用于检测目标的照明阵列和光学测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种照明阵列（１００），其具有多个布置在一照明平面（２５０）内的发光元件（１２０ａ，１２０ｂ），所述发光元件用于对一与所述照明平面（２５０）平行相向的照明行（１４０，２４０）进行照明。所述发光元件（１２０ａ，１２０ｂ）分两组布置，从而使得每个由发光元件（１２０ａ或１２０ｂ）组成的组均沿一发光行（１３０ａ或１３０ｂ）布置，所述的两个发光行（１３０ａ，１３０ｂ）彼此间存在一平行偏移间距，且与所述照明行（１４０，２４０）平行。所述的两个发光行（１３０ａ，１３０ｂ）此外还以所述照明行（１４０，２４０）为对称轴呈对称布置，使得所述的两个发光行（１３０ａ，１３０ｂ）所发出的光束以不同的入射平面射到所述照明行（１４０，２４０）上。所述发光元件（１２０ａ，１２０ｂ）优选具有一可将发出的光束会聚在所述照明行（１４０，２４０）上的透镜系统（１２１），从而可在所述照明行（１４０，２４０）内实现至少近乎于恒定的高光强。此外，本发明专利技术还提供一种用于检测目标、且具有一本发明专利技术的照明阵列（１００）与一线感应器（２６１）的光学测量系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种照明阵列，所述照明阵列具有多个布置在一照明平面内、用于在一待检测目标上产生一照明行的发光元件。此外，本专利技术还涉及一种用于检测目标、且具有一上述照明阵列的光学测量系统，所述光学测量系统特别用于检测被一贴装头(placement head)的抓持装置(holding device)拣取的组件。
技术介绍
对组件载体的自动装配通常在所谓的自动装配机上进行，所述组件载体特别包括印制电路板或电子领域内所使用的其他类型的可装配基底。其中，借助一贴装头将组件从一组件供给装置上传送至一装配位置，并将其安放在组件载体上一规定的组件安装位置上。由于电子组件越来越趋向于小型化，影响装配过程精确度的其中一个因素就是对待安装的组件与贴装头之间的相对位置的精确测量。进行这种通常还检查组件的机械缺陷的位置测量时，对组件的最佳照明是决定能否取得准确测量结果的一个重要因素，而准确的测量结果又是实现低出错率的精确装配的一个必要条件。装配出错的主要原因在于，安装在印制电路板上的组件的连接部分未精确定位在印制电路板上的连接面上。在借助通常具有一二维CCD(ChargedCoupledDevice Sensor)感应器的摄像机对组件进行检测时，用对称布置在待检测组件四侧的发光行来进行照明。这种发光行分别包括多个并排布置的光源。通过这种方法可实现对组件的相对均匀的照明。使用所谓的贴装(pick & place)式贴装头(即将组件从一组件供给装置传送至装配位置的贴装头)时所产生的缺点是，测量时必须将已拣取组件的贴装头定位在摄像机的上方，并且在进行组件测量所需的时间间隔内必须使贴装头停留在这个位置上。在此情况下，贴装头的移动由于受到组件测量的影响而发生中断，从而导致装配效率相应降低，装配效率指的是在一定时间内从组件供给装置上拣取、对其进行光学测量并将其安放在一相应的装配位置上的组件的数量。通过使用线阵相机(line camera)可避免装配效率降低这一缺点，线阵相机通过对大量图像行进行循序记录而实现对组件的检测。其中，组件沿一移动方向进行相对于线阵相机的移动，所述移动方向垂直于所用线感应器(line sensor)的纵向。在此情况下，贴装头就无需因组件测量而中断移动，从而可在对线感应器进行相对于贴装头常规移动路线的相应定向时相应缩短从拣取组件到安放组件之间的时间间隔。但使用线阵相机也有其不利之处，也就是不适宜采用通常情况下为正方形的传统照明阵列，因为这种照明阵列所照亮的通常是一正方形区域，因而会使很大一部分产生的光量得不到利用。由于借助线阵相机顺利实现组件测量的一个必要条件是用于每条图像行的曝光时间必须要短，因此，在一待检测组件所处的照明行内必须存在高光强才能保证足够的照明。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种照明阵列，借助于所述照明阵列可通过一线阵相机来实现快速而精确的目标测量。本专利技术的另一目的是提供一种用于对目标进行快速而精确的检测的光学测量系统，所述目标特别为电子组件。第一个目的通过一种具有独立权利要求1所述特征、特别用于对一被一贴装头的抓持装置拣取的组件进行照明的照明阵列而达成。根据本专利技术，所述照明阵列包括多个发光元件，这些发光元件布置在一照明平面内，并用于对一与所述照明平面平行相向的照明行进行照明。所述发光元件分两组布置。其中，由第一发光元件组成的第一组构成一第一发光行，由第二发光元件组成的第二组构成一第二发光行。这两个发光行彼此间存在平行偏移间距并与照明行平行排列，此外，其还以照明行为对称轴呈对称布置，使得第一发光元件射在照明行上的光束位于一第一入射平面内，第二发光元件射在照明行上的光束位于一第二入射平面内，且所述第二入射平面与所述第一入射平面成角度地相向。本专利技术基于这样一种认识，即，通过两个与一照明行平行排列且分别以一斜角对这个照明行进行照明的发光行可实现对这个照明行的有效照明。根据本专利技术，“发光元件”这一概念指的是任何一种可发光的元件。价格低廉且具有长寿命和低耗电量的发光二极管特别适合用作发光元件。根据权利要求2所述的照明阵列的优点在于，可对射在照明行上的光强进行最佳调整。借此可例如针对待测量的不同组件对照明行内的照度分布进行最佳调整。此外，还可通过对较弱发光元件进行相应较强的激励来改变特别由于个别发光元件老化而引起的照度分布不均匀的情况，从而确保可在一较长的时间内实现均匀的照度分布。通过可对多个发光元件进行联合控制的这样一种照明阵列可实现一种易于实现的有效激励。根据权利要求3，通过光波导的端面实现所述发光元件，从而可使发光元件特别靠近待测量的目标。借此既可使照明阵列产生一高效的照度，又可以一紧凑的结构实现照明阵列。优选通过一具有多个发光二极管的组件与相应数量的光波导的组合来将照明光送入光波导内。根据权利要求4所述的照明阵列的优点在于，根本没有或只有一小部分光强射在照明行之外的区域上，从而可将产生的照明光最佳地用在对照明行的照明上。此外，使用一相应调节的透镜系统的优点在于，可在照明行内实现至少近乎于恒定的光强分布。根据权利要求5所述的使用一棒形透镜(rod lens)的优点在于，可以紧凑的结构实现一具有多个棒形透镜的相应的透镜系统，且所述棒形透镜布置易于操作和调节。在结合使用光波导的情况下，棒形透镜的优点在于，可使两个或多个光波导与一单个棒形透镜光耦合，使得这个棒形透镜成为两个或多个光波导的一共用透镜系统，从而达到使照明阵列结构更紧凑的目的。根据权利要求6所述的使用一远心透镜系统(telecentric lens)的优点在于，可在一所用线阵相机的一特大的景深范围内实现基本恒定的照明强度，从而实现有助于对目标进行特别可靠的测量的照明。通过为光的出射面采用一相应的成形方案，可将所述远心透镜系统整合在光波导或棒形透镜中。使用远心透镜系统的另一优点是，可在照明行内实现一特别均匀的光分布。借助根据权利要求7所述的照明阵列可以一平坦的角度对一待检测目标进行照明，从而可在线阵相机直接布置在照明行上方的情况下实现暗视场照明，通过这种暗视场照明可以有利的方式实现对待测量目标基本无反射的检测。借助根据权利要求8所述的照明阵列可在各入射平面内实现以不同照明方向进行的均匀照明。借此可以较高的精确度特别对二维组件(即所谓的球栅阵列)的连接球体进行测量，这是因为借助所述照明阵列可从多个不同方向对连接球体的轮廓进行照明。根据权利要求9所述的照明阵列的优点在于，可大幅削弱由于照明行平行布置而引起的照明不均匀性对照度分布的影响，特别在90°角时，可彻底消除这种不均匀性。借助根据权利要求10所述的照明阵列可使发光元件特别靠近照明行，从而实现较大的照明强度。本专利技术的第二个目的通过一种用于检测目标、具有独立权利要求11所述特征的光学测量系统而达成，所述光学测量系统特别用于检测被一贴装头的抓持装置拣取的组件。除根据权利要求1至10中任一项权利要求所述的照明阵列外，本专利技术的光学测量系统还包括一线感应器，借助所述线感应器可对一目标被所述照明行照亮的部分进行检测。由于针对一线感应器进行了照明优化，借助所述光学测量系统可对待检测目标进行快速的循序摄像，其中，通过目标与线阵相机之间垂直于线感应器纵向的相对运动连续记录多个图像行。记录下来的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明阵列，所述照明阵列特别用于对一被一贴装头的一抓持装置拣取的组件进行照明，具有多个布置在一照明平面（２５０）内的发光元件（１２０ａ，１２０ｂ，２２０ａ，２２０ｂ），所述发光元件用于对一与所述照明平面（２５０）平行相向的照明行（１４０，２４０）进行照明，其中，所述发光元件（１２０ａ，１２０ｂ，２２０ａ，２２０ｂ）分两组布置，从而使得由第一发光元件（１２０ａ，２２０ａ）组成的一第一组沿一第一发光行（１３０ａ）布置，由第二发光元件（１２０ｂ，２２０ｂ）组成的一第二组沿 一第二发光行（１３０ｂ）布置，所述的两个发光行（１３０ａ，１３０ｂ）彼此间存在一平行偏移间距，且与所述照明行（１４０，２４０）平行，以及所述的两个发光行（１３０ａ，１３０ｂ）以所述照明行（１４０，２４０）为对称轴呈对称布置， 使得所述第一发光元件（１２０ａ，２２０ａ）射在所述照明行（１４０，２４０）上的光束位于一第一入射平面内，所述第二发光元件（１２０ｂ，２２０ｂ）射在所述照明行（１４０，２４０）上的光束位于一第二入射平面内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德斯坦兹尔，卡尔海因茨贝希，乔基姆伊尔菲尔德，奥利弗维茨，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]