具有元件布局检查功能的抓取式设备制造技术

由抓取式设备（３０１）实行改进的元件布局检查和确认。这些改进包括：预期元件布局位置的立体成像；强化照明，以促进在置放管嘴（２０８，２１０，２１２）附近的有限空间内提供相当高功率的照明；光学装置（３８０）使图像获取设备（３００，３０２）能够从相对于放置位置平面成一定角度观察放置位置（３６０）；利用以商业上适用的ＣＣＤ阵列快速获取图像的技术，使放置前和放置后图像的获取不致明显影响整个系统；图像处理技术可以提供元件检查和确认的信息。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请系申请号为CN 02826679.X，申请日为2002.11.12，申请人为赛博光学公司，并且题为《具有元件布局检查功能的抓取式设备》的分案申请。上述在先申请要求优先权，所述优先权的—在先申请国在先申请日在先申请号美国 2001.11.1360/338,233美国 2002.2.13 60/356,801美国 2002.4.22 60/374,964
抓取式设备通常用于制造电路板。通常，把空白的电路板提供给抓取式设备，然后抓取式设备从元件供给装置抓起电路元件，并将这些元件安置在电路板上。通过焊油或粘结剂暂时将元件保持在板上，直到随后的步骤为止，在所述随后的步骤中，熔化焊油或者粘结剂完全固化。
技术介绍
抓取式设备的操作富有挑战性。由于设备的速度是和生产效率相对应的，所以抓取式设备运行得越快，制造电路板所需的成本越少。此外，布置的精度是极为重要的。许多电气元件，如芯片电容器和芯片电阻器都相当小，必须将它们准确地放置在同样小的布置位置。另外一些元件虽然较大，但具有一定数目的引线和导线，这些线相互分开的间距相当窄小。这样一些元件也必须被准确定位，才能保证每根引线都放置在合适的焊盘上。因而，抓取式设备不仅操作极快，而且放置元件也必须极其准确。为了提高电路板的制造质量，通常在安置的布局操作之后，并在焊剂回流之前和之后，都要对全部填充的或部分填充的电路板进行检查，以识别布局不正确的或遗漏的元件，或者可能发生的各种错误。完成这样一些操作的自动系统是非常有用的，它们可以在焊剂回流之前帮助识别元件布局的问题，使得返工修改更加容易，并且可以在焊剂回流之后帮助识别有缺陷的电路板，这样的电路板是返工修改的候补对象。这种系统的一个例子的商品名称型号为KS 200，可以从CyberOptics Corporation of GoldenVelley，Minnesota得到。这种系统可用于识别如下问题对准误差和转动误差、遗漏和跳出的元件、横列定向(billboards)、板上元件标记(tombstones)、元件缺陷、极性错误，以及元件错误。在焊剂回流之前识别出误差有一系列优点焊剂回流较容易、便于进行闭环制作的控制、存在于生产流程中的产生误差与修复之间的工作量较少。虽然这些系统可提供非常有益的检查，但它们却要占据设备内的空间，还需要占据编程时间，还需要努力进行维护等等。在授予Asai等人的美国专利US 6,317,972中公开了一种相当近期的尝试，有利于在抓取式设备内部进行布局后的检查。这篇参考文献报告了一种用于安装电气元件的方法，其中，在元件要布局之前获得安装位置的图像，将这个图像与元件布局后的安装位置图像进行比较，以便在元件级别检查布局操作。虽然Asai等人公开的内容标志着一种尝试，采用在机器内的元件级别的检查，但Asai等人公开的内容主要涉及转台型抓取式设备，其中布局位置并不沿x和y方向移动，而只是简单的上、下移动。这种系统中，在管咀(一个或多个)附近设置相当大而笨重的成像系统，对多个布局事件成像，而且对于布局设备的速度或设计布置只有一点相反的影响或者根本没有影响。对比之下，关于桥式抓取式设备(Asai等人给予相当小的关注)，管咀至少沿x和y方向之一移动。这样，用来为多个布局事件成像的光路也沿x和/或y方向移动。因此，在桥式抓取式设备中，光学系统自身的大小和质量(惯性负荷)可能会阻碍桥式抓取式设备在置放头上的使用。进而，由于桥式抓取式设备的置放头沿x和/或y方向移动，因此，重要的是，要减小光学系统的尺寸，以便能够减小光学系统与抓取式设备其它部分碰撞的几率。对于具有沿x和/或y方向移动置放头的抓取式设备而言，质量增加是一个问题，因为惯量增加了。实现一定的设备生产效率，部分取决于置放头的加速度。如果通过抓取式设备的电-机系统提供一定的动力，则质量的增加将会使加速度减小。由于一系列原因，固定到移动头上的光学系统的尺寸，即它的体积和/或形状也会出现问题。一个原因是，可能将移动头设计成使得在环绕它的工作空间移动时，恰好与它的周围环境相配合，不会与任何东西发生碰撞。要增加突出于现有的移动头结构存在空间之外的东西，必须十分小心地进行，其中要考虑到发生物理碰撞的可能性。移动头的尺寸和/或形状可能成为问题的另一个原因是，一般情况下，会有相当数量的电缆、管道、电机，以及其它结构要安装到移动头上。增加可能与设备的安装或维护发生冲突的某些东西通常是不利的。为了在抓取式设备中提高元件级别布局检查的可行性，有益的作法是，对于以下各方面进行改进光学系统、照明系统、图像获取，以及图像处理，同时对于生产效率和设计不得有不利的影响。另外，有益的作法还有，在转台式和桥式的抓取式设备中都提供可以实现的光学系统和技术。
技术实现思路
本专利技术的各个实施例关于由抓取式设备执行的元件级别检查进行了改进。这样的改进包括预期布局位置的立体成像；被加强的照明，以便于在所述布局管咀附近的有限空间提供相当大功率的照明；使图像获取设备能从相对于布局位置的平面成一定角度的地方观察布局位置的光路，从而减小这种图像被元件挡住的可能性；利用商业上适用的CCD阵列迅速获取图像的技术，以使前、后图像的获取不明显影响系统生产效率；提供元件检查和确认信息的图像处理技术。本专利技术的这些和其它优点从下面的描述中将变成显而易见的。附图说明图1是可实施本专利技术的实施例的抓取式设备示意图；图2是按照本专利技术实施例的立体图像获取系统简化示意图；图3是说明操作本专利技术一种实施例抓取式设备的方法流程图； 图4是说明如何按照本专利技术一种实施例使用和/或组合各种图像以提供元件布局检查的方块图；图5是本专利技术一种实施例的照明系统示意图；图6是本专利技术一种实施例安装到发光二极管(LED)上的光管的放大视图；图7是采用沙伊姆普夫卢格(Scheimpflug)条件的抓取式设备的图像获取系统的光学装置的示意图；图8是本专利技术实施例所用的行间传输CCD阵列的示意图；图9是本专利技术一种实施例的使用电子快门的图像获取系统的示意图；图10是本专利技术一种实施例的使用行间传输CCD阵列的获取多个图像的方法的流程图；图11是本专利技术实施例所用的帧传输CCD阵列的示意图；图12是本专利技术一种实施例使用多个CCD阵列和一个共用的通过分束器的光学装置的图像获取系统的示意图；图13是本专利技术一种实施例用以产生一个布局位置的多个影像的多个图像获取系统的俯视图；图14是多光路成像系统的示意图；图15是本专利技术实施例的在所得到的便于图像比较的图像中识别位置的方法流程图；图16是像素及其邻接周边的示意图；图17是本专利技术一种实施例的用于分析图像以提供元件布局确认方法的示意图；图18是本专利技术另一实施例的用于分析图像以提供元件布局确认方法的示意图；图19是本专利技术又一实施例的用于分析图像以提供元件布局确认方法的示意图；图20是本专利技术一种实施例的用于分析图像以便实现数值/类型确认、X，Y，θ位置对准测量，以及极性确定方法的示意图；图21和22是本专利技术实施例的校准目标示意图；图23A-23G是本专利技术实施例所使用和/或所产生的典型图像。具体实施例方式虽然针对桥式抓取式设备描述本专利技术的实施例，但本领域的普通技术人员应该认识到，本专利技术的实施例还可以应用到其它形式的抓取式设备。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抓取式设备，用于在工件上放置元件，其中，所述抓取式设备包括：图像获取系统，它具有一个ＣＣＤ阵列；光学装置，它包括多个图像路径，以将预期元件布局位置的多个图像同时聚焦在ＣＣＤ阵列上；所述图像获取系统在放置元件前获取 预期元件布局位置的多个放置前图像，并在放置元件后获取预期元件布局位置的多个放置后图像；以及主控制器，它与图像获取系统耦合，用以比较所述放置前图像与放置后图像，以确认元件布局。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴维W杜基特，保罗R豪根，戴维菲什拜因，斯科特D罗思，托马斯W布什曼，约翰D加意达，戴维D马德森，西奥多保罗戴尔，托德D利伯蒂，布兰特O布希卡，
申请(专利权)人：赛博光学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]