DE4217430A1 - Aufnahme-Einrichtung zum Erfassen und Darstellen zu vergleichender Objekte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufnahme-Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Einrichtung ist aus der DE-OS 39 28 527 als Stand der Technik bekannt, bei dem einem Paar von übereinander an­ geordneten Passer-Markierungen (beispielsweise an einem Drucksieb und an einer zu bedruckenden Leiterplatte) eine elektronische Kamera zugeordnet ist, die über einen verdreh­ bar gehalterten Strahlumlenker nacheinander die eine Marke und dann die andere Marke erfaßt und zur Positionsverarbei­ tung mit ihren relativen Lagekoordinaten in ein Bildverarbei­ tungssystem einspeist. Wegen der Handhabungskomplikationen und der zwangsläufigen Ungenauigkeiten in Zusammenhang mit dem mechanisch zu verschwenkenden Strahlumlenker für die Er­ fassung der beiden einander zugeordneten Passer-Marken nach­ einander wird in jener DE-OS 39 28 527 jedoch vorgeschlagen, jeder einzelnen des Paares einander zugeordneter Passer-Mar­ ken eine eigene elektronische Kamera mit starr davor angeord­ netem Strahlumlenker in Form eines langen Periskopes zuzuord­ nen, die zum Erfassen der Relativmarken dieses Paares von Passer-Marken gleichzeitig in den Zwischenraum unter dem Drucksieb eingefahren werden, so daß für jedes Paar von Pas­ ser-Marken das Bildverarbeitungssystem von den beiden Kameras mit zwei elektrisch voneinander unabhängigen Videoinformatio­ nen gleichzeitig gespeist wird. Die Überlagerungsverarbeitung zweier getrennt zugeführter Bildinformationen ist allerdings recht aufwendig, und die Anordnung der beiden Kameras für ein Paar von Passer-Marken ist platzaufwendig und erfordert hohen Justageaufwand, da jede einzelne Kamera mit ihrem Periskop und dann auch noch einmal diese Gerätegruppierungen in bezug zueinander definiert ausgerichtet werden müssen. Dieser Hand­ habungsaufwand zur Justagekorrektur bzw. zur Justage-Anpas­ sung an geänderte Situation wiegt besonders schwer, wenn meh­ rere Paare von Passer-Marken in Relation zueinander justiert werden müssen, etwa für die zweidimensionale Ausrichtung ei­ ner mit Leiterbahnen kaschierten Schaltungsplatine unter dem Drucksieb zum Aufbringen von SMD-Paste.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aufnahme-Einrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die sich nicht nur durch geringeren Einbau- Raumbedarf und geringeren Justageaufwand, sondern auch durch geringeren Bedarf an Signalverarbeitungstechnik für die gleichzeitige Erfassung zu vergleichender Objektbereiche und insbesondere der beiden Marken eines Passer-Paares auszeich­ net.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch ge­ löst, daß die gattungsgemäße Aufnahme-Einrichtung gemäß dem Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches ausgebildet ist.

Diese Lösung stellt also wieder eine Abkehr des hinsichtlich seines Justageaufwandes und Raumbedarfes besonders nachteili­ gen Zweikamera-Aufbaues dar. Statt dessen liefert nun eine einzige Kamera ein zweigeteiltes Bild, in dem unmittelbar die beiden miteinander zu vergleichenden Objektbereiche (beispielsweise der Relativlage eines Paares von Passer-Mar­ ken) dargestellt sind. Aufgrund dieser Zusammenfassung der beiden Objektbereiche zu einer einzigen Videoinformation kön­ nen die Vergleichsbilder unmittelbar nebeneinander auf einem Monitor dargestellt werden, und die Eingangsinformation für ein Bildverarbeitungssystem zur Ermittlung von Übereinstim­ mungen oder Abweichungen zwischen den Bildbereichen ist we­ sentlich weniger komplex, als bei der Zusammenführung zweier getrennt gewonnener Videoinformationen. Die kritischen Justa­ geerfordernisse hinsichtlich zweier zueinander zu justieren­ der Kameras entfallen vollständig. Statt dessen braucht nur für jedes Bild-Paar im Strahlengang der einzig vorhandenen Kamera ein Paar von Strahlumlenkern angeordnet zu werden, welche die beiden in unterschiedlichen Richtungen aufzufas­ senden Objektbereiche in zwei nebeneinanderliegende Teile der einzigen Kamera-Abbildungsebene führen.

Zugleich eröffnet diese Lösung die vorteilhafte Möglichkeit, mittels einer einzigen ringförmigen Beleuchtungseinrichtung die beiden zum Vergleich zu erfassenden Objektbereiche völlig gleichförmig längs des Kamera-Strahlenganges auszuleuchten, so daß eine hinreichende Bildhelligkeit für die Pixelsensoren der elektronischen Kamera sichergestellt ist, ohne daß es zu störenden und zumal unterschiedlichen Schattenwurferscheinun­ gen wie etwa beim Einstrahlen von Fremdlicht in den Raum zwi­ schen den beiden zu erfassenden Objektbereichen kommt. Zu­ sätzlich kann ein Tubus zur Fremdlichtabschattung vor dem zu erfassenden Objektbereich zweckmäßig sein.

Zum Ausrichten jeweils einer Passer-Markierung auf z. B. einer Leiterplatte gegenüber einer entsprechenden Markierung am Drucksieb liefert das Bildverarbeitungssystem aus den in Re­ lation zueinander stehenden Halbbild-Informationen die Steuerungsinformationen für die Bewegung jedenfalls eines der beiden Objekte in Relation zum anderen. Dafür genügen zwei parallel zueinander angeordnete Stellmotore für die Halterung des zu bewegenden Objektes, das bei gleicher Ansteuerung die­ ser Motore in translatorische Bewegung, dagegen bei unter­ schiedlicher Ansteuerung in rotatorische Bewegung versetzt wird. Ein dritter Motor ist quer zu den beiden anderen orien­ tiert, um einen quer zur translatorischen Bewegung erfolgen­ den Versatz hervorzurufen. So kann mit wenigen Positionier­ schritten eine exakte Ausrichtung etwa einer Leiterplatte mit ihren Passer-Markierungen unter den zugeordneten Markierungen eines Drucksiebes erfolgen und dieser Positioniervorgang für jedes Paar von Passer-Marken am zugeordneten Monitor auf des­ sen beiden Halbbildern visuell verfolgt werden. Nach dieser Ausrichtung wird die Aufnahme-Einrichtung aus Kamera und Strahlumlenkern wieder aus dem Zwischenraum zwischen dem ein­ ander zugeordneten Paar von Passer-Marken entfernt, und das Drucksieb kann für den nun genau positionierten Druckvorgang auf die Platte abgesenkt werden, wie es als solches aus der Technologie der Flachbett-Siebdruckmaschinen geläufig ist. Dabei kann ein gezielter Versatz der Marken eines Passer-Paa­ res, wie er zum Ausgleich druckbedingt auftretender Abbil­ dungsverzerrungen nützlich sein kann, unmittelbar im Bildver­ arbeitungssystem für die Gewinnung der Positionierinformatio­ nen berücksichtigt werden.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darle­ gungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert aber angenähert maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lö­ sung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in Riß-Darstel­ lung die Aufnahme-Einrichtung zwischen zwei bezüglich einan­ der auszurichtender Objekte ohne Berücksichtigung mechani­ scher Stell- und Arretiervorrichtungen für die Bewegung und Festsetzung der Objekte relativ zueinander.

Bei der Ausführungs-Skizze handelt es sich um eine Grundriß­ darstellung, wenn die beiden Objekte 11.1, 11.2 im wesentli­ chen in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind, dagegen um eine Aufrißdarstellung, wenn die Objekte 11.1, 11.2 überein­ ander positioniert sind. In jedem Falle liegt die Längsachse 12 der optoelektronischen Aufnahme-Einrichtung 13 möglichst genau in der Mittenebene 14 zwischen den beiden Objekten 11.1-11.2. Diese sind mit ihren miteinander zu vergleichenden Oberflächen 15.1, 15.2 im wesentlichen parallel zueinander und relativ zueinander so ausgerichtet, daß übereinstimmend signifikante Einzelheiten 16.1, 16.2 (wie aufgedruckte Markierungen, Oberflächenstrukturierungen oder dergleichen) prinzipiell einander rechtwinklig zur Mittenebene 14 gegenüberstehen.

Die Aufnahme-Einrichtung 13 weist auf einer in den Zwischen­ raum zwischen den Objekten 11.1-11.2 hineinfahrbaren Grund­ platte 17 eine Ablenkeinrichtung 18 mit zwei entgegengesetzt orientierten Strahlumlenkern 18.1, 18.2 im Strahlengang 19 vor einem Objektiv 20, und hinter diesem eine elektronische Kamera 21 mit Ladungsübertragungs-Pixelsensoren 22 in der op­ tischen Abbildungsebene 23, auf. Das Objektiv 20 ist aus­ tauschbar auf der Grundplatte 17 gehaltert. Die Auswahl des Objektivs 20 bestimmt die Auflösung der erfaßten Objektberei­ che 24.1, 24.2 in der Abbildungsebene 23. Je nach gewähltem Objektiv 20 erfolgt eine Fokuskorrektur durch Verschieben der Basislinie zwischen dem den Strahlumlenkern 18.1, 18.2 auf der Längsachse 12, wie durch den Fokussier-Doppelpfeil 25 an der Rückseite der prismatischen Anordnung der Strahlumlenker 18 veranschaulicht. Für genau senkrecht zur Mittenebene 14 einander gegenüberliegende Objektbereiche 24.1, 24.2 beträgt der Winkel zwischen dem jeweiligen Strahlumlenker 18.1, 18.2 und der Längsachse 12 45°, also zwischen den beiden Strahlumlenkern 18.1-18.2 konstant 90°. Die Ablenkeinrichtung 18 kann dafür als verspiegeltes Prisma ausgebildet sein, was den Vorteil aufweist, ein sehr präzises und dennoch als Stan­ dard-Funktionselement preiswert verfügbares Bauelement an zu­ wenden. Wie durch den Justage-Doppelpfeil 26 beim auf der Längsachse 12 liegenden Scheitelwinkel zwischen den Strahlum­ lenkern 18.1, 18.2 veranschaulicht, ist es aber grundsätzlich auch möglich, einzelne Spiegel einzusetzen, wenn die Um­ lenkwinkel variabel sein sollen, etwa um einen systembeding­ ten Parallelversatz zwischen den zu erfassenden Bildbereichen 24.1-24.2 dadurch in gewissem Rahmen zu kompensieren.

Die Kamera 21 nimmt also in ihrer Abbildungsebene 23 ein ein­ ziges Gesamtbild 27 aus zwei nebeneinanderliegenden Teilbil­ dern 27.1, 27.2 entsprechend den erfaßten Objektbereichen 24.1, 24.2 auf, so daß das Mosaik der Pixelsensoren 22 je zur Hälfte für den über den einen Strahlumlenker 18.1 erfaßten Objektbereich 24.1 und für den über den anderen Strahlumlen­ ker 18.2 erfaßten Objektbereich 24.2 dient. Eine die an­ schließende Bildverarbeitung erleichternde exakt hälftige Aufteilung der Pixelsensoren 22 auf die beiden Teilbilder 27.1, 27.2 kann durch Verschieben der Kamera 21 quer zur Längsachse 12 sichergestellt werden, wie durch den Korrektur- Doppelpfeil 28 veranschaulicht. Die beiden Teilbilder 27.1, 27.2 des Gesamtbildes 27 in der Abbildungsebene 23 auf den Pixelsensoren 22 können somit unmittelbar im einzigen Bild eines Monitor 29 nebeneinander dargestellt werden (was in der Zeichnung rechts unten durch die entsprechenden zwischen Hochkommata gesetzten Bezugszeichen für die Objektbereiche 24.1, 24.2 veranschaulicht ist).

Zweckmäßigerweise wird durch eine in die Aufnahme-Einrichtung 13 integrierte Beleuchtungseinheit 30 eine völlig gleichmä­ ßige und hinreichend lichtstarke Ausleuchtung der über die Strahlumlenker 18.1, 18.2 erfaßten Objektbereiche 24.1, 24.2 sichergestellt. Es können statt dessen oder zusätzlich aber auch Beleuchtungseinheiten 30′ in den Strahlengängen zwischen der Umlenkeinrichtung 18 und den Objekten 11.1, 11.2 angeord­ net sein, welche dadurch zur Anpassung an die Oberflächenge­ gebenheiten mit unterschiedlichem Licht bestrahlt werden kön­ nen. Ein durchsichtiges oder durchscheinendes Objekt 11.1 wie etwa ein Drucksieb kann statt dessen oder zusätzlich mit ei­ ner dahinter angeordneten Durchlichteinrichtung 37 ausgestat­ tet sein, wenn dadurch der Kontrast bei der optronisch zu er­ fassenden Einzelheit 16.1 verbessert wird. Zum gleichen Zweck kann vor den Objekten 11.1 und/oder 11.2 eine Umlicht-Ab­ schirmung 38 etwa in Form eines kurzen Tubus zweckmäßig sein, wenn dafür der Raum zwischen der Aufnahme-Einrichtung 13 und den Objekten 11.1, 11.2 ausreicht.

Die der Hellfeld-Beleuchtung dienenden Auflicht-Beleuchtungs­ einheiten 30, 30′ sind zweckmäßigerweise ringförmig mit einer zentralen Öffnung 31′ ausgebildet. Wenn herkömmliche Licht­ quellen wie Halogenstrahler Anwendung finden sollen, dann sind die wegen der Wärmeentwicklung vorteilhafterweise ab­ seits angeordnet und mit Lichtleitern ausgestattet, deren Ab­ strahl-Enden in den ringförmigen Beleuchtungseinheiten 30, 30′ gehaltert sind. Bei relativ zur Aufnahme-Einheit 13 be­ wegten Objekten 11.1, 11.2 ist eine Blitzbeleuchtung für ein­ ander zugeordnete Momentanaufnahmen zweckmäßig. Wenn die Oberflächen 15.1, 15.2 stark reflektieren, ergibt sich eine unwesentliche Kontrastverbesserung bei dem miteinander zu vergleichenden Einzelheiten 16.1/16.2, wenn der Strahlengang 19 das sichtbare Spektrum durch eine Filterscheibe abgeblockt und von der Kamera 21 überwiegend der Infrarotanteil des Be­ leuchtungs-Lichts 34 auf genommen wird.

Wenn beispielsweise lichtemittierende Halbleiterbauelemente 32 (LEDs) oder Lichtleiter-Enden in der Beleuchtungseinheit 30, 30′ angeordnet sind, dann sind diese wie in der Zeichnung schematisch berücksichtigt zweckmäßigerweise peripher gegen­ einander versetzt längs radial gestaffelter Kreise hinter ei­ ner Streuscheibe 33 angeordnet, um diffuses Licht 34 in Blickrichtung auf die abzubildenden Objektbereiche 24.1, 24.2 zu richten. Die dadurch in den abzubildenden Objektbereichen 24.1, 24.2 reflektierte Hellfeldbeleuchtung wird in Richtung auf die Beleuchtungseinheit 30, 30′ zurückgeführt, nun aber durch deren zentrale Öffnung 31 hindurch über das Objektiv 20 in die Abbildungsebene 23 geleitet, wo auch dann eine hinrei­ chende optische Anregung der Pixelsensoren 22 erfolgt, wenn keine anderweitige Beleuchtung in den relativ schmalen Raum zwischen den beiden Objekten 11.1, 11.2 hineinfällt. Außerdem hat diese Hellfeldbeleuchtung unter Verwendung eines Teiles des Abbildungs-Strahlenganges 19 (gegenüber in Richtung der Mittenebene 14 einfallender Beleuchtung) den Vorteil einer schattenfreien Ausleuchtung der in den Objektbereichen 24.1, 24.2 erfaßten Einzelheiten 16.1, 16.2, so daß Fehldarstellun­ gen aufgrund unterschiedlicher Schattenwurf-Längen bei ge­ neigt zur Mittenebene 14 einfallendem Umgebungslicht vermie­ den sind.

So können mit einer einzigen Kamera 21 korrespondierende Be­ reiche 24 miteinander zu vergleichender Objekte 11 erfaßt und auf dem Monitor 29 unmittelbar nebeneinander dargestellt wer­ den, ohne daß es seitens der Aufnahmetechnik irgendwelcher Abstimm-Justagen zwischen, einzelnen Objekten individuell zu­ geordneten, Kameras bedürfte. Etwaige Unterschiede zwischen beispielsweise einem als Referenz vorgegebenen Objekt 11.1 und einem Vergleichsobjekt 11.2 können über die beiden Teil­ bilder 27.1, 27.2 ohne Erfordernisse elektronischer Bildkom­ position unmittelbar in einem Bildverarbeitungssystem 35 ana­ lysiert und klassifiziert werden und beispielsweise zur Aus­ gabe von Bewertungs- oder Steuerungs-Informationen 36 führen. Insbesondere kann es sich bei diesen Informationen 36 um Stellsignale für elektromechanische Handhabungseinrichtungen handeln, mit denen etwa ein Test-Objekt 15.2 hinsichtlich seiner markanten Einzelheit 16.2 solange verschoben wird, bis es der Lage der entsprechenden Referenz-Einzelheit 16.1 am anderen Objekt 11.1 entspricht. Wenn je eine solche Einka­ mera-Doppelbild-Aufnahmeeinrichtung 13 für ein Paar von auf­ einander auszurichtenden Einzelheiten 16.1-16.2 eingesetzt wird und es sich bei diesen beispielsweise um Siebdruck-Pas­ sermarken handelt, dann kann mit zweien solcher Aufnahmeein­ richtungen 13, die gegeneinander versetzten Passermarken-Paa­ ren zugeordnet sind und gemeinsam auf ein Bildverarbeitungs­ system 35 arbeiten, sehr rasch und sehr genau die relative Ausrichtung einer Druckunterlage (Objekt 11.2) gegenüber ei­ nem Drucksieb (Objekt 11.1) korrigiert und dabei dieser Aus­ richtvorgang unmittelbar auf den beiden Teilbild-Darstellun­ gen des Monitors 29 beobachtet werden.

Claims (10)

1. Aufnahme-Einrichtung (13) zum Erfassen und Darstellen zu vergleichender, insbesondere aufeinander auszurichten­ der, Objektbereiche (24.1, 24.2) mittels einer elektroni­ schen Kamera (21) im Strahlengang (19) über eine Ablenk­ einrichtung (18), dadurch gekennzeichnet, daß in der Abbildungsebene (23) der Kamera (21) über prismenartige Strahlumlenker (18.1,18.2) zwei Teilbilder (27.1, 27.2) gemäß den beiden in unterschiedlichen Rich­ tungen gleichzeitig erfaßten Objektbereichen (24.1, 24.2) hervorgerufen sind.

2. Aufnahme-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilbilder (27.1, 27.2) als Gesamtbild (27) auf einen Monitor (29) bzw. auf ein Bildverarbei­ tungssystem (35) geschaltet sind.

3. Aufnahme-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (12) ihres Strahlenganges (19) in der Mittenebene (14) zwischen den beiden zu erfassenden Objektbereichen (24.1, 24.2) angeordnet ist.

4. Aufnahme-Einrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (21) für gleichgroße Teilbilder (27.1, 27.2) quer zur Längsachse (12) justierbar ist.

5. Aufnahme-Einrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine scharfe Abbildung durch ein Objektiv (20) hindurch die Ablenkeinrichtung (18) in Längsrichtung der Längsachse (12) einstellbar ist.

6. Aufnahme-Einrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (18) mit reflektierenden Strahlumlenkern (18.1, 18.2) ausgestattet ist, die um einen in Richtung auf die Kamera (21) weisenden Schei­ telpunkt verschwenkbar angeordnet sind.

7. Aufnahme-Einrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang (19) zur Kamera (21) durch eine ringförmige Beleuchtungseinheit (30, 30′) hindurchtritt, die diffuses Licht (34) in Richtung auf die abzubilden­ den Objektbereiche (24.1, 24.2) abstrahlt.

8. Aufnahme-Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (30, 30′) lichtemittierende Halbleiterbauelemente (32) oder Enden von Lichtleitern zu einer externen Lichtquelle hinter einer Streuscheibe (33) aufweist.

9. Aufnahme-Einrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die miteinander zu vergleichenden Objektbereiche (24.1, 24.2) unterschiedliches Licht (34) als Auflicht oder Durchlicht Anwendung findet.

10. Aufnahme-Einrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gepulstes Licht (34) die aufzunehmenden Objektberei­ che (24.1, 24.2) bestrahlt.