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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Prüfsysteme
und insbesondere auf ein optisches Prüfsystem, mit dem
untersucht wird, ob bei auf einem Substrat montierten Teilen
Fehlerbedingungen vorliegen, wie etwa Lageungenauigkeiten, Fehlen,
Überhöhungen und Lötfehler von Teilen, die auf eine gedruckte
Schaltungsplatte gepackt oder eingerichtet sind.
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In letzter Zeit wurden Verbesserungen bei der Verkleinerung und
der hochdichten Packung von Teilen erzielt, die auf einer
gedruckten Schaltungsplatte einzurichten sind; hieraus ergaben
sich Schwierigkeiten, die Packungszustände der Teile auf der
Schaltungsplatte durch die Sichtprüfung genau zu überprüfen. Um
mit einer derartigen Situation fertigzuwerden, wurde ein System
vorgeschlagen, mit dem die Packungszustände der Teile auf der
gedruckten Schaltungsplatte auf der Grundlage von Daten
automatisch geprüft werden, die durch eine optische Einrichtung, wie
etwa eine Videokamera oder andere Einrichtungen, optisch
gewonnen werden.
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Die Schrift US-A-4 627 734 offenbart ein System zur Überprüfung
des Packungszustands von Teilen auf einer gedruckten
Schaltungsplatte. Die Oberfläche einer gedruckten Schaltungsplatte wird
mit Hilfe eines Laserstrahls abgetastet. Zwei reflektierte
Strahlen laufen über symmetrische Reflektoren und werden von
zwei lageempfindlichen Detektoren erfaßt. Die von den
lageempfindlichen Detektoren erhaltenen Daten werden mit vorab
gespeicherten Daten verglichen, um festzustellen, ob sich die Teile
auf der gedruckten Schaltungsplatte an der richtigen Stelle
befinden.
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Bei derartigen herkömmlichen optischen Prüfsystemen besteht
jedoch insofern ein Problem, als es schwierig ist, genaue Daten
bezüglich der Höhe der Teile auf der Schaltungsplatte aufgrund
des ebenmäßigen Reflexionslichts von metallischen Oberflächen
der Teile und der gedruckten Schaltungsplatte, aufgrund der
Schatten der Teile und aufgrund sonstiger Einflüsse zu erhalten.
Darüber hinaus ist es in den Fällen, in denen die Intensität des
Reflexionslichts von der Schaltungsplatte und/oder den sich
darauf befindlichen Teile wegen der Bestrahlung mit einem
Lichtstrahl extrem hoch oder niedrig ist, in der Praxis schwierig,
die Höhendaten aller Teile auf der gedruckten Schaltungsplatte
genau und schnell zu messen; dies ergibt sich aus der Differenz
im Dynamikbereich zwischen dem Reflexionslicht und einer
Bildverarbeitungseinheit, mit der ein Bild anhand des
Reflexionslichts verarbeitet wird, um die Höhendaten der Teile auf der
gedruckten Schaltungsplatte zu gewinnen. Deshalb ist es
unvermeidlich, daß nur gegebene Teile untersucht werden können,
sodaß die Prüfgenauigkeit insgesamt verringert wird. Demzufolge
muß die Genauigkeit der Höhendaten der Teile weiter verbessert
werden, um die Prüfgenauigkeit zu erhöhen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
System bereitzustellen, mit dem der Packungszustand von Teilen
auf einer gedruckten Schaltungsplatte geprüft und eine genaue
dreidimensionale Prüfung durchgeführt werden kann, indem die
Höhendaten der auf einer gedruckten Schaltungsplatte
untergebrachten Teile exakt erfaßt werden.
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Erfindungsgemäß ist ein System zum Prüfen des Packungszustands
von auf einer gedruckten Schaltungsplatte gepackten Teilen
gebildet, mit: einer Transporteinrichtung zum Bewegen der
gedruckten Schaltungsplatte in eine vorgegebene Richtung; einer
Lichtquelleneinrichtung zum Aussenden eines Lichtstrahls; einer
Abtasteinrichtung zum optischen Äbtasten einer Oberfläche der
gedruckten Schaltungsplatte mit dem von der
Lichtquelleneinrichtung ausgesendeten Lichtstrahl; einem Paar optischer
Vorrichtungen zum Reflektieren eines Streulichts aufgrund der durch die
Abtasteinrichtung durchgeführten Abtastung der gedruckten
Schaltungsplatte an in Bezug auf die Abtastebene symmetrischen
Positionen und zum Sammeln des reflektierten Lichts; einem Paar von
Lageerfassungseinrichtungen, von denen jede so angeordnet ist,
daß sie auf das gesammelte reflektierte Licht anspricht, um
jeweils photoelektrische Signale 11 und 12 zu erzeugen, die einer
Lichteinfallposition entsprechen; gekennzeichnet durch eine
erste Berechnungseinrichtung zum Berechnen von Leuchtdichtedaten
L1 und L2 und von Höhendaten P1 und P2 auf der Grundlage der
photoelektrischen Signale I1 und I2; eine zweite
Berechnungseinrichtung, die mit der ersten Berechnungseinrichtung gekoppelt
ist, zum Bestimmen von endgültigen Höhendaten, wobei die zweite
Berechnungseinrichtung einen Durchschnittswert (P1 + P2)/2 der
Höhendaten P1 und P2 als die endgültigen Höhendaten ausgibt,
wenn P1 - P2 ≤ ΔP gilt, und die Höhendaten P1 als die
endgültigen Höhendaten ausgibt, wenn P1 - P2 > ΔP, LMAX > L1 > LMIN
und L1 > L2 gilt, und die Höhendaten P2 als die endgültigen
Höhendaten ausgibt, wenn P1 - P2 > ΔP, LMAX > L2 > LMIN und L2 >
L1 gilt, und Null als die endgültigen Höhendaten ausgibt, wenn
P1 - P2 > ΔP, L1 < LMIN und L2 < LMIN gilt, und Null als die
endgültigen Höhendaten ausgibt, wenn P1 - P2 > ΔP, L1 > LMAX
und L2 > LMAX gilt, wobei ΔP für einen vorgegebenen
Höhendifferenzschwellenwert steht, LMAX einen vorgegebenen höheren
Leuchtdichteschwellenwert bezeichnet, LMIN einen vorgegebenen
geringeren Leuchtdichteschwellenwert bezeichnet; und eine
Entscheidungseinrichtung, die mit der zweiten
Berechnungseinrichtung gekoppelt ist, zum Vergleichen der von der zweiten
Berechnungseinrichtung ausgegebenen Höhendaten mit vorgegebenen
Bezugsdaten, um den Packungszustand der Teile auf der gedruckten
Schaltungsplatte festzustellen.
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Das heißt, eine gedruckte Schaltungsplatte mit Teilen auf ihrer
Oberfläche wird optisch mit Hilfe eines von einer
Laserlichtquelle ausgesendeten Laserstrahls vollständig abgetastet und das
Streulicht wird infolge der Abtastung der gedruckten
Schaltungsplatte durch ein Paar Reflexionsspiegel reflektiert, die in
bezug auf die Abtastrichtung symmetrisch angeordnet sind.
Anschließend wird das Licht mit Hilfe eines Paars von
Kondensorlinsen gesammelt, um Lichtpunkte auf den optischen
Lagebestimmungseinrichtungen zu bilden. Ansprechend auf die Bildung der
Lichtpunkte erzeugt jede der optischen
Lageerfassungseinrichtungen photoelektrische Stromsignale I1 und I2, die der Position
des einfallenden Sammellichts entsprechen. Die photoelektrischen
Stromsignale I1 und I2 werden verarbeitet, um daraus
Leuchtdichtedaten L1 und L2 zu gewinnen und um darüberhinaus Höhendaten P1
und P2 der Teile auf der gedruckten Schaltungsplatte zu
erhalten. Es wird die Differenz zwischen den Höhendaten P1 und P2
berechnet, um die richtigen Werte zu erhalten. Wenn die Differenz
klein ist, wird der Durchschnittwert der Höhendaten P1 und P2
als richtiger Höhenwert angenommen. Wenn die Differenz
andererseits groß ist, dann wird entweder der Höhenwert P1 oder P2
oder der Wert Null auf der Grundlage der Leuchtdichtedaten L1
und L2 ausgewählt und als richtiger Höhenwert angenommen. Die
richtigen Höhendaten werden mit Bezugsdaten verglichen, um den
Packungszustand der Teile auf der gedruckten Schaltungsplatte zu
überprüfen. Diese Anordnung ermöglicht eine genaue
dreidimensionale Prüfung und eine Automatisierung des Prüfvorgangs.
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Die Aufgabe und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden Beschreibung, die anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben wird,
offensichtlich werden. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines
Prüfsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
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Figuren 2 und 3 Blockschaltbilder von einer Schaltungsanordnung
zum Prüfen eines Packungszustands von Teilen auf einer
gedruckten Schaltungsplatte mittels Erhalten von Höhendaten der Teile
beim Ausführungsbeispiel;
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Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erläuternden
Beispiels zur Veranschaulichung eines Prüfsystems; und
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Figuren 5 und 6 Blockschaltbilder eines Schaltungsaufbaus zum
Prüfen eines Packungszustands von Teilen auf einer gedruckten
Schaltungsplatte beim erläuternden Beispiel aus Fig. 4.
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In Fig. 1 ist ein optisches Prüfsystem in Übereinstimmung mit
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch
dargestellt. In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 105 eine
Lichtguelleneinrichtung, d.h. eine Laserlichtquelle, die einen
Laserstrahl aussendet. Der davon ausgesendete Laserstrahl läuft, wie
mit Bezugszeichen 106 angezeigt, über Reflexionsspiegel 108a bis
108c, und gelangt zu einem Polygonspiegel 107, der durch eine
Antriebsvorrichtung 107a drehbar ist. Der von dem sich drehenden
Polygonspiegel 107 reflektierte Laserstrahl läuft durch eine fΘ-
Linse 109 und erreicht anschließend eine gedruckte
Schaltungsplatte 101, um eine Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte
101, auf der Teile 102 gepackt sind, senkrecht anzustrahlen. Die
gedruckte Schaltungsplatte 101 ist auf eine
Transporteinrichtung, d.h. eine Transporteinrichtung 103, montiert, sodaß sie in
eine, durch einen Pfeil 104 angegebene, Richtung bewegt werden
kann, wodurch die gesamte Oberfläche der gedruckten
Schaltungsplatte 101 zweidimensional durch den Laserstrahl angestrahlt
wird, der in Übereinstimmung mit der Drehung der fΘ-Linse 109
reflektiert wird. Das Streulicht, das durch Einfallen des
Laserstrahls auf die Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte 101
entsteht, wird durch ein Paar optischer Vorrichtungen, d.h.
durch ein Paar Reflexionsspiegel 110 und 111, reflektiert, die
zwischen der gedruckten Schaltungsplatte 101 und der fΘ-Linse
109 und in Bezug auf die Beleuchtungsrichtung (Abtastrichtung)
des Laserstrahls von der fΘ-Linse 109 zur gedruckten
Schaltungsplatte 101 symmetrisch angeordnet sind. Das Reflexionslicht
(Streulicht) wird über die fΘ-Linse 109, den Polygonspiegel 107,
Kondensorlinsen 112 und 113 zu optischen
Lageerfassungseinrichtungen 114 bzw. 115 geführt, die um die Abtastebene des
Laserstrahls zueinander symmetrisch angeordnet sind. Die optischen
Lageerfassungseinrichtungen 114 und 115 sind jeweils
eingerichtet, um in Übereinstimmung mit den Konzentrationspunkten des
Streu- und Reflexionslichts, die durch die Kondensorlinsen 112
und 113 auf Erfassungsoberflächen entstehen, photoelektrische
Stromsignale (Erfassungssignale 116 und 117) zu erzeugen.
Beispielsweise wird jede der optischen Lageerfassungseinrichtungen
114 und 115 durch einen lageempfindlichen Detektor (Position
Sensitive Detector (PSD)) gebildet, der beispielsweise so
ausgeführt ist, daß der durch beide Endelektroden fließende Strom
umgekehrt proportional zu deren Abstand ist. Das heißt, der
lageempfindliche Detektor (PSD) erzeugt als Reaktion auf den
einfallenden Lichtpunkt einen photoelektrischen Strom, der wiederum
in zwei Ströme I1 und I2 aufgeteilt wird, die jeweils über eine
p-Typ-Widerstandsschicht zu zwei Ausgangsanschlüssen fließen.
Die Stromstärke I1 wird durch Teilen des photoelektrischen
Stroms mit einem umgekehrten Verhältnis zweier Abstände
erhalten: ein Wert entspricht einem Abstand zwischen dem Strahlpunkt
und einem Ausgangsanschluß, und der andere Wert entspricht einem
Abstand zwischen dem Strahlpunkt und dem anderen Ausgangs
anschluß.
Aus diesem Grund wird die Lage des Strahlpunkts auf dem
lageempfindlichen Detektor (PSD) durch Messen der Stromstärke an
den beiden Ausgangsanschlüssen ermittelt. Der lageempfindliche
Detektor (PSD), den HAMAMATSU PHOTONICS CO., LTD. herstellt,
kann für die optischen Lageerfassungseinrichtungen 114 und 115
verwendet werden. Als Reaktion auf das Reflexionlicht geben die
optischen Lageerfassungseinrichtungen 114 und 115
Erfassungssignale 116 bzw. 117 aus, von denen jedes die Komponenten I1 und
I2 enthält, die zu einer ersten Berechnungseinrichtung, d.h.
einer Bildverarbeitungseinheit 118, geführt werden. Die
Bildverarbeitungseinheit 118 führt eine Berechnung durch,
mittels der die Erfassungssignale I1 und I2 in Leuchtdichtedaten L1
und L2 und in Höhendaten P1 und P2 der sich auf der gedruckten
Schaltungsplatte 101 befindenden Teile 102 umgewandelt werden.
Die Leuchtdichtedaten L1, L2 und die Höhendaten P1, P2 werden
von da in eine zweite Berechnungseinrichtung, d.h. eine
Bestimmungs-Berechnungseinheit 119, eingegeben. Die
Bestimmungs-Berechnungseinheit 119 bestimmt endgültige oder richtige
Höhendaten auf der Grundlage der Leuchtdichtedaten L1, L2 und der
Höhendaten P1, P2. Das heißt, es wird ein Vergleich angestellt
zwischen den Höhendaten P1 und P2, und falls die Differenz
dazwischen relativ klein ist, wird der Durchschnittswert der
Höhendaten P1 und P2 als der endgültige Höhenwert bestimmt, und
falls die Differenz dazwischen relativ groß ist, werden die
endgültigen Höhendaten durch Auswählen eines der Höhendaten P1, P2
und Null auf der Grundlage der Leuchtdichtedaten L1 und L2
bestimmt und zu einer Entscheidungseinrichtung, d.h. einer
Entscheidungseinheit 120, geführt. Bei der Entscheidungseinheit 120
werden die von der Bestimmungs-Berechnungseinheit 119
zugeführten endgültigen Höhendaten mit vorgegebenen Bezugsdaten
verglichen, um den Packungszustand der Teile 102 auf der gedruckten
Schaltungsplatte 101 festzustellen.
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Wenn das vorstehend beschriebene Verfahren wiederholt ausgeführt
wird, ist es möglich, die Teile-Packungszustände für die gesamte
Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte 101 zu überprüfen.
Diese Folgevorgänge können in Synchronisation mit Signalen in
Verbindung mit der Drehung des Polygonspiegels 107 durchgeführt
werden.
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Die Bildverarbeitungseinheit 118, die
Bestimmungs-Berechnungseinheit 119 und die Entscheidungseinheit 120 werden im folgenden
mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 genau beschrieben. In Fig. 2
enthält die Bildverarbeitungseinheit 118 ein erstes Paar Analog-
Digital-(A/D)-Wandler 201 und 202 zum Umwandeln der Komponenten
I1 und I2 des Erfassungssignals 116 in Digitalsignale und ein
zweites Paar Analog-Digital-(A/D)-Wandler 203 und 204 zum
Umwandeln der Komponenten I1 und I2 des Erfassungssignals 117 in
Digitalsignale. Die Ausgangssignale (I1, I2) der Analog-Digital-
(A/D)-Wandler 201 und 202 werden jeweils einem Addierer 205
zugeführt, um ein Leuchtdichtesignal L1 (I1 + I2) zu erzeugen, und
die Ausgangssignale (I1, I2) der Analog-Digital-(A/D)-Wandler
203 und 204 werden jeweils einem Addierer 206 zugeführt, um ein
Leuchtdichtesignal L2 (I1 + I2) zu erzeugen. Die
Bildverarbeitungseinheit 118 enthält ebenso
Höhendaten-Berechnungsschaltungen 209 und 210, die mit den Ausgangsseiten der Analog-Digital-
(A/D)-Wandler 201 bzw. 203 und weiter mit den Ausgangsseiten der
Addierer 205 bzw. 206 gekoppelt sind, um die Höhendaten P1 und
P2 auf der Grundlage der Ausgangssignale (I1) der
Analog-Digital-(A/D)-Wandler 201 und 203 und der Ausgangssignale, das
heißt, der Leuchtdichtesignale L1 und L2, der Addierer 205 und
206 in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung (1) zu
berechnen:
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P1 oder P2 = K I1/(I1 + I2) (1)
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wobei K einen Normierungskoeffizienten darstellt.
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Die Bestimmungs-Berechnungseinheit 119 reagiert auf die
Höhendaten P1 und P2 und die Leuchtdichtedaten L1 und L2 der
Bildverarbeitungseinheit 118, um, wie vorstehend beschrieben, den
Vergleich zwischen den Höhendaten P1 und P2 durchzuführen, sodaß
der Durchschnittswert der Höhendaten P1 und P2 als der
endgültige Höhenwert bestimmt wird, wenn die Differenz dazwischen
klein ist, und ein ausgewählter aus den Höhendaten P1, P2 und
Null als der endgültige Höhenwert bestimmt wird, wenn die
Differenz dazwischen groß ist. Die endgültigen Höhendaten werden der
Entscheidungseinheit 120 zugeführt. Die Entscheidungseinheit 120
umfaßt einen Vergleicher 213, der auf die endgültigen Höhendaten
P der Bestimmungs-Berechnungseinheit 119 anspricht und auf einen
Datenspeicher 214, der einen Bezugshöhenwert speichert,
zugreifen
kann. Der Vergleicher 213 vergleicht die endgültigen
Höhendaten P mit den Bezugshöhendaten, um die Differenz dazwischen zu
ermitteln. Das Ausgangssignal des Vergleichers 213, das die
bestehende Differenz dazwischen angibt, wird einer
Entscheidungsschaltung 215 zugeführt, die wiederum den Packungszustand der
Teile 102 auf der gedruckten Schaltungsplatte 101 auf der
Grundlage der bestehenden Differenz dazwischen bestimmt.
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Fig. 3 ist ein Blockschaltbild mit einem Schaltungsaufbau der
Bestimmungs-Berechnungseinheit 119. In Fig. 3 werden die
Höhendaten P1 und P2 in eine Auswahlschaltung 305, eine
Durchschnitts-Berechnungsschaltung 306 und eine
Differenz-Berechnungsschaltung 307 eingegeben. Ein Datenwert "Null" wird
ebenfalls in die Auswahlschaltung 305 eingegeben. Als Reaktion auf
die Eingaben der Höhendaten P1 und P2 berechnet die
Durchschnitts-Berechnungsschaltung 306 einen Durchschnittswert der
Höhendaten P1 und P2 und die Differenz-Berechnungsschaltung 307
berechnet die Differenz dazwischen. Die Ausgabe der
Durchschnitts-Berechnungsschaltung 306 wird der Auswahlschaltung 305
zugeführt und die Ausgabe der Differenz-Berechnungsschaltung 307
wird einem Entscheidungstabellen-Nur-Lesespeicher (ROM) 311
zugeführt. Andererseits werden die Leuchtdichtedaten L1
Vergleichern 308 und 310 zugeführt und die Leuchtdichtedaten L2 werden
einem Vergleicher 309 und dem Vergleicher 310 zugeführt. Die
jeweiligen Ausgänge der Vergleicher 308 bis 310 werden dem
Entscheidungstabellen-Nur-Lesespeicher (ROM) 311 zugeführt.
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Bei der Differenz-Berechnungsschaltung 307 wird die berechnete
Differenz zwischen den Höhendaten P1 und P2 mit einem
Höhendifferenzschwellenwert ΔP verglichen. Falls P1 - P2 ≤ ΔP ist,
gibt die Differenz-Berechnungsschaltung 307 ein binäres "Eins"-
Signal an den Entscheidungstabellen-Nur-Lesespeicher (ROM) 311
aus, und, falls P1 - P2 > ΔP ist, gibt die Differenz-
Berechnungsschaltung 307 ein binäres "Null"-Signal dahin aus.
Die Vergleicher 308 und 309 Vergleichen die Leuchtdichtedaten L1
und L2 jeweils mit vorbestimmten höheren und niedrigeren
Leuchtdichteschwellenwerten LMAX und LMIN. Falls LMAX > L1 > LMIN
gilt, gibt der Vergleicher 308 ein binäres "Eins"-Signal an den
Entscheidungstabellen-Nur-Lesespeicher (ROM) 311 aus, und, falls
LMAX > L2 > LMIN gilt, gibt der Vergleicher 309 ein binäres
"Eins"-Signal dahin aus. Falls diese Beziehungen nicht erfüllt
sind, geben die Vergleicher 308 und 309 jeweils binäre "Null"-
Signale dahin aus. Ferner führt der Vergleicher 310 den
Vergleich zwischen den Leuchtdichtedaten L1 und L2 durch und führt
die Vergleichsergebnisse dann dem Entscheidungstabellen-Nur-
Lesespeicher (ROM) 311 zu. Das heißt, der Vergleicher 310 gibt
ein binäres "Eins"-Signal dahin aus, falls L1 > L2, und gibt ein
binäres "Null"-Signal aus, falls L1 ≤ L2.
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Nachfolgend ist die Entscheidungstabelle des
Entscheidungstabellen-Nur-Lesespeichers (ROM) 311 dargestellt.
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Falls bei der Auswahlschaltung 305 die Differenz zwischen den
Höhendaten P1 und P2 kleiner ist als der
Höhendifferenzschwellenwert ΔP, wird der Durchschnittswert der Höhendaten P1 und P2
als der endgültige Höhendatenwert P ausgewählt, und, falls die
Differenz dazwischen größer ist als ΔP, wird unter
Berücksichtigung, daß die Höhendaten P1 und P2 aufgrund von
ebenmäßiger Reflexion auf der gedruckten Schaltungsplatte 101, von
Schatten der Teile 102 oder anderem unrichtige Daten sind, eine
der Höhendaten P1, P2 und Null in Übereinstimmung mit der
Entscheidungstabelle des Entscheidungstabellen-Nur-Lesespeichers
(ROM) 311 als der endgültige Höhendatenwert P ausgewählt.
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Im folgenden wird ein erläuterndes Beispiel eines Prüfsystems
mit Bezug auf die Figuren 4 bis 6 beschrieben. In Fig. 4
erreicht ein von einer Laserlichtquelle 505 ausgesendeter
Lichtstrahl nach Reflexion an Reflexionsspiegeln 508a bis 508c, wie
durch Bezugszeichen 506 angegeben, einen Polygonspiegel 507. Der
durch den sich drehenden Polygonspiegel 507 reflektierte
Laserstrahl durchläuft eine fΘ-Linse 509, um eine Oberfläche einer
gedruckten Schaltungsplatte 501, auf der Teile 502 gepackt sind,
senkrecht anzustrahlen oder abzutasten. Die gedruckte
Schaltungsplatte 501 ist auf eine Transportvorrichtung 503 montiert,
um in einer durch einen Pfeil 504 angezeigten Richtung mit einer
vorbestimmten Geschwindigkeit verschiebbar zu sein. Die Drehung
des Polygonspiegels 507 ermöglicht hierbei eine vertikale
Abtastung der gedruckten Schaltungsplatte 501 und die Verschiebung
der Transportvorrichtung 503 bewirkt eine horizontale Abtastung
derselben, wodurch die gesamte Oberfläche der gedruckten
Schaltungsplatte 501 abgetastet wird. Ansprechend auf die Beleuchtung
der gedruckten Schaltungsplatte 501 wird der Laserstrahl
gestreut und ein Teil des Streulichts wird an einem
Lichtschneidespiegel 510 reflektiert, der zwischen der gedruckten
Schaltungsplatte 501 und der fΘ-Linse 509 angeordnet ist. Dann wird das
Licht durch die fΘ-Linse 509, den Polygonspiegel 507 und eine
Kondensorlinse 511 zu einer Erfassungsoberfläche einer optischen
Lageerfassungseinrichtung, wie etwa eines lageempfindlichen
Detektors (Position Sensitive Detector (PSD)) 512, geleitet. Die
optische Lageerfassungseinrichtung 512 erzeugt in
Übereinstimmung mit der Verschiebung (oder Lage) des aufgrund der
Kondensorlinse 511 darauf gebildeten Lichtpunkts ein Erfassungssignal,
das heißt, ein photoelektrisches Stromsignal 513 mit zwei
Komponenten 11 und 12. Die Verschiebung des Lichtpunkts auf der
Erfassungsoberfläche der optischen Lageerfassungseinrichtung 512
steht in proportionalem Verhältnis zur Höhe der Teile 502 auf
der gedruckten Schaltungsplatte 501, das heißt, die Lage des
Lichtpunkts auf der Erfassungsoberfläche wird in Übereinstimmung
mit einer Änderung der Höhe der Teile 502 auf der gedruckten
Schaltungsplatte 501 proportional verschoben. Somit stehen die
Erfassungssignale I1 und I2 mit der Höhe der Teile 502 auf der
gedruckten Schaltungsplatte 501 in Beziehung und die Höhendaten
H können auf der Grundlage der Erfassungssignale I1 und I2 in
Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung erhalten werden:
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H = K (I1 - I2)/(I1 + I2) (2)
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wobei K ein Normierungskoeffizient ist.
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Diese Gleichung (2) ist unter der Bedingung aufgestellt, daß die
Höhendaten zu Null werden, wenn sich der Lichtpunkt in der Mitte
der Erfassungsoberfläche der optischen Lageerfassungseinrichtung
512 befindet. Unter der Voraussetzung, daß sich der Lichtpunkt
auf einem Endabschnitt der Erfassungsoberfläche befindet, ändert
sich der Zähler (I1 - I2) der Gleichung (2) zu I1 oder I2, was
die vorstehend erwähnte Gleichung (1) ergibt.
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Das Ausgangssignal 513 der optischen Lageerfassungseinrichtung
512 wird einer bereichsumschaltbaren Digitalisierungseinheit 514
zugeführt, um mit einem ausreichenden Pegel digitalisiert zu
werden. Das Ausgangssignal der bereichsumschaltbaren
Digitalisierungseinheit 514 wird einer Höhenberechnungseinheit 515
zugeführt, um die Höhendaten der Teile 502 auf der gedruckten
Schaltungsplatte 501 auf der Grundlage des Ausgangssignals der
bereichsumschaltbaren Digitalisierungseinheit 514 zu berechnen.
Die Berechnung bei der Höhenberechnungseinheit 515 wird in
Übereinstimmung mit der vorstehend erwähnten Gleichung (2) oder
einer Tabelle, die der vorstehend erwähnten Gleichung (2)
entspricht, durchgeführt. Weiterhin wird das Ausgangssignal der
Höhenberechnungseinheit 515, das das Berechnungsergebnis angibt,
zu einer Entscheidungseinheit 516 geführt, die die berechneten
Höhendaten mit vorgegebenen Bezugshöhendaten vergleicht, um den
Packungszustand der Teile 502 auf der gedruckten
Schaltungsplatte 501 zu überprüfen.
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Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren, das wiederholt
ausgeführt wird, kann eine Überprüfung für die gesamte Oberfläche
der gedruckten Schaltungsplatte 501 durchgeführt werden. Hierbei
werden die Folgevorgänge ansprechend auf
Synchronisierungssignale ausgeführt, die den Start einer Abtastung anzeigen und
ansprechend auf eine Erfassung eines Endes der gedruckten
Schaltungsplatte 501 erzeugt werden, wobei die
Synchronisierungssignale den Start der Abtastung einer Zeile anzeigen und
Taktsignale den jedem Bildelement entsprechenden Zeitpunkt angeben.
Die Beschreibung dieser Signale wird aus Gründen der Kürze
weggelassen.
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Ein Aufbau der bereichsumschaltbaren Digitalisierungseinheit 514
wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. In Fig. 5
umfaßt die bereichsumschaltbare Digitalisierungseinheit 514 zwei
Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereiche 601 und 602, deren
Bereiche voneinander verschieden sind, und einen
Pegelentscheidungsbereich 603, um dafür den Bereich eines
Eingangssignals zu bestimmen. Ansprechend auf Eingaben der
Erfassungssignale I1 und I2 von der optischen
Lageerfassungseinrichtung 512 digitalisieren die
Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereiche 601 und 602 gleichzeitig die Erfassungssignale I1 und I2,
und die digitalisierten Erfassungssignale 605 und 606 werden
jeweils dem Pegelentscheidungsbereich 603 zugeführt, der wiederum
den Pegel des Ausgangssignals der optischen
Lageerfassungseinrichtung 512 erfaßt. Die Erfassungsergebnisse 607 des
Pegelentscheidungsbereichs 603 werden jeweils zu den
Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichen 601 und 602 zurückgeführt,
wodurch eines der digitalisierten Eingangssignale ausgewählt wird,
wie im folgenden beschrieben wird. Die Ausgangssignale der
Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereiche 601 und 602 werden jeweils
als bereichsveränderte Erfassungssignale 608 und 609 zur
Höhenberechnungseinheit 515 geführt, die wiederum die Höhendaten
auf der Grundlage der bereichsveränderten Erfassungssignale 608
und 609 berechnet, deren wirksame Bereiche erweitert sind. In
Fig. 5 bezeichnet Bezugszeichen 604 ein Umwandlungsstartsignal
für die Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereiche 601 und 602,
das mit einem Taktsignal erzeugt wird, das bei jedem Bildelement
ein Zeitablaufsignal ist.
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Eine weitere Beschreibung wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 6
hinsichtlich der Anordnungen des
Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichs 601 und des Pegelentscheidungsbereichs 603
gegeben, die in Fig. 5 veranschaulicht sind. Der Aufbau des Analog-
Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichs 602 wird weggelassen, weil er
im wesentlichen gleich dem des Analog-Digital-(A/D)-
Umwandlungsbereichs 601 ist. In Fig. 6 umfaßt der
Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereich 601 eine Vielzahl von Verstärkern
701 bis 703, die mit dem Ausgangssignal 513 der optischen
Lageerfassungseinrichtung 512 gekoppelt sind und deren
Verstärkungsfaktoren voneinander verschieden sind, eine Vielzahl von
Analog-Digital-(A/D)-Wandlern 704 bis 706, die mit den
Ausgangsseiten der Verstärker 701 bis 703 gekoppelt sind, und eine
Datenauswahlschaltung 707, die mit den Ausgangsseiten der
Analog-Digital-(A/D)-Wandler
704 bis 706 gekoppelt ist. Hierbei ist
die Digitalisierungseinheit 514 unter der Bedingung entworfen,
daß der Pegel des Ausgangssignals 513 der
Lageerfassungseinrichtung 512 in einem Bereich von etwa 1 mV bis etwa 10V liegt.
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Die Komponente I1 des Ausgangssignals 513 der
Lageerfassungseinrichtung 512 wird durch die drei Verstärker 701 bis 703,
deren Verstärkungsfaktoren voneinander verschieden sind,
gleichzeitig verstärkt. Das heißt, der Verstärker 701 verstärkt das
Erfassungssignal I1 bis zum Einfachen, der Verstärker 702
verstärkt es bis zum Zehnfachen und der Verstärker 703 verstärkt es
bis zum Hundertfachen. Hierbei ist es ebenso geeignet, die
Verstärkungsfaktoren der Verstärker 701 bis 703 auf 2&sup0;, 2&sup4; und 2&sup6;
zu setzen (das heißt, 2m: m ist eine ganze Zahl), um bekannten
Binärcode-Analog-Digital-(A/D)-Wandlern zu entsprechen. Die
Ausgaben dieser Verstärker 701 bis 703 werden jeweils zu den
entsprechenden Analog-Digital-(A/D)-Wandlern 704 bis 706 geführt,
um dort digitalisiert zu werden. Jeder der drei
Analog-Digital(A/D)-Wandler 704 bis 706 besitzt eine Abtast-Halte-Schaltung,
hat eine 12-Bit-Auflösung und wird in einer einpoligen
Betriebsart bei einer Spannung von bis zu +10 V betrieben. Mit diesem
Aufbau erhält man die wirksamen Auflösungen (Umwandlung in die
Eingangsspannung) der jeweiligen Analog-Digital-(A/D) -Wandler
704 bis 706 wie folgt:
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A/D-Wandler 704: 10/4096 = 2,441 [mV]
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A/D-Wandler 705: 10/4096/10 = 0,244 [mV]
-
A/D-Wandler 706: 10/4096/100 = 0,024 [mV]
-
Diese Analog-Digital-(A/D)-Wandler 704 bis 706, die eng
miteinander verbunden sind, entsprechen einem 19-Bit-Analog-Digital-
(A/D)-Wandler. Weiterhin kann dieser Aufbau die
Umwandlungsgeschwindigkeit des 12-Bit-Analog-Digital-(A/D)-Wandlers
aufrechterhalten, wodurch eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung
möglich wird.
-
Der Pegelentscheidungsbereich 603 ist eingerichtet, um den
Eingangsbereich des Analog-Digital-(A/D) -Wandlers entsprechend dem
Pegel des Ausgangssignals 513 der Lageerfassungseinrichtung 512
automatisch zu ändern, um immer gültige Daten zu erhalten, die
für eine Berechnung der Höhendaten geeignet sind. Da die
Feststellung des Pegels des Ausgangssignals 513 der
Lageerfassungseinrichtung
512 mit einem Additionssignal aus den Komponenten I1
und I2 durchgeführt werden muß, wird die Ausgabe 605 des
Analog-Digital-(A/D)-Wandlers 705 (die Zwischenausgabe des
Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichs 601) zuerst zur Ausgabe 606 des
entsprechenden Analog-Digital-(A/D)-Wandlers des nicht gezeigten
Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichs 602 (die
Zwischenausgabe des Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichs 602) in einem
Addierer 708 der Pegelentscheidungsschaltung 603 hinzuaddiert,
wodurch ein Pegelentscheidungssignal 710 erzeugt wird. Dieses
Pegelentscheidungssignal 710 wird zu einer
Pegelentscheidungsschaltung 709 geführt, die wiederum unter Verwendung des
Pegelentscheidungssignals 710 den Pegel des Ausgangssignals 513 der
Lageerfassungseinrichtung 512 feststellt, um
Bereichsauswahlsignale 607 (713 bis 715) zur Feststellung eines optimalen
Bereichs an Datenauswahlschaltungen 707 in den jeweiligen Analog-
Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichen 601 und 602 auszugeben, wobei
die Ausgaben derselben zur Höhenberechnungseinheit 515 geführt
werden. Die folgende Tabelle zeigt die Beziehung zwischen dem
Eingangssignal und dem bereichsveränderten Ausgangssignal bei
diesem erläuternden Beispiel.
Ausgaben eines bereichsumschaltbaren Analog-Digital-
(A/D)-Umwandlungsbereichs entsprechend Eingabewerten von
Lageerfassungssignalen
Bereichsveränd. Ausgabe
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Wegen der verschiedenen Eingabebereiche sind die Ausgaben der
jeweiligen Analog-Digital-(A/D)-Wandler 704 bis 706 in Bezug auf
den Eingangssignalwert so festgelegt, daß ihre Skalenendwerte um
eine Ziffer verschoben sind, wie in der vorstehend erwähnten
Tabelle gezeigt. Das Pegelentscheidungssignal 710 wird durch
Addieren der Ausgabe 605 des Analog-Digital-(A/D)-Wandlers 705
des Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichs 601 zur Ausgabe 606
des entsprechenden Analog-Digital-(A/D)-Wandlers des Analog-
Digital-(A/D)-Umwandlungsbereichs 602 erhalten und befindet sich
somit in einem Bereich zwischen 8190 und 0. Die
Pegelentscheidungsschaltung 709 gibt das Bereichsauswahlsignal auf der
Grundlage des Pegelentscheidungssignals 710 unter Verwendung eines
Vergleichers aus, wodurch die folgende Auswahl durchgeführt
wird. Das bedeutet: 1) wenn das Pegelentscheidungssignal größer
als 4095 ist, wird die Ausgabe des Analog-Digital-(A/D)-Wandlers
704 ausgewählt; 2) wenn gilt: 409 < Pegelentscheidungssignal ≤
4095, wird die Ausgabe des Analog-Digital-(A/D)-Wandlers 705
ausgewählt; und 3) wenn das Pegelentscheidungssignal kleiner
oder gleich 409 ist, wird die Ausgabe des Analog-Digital-(A/D)-
Wandlers 706 ausgewählt. Obwohl bei der vorstehend erwähnten
Tabelle die Spalte "Bereichsveränderte Ausgabe" den somit
ausgewählten Signalwert angibt, ist im Falle einer Verbindung mit
einer Vielzahl von Analog-Digital-(A/D)-Wandlern der Maximalwert
angegeben.
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Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird der Bereich des
Ausgangssignals 513 der Lageerfassungseinrichtung 512
automatisch in Übereinstimmung mit seinem Pegel bestimmt, um
bestmögliche Digitaldaten auszugeben, wodurch genaue Höhendaten über
einen weiten Bereich erhalten werden können. Obwohl bei diesem
erläuternden Beispiel der 12-Bit-Analog-Digital-(A/D)-Wandler
verwendet wird, ist eine Sicherstellung der Auflösung
entsprechend einem 19-Bit-Analog-Digital-(A/D)-Wandler möglich. Da
insbesondere bei diesem erläuternden Beispiel eine Vielzahl von
Verstärkern und eine Vielzahl von Analog-Digital-(A/D)-Wandlern
parallel betrieben werden und die Bereichsumschaltung und die
Datenauswahl nach der Digitalisierung durchgeführt werden, wird
die Genauigkeit der Bereichsumschaltung verbessert und die
Ausgangsdaten werden durch die Bereichsumschaltung nicht
beeinflußt, wodurch die Höhendaten genau erhalten werden. Da außerdem
12-Bit-Analog-Digital-(A/D)-Wandler parallel betrieben werden,
kann die Verarbeitung bei einer hohen Geschwindigkeit
durchgeführt werden, die im wesentlichen 1 us/Bildelement entspricht.
In Fig. 6 bezeichnet Bezugszeichen 615 ein
Umwandlungsstartsignal für die Analog-Digital-(A/D)-Umwandlungsbereiche 601 und
602, das mittels eines Taktsignals erzeugt wird, welches bei
jedem Bildelement ein Zeitablaufsignal darstellt.
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Es ist offensichtlich, daß sich die vorangehenden Figuren 1 bis
3 nur auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beziehen, und daß es beabsichtigt ist, alle Änderungen
und Abwandlungen des Ausführungsbeispiels dieser Erfindung
abzudecken, die zum Zwecke der Offenbarung hierin verwendet sind und
die keine Abweichungen vom Schutzbereich dieser Erfindung
darstellen. Beispielsweise kann die im erläuternden Beispiel
beschriebene Bereichsumschaltfunktion für das vorstehend
beschriebene Ausführungsbeispiel verwendet werden.