專利名稱：用于檢驗(yàn)工件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢驗(yàn)工件尤其是電路板的裝置，該裝置包括夾在測(cè)量頭中的檢 驗(yàn)工具，該測(cè)量頭可相對(duì)于工件在工件平面中移動(dòng)，該裝置還包括用于控制該測(cè)量 頭的光學(xué)觀察裝置。
背景技術(shù)：
在電路板或其它電子元件的制造中，常常需要測(cè)試焊接接頭的質(zhì)量。例如，這 涉及通過(guò)在連接線下方引入構(gòu)造成小鉤子的工具然后借助鉤子撕開(kāi)連接線來(lái)檢驗(yàn) 微處理器與板上相應(yīng)點(diǎn)的接觸。測(cè)量需要用來(lái)撕開(kāi)連接線的力，該力是焊接接頭質(zhì) 量的量度。因?yàn)榇龣z驗(yàn)的工件和工具根據(jù)定義是非常小的，所以必須高精度地控制 移動(dòng)，這因此是很難的。類似地，還可以用非破壞性的方式檢驗(yàn)工件。已知稱為粘合力測(cè)試儀的裝置，可用該裝置來(lái)實(shí)施上述檢驗(yàn)。在該過(guò)程中，將 工具設(shè)置在測(cè)量頭上，從而工具能夠相對(duì)于工件移動(dòng)以能實(shí)施相應(yīng)的測(cè)量。操作者 通過(guò)附連至裝置的顯微鏡來(lái)觀察工件和工具，由該操作者實(shí)施控制。這種操作是高 度技巧性的且易于出錯(cuò)，因?yàn)闇y(cè)量的精度基本上取決于工具是否已引入相應(yīng)導(dǎo)線連 接下方的正確位置。此外，檢驗(yàn)是費(fèi)時(shí)的，且因此成本較高。迄今，還不可以對(duì)于與工具有關(guān)的測(cè)量頭提供有效的自動(dòng)控制，因?yàn)楣ぞ叩募?端相對(duì)于測(cè)量頭的相對(duì)位置會(huì)經(jīng)受微小的變化，因此無(wú)法用所需的精度進(jìn)行限定。 一方面，這些變化是由于工具必須通過(guò)力測(cè)量裝置連接至測(cè)量頭，因此不可避免地 產(chǎn)生一定的游隙跳動(dòng)。此外，工具相對(duì)于其尺寸來(lái)說(shuō)是高度負(fù)載的，會(huì)在測(cè)量過(guò)程 中變得稍稍變形，這會(huì)進(jìn)一步伴有不確定因素和公差。德國(guó)專利DE 199 15 052 A披露了一種用于檢查三維表面結(jié)構(gòu)的光學(xué)檢驗(yàn)裝 置。照相機(jī)或光學(xué)傳感器通過(guò)標(biāo)定記號(hào)來(lái)進(jìn)行標(biāo)定，例如可獲得用于光學(xué)傳感器分 辨率的特征變量。但無(wú)法獲得關(guān)于工具位置的信息。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)上述的裝置以使測(cè)量過(guò)程能自動(dòng)實(shí)施，其中，位置精度的 增加使得測(cè)量變得更加可靠，同時(shí)能更加迅速和節(jié)省成本地進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明的另一目的是披露一種能可靠地、迅速地且節(jié)省成本地檢驗(yàn)工件的方法。根據(jù)本發(fā)明，這些目的是通過(guò)以下來(lái)實(shí)現(xiàn)的光學(xué)觀察裝置具體為照相機(jī)，該 照相機(jī)附連至測(cè)量頭且具有基本垂直于工件平面的光學(xué)軸線，并且設(shè)有確定機(jī)械偏 移的標(biāo)定裝置，該機(jī)械偏移是工具離照相機(jī)的光學(xué)軸線的距離。本發(fā)明的基本之處在于，測(cè)量頭的移動(dòng)是由照相機(jī)來(lái)控制的，該照相機(jī)指向工 件且可建立測(cè)量頭相對(duì)于工件的精確位置。與現(xiàn)有技術(shù)的根本差別是，在這種情況 下，照相機(jī)無(wú)需觀察工具與工件的配合過(guò)程，而是只要用來(lái)定位。這是至關(guān)重要的， 因?yàn)橹挥姓障鄼C(jī)具有相對(duì)較小的象角和因此較高的分辨率，才能實(shí)現(xiàn)高精度，所以 照相機(jī)的設(shè)計(jì)條件可避免直接觀察工具。通過(guò)在測(cè)量之前進(jìn)行標(biāo)定、即用標(biāo)定裝置 檢測(cè)工具的位置，工具的尖端相對(duì)于測(cè)量頭的位置有容差，由于上述的不精確性、 公差和塑性變形，該位置會(huì)隨時(shí)間稍稍變化。因?yàn)楣ぞ叩募舛讼鄬?duì)于照相機(jī)的精確 相對(duì)位置是已知的，所以一旦實(shí)施了標(biāo)定過(guò)程，測(cè)量頭即可因此移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)與工具 的可靠配合。上文中或下文中都參照可相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量頭，這包括兩種情況工件固定且測(cè) 量頭可移動(dòng)的情況，以及測(cè)量頭固定且工件因此可移動(dòng)的情況。在這種情況下，以 本身已知的方式呈坐標(biāo)工作臺(tái)的形式來(lái)實(shí)施移動(dòng)，該移動(dòng)例如在繪圖機(jī)中繪制。提出了對(duì)于標(biāo)定裝置的多個(gè)尤其較佳的變型。第一變型在這種情況下用以下方 式實(shí)施，標(biāo)定裝置具體為另一照相機(jī)，該另一照相機(jī)可相對(duì)于測(cè)量頭移動(dòng)，且可且 可定向成工具和測(cè)量頭的參考點(diǎn)可由該另一照相機(jī)來(lái)檢測(cè)。在標(biāo)定過(guò)程中，測(cè)量 頭在這種情況下移動(dòng)成工具進(jìn)入該另一照相機(jī)的檢測(cè)范圍。通過(guò)檢測(cè)附連至測(cè)量 頭的參考點(diǎn)，則可建立工件相對(duì)于照相機(jī)的位置。例如，參考點(diǎn)可附連至照相機(jī)的 鏡頭或鏡頭自身被檢測(cè)為參考點(diǎn)。原則上，該另一照相機(jī)可以適當(dāng)?shù)貙?shí)施以同時(shí)檢 測(cè)工具和參考點(diǎn)從而確定距離或相對(duì)位置。然而，依次實(shí)施檢測(cè)是尤其較佳的，在 測(cè)量頭移動(dòng)之前使工具的尖端首先與該另一照相機(jī)的光學(xué)軸線對(duì)準(zhǔn)，從而參考點(diǎn)也 位于該另一照相機(jī)的光學(xué)軸線中。確定測(cè)量頭的行進(jìn)路徑能確定精確的相對(duì)位置。顯然，還可首先定位參考點(diǎn)，接著定位工具的尖端。另一標(biāo)定裝置是由棱鏡形成的，該棱鏡設(shè)置在鄰近工件的合適位置。棱鏡在這 種情況下具體為照相機(jī)的光學(xué)軸線偏轉(zhuǎn)180° ，從而所述照相機(jī)指向工具的尖端。 棱鏡的已知尺寸和光學(xué)性質(zhì)則允許推斷出照相機(jī)與工具的尖端之間的相對(duì)位置。本發(fā)明的另一尤其有利變型的特點(diǎn)在于，標(biāo)定裝置具體為用于工件的承座中的 開(kāi)口，工具可以引入該開(kāi)口，并且照相機(jī)能光學(xué)地檢測(cè)該開(kāi)口。標(biāo)定過(guò)程在這種情 況下具體為由于測(cè)量頭的相應(yīng)移動(dòng)，將工具的尖端引入標(biāo)定開(kāi)口，因此能精確地 確定測(cè)量頭的位置。如同在上文所述的方法中，這可以同時(shí)實(shí)施， 一旦己引入工具， 照相機(jī)就檢測(cè)另外的參考點(diǎn)，就可知道參考點(diǎn)相對(duì)于標(biāo)定開(kāi)口的位置，可從中精確 地確定機(jī)械偏移，或者一旦工具的尖端已引入標(biāo)定開(kāi)口，就以較佳的方式實(shí)施測(cè)量 頭的相應(yīng)移動(dòng)，從而使標(biāo)定開(kāi)口自身進(jìn)入檢測(cè)范圍。假如工具具有具體為用于控制 引入標(biāo)定開(kāi)口的移動(dòng)的測(cè)量裝置，則可以實(shí)現(xiàn)尤其精確的標(biāo)定。在這點(diǎn)上，標(biāo)定開(kāi) 口的錐形實(shí)施例也是有利的。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的尤其有利的變型中，使工具具體為鉤子，該鉤子通過(guò)拉 力檢測(cè)裝置固定至測(cè)量頭。拉力檢測(cè)裝置在這種情況下發(fā)出信號(hào)，該信號(hào)表示用以 破壞待檢驗(yàn)的連接需要的力。尤其較佳的是，工件平面在裝置的使用位置是基本水平的，且工具設(shè)置在測(cè)量 頭中以能夠垂直移動(dòng)。此外，尤其有利的是，工具設(shè)置成能相對(duì)于測(cè)量頭轉(zhuǎn)動(dòng)。這使得不管相應(yīng)接觸 的定向如何都能實(shí)施檢驗(yàn)過(guò)程?？紤]到裝置的自動(dòng)性，尤其有利的是，裝置裝備有用于自動(dòng)移動(dòng)工具的圖像識(shí) 別裝置。這尤其能確定電子元件(該電子元件的接觸是待檢驗(yàn)的)的外部形狀以確 ?？煽靠刂?。此外，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種用于檢驗(yàn)工件的方法，包括以下步驟 -夾緊工件；-在相對(duì)于該工件安裝的測(cè)量頭上設(shè)置工具；-由光學(xué)觀察裝置引導(dǎo)而將該工具引導(dǎo)至工件的待檢驗(yàn)點(diǎn)；-在工件的待檢驗(yàn)點(diǎn)上實(shí)施測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明，該方法的特點(diǎn)在于工具由照相機(jī)來(lái)引導(dǎo)，該照相機(jī)可與工具一起相對(duì)于工件一起移動(dòng)，并且該照相機(jī)相對(duì)于工具的位置由標(biāo)定裝置來(lái)檢測(cè)。這種 方法比使用已知裝置實(shí)施的已知方法更加迅速、更加精確、更加可靠和更加節(jié)省成 本。


下面將參照附圖中示出的示例性實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一變型的示意側(cè)視圖；以及 圖2和圖3是其它變型的相應(yīng)于圖1的示意圖。
具體實(shí)施方式
來(lái)自圖1的裝置包括用于工件6的承座1，在該承座1上實(shí)施測(cè)量且該承座1 設(shè)置在工件平面6a中。呈鉤子形式的工具3通過(guò)拉力檢測(cè)裝置4懸掛在測(cè)量頭2 中。此外，照相機(jī)5的檢測(cè)范圍用附圖標(biāo)記11來(lái)表示，該照相機(jī)5固定至測(cè)量頭 2。機(jī)械偏移d定義成照相機(jī)5的軸線5a離工具3的距離。在承座5中固定另一照 相機(jī)7，該照相機(jī)7具有向上指向的檢測(cè)錐12，可以將工具3和參考點(diǎn)15引入該 檢測(cè)錐12中，這些參考點(diǎn)15附連至照相機(jī)5并因此附連至測(cè)量頭2?，F(xiàn)在可以用以下方式實(shí)施標(biāo)定過(guò)程在借助參考點(diǎn)15使照相機(jī)5的軸線5a 與軸線7a對(duì)準(zhǔn)之前，測(cè)量頭2的移動(dòng)首先引起工具3向另一照相機(jī)7的光學(xué)軸線 7a定向。這意味著，對(duì)于使另一照相機(jī)7的軸線7a向工具3定向的情況，確定兩 根軸線5a、 7a之間的光學(xué)偏移s。在這種情況下，機(jī)械偏移d和光學(xué)偏移s對(duì)應(yīng)， 因此允許精確地確定工具3和照相機(jī)5的光學(xué)軸線5a之間的相對(duì)位置。接著，用 以下方式移動(dòng)測(cè)量頭2:檢測(cè)工具6，并借助圖像識(shí)別軟件來(lái)識(shí)別和選擇各測(cè)量點(diǎn)。 由于機(jī)械偏移d的精確獲知，工具3現(xiàn)在可以向相應(yīng)點(diǎn)精確地移動(dòng)。當(dāng)實(shí)施該方法 時(shí)，可以在一次標(biāo)定之后實(shí)施多次測(cè)量過(guò)程，只要假設(shè)機(jī)械偏移d將保持不變即可。 假如在特定次數(shù)的測(cè)量過(guò)程之后或者甚至在一次測(cè)量過(guò)程之后機(jī)械偏移d出現(xiàn)不 能容許的變化，則在相應(yīng)次數(shù)的測(cè)量過(guò)程之后必須重復(fù)標(biāo)定，或者在極端的情況下 在每次單獨(dú)測(cè)量過(guò)程之前都必須實(shí)施標(biāo)定。在圖2的變型中，由于照相機(jī)5指向光學(xué)棱鏡8，該光學(xué)棱鏡8使照相機(jī)5的 光束11偏轉(zhuǎn)并在11a處指向工具3的尖端，所以可實(shí)施標(biāo)定。在圖3的變型中，由于測(cè)量頭在標(biāo)定過(guò)程中移動(dòng)以使工具3能下降進(jìn)入標(biāo)定開(kāi)口9，所以可實(shí)施標(biāo)定。諸如拉力檢測(cè)裝置4中的應(yīng)變儀之類的傳感器可用來(lái)實(shí)現(xiàn) 標(biāo)定開(kāi)口 9的軸線9a與設(shè)置工具3于其中的軸線3a的精確對(duì)應(yīng)。在這種情況下， 由于照相機(jī)5確定另外參考點(diǎn)14的位置，而參考點(diǎn)14相對(duì)于標(biāo)定開(kāi)口 9的相對(duì)位 置是已知的，所以就可確定機(jī)械偏移d。然而， 一旦已將工具3引入標(biāo)定開(kāi)口 9， 同樣還可實(shí)施測(cè)量頭2的進(jìn)一步移位，以使照相機(jī)5的軸線5a與標(biāo)定開(kāi)口 9的軸 線9a對(duì)準(zhǔn)。在這種情況下，另外的參考點(diǎn)14就不是必需的了。根據(jù)本發(fā)明的裝置能迅速地、可靠地且精確地實(shí)施測(cè)量方法。各測(cè)量值用誤差 編碼記錄下來(lái)，且用最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差Cpk等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)上的估計(jì)。還 可用非破壞性的測(cè)試來(lái)替換破壞性的測(cè)試，在非破壞性的測(cè)試中，用來(lái)測(cè)試各粘合 力的力是受限制的。測(cè)試過(guò)程完全自動(dòng)地進(jìn)行，且用軟件記錄下來(lái)。此外，根據(jù)本 發(fā)明的裝置是非常緊湊的設(shè)計(jì)、符合人體工程學(xué)且操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.用于檢驗(yàn)工件(6)、尤其是電路板的裝置，所述裝置包括工具(3)，所述工具可與所述工件(6)機(jī)械配合并夾在測(cè)量頭(2)中，所述測(cè)量頭相對(duì)于所述工件(6)在工件平面中可移動(dòng)，所述裝置還包括用于控制所述測(cè)量頭(2)的光學(xué)觀察裝置，其特征在于，所述光學(xué)觀察裝置具體為照相機(jī)(5)，所述照相機(jī)附連至所述測(cè)量頭(2)且具有基本垂直于所述工件平面(6a)的光學(xué)軸線(5a)，并且設(shè)有確定機(jī)械偏移(d)的標(biāo)定裝置，所述機(jī)械偏移是所述工具(3)離所述照相機(jī)(5)的所述光學(xué)軸線(5a)的距離。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定裝置具體為另一照相機(jī) (7)，所述另一照相機(jī)相對(duì)于所述測(cè)量頭(2)可移動(dòng)，且以這樣一種方式可定向，即所述工具(3)和所述測(cè)量頭(2)的參考點(diǎn)(15)可由所述另一照相機(jī)(7) 來(lái)檢測(cè)。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述另一照相機(jī)(7)的光學(xué)軸線 (7a)平行于作為所述光學(xué)觀察裝置的所述照相機(jī)(5)的所述光學(xué)軸線(5a)而定向。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定裝置具體為光學(xué)棱鏡(8)， 所述照相機(jī)(5)通過(guò)所述光學(xué)棱鏡能觀察所述工具(3)。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定裝置具體為用于工件(6) 的承座(1)中的標(biāo)定開(kāi)口 (9)，所述工具(3)可以引入所述標(biāo)定開(kāi)口 (9)，并且 所述照相機(jī)(5)能光學(xué)地檢測(cè)所述標(biāo)定開(kāi)口 (9)。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述工具(3)具有測(cè)量裝置(4)， 所述測(cè)量裝置具體為用于控制引入所述標(biāo)定開(kāi)口 (9)的移動(dòng)。
7. 如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定開(kāi)口 (9) 具體為錐形地向上延伸。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述工具(3)具體 為鉤子，所述鉤子通過(guò)拉力檢測(cè)裝置(4)固定至所述測(cè)量頭(2)。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述工件平面(6a) 在所述裝置的使用位置是基本水平的，并且所述工具(3)設(shè)置在所述測(cè)量頭(2)中以能夠垂直移動(dòng)。
10. 如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述工具(3)設(shè) 置成能相對(duì)于所述測(cè)量頭(2)轉(zhuǎn)動(dòng)。
11. 如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置裝備有 基于圖像識(shí)別裝置的控制器，以用于自動(dòng)移動(dòng)所述工具(3)。
12. 用于檢驗(yàn)工件(6)的方法，包括以下步驟 -夾緊工件(6);-在相對(duì)于所述工件(6)安裝的測(cè)量頭(2)上設(shè)置工具(3);-由光學(xué)觀察裝置引導(dǎo)而將所述工具(3)引導(dǎo)至所述工件(6)的待檢驗(yàn)點(diǎn)；-在所述工件(6)的待檢驗(yàn)點(diǎn)上實(shí)施測(cè)量；其特征在于，所述工具(3)由照相機(jī)(5)進(jìn)行引導(dǎo)，所述照相機(jī)可與所述工 具(3) —起相對(duì)于所述工件(6)可移動(dòng)，并且所述照相機(jī)(5)相對(duì)于所述工具 (3)的位置由標(biāo)定裝置(7、 8、 9)進(jìn)行檢測(cè)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在每次測(cè)量之前都實(shí)施標(biāo)定。
14. 如權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述工具(3) 是可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的，并且在所述工具(3)相對(duì)于基本垂直于所述工件平面(6a) 的軸線的各個(gè)角度位置實(shí)施所述標(biāo)定。
15. 如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)另一照相機(jī) (7)實(shí)施所述標(biāo)定，所述另一照相機(jī)指向所述工具(3)且指向所述測(cè)量頭(2)的參考點(diǎn)(15)。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述照相機(jī)(5)同時(shí)指向所述 工具(3)和所述參考點(diǎn)(15)。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述照相機(jī)(5)依次指向所述 工具(3)和所述參考點(diǎn)(15)，或反之亦然。
18. 如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)棱鏡(8) 實(shí)施所述標(biāo)定，所述照相機(jī)(5)指向所述棱鏡以檢測(cè)所述工具(3)。
19. 如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)標(biāo)定開(kāi)口 (9) 來(lái)實(shí)施所述標(biāo)定，將所述工具(3)引入所述標(biāo)定開(kāi)口且所述標(biāo)定開(kāi)口由所述照相 機(jī)(5)檢測(cè)。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在將所述工具(3)引入所述標(biāo) 定開(kāi)口 (9)的過(guò)程中，所述照相機(jī)(5)指向另一參考點(diǎn)(15)，所述另一參考點(diǎn) 設(shè)置在相對(duì)于所述標(biāo)定開(kāi)口 (9)的預(yù)定位置。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于， 一旦所述工具(3)已引入所述 標(biāo)定開(kāi)口 (9)，所述照相機(jī)(5)就向所述標(biāo)定開(kāi)口定向。
22. 如權(quán)利要求12至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助圖像識(shí)別方 法自動(dòng)實(shí)施所述測(cè)量過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢驗(yàn)工件(6)尤其是電路板的裝置，該裝置包括檢驗(yàn)工具，該檢驗(yàn)工具夾在測(cè)量頭(2)中，該測(cè)量頭可相對(duì)于工件(6)在工件平面中移動(dòng)，該裝置還包括用于控制測(cè)量頭(2)的光學(xué)觀察裝置。該光學(xué)觀察裝置具體為照相機(jī)(5)，該照相機(jī)安裝至測(cè)量頭(2)且具有光學(xué)軸線(5a)，從而可以實(shí)施簡(jiǎn)單、迅速和可靠的測(cè)量。所述軸線基本上垂直于工件平面(6a)，并且設(shè)有確定機(jī)械偏移(d)的標(biāo)定裝置，該機(jī)械偏移是工具(3)離照相機(jī)(5)的光學(xué)軸線(5a)的距離。本發(fā)明還涉及一種可用上述裝置實(shí)施的方法。
文檔編號(hào)H05K13/08GK101283637SQ200680037049
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者G·斯托丁格, M·克瑞特施姆, M·施米德鮑爾 申請(qǐng)人:明達(dá)私人資產(chǎn)股份有限公司