DE69123290T2

DE69123290T2 - Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten

Info

Publication number: DE69123290T2
Application number: DE69123290T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Ikeda; Kunio Yanagi
Original assignee: Tescon Co Ltd
Current assignee: Tescon Co Ltd
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2011-05-22
Also published as: KR0169739B1; EP0458280B1; ATE145729T1; EP0458280A3; KR910020451A; DE69123290D1; EP0458280A2; US5107206A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Durchführen einer Prüfung an einer ausgewählten gedruckten Schaltung oder diskreten Schaltungselementen auf einer leeren oder gedruckten Leiterplatte mit Hilfe von Prüftastköpfen (nachfolgend als "Tastkopf" bezeichnet), um Fehler zu finden, falls vorhanden, oder ihre Leistungsfähigkeit zu ermitteln.
Beim Durchführen einer Sichtprüfung an einer gedruckten Leiterplatte, ob alle diskreten Schaltungselemente an den vorgesehenen Positionen eingebaut sind, neigt man dazu, schadhaft gedruckte Leiterplatten zu übersehen, wenn die Augen ermüden. Auch erfordert eine nachteilige Inspektion, die ein Gerät anwendet, unterschiedliche Spannvorrichtungen, die ausschließlich für die Verwendung bei bestimmten gedruckten Platten konzipiert sind, und erhöht die Prüfkosten entsprechend. Bei einem Versuch, solche Schwierigkeiten zu verringern, sind einige Inspektionsgeräte für gedruckte Leiterplatten vorgeschlagen worden, so daß gedruckte Leiterplatten schnellen Messungen unterzogen werden können, wie z. B.: ob sie diskrete Schaltungselemente enthalten; welche Art von diskreten Schaltungselementen eingesetzt sind; welche Funktionen diese diskreten Schaltungselemente haben; oder ob bei gedruckten Leiterbahnbildern Kurzschlüsse oder Unterbrechungen vorkommen. Die Ergebnisse solcher Messungen werden mit Daten verglichen, die in Speichern gespeichert sind, um bei jedem diskreten Schaltungselement oder jedem gedruckten Leiterbahnenbild eine endgültige Entscheidung zu treffen. Ein Beispiel eines solchen Inspektionsgeräts ist in der japanischen Patentschrift 57-98869(A) dargestellt.
Fig. 22 ist eine Kopie der einzigen Zeichnung von der japanischen Patentschrift 57-98869(A). Das Inspektionsgerät weist eine erste X-Y-Antriebseinheit 201 und eine zweite X-Y- Antriebseinheit 202 auf. Jede X-Y-Antriebseinheit enthält einen Querträger 203 oder 204, der entlang dem unbeweglichen Träger der X-Y-Antriebseinheit 201 oder 202 verschiebbar ist. Jeder Querträger 203 oder 204 hat einen darauf verschiebbar befestigten Tastkopf 205 oder 206. Die erste und die zweite X-Y-Antriebseinheit 201 und 202 sind mit einer Steuerung 209 verbunden, so daß diese Antriebseinheiten entsprechend einem Programm bewegt werden können.
Bei der Funktion wird ein Tastköpfepaar 205 und 206 über einer gedruckten Leiterplatte, von Disketten oder anderen Datenträgern gesteuert, zu einer ausgewählten Koordinatenposition bewegt, und dann werden diese Tastköpfe 205 und 206 mit zwei ausgewählten Punkten in Kontakt gebracht, z. B. mit zwei Beinen eines ausgewählten diskreten Bauelements auf der gedruckten Leiterplatte. Um an einem Bauelement oder den zugehörigen Schaltungen die Art, die Leistungsfähigkeit oder die Eigenschaften des Bauelements zu ermitteln oder Fehler bzw. Unterbrechungen zu erkennen, falls vorhanden, wird an das Bauelement eine Spannung oder ein Strom von einer so geringen Größe angelegt, daß dem Bauelement kein Schaden zugefügt wird. Ähnliche Operationen und Prüfungen werden nacheinander in der vorgegebenen Reihenfolge wiederholt.
Die Zeitdauer, die eine Prüfung benötigt (hier nachfolgend als "Taktzeit" bezeichnet), besteht aus: dem ersten Abschnitt, bei dem die Tastköpfe nach der Beendigung der Prüfung an einer ausgewählten Koordinatenposition angehoben werden; dem zweiten Abschnitt, bei dem die Tastköpfe zu einer anderen ausgewählten Koordinatenposition bewegt werden; dem dritten Abschnitt, bei dem die Tastköpfe gesenkt werden; und dem vierten Abschnitt, bei dem eine Prüfung durchgeführt wird. Außer beim vierten Abschnitt werden die Abschnitte vorzugsweise möglichst stark verkürzt. Der zweite Abschnitt ist im Vergleich zu anderen Abschnitten lang, und daher kann der Zeitverlust nicht verringert werden, ohne den zweiten Abschnitt zu verkürzen.
Außerdem ist ungünstigerweise die Freiheit eingeschränkt, mit der ein Tastkopf, dessen Form zu der Anschlußklemmenform eines ausgewählten diskreten Schaltungselements passend ist, gewählt und geändert werden kann, weil nur ein einziger Tastkopf auf einen beweglichen Arm montiert werden kann. Der Kontakt der Tastköpfe auf gelötete Anschlußklemmen von gedruckten Leiterplatten wird sooft wiederholt, daß die Tastkopfspitzen verformt werden können, und entsprechend wird der elektrische Widerstand an den Kontaktstellen verändert. Dadurch wird die Genauigkeit verringert, mit der eine Prüfung durchgeführt wird. Damit Inspektionen mit der gleichen Genauigkeit wiederholt werden können, müssen Tastköpfe mehrmals am Tag gewechselt werden. Dies erfordert jedoch langwierige und zeitraubende Arbeit, und entsprechend wird die betriebliche Leistungsfähigkeit verringert.
Im Falle, daß eine Prüfung an einer integrierten Schaltung vorgenommen wird, ist meistens eine Dreipunkt-Messung erforderlich, aber ein konventionelles Inspektionsgerät kann diese Forderung nicht erfüllen.
DE-A-2 800 775 betrifft ein Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten. Dieses Gerät weist eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen einer gedruckten Leiterplatte auf, die in der X- Richtung beweglich ist. Zwei Prüf-Tastköpfepaare sind in der Y- Richtung und der Z-Richtung beweglich; wenn ein Prüf-Tastköpfepaar eine Prüfung an einem ausgewählten Schaltungselement oder einer gedruckten Schaltung durchführt, kann sich das andere Prüf-Tastköpfepaar zu einer anderen ausgewählten Position auf der gedruckten Leiterplatte bewegen.
Angesichts des oben beschriebenen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten bereitzustellen, das seine Tastköpfe zu einer ausgewählten Koordinatenposition in einer möglichst kurzen Zeit bewegen kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten bereitzustellen, das eine Reduzierung der Tastkopf-Wechselzeiten und entsprechend eine Steigerung der betrieblichen Leistungsfähigkeit ermöglicht sowie eine Auswahl von Tastköpfen, deren Form für die jeweilige Anschlußklemmenform der ausgewählten Schaltungselemente, die zu prüfen sind, paßt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten bereitzustellen, das an einem ausgewählten Bauelement oder Teil auf einer gedruckten Leiterplatte eine Dreipunkt-Prüfung sowie die Anwendung von ausgewählten Tastköpfen auf ein ausgewähltes Bauelement oder Teil gestattet, egal wo es sich auf einer gedruckten Leiterplatte befindet.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Das Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten gemäß der vorliegenden Erfindung weist besonders folgendes auf: eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen einer gedruckten Leiterplatte in einer vorgegebenen Position; zwei oder mehrere Führungssätze aus jeweils einem Paar oberer und unterer Kreuzschienen-Aufbauten, wobei jeder Kreuzschienen-Aufbau einen Arm besitzt, der an dem Kreuzschienen-Aufbau angebracht und an seinem Ende mit zumindest einem Tastkopf ausgerüstet ist, und eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Kreuzschienen-Aufbaus in einer X-Richtung über der gedruckten Leiterplatte, und zum Antreiben des Arms in einer Y-Richtung senkrecht zu der X- Richtung und zum Heben oder Senken des jeweiligen Tastkopfs; und eine Zentraleinheit zum Steuern der Antriebseinrichtung, um die ausgewählten Tastköpfe in die ausgewählten Positionen über der gedruckten Leiterplatte zu bringen und diese Tastköpfe zu senken, bis sie mit den Anschlußklemmen der ausgewählten diskreten Schaltungselemente oder der gedruckten Schaltung in Berührung kommen, um auf der gedruckten Leiterplatte Kurzschlüsse oder Unterbrechungen zu erkennen, falls vorhanden, oder zum Feststellen der Art oder Funktion jedes der ausgewählten diskreten Schaltungselemente.
Bei dieser Anordnung führen die Tastköpfe eines Führungssatzes eine Prüfung an einem ausgewählten Schaltungselement oder einer gedruckten Schaltung durch, während sich die Tastköpfe des anderen Führungssatzes zu einer weiteren ausgewählten Position bewegen, bei der, von der Zentraleinheit gesteuert, eine weitere Prüfung durchgeführt werden soll. Somit haben nach Beendigung der vorausgehenden Prüfung die Tastköpfe des anderen Führungssatzes eine andere Position erreicht, und deshalb kann die nachfolgende Prüfung unmittelbar nach Beendigung der vorausgehenden Prüfung begonnen werden. Gemäß dem in der Zentraleinheit gespeicherten Programm kann eine Folge von Prüfungen aufeinanderfolgend ohne Unterbrechung durchgeführt werden.
Wie beschrieben, können zwei oder mehrere Führungssätze, von denen jeder zumindest zwei Tastköpfe besitzt, wechselweise eine Prüfung an einem ausgewählten Teil einer gedruckten Leiterplatte ohne Unterbrechung durchführen, was die Wartezeit verringert, die aus dem Transportieren der Tastköpfe in X- Richtung besteht, und daher die Taktzeit bestmöglich verringert sowie die betriebliche Leistungsfähigkeit entsprechend verbessert.
Jeder Arm kann ein Metallstück, das auf einem zugehörigen Kreuzschienen-Aufbau verschiebbar montiert ist, eine Montageplatte, die an dem Metallstück befestigt ist, ein Tastköpfepaar, das auf der Montageplatte vertikal verschiebbar befestigt ist, und eine Antriebseinrichtung zum Heben oder Senken der Tastköpfe aufweisen.
Bei dieser Anordnung können zwei Tastköpfe von gleicher oder unterschiedlicher Art über ihr Tastköpfepaar an einem einzigen Arm befestigt werden. Wenn zwei Tastköpfe der gleichen Art verwendet werden, können die Tastköpfe vorteilhafterweise für eine längere Zeit abwechselnd verwendet werden, ohne ausgewechselt zu werden. Wenn zwei Tastköpfe unterschiedlicher Art verwendet werden, können die Tastköpfe vorteilhafterweise selektiv verwendet werden, um eine bestimmte gelötete Anschlußklemmenform an einen ausgewählten Teil des gedruckten Leiterbahnenbildes für eine genaue Prüfung anzupassen.
Eine Antriebseinrichtung zum Heben oder Senken der Tastköpfe kann einen Schrittmotor aufweisen, eine drehbare Verbindungsplatte, die mit der Welle des Schrittmotors in der Mitte der drehbaren Verbindungsplatte verbunden ist, und zwei Stifte besitzt, die auf den gegenüberliegenden Seiten der drehbaren Verbindung herausragen und in seitlichen Schlitzen verschiebbar eingesetzt sind, welche auf den oberen Enden der Tastköpfe erstellt wurden, wobei, wenn der Schrittmotor die drehbare Verbindungsplatte dreht, um die Stifte entlang der kreisförmigen Bahn in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen, während die Stifte in den seitlichen Schlitzen bleiben, ein Tastkopf gehoben wird, während der andere Tastkopf gesenkt wird.
Der Schrittmotor kann in Antwort auf einen Befehl schnell zu drehen beginnen, und entsprechend können die Tastköpfe, im Vergleich zu einer pneumatischen Antriebseinrichtung, in vertikaler Richtung schnell bewegt werden. Diese schnelle Reaktion hat den Effekt, die Taktzeit merklich zu verringern. Im Betrieb beginnt der Schrittmotor, die drehbare Verbindungsplatte schrittweise aus ihrer horizontalen Position zu drehen und somit die Stifte entlang einer kreisförmigen Bahn in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen, während die Stifte in den seitlichen Schlitzen bleiben, um einen Tastkopf zu heben und gleichzeitig den anderen Tastkopf zu senken. Was den absenkenden Tastkopf betrifft, verringert sich die Komponente des vertikalen Abstands der drehbaren Verbindung bei jedem weiteren Schritt entlang der kreisförmigen Bahn schnell, je mehr sich die drehbare Verbindung ihrer vertikalen Position nähert. Mit anderen Worten, die Geschwindigkeit, bei welcher der Tastkopf sich zu einem zu prüfenden ausgewählten Schaltungselement absenkt, wird allmählich abnehmen und somit das weiche Aufsetzen des absenkenden Tastkopfes auf dem Anschluß des Schaltungselements sicherstellen, um jede Beschädigung des Anschlusses zu verhindern.
Das Tastköpfepaar kann an der Montageplatte befestigt werden, um in ihren Phantom-Erweiterungen in einem vorgegebenen Punkt auf ein und derselben Ebene, auf der sich die Tastköpfe befinden, zusammenzulaufen und zu kreuzen.
Eine Dreipunkt-Prüfung kann durchgeführt werden, indem die zwei Tastköpfe eines Arms und selektiv einer der zwei Tastköpfe eines anderen Arms verwendet werden, während der andere Tastkopf, sofern er an der Prüfung teilnimmt, getrennt eingesetzt wird. Eine selektive Verwendung aller vier Arme mit jeweils einem Tastköpfepaar, die in ausgewählte Winkel in X- und Y-Richtung gelenkt werden, erlauben eine Prüfung in einem ausgewählten Teil auf einer gedruckten Leiterplatte, indem die ausgewählten Arme in die Nähe des ausgewählten Teils gebracht werden&sub1; unabhängig davon, in welcher Richtung der ausgewählte Teil angeordnet sein mag.
Beim Entwerfen eines Leiterbahnenbilds auf einer gedruckten Leiterplatte ist es nicht nötig, eine Leiterbahnerweiterung von einem ausgewählten Anschluß vorzusehen, was im übrigen für die Prüfung einen Zugriff auf den Anschluß verhindern würde. Eine solche Leiterbahnerweiterung ist für die Prüfung bei einer herkömmlichen Prüfweise für eine gedruckte Leiterplatte erforderlich. Wenn eine solche Leiterbahnerweiterung nicht vorausgesetzt wird, nimmt die Freizügigkeit zu, mit der ein Leiterbahnbild konzipiert werden kann. Eine Prüfung kann durchgeführt werden, indem ausgewählte Tastköpfe mit einem ausgewählten Teil des Leiterbahnenbilds an einer Stelle in Kontakt gebracht wird, die für die Prüfung am besten geeignet ist, und entsprechend der auf diese Weise geschaffenen Prüfdaten wird eine verbesserte Zuverlässigkeit erreicht. Auch wird der physikalische Bereich, innerhalb dem die Inspektionen durchgeführt werden können, auf einer gedruckten Leiterplatte in allen Richtungen vergrößert, und das trägt zur Automatisierung der Prüfung von gedruckten Leiterplatten bei.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verständlich, die in den anhängenden Zeichnungen gezeigt sind.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Inspektionsgeräts für gedruckte Leiterplatten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Querschnitt des Inspektionsgeräts für gedruckte Leiterplatten von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der oberen und unteren Kreuzschienen-Aufbauten, welche die Antriebsmechanismen zum Antreiben der Kreuzschienen-Aufbauten in X-Richtung und der zugehörigen Arme in Y-Richtung zeigen;
Fig. 4 stellt ein Steuersystem für das Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten schematisch dar;
Fig. 5 zeigt ein Verfahren, bei welchem auf einer gedruckten Leiterplatte zwei Tastköpfepaare angeordnet sind;
Fig. 6 zeigt ein Synchronisationsdiagramm, demzufolge zwei Tastköpfepaare für eine Prüfung verwendet werden;
Fig. 7 ist eine Vorderansicht eines Arms, der sich von jenen in Fig. 1 und 2 gezeigten unterscheidet;
Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Arms von Fig. 7;
Fig. 9 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Arms von Fig. 7;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht der Linien A - A in Fig. 7, die einen einstellbaren Teil des Tastkopfes zeigt;
Fig. 11 ist eine Vorderansicht einer Montageplatte des Arms;
Fig. 12 ist eine Seitenansicht von zwei Armen, die auf den oberen und unteren Führungs-Kreuzschienen-Aufbauten befestigt sind;
Fig. 13A zeigt die Prüfspitze eines Tastkopfes, und Fig. 13B zeigt die Prüfspitze eines anderen Tastkopfes;
Fig. 14 zeigt die Art, wie vier Arme an die oberen und die unteren Kreuzschienen-Aufbauten von zwei Führungssätzen befestigt werden;
Fig. 15 zeigt die Anordnung von den vier Tastköpfen mit Blick in Y-Richtung;
Fig. 16 zeigt die Anordnung von den vier Tastköpfen mit Blick in X-Richtung;
Fig. 17 und 18 zeigen die Tastköpfe in unterschiedlichen Prüfpositionen;
Fig. 19 ist eine perspektivische Ansicht der Art, wie Messungen an drei Punkten gleichzeitig durchgeführt werden;
Fig. 20 ist eine Seitenansicht, die eine gleichzeitige Messung an drei Punkten zeigt;
Fig. 21 zeigt einen Tastkopf, der an einen ausgewählten Punkt angelegt wird, an welchem eine Prüfung durchgeführt wird; und
Fig. 22 stellt ein herkömmliches Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten schematisch dar.
Das Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten 1 gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Befestigungseinrichtung 2 zum Befestigen einer gedruckten Leiterplatte P in einer vorgegebenen Position und zwei Führungssätze 3 und 4 auf, die jeweils aus einem Paar oberer und unterer Kreuzschienen-Aufbauten 3b, 3a und 4b, 4a bestehen. Jeder Kreuzschienen-Aufbau ist dafür eingerichtet, von einer entsprechenden Antriebseinrichtung 5 in X-Richtung über der gedruckten Leiterplatte P bewegt zu werden. Bezüglich Fig. 2 und 3 ist ein Ende des unteren Kreuzschienen-Aufbaus 3a von einem Führungssatz 3 auf der Führungsschiene 71 der Trägerplatte 7 mit Hilfe eines C-förmigen Metallteils 72 verschiebbar befestigt, während das andere Ende des unteren Kreuzschienen-Aufbaus 3a an der Führungsstange 81 der Trägerstütze 8 über den Arm 82 verschiebbar befestigt ist. Der untere Kreuzschienen-Aufbau 3a kann durch einen Servomotor 5 in X-Richtung bewegt werden. Wie am besten in Fig. 3 gezeigt wird, ist der Servomotor 5 an einem Ende der Trägerplatte 7 befestigt und über einen Endlosriemen 51 mit der Antriebsstange 73 verbunden. Die Antriebsstange 73 hat ein Gewinde und ist auf der Trägerplatte 7 parallel zu der Führungsstange 71 drehbar befestigt. Das Führungsstück 74 hat ein Gewindeloch und ist mit einem Ende des unteren Kreuzschienen-Aufbaus 3a einstückig verbunden. Das Führungsstück 74 schraubt sich in die Antriebsstange 73 und ermöglicht dem Führungsstück 74 und somit dem unteren Kreuzschienen-Aufbau 3a, durch Rotation des Servomotors 5 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn in X-Richtung bewegt zu werden. An Stelle der Antriebsstange 73 und des Führungsstücks 74 können eine Zahnstange, ein Synchronriemen, ein Drahtantrieb oder irgendeine andere Kraftübertragung verwendet werden.
In gleicher Weise ist ein Ende des oberen Kreuzschienen- Aufbaus 3b von einem Führungssatz 3 an der Führungsstange 71a der Trägerplatte 7a mit Hilfe eines C-förmigen Metallstücks 72a befestigt, während das andere Ende des oberen Kreuzschienen- Aufbaus 3b mit der Führungsstange 81a über den Arm 82a verschiebbar befestigt ist. Ein ähnlicher Antriebsmechanismus wird zum Bewegen des oberen Kreuzschienen-Aufbaus 3b in X-Richtung verwendet. Die Rotation des Servomotors 5a im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn wird über einen Endlosriemen 51a auf die Antriebsstange 73a und damit auf das Führungsstück 74a und somit auf den oberen Kreuzschienen-Aufbau 3b in X-Richtung übertragen.
Ein weiteres Paar von oberen und unteren Kreuzschienen- Aufbauten 4b und 4a des anderen Führungssatzes 4 verwendet einen einfachen Antriebsmechanismus. So können zwei Sätze oberer und unterer Kreuzschienen-Aufbauten 3b, 3a und 4b, 4a durch entsprechende Servomotoren 5 und 5a in X-Richtung bewegt werden. Hier ist jedoch anzumerken, daß die unteren Kreuzschienen- Aufbauten 3a und 4a so gesteuert werden, daß sie sich länger bewegen als die oberen Kreuzschienen-Aufbauten 3b bzw. 4b.
Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, enthält jeder Kreuzschienen-Aufbau zwei parallele, unbewegliche Führungsstangen 33 und dazwischen eine an den Trägern 32 befestigte, drehbare Antriebsstange 34, die einstückig mit den gegenüberliegenden Enden des Querträgers 31 verbunden sind. Die Zwischen- Antriebsstange 34 hat ein Gewinde. Ein Metallstück 11 hat zwei glatte Löcher und dazwischen ein Gewindeloch. Die Führungsstangen 33 sind in die glatten Löcher des Metallstücks 11 eingesetzt, und die Antriebsstange 34 ist, mit Gewinde versehen, in das dazwischenliegende Gewindeloch des Metallstücks 11 eingesetzt. Wie gezeigt, ist ein Ende der Antriebsstange 34 mit dem Servomotor Sb verbunden. Der Servomotor 5b ist an der Seite des Trägers 32 befestigt, gegenüber der Seite, an der die Führungsstangen 33 und die Antriebsstange 34 befestigt sind.
Bei dieser Anordnung kann das Metallstück 11 über einer gedruckten Leiterplatte P durch die Kraft der Übertragungsstange 34 in Y-Richtung bewegt werden, wenn sich der Servomotor 5b im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn dreht. Die Führungsstangen 33 stellen eine konstante Bewegung des Metallstücks 11 sicher.
Der Arm 10 hängt an dem Kreuzschienen-Aufbau 3a oder 3b und ist an seinem Ende mit zumindest einem Tastkopf 15 ausgerüstet. Wie aus Fig. 3 zu sehen ist, beinhaltet jeder Arm eine Metallplatte 12, die mit dem Metallstück 11 verschraubt ist, und einen Tastkopf 13, der an der Montageplatte 12 vertikal beweglich befestigt ist. Der Tastkopf 13 hat ein Montagestück 14, und der Tastkopf 15 ist auf dem Montagestück 14 befestigt. Der Tastkopf 13 ist durch eine Spiralfeder 16 nach unten federnd vorgespannt, und der Tastkopf 13 kann durch einen pneumatischen Zylinder (nicht gezeigt) eine vorgegebene Distanz gehoben oder gesenkt werden.
Wie vorhergehend beschrieben, ist jeder von zwei Führungssätzen 3 und 4 aus einem Paar oberer und unterer Kreuzschienen- Aufbauten zusammengesetzt, und jeder Kreuzschienen-Aufbau besitzt einen Arm 10. Ein Armepaar 10, das zu jedem Führungssatz 3 oder 4 zugeordnet ist, ist so angeordnet, daß sich diese Arme 10 beim Bewegen in Y-Richtung nicht gegenseitig stören können.
Das Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten weist ferner eine Zentraleinheit auf, um alle Servornotoren so zu steuern, daß die Prüftastköpfe 15 in ausgewählte Positionen über einer gedruckten Leiterplatte P gebracht werden und die Arme 10 diese Prüftastköpfe senken, bis sie mit den Anschlußklemmen der ausgewählten diskreten Schaltungselemente oder der gedruckten Schaltung in Kontakt kommen, um Kurzschlüsse oder Unterbrechungen auf der gedruckten Leiterplatte P zu erkennen, falls vorhanden, oder um die Art oder Funktion jedes der ausgewählten diskreten Schaltungselemente zu ermitteln.
Wie in Fig. 4 zu sehen, ist die Zentraleinheit 6 mit jeder Antriebseinrichtung 65 verbunden und ist einer Tastatur 61 zugeordnet, um Informationsteile einzugeben, einer Sichtanzeige 62 zum Anzeigen von Daten, die Prüfergebnisse darstellen, welche durch die Tastköpfe 15 geliefert wurden, und einem Drucker 63 zum Ausgeben von Daten.
Mit Bezugnahme auf Fig. 4 - 6 wird nachfolgend die prinzipielle Funktion des Inspektionsgeräts für gedruckte Leiterplatten 1 beschrieben.
Wenn eine gedruckte Leiterplatte P durch ein Förderband oder irgendeine andere Fördereinrichtung in das Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten 1 gebracht wird, dann wird die gedruckte Leiterplatte P an der Plattenhalterung 2 befestigt. Dann wird über die Tastatur 61 ein Prüfbeginn-Befehl gegeben. In Antwort auf diesen Befehl gibt die Zentraleinheit 6 über einen Regler 64 Anweisungen an die Treiber 65, so daß die entsprechenden Servomotoren 5, 5a sich gemäß einem vorgegebenen Programm drehen und dabei die Arme 10 in X- und in Y-Richtung zu den ausgewählten Koordinatenpositionen bewegen. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein Armepaar 10, 10 und 10a, 10a gegeneinander um einen bestimmten Winkel α geneigt angeordnet.
Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel werden zwei Servomotoren zum Antreiben eines einzigen Arms in X- und in Y- Richtung verwendet, und demzufolge sind insgesamt acht Servomotoren und daher acht Treiber 65 erforderlich.
Wenn die Arme 10 in die gewünschten Koordinatenpositionen gebracht worden sind, schickt die Zentraleinheit 6 einen Befehl an den Regler 64, wodurch den elektromagnetischen Ventilen 66 erlaubt wird, zu öffnen (oder zu schließen). Dann führen die pneumatischen Zylinder (nicht gezeigt) ein Senken der jeweiligen Tastköpfe aus, bis ihre Spitzen mit den Beinen eines ausgewählten diskreten Bauelements auf der gedruckten Leiterplatte P in Kontakt kommen. In Antwort auf einen Prüfbefehl von der Zentraleinheit 6 führt die Meß- und Prüfkarte 67 die erforderliche Messung und Prüfung durch, um die Art, die Leistungsfähigkeit und weitere Eigenschaften jedes ausgewählten diskreten Bauelements festzustellen und die Meß- und Prüfdaten an die Zentraleinheit 6 zurückzusenden.
Wenn die Zentraleinheit 6 ein Signal empfängt, das die Beendigung der Messung und Prüfung anzeigt, sendet sie ein Befehlssignal an den Regler 64, das elektromagnetische Ventil 66 zu schließen (oder zu öffnen), wodurch die zugeordneten Tastköpfe von der gedruckten Leiterplatte abgehoben werden. Ferner sendet die Zentraleinheit 6 einen weiteren Befehl an den Regler 64, wodurch den Treibern 65 erlaubt wird, Steuersignale an die jeweiligen Servomotoren 5, 5a zu senden. Dann drehen sich die Servomotoren 5, 5a, um die zugeordneten Arme 10 in andere ausgewählte Koordinatenpositionen zu bewegen.
Somit führt ein Tastköpfepaar 15a und 15b eines Führungssatzes 3 eine Prüfung an einem ausgewählten Schaltungselement P1 oder einer ausgewählten gedruckten Schaltung durch, während sich ein Tastköpfepaar 15c und 15d des anderen Führungssatzes 4 zu einer anderen ausgewählten Position bewegt, wo es anschließend eine Prüfung an einem anderen ausgewählten Schaltungselement P2 oder einer ausgewählten gedruckten Schaltung sofort nach Beendigung der vorhergehenden Prüfung beginnt. Auf diese Weise führen die Tastköpfepaare von zwei Führungssätzen die erforderlichen Messungen und Prüfungen abwechselnd an unterschiedlichen ausgewählten Positionen auf einer gedruckten Leiterplatte aus. Bei einem anderen Vorgang werden beide Tastköpfepaare 15a, 15b und 15c, 15d von zwei Führungssätzen 3 und 4 gleichzeitig in eine ausgewählte Position gebracht, wo zwei Prüfungen nacheinander durchgeführt werden können. Außerdem wird notwendigerweise die Kombination dieses Vorgangs und des vorher beschriebenen gewählt.
Dank dieser Funktion, bei welcher ein Tastköpfepaar eines Führungssatzes die erforderliche Messung und Prüfung durchführt, während sich ein Tastköpfepaar des anderen Führungssatzes zu einer weiteren ausgewählten Position bewegt, wird die beteiligte Taktzeit auf ungefähr 0,2 bis 0,15 Sekunden reduziert, verglichen mit ungefähr 0,5 Sekunden bei einem herkömmlichen Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten. Auch wird das gleichzeitige Eintreffen von zwei Tastköpfepaaren an einer ausgewählten Position die für die erforderliche Prüfung umfassende Zeit halbieren.
Bezüglich Fig. 7 - 21 wird nachfolgend ein Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, umfaßt ein einziger Arm 100 statt des Arms 10 ein Paar Tastköpfe 104 und 104. Eine Montageplatte 102 ist an ein Befestigungs-Metallstück 103 angeschraubt, das dafür ausgelegt ist, in Y-Richtung bewegt zu werden. Jeder Tastkopf 104 ist durch ein vertikal bewegliches Teil 112 an der Montageplatte 102 beweglich befestigt, das in einer C-förmigen Führung 110 mit Hilfe von Kugellagern 111, die zwischen den inneren Wänden der C-förmigen Führung 110 angebracht sind, beweglich eingesetzt ist, wie in Fig. 10 gezeigt wird.
Ein Schrittmotor 103 ist an der oberen Hinterseite der Montageplatte 102 angebracht, um die Tastköpfe 104 zu bewegen. Eine Welle 103a des Schrittmotors 103 ragt aus der Vorderseite der Montageplatte 102 heraus, damit sie mit der beweglichen Verbindungsplatte 105 in deren Mitte befestigt wird. Die bewegliche Verbindungsplatte 105 hat an ihren entgegengesetzten Enden zwei vorspringende Stifte 106 und 106.
Jeder Tastkopf 104 besitzt an seinem oberen Ende einen seitlichen Schlitz 107, und jeder Stift 106 der beweglichen Verbindungsplatte 105 ist in einem seitlichen Schlitz 107 beweglich eingesetzt. Bei dieser Anordnung veranlaßt die rechtsdrehende Rotation des Schrittmotors 103, daß der rechte Tastkopf 104 durch den rechten Stift 106 der beweglichen Verbindungsplatte 105 nach unten geschoben wird. Zur gleichen Zeit wird der linke Tastkopf 104 durch den linken Stift 106 der beweglichen Verbindungsplatte 105 angehoben. Der Stift 106 kann einfach die Form eines Stabes haben. Er kann aus einem Stab und einer zylindrischen Hülse gemacht sein, der den Stab beweglich umgibt. Er kann vorzugsweise aus einem festen Stab und einem Lager bestehen, das sich auf dem festen Stab dreht.
Die Tastköpfe 104 enthalten Tastköpfe 108a und 108b von gleicher oder unterschiedlicher Form, die an ihren Spitzen angebracht sind. Diese Tastköpfe 108 können selektiv verwendet werden, um der Form eines Objekts zu entsprechen, an dem eine Prüfung durchgeführt werden soll. Fig. 13A zeigt einen kronenförmigen Tastkopf 108b, wohingegen Fig. 13b einen spitz zulaufend geformten Tastkopf 108a zeigt.
Ein Tastköpfepaar 104 und 104 ist auf einer Montageplatte 102 so befestigt, daß sie zusammenlaufen und sich in ihrer gedachten Fortsetzung in einem bestimmten Punkt auf ein und derselben Ebene, auf der die Tastköpfe 104 liegen, kreuzen.
Wie aus Fig. 7 und 9 zu sehen ist, weist die Montageplatte 102 Photosensoren 114a und 114b auf der Montageplatte 102 auf, um die Position des Tastkopfes zu erkennen, während die Tastköpfe 104 Erkennungsplatten 114c und 114d besitzen, die mit diesen bezüglich der Position einstellbar angebracht sind. Wenn die Winkelenden 114e und 114f der Erkennungsplatten 114c und 114d im Betrieb die Photosensoren 114a und 114b passieren, um einen Lichtstrahl daran zu hindern, auf ihre Lichterkennungsteile zu fallen, wird dadurch eine elektrische Erkennung der Position der Tastköpfe 104 ermöglicht, um die mit dem Schrittmotor 103 verknüpften Schalter ein- oder auszuschalten. Somit kann der Distanzbereich, in dem sich jeder Tastkopf 104 bewegen kann, durch Einstellen der Erkennungsplatten 114c und 114d bezüglich der Position begrenzt werden.
Wie in Fig. 12 gezeigt, ist ein Armepaar 100 an die oberen und die unteren Kreuzschienen-Aufbauten 3b und 3a in unterschiedlichen Winkeln zueinander montiert, so daß die oberen und unteren Tastköpfe 104 sich nicht gegenseitig stören können, wenn sie sich in Y-Richtung bewegen. Wie in Fig. 14 gezeigt, sind die Arme 100 an die jeweiligen Kreuzschienen-Aufbauten 3a, 3b und 4a, 4b angebracht, so daß alle Tastköpfe in der Y- Richtung zueinander in ein und derselben Linie ausgerichtet werden können. Wie in Fig. 15 gezeigt, sind auch die Tastköpfe 104a und 104b, die einem Führungssatz zugeordnet sind, und die Tastköpfe 104c und 104d, die dem anderen Führungssatz zugeordnet sind, innerhalb vorgegebener Neigungsbereiche (schraffierte Flächen) bei Betrachtung in X-Richtung angeordnet, so daß ihre gedachten Linien in Längsrichtung in einem vorgegebenen Punkt zusammenlaufen können.
Wie oben beschrieben, heben oder senken sich die Tastköpfe 104 durch das Zusammenwirken der Verbindung zwischen dem Stift und dem seitlichen Schlitz, wenn einander gegenüberliegende Stifte 106 der beweglichen Verbindungsplatte 105 den gebogenen Wegen folgend sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Der Drehwinkel β der drehbaren Verbindungsplatte 105 beträgt ungefähr 70 Grad. Der Distanzbereich, innerhalb dem die Tastköpfe 104 sich bewegen können, wird durch Photosensoren 114a und 114b begrenzt, und die absolute Bewegungsdistanz wird durch den Abstand von der Mitte 103a der drehbaren Verbindungsplatte 105 zum Stift 106 bestimmt.
Indem der Schrittmotor 103 sich in normalen Schritten oder mit einer festen Geschwindigkeit dreht, ist die Geschwindigkeit, bei der sich die Tastköpfe 104 von der horizontalen Anfangsposition (s. Fig. 7) zu heben oder zu senken beginnen, möglichst groß, und die Geschwindigkeit, bei der die Tastköpfe 104 ungefähr den oberen oder unteren Totpunkt (unterbrochene Linien) erreichen, ist möglichst klein.
Das Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten, das, wie oben beschrieben, mit solchen Armen 100 ausgerüstet ist, wird im wesentlichen in der gleichen Weise funktionieren wie das erste Ausführungsbeispiel von Fig. 1 - 6. Bei diesem Inspektionsgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann jedoch einer der zwei Tastköpfe 108 von jedem der ausgewählten drei Arme jeweils zu jedem der ausgewählten drei Anschlüsse 131, 132 und 133 gebracht werden, die in einer ausgewählten integrierten Schaltung 130 in einer Richtung angeordnet sind, um eine Dreipunkt-Messung gleichzeitig auszuführen, wie in Fig. 17 - 20 zu sehen ist. Dank der Verwendung von Schrittmotoren 103 können Tastköpfe 104 sich als Reaktion auf Befehle von der Zentraleinheit 6 schnell heben oder senken. Auch können vorteilhafterweise zwei Tastköpfe unterschiedlicher Form an einen einzigen Arm angebracht werden, wodurch die Auswahl von einem der Tastköpfe, der für die Durchführung einer Prüfung an einem ausgewählten Punkt auf einer gedruckten Leiterplatte am besten geeignet ist, ermöglicht wird.
Zwei Tastköpfe 108a und 108b eines Arms sind in einem ziemlich großen Winkel bezüglich der Mittellinie des Arms in Y- Richtung geneigt, und deshalb kann ein Tastkopf 108a oder 108b für einen ausgewählten gewölbten Rand einer integrierten Schaltung 130 bei einem geneigten Winkel verwendet werden, der nahe der normalen Linie liegt, wie durch die Phantomlinie in Fig. 21 gezeigt ist. Der Bereich, innerhalb dem auf einer gedruckten Leiterplatte eine Messung durchgeführt werden kann, wird wesentlich erweitert.
Dieses zweite Ausführungsbeispiel verwendet zwei Führungssätze, von denen jeder aus oberen und unteren Kreuzschienen- Aufbauten besteht, die jeweils einen einzigen Arm besitzen, der mit einem Tastköpfepaar ausgerüstet ist. Selbstverständlich können drei Kreuzschienen-Aufbauten verwendet werden, von denen jeder mit einem einzigen Arm ausgestattet ist.

Claims

1. Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten mit:

einer Befestigungseinrichtung (2) zum Montieren einer gedruckten Leiterplatte;

zwei oder mehreren Führungssätzen (3, 4), von denen jeder aus einem Paar von Kreuzschienen-Aufbauten (3a, 3b und 4a, 4b) besteht, jeder Kreuzschienen-Aufbau einen Arm (10) aufweist, der an dem Kreuzschienen-Aufbau angebracht und an seinem Ende mit zumindest einem Prüftastkopf (15) versehen ist; und einer Antriebseinrichtung (5) zum Antreiben eines der Paare von Kreuzschienen-Aufbauten in X-Richtung über der gedruckten Leiterplatte und zum Antreiben des Arms in Y-Richtung senkrecht zur X-Richtung und zum Heben oder Senken eines zugeordneten Tastkopfes (15); und

einer Zentraleinheit (6) zum Steuern der Antriebseinrichtung (5), so daß sie ausgewählte Prüftastköpfe (15) in ausgewählte Positionen über der gedruckten Leiterplatte bewegt und diese Prüftastköpfe absenkt, bis sie mit den Anschlüssen der ausgewählten diskreten Schaltungselemente oder der gedruckten Schaltungen Kontakt bekommen, um Kurzschlüsse oder Unterbrechungen auf der gedruckten Leiterplatte zu erkennen, falls vorhanden, oder die Art oder Funktion von jedem der ausgewählten diskreten Schaltungselemente festzustellen,

dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von Kreuzschienen- Aufbauten (3, 4) ein oberer und ein unterer Kreuzschienen-Aufbau (3a, 3b und 4a, 4b) ist, jedes Paar von Armen (10 und 10 oder 10a und 10a) in einem vorgegebenen Winkel zueinander geneigt ist und jeder Arm (10, 10a) ein Metallstück (11), das an einem zugeordneten Kreuzschienen-Aufbau beweglich montiert ist, eine Montageplatte (12), die an dem Metallstück befestigt ist, und eine Antriebseinrichtung zum Heben oder Senken des Prüftastkopfes (15) aufweist.

2. Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten nach Anspruch 1, wobei jeder Arm (100) ein Paar Tastköpfe (104, 104), die vertikal beweglich an der Montageplatte (102) befestigt sind, und eine Antriebseinrichtung zum Heben oder Senken der Tastköpfe besitzt, wobei die Prüftastköpfe (LOS) an dem Tastköpfepaar befestigt sind.

3. Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten nach Anspruch 2, wobei die Antriebseinrichtung zum Heben oder Senken der Tastköpfe (104, 104) einen Schrittmotor (103) und eine drehbare Verbindungsplatte (105), die mit einer Welle (103a) des Schrittmotors in der Mitte der drehbaren Verbindungsplatte verbunden ist, aufweist und zwei Stifte (106) besitzt, die an den entgegengesetzten Enden der drehbaren Verbindungsplatte hervorragen und in seitlichen Schlitzen (107) beweglich eingesetzt sind, welche an den oberen Enden der Tastköpfe vorgesehen wurden, wobei ein Tastkopf angehoben wird, während der andere Tastkopf gesenkt wird, wenn der Schrittmotor die drehbare Verbindungsplatte dreht, um die Stifte entlang einem kreisförmigen Weg in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen, wobei sie in den seitlichen Schlitzen bleiben.

4. Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Tastköpfepaar (104, 104) an der Montageplatte (102) befestigt ist, so daß ihre gedachten Verlängerungen auf derselben Ebene in einem vorgegebenen Punkt zusammenlaufen und sich kreuzen.

5. Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten nach irgendeinem der Ansprüche 2 - 4, wobei das Tastköpfepaar (104, 104) Prüftastköpfe (108) gleicher Art besitzt.

6. Inspektionsgerät für gedruckte Leiterplatten nach irgendeinem der Ansprüche 2 - 4, wobei das Tastköpfepaar (104, 104) Prüftastköpfe (108) unterschiedlicher Art besitzt.