DE3850840T2

DE3850840T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Fehlerinspektion in befestigten Bauteilen, unter Verwendung eines Lichtschlitzes.

Info

Publication number: DE3850840T2
Application number: DE3850840T
Authority: DE
Inventors: Seiji Hata; Daisuke Katsuta; Yuji Hachimanyama-Apart Takagi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2008-10-14
Also published as: DE3850840D1; EP0312046A2; EP0312046B1; US5076697A; EP0312046A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung der Position eines elektrischen Bauteils, das auf einer Leiterplatte montiert ist, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist. Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP-A 0 157 299 bekannt.
In der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 294302/1986 ist es beispielsweise beschrieben, daß in einer Untersuchungsmaschine für falsch plazierte Chip-Komponenten, die auf einer Leiterplatte angebracht sind, ein Verfahren angewendet wird, bei dem das zu untersuchende Bauelement mit mehreren Beleuchtungen bestrahlt wird, ein Bild guten Kontrasts und ein Bild, bei dem lediglich ein festgelegtes Objekt hervorgehoben wird, eingegeben werden, und das sich ergebende eingegebene Bild binär kodiert wird, um dadurch die Falschplazierung des Bauteils zu untersuchen.
Außerdem wurde ein Verfahren angewendet, bei dem, wie in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 135941/1983 beschrieben, ein zu untersuchendes Objekt durch eine parallele Beleuchtung bestrahlt wird und der Schatten des zu untersuchenden Bauteils auf einer Platte ausgebildet und als Bild eingegeben wird, um dadurch die äußere Form und die Position des Chip-Bauelements zu bestimmen.
Bei den oben beschriebenen vorbekannten Techniken berücksichtigt das in der Offenlegungsschrift Nr. 294302/1986 beschriebene Verfahren nicht den Fall, daß die Kombination der Farbe des zu untersuchenden Bauelements und der Farbe der Platine einen schwachen Kontrast ergibt, beispielsweise einen Fall, bei dem die Farben der beiden ähnlich sind, so daß die Anzahl der Objekte, auf die die Untersuchung angewendet werden kann, begrenzt ist.
Die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 135941/1983 beschriebene Vorrichtung berücksichtigt nicht Bauelemente mit komplizierteren Formen, wie beispielsweise ein zylindrisches Bauelement oder ein Bauelement in einer anderen unterschiedlichen Form, so daß ähnlich wie oben die Objekte, auf die die Untersuchung angewendet werden kann, begrenzt sind.
Außerdem senden beide vorbekannten Techniken Licht aktiv aus. Sie berücksichtigen jedoch nicht Überhellungen oder Verwischungen usw. auf Abbildungsvorrichtungen, die auf auch vorhandenes reflektiertes, sehr helles Licht von einer Lötoberfläche o. ä. zurückzuführen sind und die insbesondere dann auftreten, wenn Feststoff-Abbildungsvorrichtungen verwendet werden. Dies führte zu dem Problem, daß die Untersuchung nach dem Löten schwierig wurde.
Außerdem wurde, wie in der amtlichen Druckschrift der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 30659/1980 offenbart, eine Positionserfassungsvorrichtung verwendet, um die Montageposition von elektronischen Bauelementen, die auf einer gedruckten Leiterplatte installiert sind, zu erfassen.
Bei dem vorbekannten Positionserfassungsgerät wird in einer Richtung, die unterschiedlich von der Abbildungsrichtung der TV-Kamera ist, ein Lichtschlitz auf die gedruckte Leiterplatte geworfen, um darauf eine Schlitzlinie auszubilden, dann wird durch die TV-Kamera ein Abbild mit der Schlitzlinie aufgenommen wie bei (2a) in Fig. 1 gezeigt, die Schlitzlinie wird aus dem Bild extrahiert und auf der Grundlage der Form der extrahierten Schlitzlinie wird die Montageposition des elektronischen Bauelements erfaßt.
In einer derartigen Positionserfassungsvorrichtung ist jedoch die Extrahierung der Schlitzlinie schwierig. Etwas ausführlicher ist in (1a) in Fig. 1 ein Diagramm dargestellt, das ein Bild zeigt, das durch Abbildung der gedruckten Leiterplatte durch eine TV-Kamera gewonnen wird, ohne daß der Lichtschlitz daraufgeworfen wird, und (1b) und (2b) in Fig. 1 sind Graphen, die die Helligkeit der unter (1a) und (2a) in Fig. 1 gezeigten Bilder auf Linien in Richtung I an der Stelle J = J&sub0; zeigen. Aus den Graphen wird klar, daß im Falle, daß der Lichtschlitz auf eine Stelle geworfen wurde, die ursprünglich schon hell war, die Helligkeit der Schlitzlinie nur geringfügig von der Helligkeit der gleichen Stelle ohne Projektion des Lichtschlitzes abweicht. Es ist deshalb schwierig, die Schlitzlinie zu extrahieren.
Außerdem wurde, wie in den amtlichen Druckschriften der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften Nr. 76903/1986 und 107105/1986 offenbart, in jüngster Zeit dazu übergegangen, daß bei einem Zustand, bei dem der Lichtschlitz schräg auf ein auf einer gedruckten Leiterplatte montiertes elektronisches Bauelement projiziert wird, ein Abbild von oberhalb der gedruckten Leiterplatte durch eine Fernsehkamera gewonnen wird, woraufhin die Position des elektronischen Bauelements aus der Form der Schlitzlinie erfaßt wird, die durch die Projektion des Lichtschlitzes erzeugt wird.
In einem vorbekannten Verfahren zur Erfassung der Position eines elektronischen Bauelements unter Verwendung eines Lichtschlitzes wird vorweg ein Schwellenwert gesetzt, und wenn eine Schlitzlinie vorliegt, die um mehr als der Schwellenwert von der Schlitzlinie auf der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte entfernt ist, wird der entsprechende Punkt als ein Punkt am Endteil des elektronischen Bauelements angesehen, wodurch die Position des elektronischen Bauelements erfaßt wird.
Inzwischen wird üblicherweise die Position des elektronischen Bauelements erfaßt, bevor dieses elektronische Bauelement auf die gedruckte Leiterplatte gelötet wird. Da aber auch Falschplazierungen des elektronischen Bauelements während des Lötschritts auftreten können, muß die Position des elektronischen Bauelements auch nach seinem Auflöten auf die gedruckte Leiterplatte erfaßt werden.
Wenn hierbei, wie in Fig. 2 gezeigt, das elektronische Bauelement 69 mit Lötbereichen 80 gelötet wurde, ergeben sich Bilddaten wie in Fig. 3a gezeigt, und die Schlitzlinie 72 ist an den Stellen bzw. deren Endpunkten, die den Endstellen des elektronischen Bauelements 69 entsprechen, nicht unterbrochen. Wird die Position des elektronischen Bauelements 69 mit einem auf TH1 gesetzten Schwellenwert erfaßt, wird die Position des Kantenpunkts als i&sub2; angenommen, wie in Fig. 3b gezeigt, obwohl die korrekte Position des Eckenpunkts i&sub1; ist. Die Position des elektronischen Bauelements 69 kann deshalb nicht genau erfaßt werden. Um dieses Problem zu lösen, kann ein geeigneter Grenzwert wie etwa TH2 gesetzt werden. Da jedoch der Abstand zwischen der Schlitzlinie 72 auf der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte und der Schlitzlinie 72 auf dem elektronischen Bauelement 69 in Abhängigkeit vom Beleuchtungszustand, der Art des elektronischen Bauelements 69 usw. stark voneinander abweichen, ist es schwierig, einen geeigneten Grenzwert zu setzen.
Außerdem passiert es manchmal, daß, wie in Fig. 4 gezeigt, die Schlitzlinie 72 aufgrund der regelmäßigen Reflektion des Lichtschlitzes, die dem Glanz des Lots 80 zugeordnet werden kann, abbricht. In diesem Fall ergeben sich Bilddaten wie in Fig. 5a gezeigt. Wenn die Position des elektronischen Bauelements 69 mit einem auf TH1 gesetzten Schwellenwert erfaßt wurde, wird die Position des Kantenpunkts zu i&sub3; angenommen, wie in Fig. 5b gezeigt. Somit kann die Position des elektronischen Bauelements 69 nicht genau erfaßt werden.
Die "Patent Abstracts of Japan", Bd. 11, Nr. 153, S. 577 zeigen einen Galvanospiegel zur Erfassung eines zweidimensionalen fluoreszierenden Bildes.
EP-A 0 157 299 offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung der Position eines auf eine Platine montierten elektronischen Bauelements mit mehreren Lichtschlitzprojektoren zur Projektion mehrerer Lichtschlitze, und einem zweidimensionalen Bilddetektor zum Erfassen bzw. Abbilden eines jeden Lichtschlitzes auf der Leiterplatte.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erfassung der Position eines elektronischen Bauelements, das auf eine Leiterplatte montiert ist, anzugeben, wobei eine Formänderung eines Bauelements vorliegt, beispielsweise eine Untersuchungsmaschine für die genaue Erfassung von Fehlplazierungen eines Chip-Bauelements, wobei die Fehlplazierung eines Chip-Bauelements nach dem Verlöten desselben mit der gedruckten Leiterplatte immer zuverlässig ohne Beeinflussung durch die Farbe oder Form des Chip-Bauelements, der Farbe der gedruckten Leiterplatte usw. erfaßt werden kann.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Untersuchungsmaschine für Fehlplazierungen von Chip-Bauelementen, die auf einer gedruckten Leiterplatte montiert sind, wobei letztere auf einen mechanischen X-Y-Schlitten montiert ist, bei der zumindest zwei Lichtschlitzprojektoren so angeordnet sind, daß Lichtschlitze, die von ihnen projiziert werden, sich gegenseitig schneiden, wobei die Lichtschlitze von Galvanospiegeln reflektiert werden und danach schräg auf die Leiterplatte geworfen werden, um dadurch Schlitzlinien auf die Leiterplatte und das darauf befestigte Bauelement zu projizieren, indem eine Einrichtung zur Steuerung des Drehbetrags des Galvanospiegels gesteuert wird, von oberhalb der gedruckten Leiterplatte her werden die Schlitzlinien mittels einer Fernsehkamera abgebildet, so daß sie im Abbild der Kamera horizontale helle Linien werden können, und die Formen der Schlitzlinien in den Abbildern werden dann durch eine Bildverarbeitungseinrichtung extrahiert, die mit einer Subtraktionseinrichtung versehen ist, zur Extraktion eines zweidimensionalen Lichtschlitz-Bildsignals durch Subtraktion eines Bilds ohne Lichtschlitz von einem Bild mit Lichtschlitz.
Um das Muster eines Lichtschlitzes einfach und mit hohem Kontrast extrahieren zu können, ist erfindungsgemäß eine Lichtbestrahlungssteuerungseinrichtung vorgesehen, um während der Belichtung eines Abbildungsgeräts, beispielsweise einer Fernsehkamera, den Lichtschlitz für eine Zeitdauer zu projizieren, die kürzer als die Belichtungszeit des Abbildungsgeräts ist (oder zumindest während eines Zeitintervalls, die die obengenannte Belichtungszeit nicht überschreitet).
Die Position des elektronischen Bauelements wird prinzipiell durch die Erfassung des Bruchpunktes der Schlitzlinie, der einer Kante des Chips entspricht, erfaßt, wobei jedoch, um die Position des elektronischen Bauelements genau erfassen zu können selbst wenn eine Schlitzlinie am Kantenpunkt nicht unterbrochen ist, ein Lichtschlitz in einer Richtung auf das elektronische Bauelement projiziert wird, die quer hierzu verläuft, eine Schlitzlinie, die durch die Projektion des Lichtschlitzes erzeugt wird, durch eine Kamera abgebildet wird, ein entsprechender Teil, auf den der Wert der Dimensionsdaten des elektronischen Bauelements, wie sie vorweg gespeichert wurden, anwendbar ist, aus der Form der Schlitzlinie erfaßt wird und die Position des elektronischen Bauelements auf der Grundlage des entsprechenden Teils ermittelt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein Diagramm zur Erläuterung von Abbildungsvorgängen im Stand der Technik und gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Lichtschlitz auf ein Bauelement, beispielsweise ein elektronisches Bauelement, projiziert wird;
Fig. 3a und 3b sind Diagramme zur Erläuterung eines bekannten Verfahrens zur Erfassung der Position des Bauelements,
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Lichtschlitz auf ein elektronisches Bauelement projiziert wird, und
Fig. 5a und 5b sind Diagramme zur Erläuterung eines bekannten Verfahrens zur Erfassung der Position des elektronischen Bauelements;
Fig. 6 ist eine schematische Konstruktionszeichnung, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Untersuchung von Fehlplazierungen von Bauelementen zeigt,
Fig. 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Abschnitts des erfassenden optischen Systems der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung,
Fig. 8 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Abbildungssystems in der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung,
Fig. 9 und 10 sind Diagramme, die jeweils ein Beispiel eines eingegebenen Bildes in Fig. 7 und 8 zeigen,
Fig. 11 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Bildverarbeitungsschaltung der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung,
die Fig. 12a-12c, Fig. 13 und 14 sind Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zur Extrahierung von Schlitzlinien in der Schaltung, die in Fig. 11 gezeigt ist, und
Fig. 15 ist ist ein Blockdiagramm der in Fig. 11 gezeigten Schlitzlinien-Extrahierungsschaltung;
Fig. 16 und 17 sind Diagramme, die jeweils eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erläuterung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigen,
Fig. 18 ist ein Diagramm, das die Abbildungsmoden eines Abbildungsgeräts (TV-Kamera) zeigt,
Fig. 19 ist ein Diagramm einer Schaltungsanordnung einer Steuerungsschaltung für die Lichtbestrahlung der in Fig. 17 gezeigten Positionserfassungsvorrichtung,
Fig. 20 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 17 gezeigten Positionserfassungsvorrichtung,
die Fig. 21a-21c und Fig. 22 sind Diagramme zur Erläuterung der Erfassung der Form einer Schlitzlinie,
Fig. 23 ist eine Ansicht, die einen Teil eines anderen Aspekts der erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung zeigt, und
Fig. 24 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Bildvorgangs der in Fig. 23 gezeigten Positionserfassungsvorrichtung; und
Fig. 25 ist eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zur Durchführung eines Erfassungsverfahrens für die Position von Bauelementen gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt,
Fig. 26 ist ein Diagramm, das einen Teil der Vorrichtung in Fig. 25 zeigt,
Fig. 27 ist ein Flußdiagramm, das die Verarbeitungsschritte des Erfassungsverfahrens für die Bauelementposition, das die in Fig. 25 und 26 gezeigte Vorrichtung verwendet, zeigt, und
Fig. 28a-28d und Fig. 29a-29e sind Diagramme zur Erläuterung des Verfahrens zur Erfassung der Zustandsänderung eines Bauelements, beispielsweise die Position des Bauelements, unter Verwendung der in Fig. 25 und 26 gezeigten Vorrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:

In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung der Formänderung eines Bauelements, beispielsweise zur Untersuchung der Fehlplazierung eines Chip-Bauelements, werden Lichtschlitze schräg auf eine Leiterplatte projiziert und von genau oberhalb der Leiterplatte her abgebildet, wodurch die Positionen der Schlitzlinien in einem Abbild in Abhängigkeit von der Höhe der bestrahlten Ebene variiert, so daß die Höhe des zu untersuchenden Objekts durch Analysieren der Form der Schlitzlinien herausgefunden werden kann. Die Position des auf der Leiterplatte befestigten Chip-Bauelements kann somit aus den Oberflächenerhebungen der Leiterplatte erfaßt werden, und die Erfassung wird weder durch Farbe oder Form des Chips noch durch die Farbe der Leiterplatte beeinflußt. In diesem Fall kann die seitliche Fehlplazierung und die vertikale Fehlplazierung des zu untersuchenden Chips erfaßt werden, indem die Schlitzlinien kreuzweise auf das zu untersuchende Objekt projiziert werden.
Im Hinblick auf das oben Gesagte haben Chips und Leiterplatten üblicherweise vergleichsweise ähnliche Färbungen, so daß deren Unterscheidung im allgemeinen schwierig ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die oben erwähnte Erfassung jedoch möglich, ohne daß sie von den Färbungen beeinflußt wäre.
Außerdem können die von den Lichtschlitzprojektoren projizierten Lichtschlitze durch Galvanospiegel reflektiert werden, so daß die Schlitzlinien auf das zu untersuchende Objekt unter jedem gewünschten Winkel geworfen werden können, so daß die Schlitzlinie zuverlässig auf die obere Oberfläche eines Chips für verschiedene Chiphöhen geworfen werden kann. Außerdem werden die Schlitzlinien, die auf das Objekt geworfen werden, so abgebildet, daß sie sich horizontal in einem Abbild erstrecken, wodurch eine helle vertikale Linie, die als "Überhellung" oder "Verwischung" bezeichnet wird und die insbesondere dann auftritt, wenn Feststoff-Abbildungsvorrichtungen verwendet werden in einem Fall, in dem ein Lichtschlitz, herkömmliches Beleuchtungslicht o. ä. direkt auf die Oberfläche eines Metalls wie beispielsweise Lot fällt und als reflektiertes Licht hoher Helligkeit zurückläuft, anhand der Richtungen der hellen Linien im Abbild von der Schlitzlinie unterschieden werden kann, so daß die irrtümliche Erfassung der Schlitzlinien verhindert werden kann.
Eine unter die obigen Erläuterungen fallende Ausführungsform wird nun erläutert.
Fig. 6 ist eine schematische Konstruktionszeichnung, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Untersuchungsgeräts für die Fehlplazierung eines Chip-Bauelements zeigt. In Fig. 6 bezeichnet Ziffer 1 Fernsehkameras, die ein zu untersuchendes Objekt abbilden, Ziffer 2 einen Halbspiegel, der die zwei Fernsehkameras 1 optisch koppelt und es ihnen erlaubt, einen identischen Bereich unter Winkeln, die um 900 voneinander abweichen, abzubilden. Ziffer 3 bezeichnet Lichtschlitzprojektoren, Ziffer 4 Spiegel, beispielsweise Galvanospiegel, die dazu dienen, Lichtschlitze, die von den Lichtschlitzprojektoren 3 projiziert wurden, zu reflektieren und die Bestrahlungspositionen der Schlitzlinien auf der Leiterplatte zu steuern. Eine X-Y-Bühne 5 hält die gedruckte Leiterplatte, auf der das das zu untersuchende Objekt bildende Chip-Bauelement angebracht ist, sie wird angesteuert durch einen X-Y-Tisch, der auf einer Ebene beweglich ist. Ziffer 6 bezeichnet eine Steuerungsschaltung, die die Lichtsteuerung der Lichtschlitzprojektoren 3 und die Betriebssteuerung der Galvanospiegel 4 und der X-Y-Bühne (X-Y-Tisch) 5 durchführt, Bezugsziffer 7 eine Bildverarbeitungsschaltung, die die von der Fernsehkamera 1 her zugeführten Bilddaten verarbeitet, Bezugsziffer 8 einen Bildprozessor, der aus der Steuerungsschaltung 6 und der Bildverarbeitungsschaltung 7 besteht, Bezugsziffer 9 das Chip-Bauelement und Bezugsziffer 10 die Leiterplatte.
Eine Untersuchungsmaschine für auf einer Leiterplatte angebrachte elektronische Bauelemente hat eine Fernsehkamera l, einen Lichtschlitzprojektor 3, eine X-Y-Bühne (X-Y-Tisch) 5, auf die die gedruckte Leiterplatte mit dem das zu untersuchende Objekt darstellende Chip-Bauelement gelegt wird, und einen Bildprozessor 8, der die von der Fernsehkamera 1 gelieferten Bilddaten verarbeitet und ein System steuert; die Vorrichtung aus Fig. 6 besteht aus einer Untersuchungsmaschine für die Fehlplazierung eines Chip-Bauelements mit zwei Lichtschlitzprojektoren 3, die die Lichtschlitze derart auf eine Leiterplatte 10 wirft, daß sie sich rechtwinklig schneiden, Galvanospiegel (Spiegel) 4, die durch einen Bildprozessor 8 gesteuert werden, um projizierte Lichtschlitze zu reflektieren und die Bestrahlungspositionen der jeweiligen Lichtschlitze zu steuern, und zwei Fernsehkameras 1 und einen Halbspiegel 2, die so angeordnet sind, daß die zwei Lichtschlitze, die auf die Leiterplatte geworfen werden, innerhalb eines Bildes waagrecht abgebildet werden können, wodurch die Form der Lichtschlitze in den Bildern, die durch die Fernsehkameras 1 gewonnen werden, durch den Bildprozessor 8 analysiert werden, um die Fehlplazierung des Chip-Bauelements zu erfassen.
Fig. 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Teils des in Fig. 6 gezeigten optischen Erfassungssystems. Das optische System in Fig. 6 wird gebildet durch eine Fernsehkamera 1, Lichtschlitzprojektoren 3 und Galvanospiegel 4, die zusammen einen Satz bilden, wobei zwei solcher Sätze vorgesehen sind. Fig. 7 zeigt die Seitenansicht eines solchen Satzes. In allen Zeichnungen bezeichnen die gleichen Symbole identische oder äquivalente Bereiche, in Fig. 7 bezeichnet Ziffer 9 das das Untersuchungsobjekt darstellende Chip-Bauelement und Ziffer 10 die gedruckte Leiterplatte, auf der das Chip-Bauelement 9 angebracht und die auf die X-Y-Bühne 5 (in Fig. 6) gesetzt ist. Ziffer 11 bezeichnet ein eingegebenes Bild für den Fall, daß ein Bild, das gewonnen wird durch Projektion des Lichtschlitzes auf das zu untersuchende Chip-Bauelement 9 über den Galvanospiegel 4 durch den Lichtschlitzprojektor 3, abgebildet und durch die Fernsehkamera 1 eingegeben wird. Ziffer 72 bezeichnet den Lichtschlitz.
Die Fernsehkamera 1 in Fig. 7 ist bezüglich der Leiterplatte 10 vertikal installiert, und der Lichtschlitz vom Lichtschlitzprojektor 3 wird vom Galvanospiegel 4 so reflektiert, daß er die Leiterplatte 10 schräg bestrahlt. Dadurch liegt der Teil des Lichtschlitzes, der auf das Chip-Bauelement 9 geworfen wird, das höher liegt als die Ebene der Leiterplatte 10, in bezug auf den Teil des Lichtschlitzes, der auf die Leiterplattenebene geworfen wird, höher, wie dies im Bild 11 zu sehen ist. Da sich auf diese Weise die Position des Lichtschlitzes im Bild 11 in Abhängigkeit von der Oberflächengestaltung des zu untersuchenden Chip-Bauelements ändert, kann die Position des zu untersuchenden Chip-Bauelements 9 aus der Form des Lichtschlitzes im Bild 11 erfaßt werden, und in Fig. 7 kann die Fehlplazierung des Chip-Bauelements 9 in X-Richtung erfaßt werden. Hier ändert sich die Höhe des zu untersuchenden Chip-Bauelements 9 in Abhängigkeit von seiner Art. Deshalb wird der vom Lichtschlitzprojektor 3 stammende Lichtschlitz reflektiert, um dessen Bestrahlungsposition durch den Galvanospiegel 4 gemäß dem zu untersuchenden Chip-Bauelement 9 zu steuern, so daß der Lichtschlitz auf die obere Oberfläche des Chip-Bauelements geworfen werden kann. Das Verfahren zur Steuerung des Galvanospiegels 4 mittels der Steuerungsschaltung 6 (in Fig. 6) wird so durchgeführt, daß der Winkel des Galvanospiegels 4 unter Verwendung von Daten, die die Höhe des Chip-Bauelements 9 anzeigen, gesteuert wird. Zur Erfassung der Fehlplazierung des Chip-Bauelements 9 in Y-Richtung im Abbild 11, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ist ein eigener Satz eines optischen Systems, das in Fig. 7 gezeigt ist, vorgesehen. Zu diesem Zweck sind zwei Fernsehkameras 1, Lichtschlitzprojektoren 3 und Galvanospiegel 4, wie in Fig. 6 gezeigt, vorgesehen, und die Lichtschlitzprojektoren 3 und Galvanospiegel 4 sind jeweils so angeordnet, daß sie zu rechtwinkligen Überschneidungen führen, wie in Fig. 6 gezeigt.
Fig. 8 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Abbildungssystems in Fig. 6. Für die Fernsehkameras 1 in Fig. 6 wird, wie in Fig. 8 dargestellt, ein Lichtstrahl, der vom zu untersuchenden Chip-Bauelement 9 auf der Leiterplatte 10 her einfällt, durch den halbtransparenten Spiegel zweigeteilt, und dessen Abbilder werden durch die zwei Fernsehkameras 1a und 1b erfaßt. Dann erfassen die zwei Fernsehkameras 1a und 1b in ihren Abbildern das gleiche Objekt, aber die Abbilder, die jeweils durch die Fernsehkamera 1a und 1b erfaßt werden, stehen rechtwinklig zueinander, wie es in den Eingabebildern 11a und 11b dargestellt ist. Dadurch kann die Fehlplazierung des zu untersuchenden Chip-Bauelements 9 in X- und Y-Richtung aus der Form der Lichtschlitze in den Abbildern wie in den Bildern 11a und 11b, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind, erfaßt werden.
Die Fig. 9 und 10 sind Diagramme zur Erläuterung von Beispielen von eingegebenen Bildern, wie sie mit Bezugsziffer 11 in Fig. 7 und Symbolen 11a und 11b in Fig. 8 dargestellt sind. In den Fig. 9 und 10 bezeichnet Ziffer 12 einen Punkt großer Helligkeit, Ziffer 13 eine vertikale Linie großer Helligkeit, Ziffer 14 eine sich auf der Grundlage des Lichtschlitzes ergebende vertikale Linie großer Helligkeit, und Ziffer 15 eine vertikale Linie großer Helligkeit aufgrund von reflektiertem Licht. Die Schlitzlinien in Fig. 7 und 8 werden, indem die Fernsehkameras 1 eingestellt werden, so abgebildet, daß sie sich innerhalb der Abbilder in horizontaler Richtung, wie sie im Eingabebild 11 in Fig. 7 und den Bildern 11a und 11b in Fig. 8 dargestellt sind, erstrecken. Wenn dann die Schlitzlinie, der auf die Leiterplatte 10, auf die das zu untersuchende Chip-Bauelement 9 gelötet wurde, geworfen wurde, von Lot oder einer metallisch glänzenden Oberfläche auf der Leiterplatte 10 reflektiert wird, wie durch Bild 11 in Fig. 9 dargestellt, weist das abgebildete reflektierte Licht im Bild 11 der Fernsehkamera 1 den Punkt 12 großer Helligkeit auf, so daß die vertikale Linie 13 großer Helligkeit entsteht. Aufgrund ihrer Richtung kann die vertikale Linie 13 aber ausreichend von der Schlitzlinie unterschieden werden. Wenn andererseits die Schlitzlinie so abgebildet wird, daß er sich in vertikaler Richtung innerhalb des Bilds erstreckt, wie im Bild 11 in Fig. 10 dargestellt, wird in nachteiliger Weise die Unterscheidung zwischen der vertikalen Linie 14 großer Helligkeit, die sich aufgrund des Lichtschlitzes ergibt, und der Linie 15 großer Helligkeit, die dem Punkt 12 großer Helligkeit, der durch reflektiertes Licht erzeugt wird, zugeschrieben werden kann, schwierig. Als nächstes wird eine Schaltungsanordnung und ein Extrahierungsystem zum zuverlässigen Extrahieren der Schlitzlinie aus einem Abbild für den Fall, daß die Schlitzlinie durch eine Fernsehkamera 1 so abgebildet wurde, daß sie sich im Bild horizontal erstreckt, beschrieben.
Fig. 11 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm der Bildverarbeitungsschaltung 7, die die Schlitzlinien-Extrahierungsschaltung in Fig. 6 enthält. In Fig. 11 bezeichnet Ziffer 16 einen A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler), Ziffer 17 einen Bildspeicher, Ziffer 18 die Schlitzlinienextrahierungsschaltung, Ziffer 19 einen Positionsspeicher, Ziffer 20 eine CPU, Ziffer 21 einen Speicher und Ziffer 22 einen Bus. Ein von der Kamera 1 in Fig. 11 aufgenommenes Bildsignal wird im A/D-Wandler 16 der Bildverarbeitungsschaltung 7 einer Analog/Digital-Wandlung unterworfen, und das sich ergebende digitale Signal kann in den Bildspeicher 17 oder die Schlitzlinienextrahierungsschaltung 18 eingegeben werden. Auf den Empfang der Bilddaten vom A/D-Wandler 16 her führt die Schlitzlinienextrahierungsschaltung 18 eine Schlitzlinienextrahierungsberechnung durch und liefert das Berechnungsergebnis an den Positionsspeicher 19. Unter Steuerung durch die CPU 20 steuert die Steuerungsschaltung 6 den Lichtschlitzprojektor 3, Galvanospiegel 4 und X-Y-Bühne (X- Y-Tisch) 5. Fig. 12a, 12b und 12c sind Diagramme zur Erläuterung eines Schlitzlinienextrahierungsverfahrens in Fig. 11. In den Fig. 12a-12c bezeichnet Symbol 11A ein durch Bestrahlung mit einer Schlitzlinie gewonnenes Bild, Symbol 11B ein Bild, das ohne Bestrahlung mit einer Schlitzlinie gewonnen wird, und Symbol 11C ein subtrahiertes Bild bzw. Differenzbild. Auf der Grundlage der vom A/D-Wandler 16 stammenden Bilddaten führt die Schlitzlinienextrahierungsschaltung 18 in Fig. 11 die Subtraktion zwischen den zwei Bildern aus, nämlich zwischen dem Bild 11A, das gewonnen wurde, indem, wie in Fig. 12a gezeigt, die Schlitzlinie abgestrahlt wurde, und dem Bild 11B, bei dem die Schlitzlinie, wie in Fig. 12b gezeigt, nicht abgestrahlt wurde. Da sich die Bilder 11A und 11B lediglich in den Teilen unterscheiden, die durch die Schlitzlinie bestrahlt wurden, wird auf obige Weise als Differenzbild 11C lediglich die Schlitzlinie vom Hintergrund separiert und extrahiert, wodurch die Beeinflussung durch reflektiertes Licht von Verdrahtungsmustern her ausgeschaltet werden kann. Die Koordinaten I und J in Fig. 12a entsprechen jeweils der horizontalen bzw. vertikalen Richtung des Bildes.
Fig. 13 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Helligkeitsverteilung im Differenzbild 11C in Fig. 12c. Wenn im Bild 11C in Fig. 12c die Helligkeitsverteilung in einer Richtung rechtwinklig zur Abtastlinie untersucht wird, werden diejenigen Werte F(J) der Helligkeit gelöscht, die lediglich geringe Helligkeitswerte zeigen und die dem Einfluß von Rauschen zugeschrieben werden können, es verbleiben jedoch der durch die Schlitzlinie hervorgerufene Schlitzlinien-Bestrahlungsteil, wie in Fig. 13 gezeigt. Durch Setzen des festen Grenzwerts TH kann somit lediglich der Teil der Schlitzlinie übriggelassen werden, der vom Lichtschlitz herrührt. Die Helligkeitsverteilung des Schlitzlinienteils, der vom Lichtschlitz herrührt, weist die in Fig. 13 gezeigte Normalverteilung auf, und die Position der Schlitzlinie, die auf dem Lichtschlitz beruht, wird im Bild 11C (in Fig. 12c) als der Mittelpunkt der Helligkeitsverteilung angenommen, so daß ein Mittel- oder Zentralwert M(I) an der Koordinate I durch einen Vorgang der gewichteten Mittelwertsbildung entsprechend der nachfolgenden Gleichung berechnet wird, wobei die Koordinaten I und J den horizontalen und vertikalen Richtungen des Bildes wie in Fig. 12a dargestellt entsprechen:
F(J) stellt hier den Wert der Helligkeit an der Koordinate J dar, und J&sub0; und J&sub1; stellen die Koordinatenwerte der Koordinate J dar, an denen der Wert F(J) der in Fig. 13 gezeigten Helligkeit den Grenzwert TH überschreitet. Die Berechnung gemäß Formel (1) wird für die verschiedenen Werte der Koordinate I durchgeführt, wodurch die Schlitzlinie als eine Punktfolge (I, M (I)) extrahiert wird, die durch die folgende Formel (2) dargestellt wird:
(I, M(I)) wobei I = 0, 1, . . . , N (2)
N bezeichnet hier die Anzahl der horizontalen Pixel des Bilds 11C.
Fig. 14 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Helligkeitsverteilung des Differenzbilds 11C in Fig. 12c, wenn die vertikale Linie 13 hoher Helligkeit (in Fig. 9 gezeigt) vorhanden ist, die reflektiertem Licht zuzuschreiben ist. Im Falle der Fig. 9, bei der beim Abbildungsvorgang zusammen mit einfallender Schlitzlinie der Punkt 12 hoher Helligkeit aufgrund reflektierten Lichts hoher Helligkeit abgebildet wird und die vertikale Linie 13 hoher Helligkeit im Bild 11 entsteht, wird der Pegel des Helligkeitswerts F(J) des Differenzbilds 11C (gezeigt in Fig. 12c) auf der vertikalen Linie 13 (in Fig. 9 gezeigt) den Grenzwert TH über den gesamten Bereich der Koordinate J, wie in Fig. 14 gezeigt, übersteigen, so daß sich der Bereich, der der Berechnung nach Formel (1) unterliegt, über einen weiten Bereich erstreckt. Deshalb wird, wenn der Wert des Bereichs W, der wie folgt ausgedrückt wird:
W = J&sub1;-J&sub0; (3)
einen bestimmten festen Grenzwert WTH überschreitet, das berechnete Ergebnis aus Formel (1) entsprechend der vertikalen Linie 13 gelöscht. Durch diese Löschung kann verhindert werden, daß die vertikale Linie 13 hoher Helligkeit, die reflektiertem Licht hoher Helligkeit zugeschrieben werden kann, die Tätigkeit des Extrahierens der Schlitzlinie beeinflußt. Es wird nun die Schaltungsanordnung und Wirkungsweise der Schlitzlinienextrahierungsschaltung 18, die in Fig. 11 gezeigt ist, beschrieben, sie führt den Schlitzlinienextrahierungsvorgang auf der Grundlage des obigen Algorithmus aus.
Fig. 15 ist ein Blockschaltdiagramm der in Fig. 11 gezeigten Schlitzlinienextrahierungsschaltung 18. In Fig. 15 bezeichnen Ziffern 23 und 24 Bildspeicher, Ziffer 25 einen Adreßsignalgenerator, Ziffer 26 einen Taktsignalgenerator, Ziffer 27 einen Subtrahierer, Ziffer 28 einen Addierer, Ziffer 29 einen Komparator, Ziffer 30 einen Subtrahierer, Ziffer 31 einen Multiplizierer, Ziffer 32 und 33 Addierer, Ziffern 34 und 35 Halteglieder, Ziffer 36 einen Dividierer, Ziffer 37 ein Halteglied und Ziffer 38 ein Gatter.
Durch den A/D-Wandler 16 wird das von der Fernsehkamera 1 in Fig. 15 stammende Bildsignal digitalisiert, das digitale Signal wird in den Bildspeichern 23 und 24 gespeichert. Es werden hier das Bild 11A, das unter Bestrahlung mit einer Schlitzlinie (in Fig. 12a) gewonnen wurde, bzw. das Bild 11B, das ohne Bestrahlung der Schlitzlinie (in Fig. 12b) gewonnen wurde, im Bildspeicher 23 bzw. im Bildspeicher 24 nacheinander folgend gespeichert. Nach Maßgabe durch den Taktsignalgenerator 26 wird ein Adressensignal vom Adressensignalgenerator 25 an die Bildspeicher 23 und 24 geschickt, so daß auf diese Bildspeicher in einer Richtung rechtwinklig zu den Abtastlinien zugegriffen werden kann. Der Subtrahierer 27 wird verwendet zur Erzeugung der Daten des Differenzbilds 11C aus der Differenz zwischen den Daten des Bilds 11A im Bildspeicher 23, das mit Einstrahlung der Schlitzlinie gewonnen wurde, und der Daten des Bilds 11B im Bildspeicher 24, das ohne Einstrahlung der Schlitzlinie gewonnen wurde. Der Subtrahierer 30 wird verwendet, um den Helligkeitswert F(J) der Daten des Differenzbilds 11C mit dem Schwellenwert TH wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt zu vergleichen. Lediglich die Daten, die nicht kleiner als der Grenzwert TH sind, werden an den nachfolgenden Multiplizierer 31 und Addierer 32 geleitet, um darin verarbeitet zu werden. Der Multiplizierer 31 berechnet das Produkt zwischen dem Koordinatenwert J des im Adreßsignalgenerator 25 erzeugten Adreßsignals und den Daten F(J) des Differenzbilds 11C, das vom Subtrahierer 27 her den Subtrahierer 30 durchlief, diese Produkte F(J) · J werden im Addierer 33 aufaddiert, um den Zähler in Formel (1) zu ermitteln. Andererseits addiert der Addierer 32 die Einzeldaten F(J) des Differenzbilds 11C, die vom Subtrahierer 27 her den Subtrahierer 30 durchliefen, und ermittelt so den Nenner aus Formel (1) . Die Ergebnisse der Berechnungen werden jeweils in den Haltegliedern 34 und 35 gehalten. Entsprechend einem vom Adreßsignalgenerator 25 nach einer Abtastlinie erzeugten Endbefehl wird das im Dividierer 36 dividierte Ergebnis M(I) an das Halteglied 37 gegeben und die Zahlen des Mittel- bzw. Zentralwerts M(I) im Halteglied 37 entsprechend Formel (1) wird an den Positionsspeicher 19 geleitet und dort gespeichert. Der Addierer 28 addiert die vom Taktsignalgenerator 26 stammenden Taktsignale auf, solange vom Subtrahierer 30 her kein Carry-Bit vorliegt, also solange Berechnungen in den arithmetischen Einheiten 31, 32 und 33 durchgeführt werden. Das aufaddierte Ergebnis wird üblicherweise mit dem Schwellenwert WTH der Formel (3) im Komparator 29 verglichen. Wird das aufaddierte Ergebnis größer als der Schwellenwert WTH, wird das Halteglied 37 zum Halten des berechneten Ergebnisses M(I) gelöscht, um dem Positionsspeicher 19 Null-Daten zuzuführen, während gleichzeitig der Adreßsignalgenerator 25 zurückgesetzt wird und zur Erzeugung des Adressensignals der nächsten vertikalen Linie neu eingestellt wird. Aufgrund dieser Tätigkeit des Komparators 29 ist es möglich, die Bilddaten M(I) des in Fig. 14 dargestellten Teils zu löschen, die die von reflektiertem Licht herrührende vertikale Linie 13 hoher Helligkeit im Bild 11 (Fig. 9) enthalten.
Mit der bisher beschriebenen Ausführungsform kann die Fehlplazierung eines kleinen, flachen Chip-Bauelements, das auf einer gedruckten Leiterplatte angebracht ist, erfaßt werden, ohne daß sich Beschränkungen aufgrund der Farbe oder der Form des Chip-Bauelements oder der Farbe der gedruckten Leiterplatte, ergäben, und der Einfluß einer hellen vertikalen Linie im Abbildungsvorrichtungen, die durch reflektiertes Licht hoher Helligkeit von einer metallischen Oberfläche wie etwa Lot o. ä. auf der Leiterplatte hervorgerufen wurde, und die aufgrund der Projektion des Lichtschlitzes entsteht, kann ausgemerzt werden.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform führt dazu, daß die Fehlplazierung eines Chip-Bauelements erfaßt werden kann, ohne daß dies durch die Farbe oder Form des Chip-Bauelements oder die Farbe der gedruckten Leiterplatte eingeschränkt wäre, und daß der Einfluß von von Lot o. ä. reflektiertem Licht eliminiert werden kann, so daß die äußere Anordnung des angebrachten Chip-Bauelements nach dem Lötvorgang zuverlässig überprüft werden kann.
Als nächstes wird eine andere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, insbesondere eine Ausführungsform, die es einem Abbildungsgerät, beispielsweise einer Fernsehkamera erlaubt, Bilder mit hohem Kontrast aufzunehmen. Wenn bei diesem Beispiel die Belichtungszeit der Kamera verkürzt wird, wird ein Teil des durch die Kamera aufgenommenen Bildes ausgenommen einer Schlitzlinie abgedunkelt, und wenn die Stärke des Lichtschlitzes erhöht wird, kann die Schlitzlinie in dem von der Kamera aufgenommenen Bild aufgehellt werden.
Fig. 16 ist ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung. Es zeigen hier Ziffer 55 einen Tisch, Ziffern 50 und 51 Führungsschienen, die auf dem Tisch 55 angebracht sind, Ziffer 10 eine gedruckte Leiterplatte, die an den Führungsschienen 50 und 51 befestigt ist, Ziffer 69 ein elektronisches Bauelement, das an der gedruckten Leiterplatte 10 befestigt ist, Ziffern 56 und 57 Tischantriebe, die den Tisch 55 in X-Richtung und Y-Richtung bewegen, Ziffern 58 und 59 Ansteuerschaltungen, die die Tischantriebe 56 und 57 steuern, Ziffer 1 eine Fernsehkamera, Ziffer 52 eine Stroboskoplampe, und Ziffer 3 einen Lichtschlitzprojektor, durch den das von der Stoboskoplampe 52 emittierte Licht in einen Lichtschlitz umgewandelt wird. Ziffer 53 bezeichnet einen Bildprozessor, der die Ansteuerschaltungen 58, 59, die Fernsehkamera 1 und die Stroboskoplampe 52 ansteuert und der aus einem Bild, das die Schlitzlinie hat und das durch die Fernsehkamera 1 aufgenommen wurde, die Schlitzlinie extrahiert, um die Position des elektronischen Bauelements 69 anhand der Form der Schlitzlinie zu erfassen. Der Bildprozessor 53 weist eine Steuerungseinrichtung für die Lichtbestrahlung auf, um zu bewirken, daß die Stroboskoplampe 52 Licht in einem Zeitraum emittiert, der kürzer oder gleich der Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 ist, während der die Fernsehkamera 1 mit Licht belichtet wird.
Bei dieser Positionserfassungsvorrichtung wird die gedruckte Leiterplatte 10 an den Führungsschienen 50 und 51 befestigt, und der Tisch 55 wird durch die Tischantriebe 56 und 57 bewegt, um dadurch das elektronische Bauelement 69 in den Abbildungsbereich der Fernsehkamera 1 zu bringen. Zunächst wird die Vorderfläche der gedruckten Leiterplatte 10 durch die Fernsehkamera 1 derart abgebildet, daß die Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 kurzgesetzt wird, (beispielsweise 1/60 s oder weniger) und daß die Stroboskoplampe 52 kein Licht aussendet, das Bild ((3a) in Fig. 1) wird in Bildprozessor 53 gespeichert. Dann wird die Vorderfläche der gedruckten Leiterplatte 10 durch die Fernsehkamera 1 abgebildet, wobei die Belichtungszeit der Fernsehkamera gleich der obigen gesetzt wird und während der Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 die Stroboskoplampe 52 Licht während eines Zeitintervalls, das kürzer als die Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 ist, aussendet, und das Bild ((4a) in Fig. 1) wird im Bildprozessor 53 gespeichert. Im Bildprozessor 53 wird das in Fig. 1 unter (3a) gezeigte Bild von dem in Fig. 1 unter (4a) gezeigten Bild subtrahiert, um dadurch die Schlitzlinie zu extrahieren, und die Befestigungsposition des elektronischen Bauelements 69 wird aus der Form der Schlitzlinie ermittelt.
Obwohl in der obigen Ausführungsform die Schlitzlinie durch Bildsubtraktion extrahiert wurde, kann sie genausogut durch Binärkodierung des in Fig. 1 unter (4a) gezeigten Bildes extrahiert werden.
Da dann, wenn die Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 verkürzt wird, derjenige Teil des von der Fernsehkamera 1 aufgenommenen Bildes, der nicht die Schlitzlinie ist, dunkler wird, oder dadurch, daß dann, wenn die Lichtmenge der Stroboskoplampe 52 erhöht wird, die Schlitzlinie, wie sie von der Fernsehkamera 1 aufgenommen wird, heller wird, kann die Positionserfassungsvorrichtung die Schlitzlinie gut extrahieren. Dies kann man auch den Graphen (bei (3b) und (4b) in Fig. 1) entnehmen, die jeweils längs Linien in I-Richtung jeweils bei J = J&sub0; (die bei (1a) in Fig. 1 angedeutete Position) die Helligkeit von Bildern zeigen, die in Fig. 1 bei (3a) und (4a) zu sehen sind.
Fig. 17 ist ein Diagramm einer anderen erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung. In dieser Figur bezeichnet Fig. 1 eine Fernsehkamera mit CCD-Verschluß, deren Belichtungszeit von außen elektrisch gesteuert werden kann. Für die Fernsehkamera 1 kann ein normaler Modus oder üblicher Modus gewählt werden wie bei (b) in Fig. 18 gezeigt, in dem ein Bild mit normaler Belichtungszeit aufgenommen wird, oder ein Schnellverschlußmodus oder verkürzter Modus wie bei (a) in Fig. 18 gezeigt, bei dem ein Bild mit einer Belichtungszeit aufgenommen wird, die kürzer als die normale Belichtungszeit ist. In Fig. 17 bezeichnet Ziffer 52 eine Stroboskoplampe, und Ziffer 3 einen Lichtschlitzprojektor, mit dem das von der Stroboskoplampe 52 emittierte Licht in einen Lichtschlitz umgewandelt wird. Ziffer 71 zeigt einen Bildprozessor, der die Treiberschaltungen 58 und 59, die Fernsehkamera 1 und die Stroboskoplampe 52 steuert und der die durch die Fernsehkamera 1 aufgenommenen Bilder verarbeitet, um die Position usw. eines elektronischen Bauelements 69 zu erfassen. Ziffer 63 bezeichnet einen CPU, Ziffer 64 einen Speicher, Ziffer 65 eine Ansteuerung für einen X-Y-Tisch, die die Treiberschaltungen 58 und 59 ansteuert, Ziffer 66 eine Lichtbestrahlungssteuerung, der die Leuchtzeiten der Stroboskoplampe 52 steuert, und Ziffer 67 eine Belichtungszeitsteuerung, die die Fernsehkamera 1 zwischen dem üblichen Modus und dem verkürzten Modus umschaltet. Die Belichtungszeitsteuerung 67 schaltet die Moden der Fernsehkamera 1 wie unter Kameramoden (b) in Fig. 20 gezeigt. Sie stellt den üblichen Modus (CM) im ersten Feld (F&sub1;) ein und den verkürzten Modus (SM) im zweiten Feld (F&sub2;) und im dritten Feld (F&sub3;). In Fig. 17 bezeichnet Ziffer 68 eine Bildeingabeschaltung, die ein von der Fernsehkamera 1 gesendetes Bildsignal empfängt, Ziffer 89 eine Bildverarbeitungsschaltung, die das an die Bildeingabeschaltung 68 geschickte Bild empfängt und einen Schlitzlinienextrahierungsvorgang ausführt, einen Bilddichteprozeß usw., und Ziffer 70 einen Systembus, der die CPU 63, den Speicher 64 usw. miteinander verbindet. Die CPU 63, der Speicher 64 usw. bilden den Bildprozessor 71.
Fig. 19 ist ein Schaltungsanordnungsdiagramm der Lichtbestrahlungssteuerung 66 der in Fig. 17 gezeigten Positionserfassungsvorrichtung. In Fig. 19 bezeichnet Ziffer 42 den Adreßbus des Systembus 70 (in Fig. 17), Ziffer 43 einen DIP- Schalter und Ziffer 44 einen Komparator, der nur dann ein Signal an einen Haltekreis 45 sendet, wenn die durch den Schalter 43 gesetzte Adresse mit einer am Adreßbus 42 anliegenden Adresse übereinstimmt. Der Haltekreis 45 speichert das vom Komparator 44 gelieferte Signal. Außerdem wird, wie bei (d) in Fig. 20 gezeigt, im Schalter 43 die Adresse so gesetzt, daß vom Haltekreis 45 her ein Signal beginnt aufzutreten, sobald das dritte Feld F&sub3; beginnt. Somit kann lediglich im dritten Feld F&sub3; (mit (a) in Fig. 20 bezeichnet) die Stroboskoplampe 52 Licht emittieren bzw. den Lichtschlitz projizieren. Gegebenenfalls zeigt (d) in Fig. 20 die Ausgabezeit (Befehl zum Aussenden des Lichtschlitzes) des Haltekreises 45. Ziffer 48 in Fig. 19 bezeichnet einen Zähler, der das Vertikalsynchronisierungssignal 46 und das Horizontalsynchronisierungssignal 47 des Bildes von der Bildeingabeschaltung 68 (in Fig. 17 gezeigt) empfängt und der entsprechend dem horizontalen Synchronisierungssignal 47 hochzählt und durch das vertikale Synchronisierungssignal 46 zurückgesetzt wird. Der Zähler 48 liefert eine Ausgabe, die die Anzahl der horizontalen Abtastdurchläufe innerhalb eines Bildes anzeigt. Ziffer 49 stellt einen Schalter dar, und Ziffer 50 einen Komparator, der lediglich dann ein Signal liefert, wenn ein mit dem Schalter 49 gesetzter Wert mit dem vom Zähler 48 gelieferten Wert übereinstimmt. Im Schalter 49 wird der Wert so gesetzt, daß vom Komparator 50 ein Signal innerhalb der Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 im verkürzten Modus (SM) geliefert wird. Ein UND-Gatter 61 liefert ein Signal, wenn vom Komparator 50 und vom Haltekreis 45 her Signale geliefert werden. Der Haltekreis 45 wird zurückgesetzt, wenn er mit einem Signal vom UND-Gatter 61 beaufschlagt wird. Ziffer 62 zeigt eine Steuerungsschaltung, die die Stroboskoplampe 52 (in Fig. 17) zum Licht Emittieren veranlaßt, wenn sie mit dem Signal vom UND-Gatter 61 beaufschlagt wird.
In der Positionserfassungsvorrichtung werden die Moden der Fernsehkamera 1 wie bei (b) in Fig. 20 dargestellt umgeschaltet, so daß die Belichtungszeiten der Fernsehkamera 1 so werden, wie sie bei (c) in Fig. 20 dargestellt sind. Außerdem wird vom Haltekreis 45 wie bei (d) in Fig. 20 gezeigt ein Signal geliefert, das Signal wird vom Komparator 50 innerhalb der Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 im verkürzten Modus (SM) geliefert, so daß das Signal vom UND-Gatter 61 innerhalb der Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 im dritten Feld F&sub3; wie bei (e) in Fig. 20 gezeigt geliefert wird. Somit emittiert die stroboskopische Lampe 52 Licht innerhalb der Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 im dritten Feld F&sub3;, um den Lichtschlitz zu projizieren. Im ersten Feld F&sub1; ist die Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 somit lang und der Lichtschlitz wird nicht projiziert, so daß das von der Fernsehkamera 1 aufgenommene Bild so wird, wie es bei (1a) in Fig. 1 dargestellt ist. Außerdem ist im zweiten Feld F&sub2; die Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 kurz und der Lichtschlitz wird nicht projiziert, so daß das durch die Fernsehkamera 1 aufgenommene Bild wird wie bei (3a) in Fig. 1 gezeigt. Schließlich ist im dritten Feld F&sub3; die Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 kurz und der Lichtschlitz wird projiziert, so daß das durch die Fernsehkamera 1 aufgenommene Bild wird wie bei (4a) in Fig. 1 gezeigt. Wenn hier das im ersten Feld F&sub1; durch die Fernsehkamera 1 aufgenommene Bild in die Bildverarbeitungsschaltung 69 (Fig. 17) eingegeben wird und dem Bilddichtevorgang unterworfen wird, kann ein Zeichen, ein Buchstabe o. ä. auf dem elektronischen Bauelement 69 erfaßt werden. Wenn außerdem in der Bildverarbeitungsschaltung 69 durch Subtraktion des Bildes im zweiten Feld F&sub2; vom Bild aus dem dritten Feld F&sub3; mittels der CPU 63 und dem Speicher 64 die Schlitzlinie extrahiert wird, kann die Befestigungsposition des elektronischen Bauelements 69 aus der Form der Schlitzlinie erfaßt werden.
Als nächstes wird die Erfassung-der Form der Schlitzlinie beschrieben. Zunächst wird das Bild ohne Schlitzlinie, wie in Fig. 21b gezeigt, vom Bild mit Schlitzlinie, wie in Fig. 21a gezeigt, subtrahiert, um dadurch das in Fig. 21c gezeigte Differenzbild zu erhalten. Danach wird die Helligkeit F(1) des Differenzbilds auf einer Linie in I-Richtung erfaßt. Im nächsten Schritt werden die I-Koordinaten I&sub0; und I&sub1; erfaßt, an denen die Helligkeit F(I) gleich dem in Fig. 22 angedeuteten Grenzwert TH wird, erfaßt, im nächstfolgenden Schritt wird der Mittel- bzw. Zentralwert M(J) der Helligkeitsverteilung, wie es in Fig. 22 gezeigt ist, durch die folgende Formel ermittelt:
Wenn N die Anzahl der Pixel in vertikaler Richtung bezeichnet, werden derartige Vorgänge N-mal durchgeführt, um die Mittel- bzw. Zentralwerte M(J) für J = 0,1, . . . , N zu ermitteln. Dann kann die Form der Schlitzlinie erfaßt werden.
Fig. 23 ist eine Ansicht eines Teils einer anderen erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung. Hier bezeichnet Symbol 3a einen Lichtschlitzprojektor, der einen Lichtschlitz in X-Richtung projiziert, und Symbol 4a einen Galvanospiegel, der den vom Lichtschlitzprojektor 3a projizierten Lichtschlitz reflektiert. Durch Änderung des Winkels des reflektierenden Bereichs des Galvanospiegels 4a kann die Position des auf die gedruckte Leiterplatte 10 durch den Lichtschlitzprojektor 4a geworfenen Lichtschlitzes in Y-Richtung bewegt werden. Symbol 3b bezeichnet einen Lichtschlitzprojektor, der einen Lichtschlitz in Y-Richtung projiziert, und Symbol 4b einen Galvanospiegel, der den vom Lichtschlitzprojektor 3b projizierten Lichtschlitz reflektiert. Durch Änderung des Winkels des reflektierenden Bereichs des Galvanospiegels 4b kann die Position des auf die gedruckte Leiterplatte 10 durch den Lichtschlitzprojektor 3b geworfenen Lichtschlitzes in X-Richtung bewegt werden.
Bei dieser Positionserfassungsvorrichtung wird innerhalb der Belichtungszeit der Fernsehkamera 1 der Lichtschlitz auf die gedruckte Leiterplatte 10 mittels des Lichtschlitzprojektors 3a mit einem Winkel des reflektierenden Bereichs des Galvanospiegels 4a, der auf einen vorbestimmten Winkel gesetzt ist, geworfen und danach der Winkel des reflektierenden Bereichs des Galvanospiegels 4a geändert, und der Lichtschlitz wird auf die gedruckte Leiterplatte 10 mittels des Lichtschlitzprojektors 3a projiziert, während ein Lichtschlitz auf die gedruckte Leiterplatte 10 über den Galvanospiegel 4b mittels des Lichtschlitzprojektors 3b projiziert wird. Dadurch erhält man, wie in Fig. 24 gezeigt, ein Bild mit drei Schlitzlinien. Wenn hier die Kantenpunkte 39-44 der drei Schlitzlinien erfaßt werden, können die Positionen eines elektronischen Bauelements 69 in diesem Bild in X-Richtung und Y-Richtung erfaßt werden. Wenn ein Bereich, in dem ein elektronisches Bauelement 69 existiert, einen Bilddichtevorgang auf der Grundlage der erfaßten Ergebnisse unterworfen wird, kann ein Zeichen, ein Buchstabe o. ä. auf dem elektronischen Bauelement 69 präzise erfaßt werden.
Obwohl die obige Ausführungsform im Hinblick auf eine Positionserfassungsvorrichtung beschrieben wurde, die die Einbauposition eines elektronischen Bauelements auf einer gedruckten Leiterplatte erfaßt, ist die Erfindung auch anwendbar auf Positionserfassungsvorrichtungen, die die Position von Teilen auf einer Fläche erfassen, wobei eine Formänderung vorliegt, die Position eines auf einer Fläche befestigten Gegenstands, usw.
Wie bisher beschrieben kann in der Erfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ein Teil eines durch eine Kamera aufgenommenen Bildes, jedoch ohne die Schlitzlinie abgedunkelt werden, und die Schlitzlinie des Bildes, das durch die Kamera aufgenommen wird, kann aufgehellt werden, so daß die Schlitzlinie einfach extrahiert werden kann. Dadurch bietet die Erfindung merkliche Vorteile.
Als nächstes wird als eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vorrichtung beschrieben, mit der die Position eines bestimmten Bauelements selbst dann erfaßt werden kann, wenn die Schlitzlinie an ihren Kantenpunkten nicht unterbrochen ist.
Fig. 25 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung der Position eines elektronischen Bauelements. In dieser Figur bezeichnet Ziffer 10 eine gedruckte Leiterplatte, auf der ein elektronisches Bauelement 69 angebracht ist. Ziffer 76 bezeichnet eine Lichtquelle, Ziffer 77 einen Schlitz, durch den das von einer Lichtquelle 76 stammende Licht in einen Lichtschlitz umgeformt wird, Ziffer 1 eine Fernsehkamera, die die durch die Projektion des Lichtschlitzes entstandene Schlitzlinie 72 abbildet, Ziffer 53 einen Bildprozessor, der die durch die Fernsehkamera 1 gewonnenen Bilddaten verarbeitet, und Ziffer 73 einen Fernsehmonitor, der mit dem Bildprozessor 53 verbunden ist.
Fig. 26 ist ein Blockdiagramm, das einen Teil der Vorrichtung in Fig. 25 zeigt. Ziffer 17' bezeichnet eine Bildeingabe/Ausgabeschaltung, Ziffer 82 einen Bildspeicher, Ziffer 83 eine Allzweck-Eingabe/Ausgabe-Schaltung, Ziffer 20' eine CPU, Ziffer 85 eine Floppy-Disc-Steuerung, Ziffer 86 einen Programmspeicher, Ziffer 87 eine Arithmetik/Logik-Einheit und Ziffer 88 einen Systembus. Die Bildeingabe/Ausgabeschaltung 17', der Bildspeicher 82, die CPU 20' usw. bilden einen Bildprozessor 53. Ziffer 78 bezeichnet eine Steuerungskonsole, die mit der CPU 20' verbunden ist, Ziffer 79 einen Drucker, der mit der CPU 20' verbunden ist und Ziffer 80 eine Floppy Disc, die durch die Flopp-Disc-Steuerung 85 gesteuert wird.
Als nächstes wird das Verfahren zur Erfassung der Position des elektronischen Bauelements unter Verwendung des in Fig. 25 und 26 dargestellten Geräts beschrieben. Es wird Bezug genommen auf das Flußdiagramm der Fig. 27. Zunächst werden Bilddaten wie in Fig. 28b gezeigt aus dem Originalbild (Fig. 28a) der Schlitzlinie 72, wie sie durch die in Fig. 25 dargestellte Fernsehkamera 1 aufgenommen wurde, extrahiert und in dem in Fig. 26 gezeigten Positionsspeicher gespeichert.
Danach wird eine Position i auf der Abszisse des Bildes auf i = 0 gesetzt, wie in Fig. 28b gezeigt (in Fig. 27 durch Schritt (1) angedeutet).
Danach wird ein Wert, der dem Maximalwert des Spalts (oder des Pegelunterschieds) zwischen dem Teil der Schlitzlinie 72 auf der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 10 und ihrem Teil auf dem Bauelement 69, wie in Fig. 25 gezeigt, vorweg als Anfangswert INM in diesem Fall eingegeben. Somit wird, wie in Fig. 27 durch Schritt (2) angedeutet, der Bildprozessor durch Setzen des vorherigen Eingangswerts "SPALT" auf INM (SPALT = INM) initialisiert. Wenn L die Daten bezüglich der Länge des elektronischen Bauelements 69, wie sie vorweg im Bildspeicher 82 gespeichert wurden, bezeichnet, werden dann die Positionen m(i) und m(i + L) der Schlitzlinie 72 bei und i + L längs der Ordinate des Bildes abgetastet und der Betrag des Unterschieds zwischen m(i) und m(i + L) wird für DIS gesetzt (DIS = m(i) - m(i + L) , siehe Schritt (3)). Im nächsten Schritt werden die Werte SPALT und DIS verglichen (SPALT > DIS, siehe Schritt (4)). Ist hier der Wert DIS kleiner als der Wert von SPALT, wird der Wert von DIS auf den Wert von SPALT geschrieben und der Wert i wird auf PUNKT geschrieben (Schritt (5)). Danach werden die Werte von und (n - L) verglichen (Schritt (6)). Wenn hier der Wert von i kleiner als (n - L) ist, wird i = i + 1 gesetzt, danach wird zum Schritt (3) zurückgesprungen (Schritt (7)). Ist dagegen der Wert von größer als der Wert von (n - L), ist der Vorgang beendet. Wenn i = 0 gilt, gilt auch DIS = m&sub0; - m&sub1; . Wenn m&sub0; - m&sub1; kleiner als der Wert von INM ist gilt SPALT = m&sub0; - m&sub1; , PUNKT = 0 und i = 1. Somit gilt selbst dann, wie in Fig. 28b dargestellt, wenn i = ia1 gilt, DIS = m&sub0; - m&sub1; , und unverändert gilt SPALT = m&sub0; - m&sub1; und PUNKT = 0. Außerdem gilt, wie in Fig. 28c dargestellt, dann, wenn i = ib1 gilt, DIS = m&sub1; - m&sub1; = 0, so daß SPALT = 0 und PUNKT = ib1 gilt. Außerdem gilt, wenn, wie in Fig. 28d dargestellt, i = ic1 gilt, DIS = m&sub1; - m&sub0; , so daß SPALT = 0 und PUNKT = ib1 ohne Änderung gilt. Wenn i = n - L erreicht wurde, endet der Vorgang. Die Positionen der Kantenpunkte sind in diesem Fall ib1 und ib2, und die Position des elektronischen Bauelements 69 kann aus diesen Werten erfaßt werden.
Die obige Beschreibung in Verbindung mit den Fig. 28a-28d nahm Bezug auf den Fall, daß die Form des Bildes ideal ist. Tatsächlich nehmen jedoch die Kanten der Schlitzlinie manchmal merkwürdige Formen an. Dieser Fall wird Bezug nehmend auf die Fig. 29a-29e beschrieben.
Insbesondere wird das Positionserfassungsverfahren für ein elektronisches Bauelement für den Fall beschrieben, daß die in Fig. 29b gezeigten Bilddaten aus einem in Fig. 29a gezeigten Originalbild extrahiert wurden. Zunächst gilt für i = 0 DIS = m&sub0; - m&sub1; . Wenn m&sub0; - m&sub1; kleiner als INM ist, gilt SPALT = m&sub0; - m&sub1; , PUNKT = 0 und i = 1. Somit gilt, wenn wie in Fig. 29b gezeigt, i = id1 gilt, DIS = m&sub0; - m&sub1; und ohne Veränderung gilt SPALT = m&sub0; - m&sub1; und PUNKT = 0. Außerdem gilt, wenn wie in Fig. 29c dargestellt, i = ie1 gilt, DIS = m&sub2; - m&sub1; , so daß SPALT = m&sub2; - m&sub1; und PUNKT = ie1 gilt. Wenn hier der Wert ist, der der Position entspricht, wo sich der Lotteil 80 auf der linken Seite des Zeichnungsblattes (Fig. 2) befindet, führt eine Zunahme von i zu einer Abnahme des Wertes von DIS, so daß der Wert SPALT abnimmt und der Wert PUNKT zunimmt. Außerdem gilt, wie in Fig. 29d dargestellt, wenn i = if1 gilt, DIS = m&sub1; - m&sub1; = 0, so daß SPALT = 0 und PUNKT = if1. Wenn außerdem, wie in Fig. 29e dargestellt, 1 = ig1 gilt, gilt DIS = m&sub1; - m&sub3; , so daß SPALT = 0 und PUNKT = if1 ohne Änderung. Wenn der Wert ist, der der Position des Lotteils 80 auf der rechten Seite des Zeichnungsblattes entspricht, führt eine Zunahme von zu einer Zunahme des Wertes DIS, so daß die Werte SPALT und PUNKT ohne Änderung weiter gelten. Wenn i = n - L gilt, ist der Vorgang beendet. Die Positionen der Kantenpunkte in diesem Fall sind if1 und if2, und die Position des elektronischen Bauelements 69 kann aus diesen Werten erfaßt werden.
In der obigen Ausführungsform wurde der Abstand DIS ermittelt, um den Punkt PUNKT zu ermitteln, bei dem der Abstand DIS minimal wird. Es ist jedoch genauso möglich, den maximalen Spaltenpunkt zu erfassen, an dem der Spalt maximal wird und den maximalen Spaltenpunkt als den Kantenpunkt anzusehen, wenn der Spalt eines Punktes, der durch Addition der Hälfte der Länge L des elektronischen Bauelements 69 zum maximalen Spaltenpunkt gleich dem Spalt am maximalen Spaltenpunkt ist. Außerdem ist es möglich, die Länge des geradlinigen Teils der Schlitzlinie zu erfassen und die Endteile des geradlinigen Teils als die Kantenpunkte anzusehen, wenn die Länge des geradlinigen Teils gleich der Länge L des elektronischen Bauelements 69 ist. Somit kann ein entsprechendes Teil, auf das der Wert der Abmessungsdaten des elektronischen Bauelements, wie sie vorab gespeichert wurden, paßt, aus der Form der Schlitzlinie erfaßt werden, um die Position des elektronischen Bauelements auf der Grundlage der Position des entsprechenden Teils zu ermitteln.
Wie bisher beschrieben, können mit dem Positionserfassungsverfahren für ein Bauelement entsprechend der obigen Ausführungsform selbst dann, wenn eine Schlitzlinie an den Kantenpunkten nicht unterbrochen ist, die Kantenpunkte der Schlitzlinie erfaßt werden, so daß die Position des Bauelements präzise erfaßt werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung der Position eines elektrischen Bauteils auf einer Leiterplatte mit:

- mehreren Lichtschlitzprojektoren (3) zum Projizieren mehrerer Lichtschlitze und

- einem zweidimensionalen Bilddetektor (1) zum Erfassen eines jeden Lichtschlitzes (72) auf der Leiterplatte

dadurch gekennzeichnet, daß

die jeweiligen Lichtschlitzprojektoren (3) Stroboskoplichtschlitzprojektoren (52) aufweisen zur Projektion der jeweiligen Lichtschlitze in kurzen Zeitabschnitten, die nicht länger sind als die Erfassungszeit eines jeden zweidimensionalen Bildsensors (1), um zweidimensionale Bildsignale der jeweiligen (stehenden) Schlitzlinien (72) durch den zweidimensionalen Bildsensor (1) zu erfassen; und durch

einen xy-Tisch (5), auf dem der Schaltkreis befestigt ist zur Positionierung des elektrischen Bausteins und zur Erfassung seiner Position im Erfassungsbereich des zweidimensionalen Bildsensors (1) durch Verschiebung der Leiterplatte in zwei Richtungen; sowie

mehrere Drehspiegel (4) zum Reflektieren eines jeden Lichtschlitzes, welcher von jedem der Lichtprojektoren (3) in eine Vielzahl schräger Richtungen bezüglich der Richtung die senkrecht zu der Leiterplatte in xy-Richtung verläuft;

Steuermittel (6) zum Steuern der jeweiligen Drehungen eines jeden Drehspiegels (4), der die sich im wesentlichen senkrecht schneidenden Schlitzlinien (72) auf die obere Oberfläche des elektrischen Bauteils projiziert in Übereinstimmung mit dem zweidimensionalen Bildsignal, welches von dem zweidimensionalen Bildsensor (1) erhalten wird, und

eine Bildverarbeitungsvorrichtung mit einer Subtraktorvorrichtung (27), die das zweidimensionale Schlitzlichtbildsignal durch Subtraktion zweidimensionaler Bilddaten in Übereinstimmung mit dem zweidimensionalen Bildsignal extrahiert, welches von dem zweidimensionalen Bildsensor (1) erhalten wird, ohne die Schlitzlinien (72) zu projizieren von zweidimensionalen Bilddaten die von dem zweidimensionalen Bildsignal stammen, welches von dem zweidimensionalen Bildsensor (1) erhalten wurden durch Projektion der Schlitzlinien (72) durch die Schlitzlinienprojektoren (3) sowie durch Erfassungsmittel zum Erfassung der zweidimensionalen Lage entlang der xy-Achse des elektrischen Bauteils auf der Leiterplatte durch Erfassung der Eckenlagen der jeweiligen Schlitzlinien, welche auf der oberen Oberfläche des elektrischen Bauteils liegt, in Übereinstimmung mit dem zweidimensionalen Schlitzlichtbild, welches durch die Subtraktionsvorrichtung (27) subtrahiert wurde.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweidimensionale Bildsensor (1) mehrere TV-Kameras (1) aufweist, entsprechend der Anzahl der jeweiligen Schlitzlinien, so daß jede der Schlitzlinien (72) welche auf die Leiterplatte projiziert ist und jedes elektrische Bauelement in Horizontalrichtung auf dem entsprechenden Bild erfaßt werden, welches von jeder der TV-Kameras aufgenommen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung der Bildverarbeitungsvorrichtung Mittel zum Erfassen der Eckenposition mindestens einer Schlitzlinie aufweist, die auf der oberen Oberfläche des elektrischen Bauelements existiert, durch Extraktion mindestens zweier Positionen, die die Höhendifferenz (m1-m2) zwischen zwei Punkten auf der mindestens einen Schlitzlinie minimiert, welche durch einen Abstand L voneinander getrennt sind, der vorbestimmt ist und den jeweiligen Längen des elektrischen Bauelements entspricht.