröhre zu bewegen, um eine Bewegung
der Röntgenquelle
zu ermöglichen,
ist bei Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung keine derartige Elektronik erforderlich.
Die Röntgenquelle 100 bleibt
relativ zu dem Array von linearen Sensoren 110 stationär, wobei
Röntgenstrahlen
gleichzeitig zu allen linearen Sensoren 110 hin projiziert
werden. Ferner ist eine Kollimierung der Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle 100,
um zu verhindern, daß von
mehreren Quellen erzeugte Röntgenstrahlen
einen bestimmten Sensor beleuchten, nicht erforderlich, da lediglich
eine einzige Quelle implementiert ist. Jedoch kann bei einigen Ausführungsbeispielen
eine Kollimierung benutzt werden, lediglich um eine Röntgenbelichtung
der Positionen, die durch die linearen Sensoren 110 eingenommen sind,
und der dazwischenliegenden Bereiche des zu überprüfenden Artikels zu beschränken, um
eine Gesamtröntgenbelichtung
des Artikels zu begrenzen.
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Ein
zu überprüfender Artikel
(in 2 nicht gezeigt)
ist zwischen der Röntgenquelle 100 und
den linearen Sensoren 110 positioniert, so daß jeder
der Sensoren 110 Bilder des Artikels aufnehmen kann, nachdem
die Röntgenstrahlen
durch den Artikel transmittiert sind. Jeder der linearen Sensoren 110 ist relativ
zu der Röntgenquelle 100 positioniert,
so daß das Übertragungsbild
des Artikels, das durch jeden Sensor 110 aufgenommen wird,
in einem kennzeichnenden Winkel relativ zu der Röntgenquelle 100 erfaßt wird.
Bei dem Beispiel von 2 sind
insgesamt 12 lineare Sensoren 110 in einer kreisförmigen Konfiguration
angeordnet, was in einem Unterschied eines Betrachtungswinkels zwischen
benachbarten linearen Sensoren 110 von näherungsweise
30 Grad resultiert. Während
eine jegliche Anzahl von linearen Sensoren benutzt werden kann,
um unterschiedliche Betrachtungswinkel des zu überprüfenden Artikels zu erzeugen,
scheint ein Bereich zwischen zwölf
und sechzehn linearen Sensoren 110 eine ausreichende Anzahl
von Bildern zu einer ordnungsgemäßen Überprüfung von
PCBs zu erzeugen. Eine Implementierung von acht linearen Sensoren
würde möglicherweise
als ein praktisches Minimum für
die meisten Überprüfungsanwendungen
angesehen. In vielen Fällen
trägt die
Verwendung von mehr als sechzehn linearen Sensoren 110 nicht
erheblich zu den Überprüfungsfähigkeiten
des Systems 1 bei, um die Kosten zu rechtfertigen, die
bei einem Benutzen der zusätzlichen
Sensoren betroffen sind. Während
bei dem Beispiel von 2 eine
kreisförmige
Konfiguration implementiert ist, kann ferner eine jegliche Anzahl
von unterschiedlichen Sensoranordnungen benutzt werden, wie beispielsweise
dieselben, die ein Quadrat, einen Diamanten oder eine zufälligere Struktur
definieren, solange die Längsachsen
der linearen Sensoren 110 im wesentlichen parallel ausgerichtet
sind. Abhängig
von der Anwendung kann die Konfigurationsauswahl bis zu einem gewissen Ausmaß auf der
einfachen Implementierung der ausgewählten Konfiguration und der
erwünschten
Bildqualität
des Typs von zu überprüfenden Artikeln
basieren.
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Jeder
der linearen Sensoren 110 ist relativ zueinander und zu
der Röntgenquelle 100 durch
eine Anbringung an einer stabilen Basis stationär, wie beispielsweise einer
Systemschaltungsplatine 120, wie es in 2 gezeigt ist. Die stationäre Natur
der Sensoren ist nicht wie dieselbe von typischen Röntgenlaminographiesystemen
des Stands der Technik, die oft eine synchronisierte kreisförmige Bewegung
eines Bereichssensors in Verbindung mit einem sich bewegenden Röntgenstrahl
erfordern. Folglich sind die Gesamtkosten des Systems 1 relativ
zu denselben der meisten bekannten Röntgenüberprüfungssysteme stark reduziert.
Ferner neigen lineare Sensoren dazu, wegen der reduzierten Anzahl
von benutzten Bilderzeugungspixeln und der ausgereiften Natur einer
linearen Sensortechnologie weitaus weniger teuer als Bereichssensoren
zu sein, wobei so das System 1 sogar noch kosteneffektiver
gemacht wird.
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Die
linearen Sensoren 110 sind bei einigen Ausführungsbeispielen
lineare Standardsensoren, wobei jeder eine einzige Reihe von mehreren
hundert bis wenigen tausend Bilderzeugungspixeln aufweist, die angepaßt sind,
um für
die Röntgenstrahlen
von der Röntgenquelle 100 empfindlich
zu sein. Zum Beispiel können
die linearen Sensoren 110 handelsübliche Ladungsgekoppelte-Vorrichtung-
(CCD-; CCD = Charge-Coupled Device) Sensoren mit 300 Bildpunkten
pro Zoll (DPI = Dot-Per-Inch) oder 600 DPI sein, die mit einer Faseroptikplatte
(FOP) und einem Cäsium-Jodid-Röntgenscintillator befestigt
sind. Typischerweise werden regelmäßig Spannungen, die den Intensitätspegel
bezeichnen, der durch jedes Pixel erfaßt wird, normalerweise über einen
Analog-zu-Digital-Wandler (ADC = Analog-to-Digital Converter) zu
einem Schieberegister übertragen,
das durch die Steuerung 30 oder den Interpretierer 40 des
Systems 1 gelesen wird. Alternativ können die linearen Sensoren 110 lineare
Zeitverzögerungsintegrations-
(TDI-; TDI = Time Delay Integration) Sensoren sein, die mehrere
Reihen von Sensoren benutzen, um die Ladung zu integrieren, die
als ein Ergebnis der empfangenen Röntgenstrahlen erzeugt wird, bevor
dieselbe zu einer Spannung umgewandelt wird. Lineare TDI-Sensoren
sind auf dem Gebiet für die
hervorragende Empfindlichkeit und Anwendbarkeit derselben bei Hochgeschwindigkeits-Bilderzeugungsanwendungen
bekannt. Bei dem System 1 können ferner andere lineare
Sensoren benutzt werden, die auf Röntgenstrahlen empfindlich sind,
abhängig
von den technischen Erfordernissen der betroffenen Anwendung.
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Um
Bilder von allen interessierenden Bereichen des zu überprüfenden Artikels
aufzunehmen, bewegt der Relativbewegungsmechanismus 20 den Artikel
zwischen der Röntgenquelle 100 und
dem Array von linearen Sensoren 110 in einer Reihe von Durchläufen über die
Sensoren im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse jedes Sensors. Zum Beispiel
zeigt 3 eine PCB A,
die auf Defekte überprüft werden
soll, wie beispielsweise Lötbrücken, Schaltungsbahnbrüche und
dergleichen. Wie es durch die Richtungspfeile in 3 gezeigt ist, bewirkt der Relativbewegungsmechanismus 20,
daß die
Platine A einen horizontalen Durchlauf 101 über den
linearen Sensoren 110 und unter der Röntgenquelle 100 in
die x-Richtung senkrecht zu den y-Achsenausgerichteten Sensoren 110 macht.
Wenn dieser horizontale Durchlauf 101 auftritt, nimmt jeder Sensor 110,
der unter der Platine A lokalisiert ist, mehrere lineare Bilder
eines Abschnitts der Platine A auf. Wenn der horizontale Durchlauf
abgeschlossen ist, wurde durch jeden Sensor unter der Platine A
ein Abschnitt eines Übertragungsbilds
aufgenommen, das die Breite der Platine A und die Länge eines
Sensors 110 (Maximum) aufweist. Ist die Platine A einmal an
dem Array von Sensoren vorbei durchgelaufen, dann macht die Platine
eine vertikale Vorrückung 102 in
die y-Richtung um näherungsweise
die Betrachtungslänge
für jeden
linearen Sensor 110. Der Relativbewegungsmechanismus 20 bewegt
dann die Platine A mittels eines weiteren horizontalen Durchlaufs 101 in
die negative x-Richtung, währenddessen
jeder Sensor 110 ein weiteres Band der Platine A aufnimmt.
Die Bewegung der Platine schreitet auf diese Weise fort, bis jeder
lineare Sensor 110 ein Übertragungsbild
der gesamten Platine A oder zumindest des gesamten zu überprüfenden Bereichs
aufgenommen hat. Wie es in 3 zu
sehen ist, hat wahrscheinlich wegen der verschiedenen Positionen
der verschiedenen Sensoren jeder Sensor eine unterschiedliche Menge
des Gesamtbilds der Platine A in einem bestimmten Moment gesammelt,
während
die Platine A durch den Relativbewegungsmechanismus 20 fortbewegt
wird. Wenn die Platine A jedoch über jedem
Sensor 110 durchgelaufen ist, wurde ein komplettes Übertragungsbild
für jeden
Sensor 110 gesammelt.
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Während die
vorteilhaftesten Ausführungsbeispiele
der Erfindung wahrscheinlich eine Relativbewegung des zu überprüfenden Artikels
senkrecht zu der Längsachse
der linearen Sensoren 110 benutzen, können andere Ausführungsbeispiele
eine Relativbewegung implementieren, die etwas schief (z. B. um
ca. 10 Grad) zu einer streng senkrechten Bewegung ist. Eine derartige
Relativbewegung würde
ein geringfügiges
nicht-orthogonales Erscheinungsbild bei den resultierenden Übertragungsbildern
bewirken, aber diese Verzerrung könnte durch den Interpretierer 40 kompensiert
werden, wenn die Schichtbilder aus den Übertragungsbildern erzeugt
werden. Jedoch eliminiert eine Verwendung einer Relativbewegung,
die so nahe an Senkrecht ist, wie es praktisch ist, im wesentlichen
den Bedarf nach dem Interpretierer 40, um eine derartige
Verzerrung zu kompensieren.
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Wie
es oben angemerkt ist, ist die Länge
jeder vertikalen Vorrückung 102 der
Platine im wesentlichen die Betrachtungslänge für jeden Sensor, die wiederum
auf die tatsächliche
Länge jedes
Sensors bezogen ist. In 4 wird
ein Band einer Breite W der Platine A auf einen der linearen Sensoren 110 mittels
der Röntgenstrahlen
projiziert, die von der Röntgenquelle 100 emittiert
werden. Somit wäre
in dem Fall von 4 jede
vertikale Vorrückung 102 der Platine
A näherungsweise
die Breite W, so daß keine Bereiche
der Platine A verfehlt werden, während
zur gleichen Zeit keine erhebliche Überlappung der getrennten Bänder der
Platine A auftritt, die durch jeden horizontalen Durchlauf 101 genommen
werden.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann jeder lineare Sensor 110 konzeptionell in zwei oder mehr „logische
Sensoren" unterteilt
sein, wobei jeder logische Sensor in einem kennzeichnenden Winkel von
der Röntgenquelle 100 angeordnet
ist, wobei so noch mehr Übertragungsbilder
bereitgestellt sind, die unterschiedliche Betrachtungswinkel darstellen.
Bei derartigen Ausführungsbeispielen
würde dann
jede vertikale Vorrückung 102 der
Platine A einem Bruchteil der Betrachtungslänge für jeden logischen Sensor entsprechen.
Bei dem Beispiel von 4 wäre unter
der Annahme, daß jeder
lineare Sensor 110 in zwei logische Sensoren unterteilt
ist, jede vertikale Vorrückung 102 der
Platine A näherungsweise
eine Breite W/2, um sicherzustellen, daß jeder logische Sensor benutzt
wurde, um den gesamten interessierenden Bereich der Platine A abzubilden.
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Da
die Röntgenquelle 100 und
die linearen Sensoren 110 alle stationär bezüglich zueinander sind, ist
im Gegensatz zu Röntgenlaminographiesystemen
keine „Brennebene" der Erzeugung und
nachfolgenden Manipulation der Übertragungsbilder
zugeordnet. Folglich ist keine Oberflächenabbildung des zu überprüfenden Artikels
erforderlich, um ein Verziehen oder andere Unregelmäßigkeiten
des Artikels zu berücksichtigen,
und es ist keine vertikale oder drehmäßige Einstellung des Artikels
mittels des Relativbewegungsmechanismus 20 erforderlich.
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Jedoch
wäre bei
anderen Ausführungsbeispielen
ein Vorteil eines Aufrechterhaltens einer Vertikal-Bewegungsfähigkeit
für den
Relativbewegungsmechanismus 20, die Bildauflösung des
Systems 1 zu verändern.
Wieder mit Bezug auf 4 ist
eine andere vertikale Position für
die Platine A, als A' angegeben,
gezeigt, die näher
an den linearen Sensoren 110 ist. Diese Position resultiert
in einem breiteren Band W',
das für
jeden horizontalen Durchlauf 110 der Platine A' abgebildet wird.
Daher sind weniger horizontale Durchläufe W' erforderlich, um die mehreren Übertragungsbilder
der gesamten Platine A' aufzunehmen,
was in einem schnelleren Bilderzeugungsprozeß resultiert. Da jedoch die
Anzahl von Bilderzeugungspixeln konstant bleibt, resultiert das breitere
Band W' in einer
niedrigeren Bildauflösung verglichen
mit der Position der Platine A. In anderen Worten würde ein
Kompromiß zwischen
Auflösung und
Verarbeitungsgeschwindigkeit verfügbar gemacht, als ein Ergebnis
einer Positionierfähigkeit
des Relativbewegungsmechanismus 20, der die vertikale Position
des zu überprüfenden Artikels
relativ zu der Röntgenquelle 100 und
den linearen Sensoren 110 ändern könnte.
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Wie
es aus der vorhergehenden Erörterung zu
ersehen ist, ist die Länge
jedes der linearen Sensoren 110 nicht direkt auf die Größe des zu überprüfenden Artikels
bezogen, da eine jegliche Anzahl von mehreren horizontalen Durchläufen 101 gemacht werden
kann, um Übertragungsbilder
des gesamten Artikels zu erzeugen. Somit existiert keine wesentliche
Begrenzung der Größe des zu überprüfenden Artikels
relativ zu der Größe der verwendeten
linearen Sensoren 110, wobei so ermöglicht wird, daß relativ kleine
und kostengünstige
Sensoren bei dem Entwurf des Systems 1 benutzt werden.
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Der
Relativbewegungsmechanismus 20 stellt eine vereinfachte
Bewegungsstruktur dar, als dieselben, die für viele andere Röntgenüberprüfungssysteme
erforderlich sind. Die Bewegung des zu überprüfenden Artikels ist im wesentlichen
mit einer konstanten Geschwindigkeit während jedes der horizontalen
Durchläufe 101,
so daß ein
Mechanismus, der eine schnelle Artikelbeschleunigung und kurze Einstellungszeiten
erfordert, nicht notwendig ist. Ferner treten alle Richtungsänderungen
(zwischen der x- und der y-Richtung) auf, während keine Bilderzeugung durchgeführt wird,
so daß eine
Mechanik mit niedrigerer Leistung mit Bezug auf Richtungsänderungen
toleriert werden kann. Der Relativbewegungsmechanismus 20 kann
typischerweise vorzugsweise einen Satz von kostengünstigen Schrittmotoren
unter der Leitung der Steuerung 30 umfassen, obwohl andere
Motortechnologien, wie beispielsweise Gleichstrom- (DC = Direct
Current) Servomotoren auch benutzt werden können. Alternativ kann der Relativbewegungsmechanismus 20 anstelle
dessen auch die Röntgenquelle 100 und
die linearen Sensoren 110 in Beziehung zu einem stationären zu überprüfenden Artikel
auf eine Weise bewegen, wie es oben beschrieben ist; ein derartiges
System kann für
große
voluminöse
Artikel bevorzugt sein.
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Ist
einmal ein Übertragungsbild
von zumindest einem gewissen Abschnitt des zu überprüfenden Artikels für jeden
linearen Sensor 110 erfaßt, verwendet der Interpretierer 40 mathematische
Prozesse, die auf dem Gebiet bekannt sind, um den einzigen Satz
von Übertragungsbildern
in einen Satz von Schichtbildern zu transformieren, wodurch jedes Schichtbild
eine Darstellung der strukturellen Ausbildung einer konzeptionellen „Schicht" des zu überprüfenden Artikels
ist. Typischerweise umfaßt
diese Transformation teilweise einen Mittelwertbildungsprozeß über jedes
der Übertragungsbilder,
um physische Charakteristika jeder konzeptionellen Schicht des Artikels
hervorzuheben. Der Transformationsprozeß kann beginnen, sobald Übertragungsbilder
von jedem der Sensoren für
einen bestimmten Bereich des Artikels aufgenommen wurden. Ein derartiger möglicher
Prozeß zum
Umwandeln der Übertragungsbilder
in Schichtbilder ist durch Adams in dem US-Patent Nr. 5,583,904,
mit dem Titel „CONTINUOUS
LINEAR SCAN AND LAMINOGRAPHY SYSTEM AND METHOD" beschrieben. Andere Verfahren zum Durchführen von
im wesentlichen der gleichen Funktion können ebenfalls benutzt werden.
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Nachdem
die Schichtbilder erzeugt sind, kann der Interpretierer 40 dann
die Schichtbilder benutzen, um die Gesamtqualität des zu überprüfenden Artikels zu bestimmen.
In dem Fall einer elektronischen gedruckten Schaltungsplatine können z.
B. Merkmale jeder Schicht, wie beispielsweise gedruckte Drähte, Durchkontaktierungen,
Lötverbindungen und
dergleichen, automatisch mit einem vorexistierenden Satz von Bildern
oder strukturellen Messungen verglichen werden, um die physische
Qualität der
PCB zu ermitteln. Der vorexistierende Satz von Bildern oder Messungen
kann mittels eines theoretischen Standards oder einer bekannt fehlerfreien PCB
erzeugt werden. Ferner können
Bildverarbeitungsalgorithmen, die auf dem Gebiet bekannt sind, benutzt
werden, um Schlüsselabschnitte
der Schichtbilder zu verarbeiten, um eine Gesamtqualität und andere
erwünschte
Parameter dieser Abschnitte zu bestimmen.
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Wie
es in 5 gezeigt ist,
umfassen andere Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Überprüfen von Artikeln mittels Röntgenstrahlen.
Zuerst werden eine einzige Röntgenquelle
und ein planares Array von linearen Sensoren bereitgestellt, wobei
die Sensoren parallel zueinander ausgerichtet sind (Schritt 210).
Als nächstes
wird ein zu überprüfender Artikel
zwischen den linearen Sensoren und der Röntgenquelle in einer Reihe
von Durchläufen
parallel zu dem Array und im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse
jedes linearen Sensors bewegt (Schritt 220). Alternativ werden die Röntgenquelle
und die linearen Sensoren als eine Einheit in Beziehung zu einem
stationären
Artikel auf eine ähnliche
Weise bewegt (Schritt 220). Während der
Reihe von Durchläufen,
die durch den Artikel relativ zu den linearen Sensoren gemacht werden,
wird ein Übertragungsbild
des Artikels für
jeden der Sensoren in dem Array aufgenommen (Schritt 230). Die Übertragungsbilder
werden mathematisch kombiniert, um ein Schichtbild für jede getrennte
konzeptionelle „Schicht" des Artikels zu
erzeugen (Schritt 240). Die erzeugten Schichtbilder können dann
interpretiert werden, um die physische Qualität des Artikels zu Überprüfungszwecken
zu ermitteln (Schritt 250).
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Aus
dem Vorhergehenden betreffen Ausführungsbeispiele der Erfindung
ein verbessertes System und ein Verfahren zur physischen Röntgenüberprüfung eines
Artikels, die eine Mehrschicht-Röntgenbilderzeugung
hoher Qualität
unter Verwendung mehrerer linearer Sensoren in einem System von vergleichsweise
geringen Kosten und geringer Komplexität bereitstellen. Außer den
oben gezeigten Ausführungsbeispielen
der Erfindung sind auch andere möglich.
Folglich soll die Erfindung nicht auf die so beschriebenen und dargestellten
spezifischen Formen begrenzt sein; die Erfindung ist lediglich durch die
Ansprüche
begrenzt.