通过比较3D高度轮廓与参照高度轮廓来检验贴装内容制造技术

本发明专利技术一种检测至少是部分贴装在电路板(180,880)上的元件组件(592,692)的电子元件(190)的贴装内容(191)的工序，所述工序包括：(a)设置一个从属于参照元件组件的电子元件的参照内容的参照三维高度轮廓(763b)；(b)检测贴装内容(191)元件的三维参照高度轮廓(761b)；(c)将检测所得的高度轮廓(761b)与参照高度轮廓(763b)进行比较，如果(d1)高度轮廓(761b)至少有一部分偏离了参照高度轮廓(763b)的相应部分，则将贴装内容(191)识别为缺失的贴装内容；如果(d2)高度轮廓(761b)与参照高度轮廓(763b)相吻合，则将贴装内容(191)识别为正确贴装内容。此外，本发明专利技术还描述了一种制造电子元件组件的工序以及一种可完成上述工序的自动装配机。

【技术实现步骤摘要】
通过比较3D高度轮廓与参照高度轮廓来检验贴装内容
本专利技术涉及一种将电路板和电子元件进行机械贴装的一般
本专利技术尤其涉及一种电子元件检验的电脑程序及工序，用于针对至少是部分贴装在电路板上的元件组件检验电子元件的贴装内容，一种制造电子元件组件的工序和一种完成此工序的自动装配机。专利技术背景制做电子元件组件包括将电子元件与元件贴装板、特别是电路板进行贴装。通常来说，贴装过程通过也即在一个自动装配机中完成。一个典型的自动装配机具有（a）一个底座；（b）一个直接或间接安装在底座上的元件输入系统，用于连续不断地将待贴装的电子元件输送至元件拾起位置；（c）一个门架系统（Portalsystem），带有一个固定在底座上的固定元件，以及一个可移动的、尤其是可以在相对于固定元件的两个不同方向进行定位的元件；以及（d）一个安装在可移动元件上的贴装头，其构造可使其拾起元件拾起位置上的元件并在可移动元件适当的移动及定位后将其放置在电路板事先确定的位置上。不过，在贴装过程中，有可能出现如下的错误及损害：（A）单个的、通常是很小型的元件在贴装头放置在其确定位置前掉出，成为电路板上的“多余”元件。这些元件在下文中也被称为“丢失元件”。在纠错功能较强的贴装过程中，虽然能够在放置元件前识别出意外跌落的相关元件并将其重新拾起，但尽管如此，当元件掉落在元件贴装板上元件组件贴装的区域时，还是会引起问题并损坏电子元件。尤其是当跌落的区域内已将一个较大的元件或其他部件，如隔离元件或扁平连接器等放置在已贴装的元件上时，意外跌落的元件就变得格外危险。（B）在贴装时遗忘了一个对电子元件组件来说所必需的元件。例如，当某个元件未被拾取或当某个被拾取的元件在贴装头的运送途中意外丢失，而在之后的“假装”贴装中并未识别出这一错误时，便可能出现这种情况。这类贴装差错在下文中被称为“缺失的元件”。而尤其当缺失的元件本应位于隔离元件或隔离片下面时，缺失的元件就不能被识别或者必须使用极为复杂的检查方法（如X射线分析）才能被识别。为识别出（A）和（B）类错误，已知的方法是用特殊的机器完成自动的视觉检测(AutomatedOpticalInspection=AOI)。这类视觉检测机器通常被安装在沿电子元件组件制作线传送方向上自动装配机的后方。这样一来就会出现如下问题，当出现上述两类错误或其中之一种错误时，元件贴装板上待检测的区域已经被后续贴装的较大的元件或如隔离板等部件遮盖。因此，这就需要运用特别复杂的工序（如X射线检测）。为避免分开安装的AOI机器的这种弊端，也出现了在元件贴装板内相关区域进行检测的方案，也即在后续的较大远见货部件被贴装之前进行检测，因此此时元件贴装板的相关区域从上向下看是敞开的。但是，上述（A）或(B)类错误却并不能通过经典的灰度值或彩色图像检测方法用人眼很好的识别出来，而人眼在此情境中已经是非常好的检测手段。由此，上述（A）或(B)类错误（i）一方面对自动的图像分析及其算法，（ii）另一方面对操作者提出了很高要求，特别是常常只有具有相当专业知识的操作者通过很多次测试才能找到算法合适的给定参数。为降低这种需求，已知一种用3D技术对至少是部分贴装在元件贴装板上的电子元件进行检测。为此，可使用常见的是三维（3D）工序，例如激光三角测量或条纹投影。通过3D测量，可计算出元件贴装板某一区域的高度轮廓或高度图。在这样的高度图中，上述（A）（B）类错误更为清晰可辨。同时也能降低由操作者为自动图像分析的算法设定合适的给定参数所需耗费的时间或成本。但为完成这样的工序，必须使用一种特殊硬件，这种硬件一方面比较昂贵，另一当面也将占据（自动装配机中）较大的位置，例如常见的用于自动装配机内的特殊3D检测头，其代替贴装头安装在门架系统（Portalsystem）可移动的部件上。但这种解决方案会带来极大的额外成本，而且由于占用了整个门架系统，这一不再带有贴装头的门架系统也将极大降低相应自动装配机的贴装效率。本专利技术的任务在于，创造一种简单有效地识别“丢失的元件”的工序以及相应的设备。
技术实现思路
本专利技术的任务由独立权利要求书的专利技术对象实现。本专利技术具有优势的实现形式在独立权力要求书中得到描述。根据本专利技术的第一个方面，将描述一种针对至少是部分贴装在电路板上的元件组件检验电子元件的贴装内容的工序。所述工序包括（a）设置一个从属于参照元件组件的电子元件的参照内容的参照三维高度轮廓；（b）检测贴装内容元件的三维参照高度轮廓；(c)将检测所得的高度轮廓与参照高度轮廓进行比较，如果高度轮廓至少有一部分偏离了参照高度轮廓的相应部分，则（d1）将贴装内容识别为缺失的贴装内容；而当高度轮廓与参照高度轮廓相吻合，则（d2）将贴装内容识别为正确贴装内容。上述工序是基于如下认识，即通过将一个实际贴装内容的实际高度轮廓与一个参照贴装内容的参照高度轮廓进行相对简单的对比，能以很高的准确度确定贴装错误。由此一来，就能阻止相关的电子元件组件进入后续处理程序，而最终导致生产出错误的电子元件组件。后续的处理程序可能包括在已贴装元件旁边或上面继续进行贴装，包括放置如隔离板等电子元件和／或机械部件。同样，一旦发现错误，也能阻止后续的对已贴装元件和／或部件与元件贴装板之间的焊接，特别是在所谓回流炉（Reflow-Ofen）中的焊接。这样，在出现错误的情况下，就能在较早的作业阶段及时阻止对元件组件的后续处理。在理想情况下，可针对被确认为错误的贴装内容通过自动或人工的方式进行修正。本专利技术所述工序尤其适用于识别本专利技术导言部分所述的（A）（B）类错误。在对确认错误的贴装内容进行修正的后续处理中，修正（A）类错误主要在于去除多余及丢失的元件。修正（B）类错误尤其在于补充贴装缺失的元件。通过比较两个在本专利技术中也被称为“高度图像”的（三维）高度轮廓，就能清晰准确地识别（之前丢失的）多余元件与缺失的元件。这样一来，本专利技术所述的检验贴装内容的工序也能被视为一个结果有效性非常高的三维检验工序。本专利技术中所说的高度轮廓以及参照高度轮廓可被视为对相对于贴装面（也即垂直于Z向坐标轴的XY平面）的Z向坐标轴也即高度坐标轴的数学描述，而贴装面至少是对应相应贴装内容的元件贴装板的一部分。当然，也可通过诸如3D视角对高度轮廓进行图表式展示，以便能够很好地用人眼识别各个高度轮廓。本专利技术中的“贴装内容”的概念尤其可理解为从属于某一架设或应该架设在元件贴装板上的电子元件组件的多个电子元件。参照贴装内容则对应某一元件组件的真实或虚拟的测试贴装，这种测试贴装应确定为电子元件组件或电子元件组件一部分的正确贴装。直观地说，根据本专利技术所述的工序，将通过高度图像的对比完成对丢失及多余元件（（A）类错误）以及缺失的元件（（B）类错误）的检测。在此过程中，可在一个或几个针对元件贴装板待检测区域的练习步骤中逐步习得“正确情况”下被贴装元件无错误的贴装内容的高度图像。在检测的过程中，将计算待检测元件贴装板区域的高度图像，以此与习得的正确高度图像进行对比。所述工序所含辨识错误的算法尤其可以通过如下途径保证很高的有效性，即用一个所谓“黄金范例”来习得“正确情况”下的参照高度轮廓，然后以此作为三维检测的比较基准。其优势在于，即使在“正确情况”中也常常出现的升高或降低（元件贴装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测至少是部分贴装在电路板(180, 880)上的元件组件(592, 692)的电子元件(190)的贴装内容(191)的工序，其特征在于，所述工序包括：设置一个从属于参照元件组件的电子元件的参照内容的参照三维高度轮廓(763b) ；检测贴装内容(191)元件的三维参照高度轮廓(761b)；将检测所得的高度轮廓(761b)与参照高度轮廓(763b)进行比较，如果高度轮廓(761b)至少有一部分偏离了参照高度轮廓(763b)的相应部分，则将贴装内容(191)识别为缺失的贴装内容；而当高度轮廓(761b)与参照高度轮廓(763b)相吻合，则将贴装内容(191)识别为正确贴装内容。

【技术特征摘要】
2016.11.22 DE 102016122494.41.一种检测至少是部分贴装在电路板(180,880)上的元件组件(592,692)的电子元件(190)的贴装内容(191)的工序，其特征在于，所述工序包括：设置一个从属于参照元件组件的电子元件的参照内容的参照三维高度轮廓(763b)；检测贴装内容(191)元件的三维参照高度轮廓(761b)；将检测所得的高度轮廓(761b)与参照高度轮廓(763b)进行比较，如果高度轮廓(761b)至少有一部分偏离了参照高度轮廓(763b)的相应部分，则将贴装内容(191)识别为缺失的贴装内容；而当高度轮廓(761b)与参照高度轮廓(763b)相吻合，则将贴装内容(191)识别为正确贴装内容。2.如权利要求1所述的工序，其特征在于，将高度轮廓(761b)与参照高度轮廓(763b)进行比较包括：计算检测到的三维高度轮廓(761b)与参照高度轮廓(763b)之间的差异高度轮廓(765)，当针对贴装内容(191)的元件贴装板(180)表面的部分区域的差异高度轮廓(765)大于第一个事先给定的正值时，便可确认在贴装内容区域出现了意外跌落的多余的元件(769)，或者，当针对贴装内容(191)的元件贴装板(180)表面的部分区域的差异高度轮廓(765)小于第二个事先给定的负值时，便可确认出现了缺失的元件。3.如权利要求1或2所述工序，其特征在于，参照高度轮廓(763b)是一个相对于相关平面的相对的参照高度轮廓，而高度轮廓(761b)是一个相对于相关平面的相对的高度轮廓，其中，相关平面即指元件贴装板(180)的表面。4.如权利要求1至3所述工序，其特征在于，三维高度轮廓(761b)由一种光度立体分析测得。5.如上述权利要求所述的工序，其特征在于，测得贴装内容(191)中元件的三维高度轮廓(761b)包括：用第一束光从第一个斜角角度朝元件贴装板(180)方向照亮元件；在第一束光照明下用照相机(150)对元件进行第一次拍摄；用第二束光从第一个斜角角度朝元件贴装板(180)方向照亮元件；在第二束光照明下用照相机(150)对元件进行第一次拍摄；用第三束光从第一个斜角角度朝元件贴装板(180)方向照亮元件；在第三束光照明下用照相机(150)对元件进行第一次拍摄；以第一次拍摄、第二次取拍摄、第三次拍摄所得照片中单个像素的强度值为基础计算出高度轮廓(761b)。6.如上述权利要求所述的工序，其特征在于，第一照明光、第二照明光和／或第三照明光具有不同的光谱分布。7.如上述权利要求之一所述的工序，其特征在于，照相机是一种自动装配机(870)的电路板照相机(150,876)。8.一种制造电子元件组件(592,692)的工序，其特征在于，所述工序包括：将元件贴装板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：特雷贝尔·马可，
申请(专利权)人：先进装配系统有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE