SK842002A3 - Inspection device for components - Google Patents

Description

ZARIADENIE NA KONTROLU SÚČIASTOK

Oblasť techniky

Vynález sa týka zariadenia na kontrolu súčiastok, obsahujúceho videokameru, ktorou sa sníma obraz skúmaných súčiastok.

Doterajší stav techniky

Osadzovanie elektrických dosiek plošných spojov súčiastkami sa v sériovej výrobe vykonáva osadzovacími automatmi, ktoré príslušnú súčiastku dopravia na jej miesto, aby sa tam mohla prispájkovať alebo upevnená. Súčiastky, pri ktorých často ide o miniaturizované súčiastky, ktorých veľkosť je rádovo od 1 do 10 mm, sa musia pred ich spracovaním skontrolovať, aby sa zabezpečilo, že súčiastka je správna a neporušená. Predovšetkým sa musí zistiť, že sú neporušené všetky pätky a či sa nachádzajú v správnej polohe. Takáto inšpekcia sa bežne vykonáva videokamerou a k nej pripojeným počítačom, ktorý je vhodný na spracovanie obrazu a snímaný videoobraz porovnáva so štandardným obrazom vopred uloženým do pamäti. Touto cestou sa dá bez potreby zásahu človeka posúdiť, či montovaná alebo súčiastka alebo iným spôsobom spracovávaný predmet je intaktný.

Kvôli kompletnej kontrole je potrebné skúmanú súčiastku zosnímať z rôznych smerov. Pri len jednom obraze, ktorý je snímaný len z jedného jediného smeru, môžu zostať niektoré závady súčiastky skryté a neviditeľné.

Pri miniaturizovaných súčiastkach je súčasné snímanie viacerých obrazov kvôli potrebe viacerých videokamier v základe obtiažne.

Vynález si kladie za úlohu vytvoriť také zariadenie na kontrolu súčiastok, ktoré by umožnilo obrazy súčiastok súčasne snímať z rôznych smerov a ktoré by bolo vhodné aj pre miniatúrne súčiastky.

862/B • · • · ·· ···· • ···

Podstata vynálezu

Táto úloha je vyriešená podľa vynálezu zariadením, ktorého znaky sú uvedené v patentovom nároku 1.

Pri inšpekčnom zariadení podľa vynálezu sa snímajú viaceré obrazy súčiastky z rôznych smerov jedinou kamerou, pričom v dráhe lúčov aspoň jedného z obrazov je uložené optické vratné zariadenie. Tým môžu byť obidva obrazy, ktoré sa súčasne snímajú z rozdielnych smerov, privedené do videokamery z toho istého smeru prijímania, takže sa obidva obrazy dajú reprodukovať na rozdielnych miestach videoobrazu. Podľa vynálezu sa na reprodukciu viacerých obrazov použije jedna jediná videokamera. Tým sa dosahuje aj vyhodnotenie obrazu automatickým spracovaním obrazu na základe jedného jediného videoobrazu. Kontrolné zariadenie sa môže použiť aj v priestorovo veľmi stiesnených podmienkach a hodí sa predovšetkým na vyhodnotenie a posúdenie miniatúrnych súčiastok, pretože nie je nutné na jednu súčiastku použiť viaceré videokamery.

Ako videokamera sa hodí predovšetkým CCD-kamera s poľom senzorov s akumulačnými prvkami, ktoré sú citlivé na svetelné signály. Rozdielne obrazy sa dostávajú do objektívu videokamery síce navzájom paralelne, sú však navzájom bočné presadené, takže sa navzájom neprekrývajú.

Podľa jedného prednostného uskutočnenia vynálezu je v dráhe lúčov jedného z obrazov medzi súčiastkou a videokamerou uložené zariadenie na vyrovnávanie dĺžky, ktoré dáva tejto lúčovej dráhe rovnakú dĺžku ako je druhá dráha lúča. Touto cestou sa oba obrazy spoločne pred videokamerou zaostria. Zariadenie na vyrovnávanie dĺžky môže pozostávať zo zrkadiel alebo s výhodou zo sústavy priziem, ktorá vytvára meandrovitú dráhu lúčov.

Vynález poskytuje možnosť zobrazovať súčasne zobrazovať a vyhodnocovať viaceré súčiastky jednou videokamerou. Na tento účel je opatrené zariadením na skladanie lúčov, do ktorého sa súčasne privádza obraz dvojice súčiastok nachádzajúcich sa vo vzájomnom odstupe. Takéto

862/B • · · · · · zariadenie na skladanie lúčov pozostáva zo sústavy zrkadiel alebo priziem. Jeho použitie predpokladá, že súčiastky sa nachádzajú vždy súčasne v dvoch definovaných polohách so vzájomným odstupom.

Na definovanú a reprodukovateľnú kontrolu sú potrebné definované pomery osvetlenia. Pri osvetlení predmetu sa musia obmedziť pôsobenia clony a iné podobné vplyvy. Podľa jedného z ďalších uskutočnení vynálezu sú vytvorené dve osvetľovacie zariadenia, z ktorých jedno je určené pre prvý obraz a ďalšie zariadenie pre druhý obraz sledovanej súčiastky. Obidve osvetľovacie zariadenie vysielajú svetlo rozdielnej svetelnej kvality, a tým svetlo prvého obrazu nie je rušené osvetlením druhého obrazu. Rozdielnou svetelnou kvalitou môže byť napríklad rozdielna vlnová dĺžka, alebo napríklad rozdielne smery polarizácie. Dôležité je, aby pre každý obraz bolo použité selektívne osvetlenie, ktoré nie je vnímané druhým obrazom. Oddeľovanie snímaných obrazov sa môže uskutočniť cez zodpovedajúce filtre.

Podľa jedného uprednostneného uskutočnenia vynálezu osvetľovacie zariadenie osvetľuje súčiastku v dopadajúcom svetle na tej istej strane, z ktorej sa sníma obraz, a druhé osvetľovacie zariadenie osvetľuje súčiastku v protisvetle. Snímacie zaradenia obidvoch obrazov sú s výhodou navzájom pravouhlé.

Keď osvetľovacie zariadenie vysiela svetlo rozdielnych vlnových dĺžok, môže sa ako videokamera použiť čierno-biela kamera alebo aj farebná videokamera. Pri použití čierno-bielej kamery musí byť zabezpečené, že je citlivá na obidve zvolené vlnové dĺžky.

Prehľad obrázkov na výkresoch

V nasledujúcom bude vynález bližšie vysvetlený a popísaný na základe príkladu uskutočnenia na základe priložených výkresov. Na výkresoch predstavuje:

obr.1 schematický pohľad zboku na inšpekčné zariadenie súčiastok podľa vynálezu,

862/B

··· · obr.2 pohľad v smere šipky II z obr.4, obr.3 schematický nárys na konštrukčné vyhotovenie inšpekčného zariadenia z rovnakého smeru ako obr.1, obr.4 podrobnosť z obr. 3 v smere šipky IV, obr.5 zobrazenie videokamerou získaných videoobrazov obr.6 mechanický zobrazenie osvetľovacieho zariadenia zameraného na súčiastku, a obr.7 nákres v smere šipky VII z obr. 6.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Kontrolné zariadenie podľa vynálezu je vybavené viacerými nosnými zariadeniami 10, v tomto prípade ide o prísavné pipety, ktoré cez jemné nasávacie otvory nasávajú vzduch a tým pritiahnu súčiastku 11 k nasávaciemu otvoru vzduchu a upevnia ju. Nosné zariadenia 10 sú usporiadané v jednom rade na nekonečne prebiehajúcom dopravníku, ktorý sa postupne posúva v rytme stroja.

Súčiastkami 11 sú v tomto prípade napríklad tranzistory, ktoré pozostávajú z tela 12 a z pätiek 13, 14, ktoré z tela 12 vyčnievajú na opačné strany. Na jednu stranu vyčnievajú dve pätky 13 a na druhú stranu jedna pätka

14. Pätky sú dvojnásobne zahnuté a majú vždy osadzovací úsek 15, ktorý plocho dosadá na dosku plošných spojov a je prispájkovaný do vodivých dráh. Kontrolné zariadenie okrem iného testuje, či sú prítomné všetky pätky 1_3, 14 a či sú v správnej polohe.

Ako vidno z obr. 1, sú na dvoch miestach dopravníkovej dráhy nosných zariadení 10 usporiadané snímacie polohy 16, 17, na ktorých sa uskutočňuje snímanie súčiastok 11, 11a videokamerou. Medzi obidvoma snímacími polohami sa nachádza zariadenie 18 na skladanie lúčov tvorené prvou prizmou 19 a druhou prizmou 20. Každá z týchto priziem 19, 20 vychyľuje obraz príslušného komponentu 11 prípadne 11a do objektívu 21 kamery, pričom

862/B • · • · dráhy lúčov oboch obrazov sú znázornené čiarkované. Je vidno, že obidva obrazy sa dostávajú do objektívu 21 kamery navzájom paralelne, avšak s bočným presadením, takže na snímači videokamery sa obidva obrazy zobrazia na rozdielnych polohách. Dráhy lúčov od oboch súčiastok 11, 11a k objektívu 21 sú na obr. 1 znázornené čiarkované. Tieto dráhy lúčov prebiehajú najskôr navzájom rovnobežne vo veľkom odstupe, a potom pravouhlo navzájom zatáčajú a napokon navzájom rovnobežne v malom vzájomnom odstupe vstupujú do objektívu 21_.

Zariadenie 18 na skladanie lúčov a snímacie polohy 16, 17 sa nachádzajú v predsádke 22 objektívu, ktorá je umiestnená na objektíve 21 videokamery a je tomuto objektívu predradená. Pozdĺž tejto predsádky 22 sa pohybujú nosné zariadenia 10.

Obr. 2 zobrazuje súčiastku 11 prisatú a pevne upevnenú v nosnom zariadení 10, v smere šipky II z obr. 1. Súčiastka sa sníma videokamerou z prvého smeru 23 (zospodu) a z druhého smeru 24 (zboku). Obidva smery 23, 24 prebiehajú navzájom pravouhlo. Smer 23 je súčasťou dráhy 25 lúčov a smer 24 je súčasťou dráhy 26 lúčov. Smery 23, 24 udávajú smer pohľadu videokamery. Svetelné lúče prebiehajú oproti tomu v opačnom smere od súčiastky k videokamere.

V dráhe 25 lúčov sa nachádza zariadenie 27 na vyrovnávanie dĺžky, pozostávajúce z dvoch priziem, ktoré dráhu 25 lúčov predĺži tak, že ju vyrovná na dĺžku dráhy 26 lúčov. Tým, že obidve dráhy 25, 26 lúčov majú v podstate rovnakú dĺžku, je umožnené zaostrenie obidvoch obrazov vo videokamere. Zariadenie 27 na vyrovnávanie dĺžky je tak vytvorené, že prichádzajúci lúč a odchádzajúci lúč prebiehajú paralelne.

Obr. 5 predstavuje videoobraz, získaný z obidvoch súčiastok H, 11a. Súčiastka 11 sa zobrazuje v dvoch obrazoch 28, 29, pričom obraz 28 je pohľad zhora a obraz 29 predstavuje pohľad zboku. Súčiastka 11 sa sníma a zobrazuje rovnako do dvoch obrazov 28a, 29a. Všetky štyri obrazy sa spoločne vytvárajú na snímači videokamery a môžu sa spoločne zobrazovať na obrazovke.

862/B • · ·· · · ··· · ·· ·· ··· ··· t · · · • · · · · · ···· · · · • · · · · · · · · · · · θ ·· ·· ·· ··· ·· ····

Dráha 26 lúčov, ktorá prebieha najskôr paralelne s dráhou 25 lúčov, sa optickým vratným zariadením 30 pravouhlo vychyľuje, aby potom zo smeru 24 zboku dopadla na súčiastku H

Osvetlenie súčiastok sa deje pre každý z obidvoch obrazov 28, 29 svetlom rozdielnej povahy. Prvé osvetľovacie zariadenie 31 (obr. 6 a 7) osvetľuje súčiastku 11 zospodu. Toto osvetľovacie zariadenie 31 je vybavené dvoma svetelnými zdrojmi 32, ktoré sú usporiadané horizontálne a ich svetlo sa usmerňuje cez prizmu 33 vždy kolmo smerom nahor. Svetelné zdroje 32 sa môžu spolu s príslušnou prizmou 33 okolo hlavnej osi 34 vyžarovania otáčať a nastavovať, aby sa dali nastaviť rôzne uhly náklonu, ako je to pri 34 znázornené na obr. 7. Svetelné zdroje 32 sú usporiadané so vzájomným odstupom, takže sa každý svetelný zdroj nachádza šikmo pod súčiastkou 11. Dráha lúčov videokamery prebieha medzi obidvoma svetelnými zdrojmi 32. Spodná strana súčiastok 11 sa sníma v tom svetle, v ktorom je osvetlená osvetľovacím zariadením 31.

Druhé osvetľovacie zariadenie 35 je uložené bokom vedľa od súčiastky 11, a to na strane ležiacej protiľahlo k vstupnej strane. To znamená, že vstupný smer 24 ukazuje na osvetľovacie zariadenie 35. Súčiastka 11 sa sníma z tohto smeru 24 v protisvetle, t.j. zodpovedajúci obraz 29 zobrazuje siluetu súčiastky.

Osvetľovacie zariadenia 31, 35 pracujú so svetlom rozdielnych vlnových dĺžok. Svetelné zdroje osvetľovacieho zariadenia 31 vyžarujú napríklad červené svetlo a svetelné zdroje osvetľovacieho zariadenia 35 vyžarujú napríklad zelené svetlo. V závislosti od toho, podľa obr. 2, v dráhe 25 lúčov sa nachádza červený filter R, ktorý prepúšťa len červené svetlo, a v dráhe 26 lúčov sa nachádza zelený filter G, ktorý prepúšťa len zelené svetlo. Preto sa sníma obraz 28 pri červenom svetle a obraz 29 sa sníma pri zelenom svetle. Obidva druhy svetla sa navzájom nerušia a predovšetkým sa nevyskytujú žiadne clonové pôsobenia.

Obr. 3 a 4 ukazujú konštrukčné riešenie kontrolného zariadenia. Bezprostredne pred objektívom 21 videokamery 40 je upevnená predsádka 22, ktorá obsahuje komponenty zobrazené na obr. 1 a 2. Objektív 21 videokamery

862/B • · je upevnený na držiaku 41 na ráme 42 stroja. Uhlový držiak 43 nesie osvetľovacie zariadenie 31. Na tomto uhlovom držiaku sú skrutkami 44 upevnené svetelné zdroje 32. Prizma 33, ktorá svetlo svetelného zdroja 32 smeruje dohora, sa nachádza pod dráhou držiaka .10. Súčiastky 11 prebiehajú po svojej prepravnej dráhe tým spôsobom, že ich pätky 13, 14 smerujú dopredu a dozadu. Osvetľovacie zariadenie 35 sa taktiež nachádza ako pole svietivých diód, na uhlovom držiaku 43.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na kontrolu súčiastok (11), obsahujúce videokameru (40) snímajúcu prvý obraz (28) súčiastky (11) z prvého smeru (23), vyznačujúce sa tým, že je vybavené optickým vratným zariadením (30), ktoré do videokamery (40) privádza druhý obraz (29) súčiastky (11), získaný z druhého smeru (24) odlišného od prvého smeru (23), pričom obidva obrazy (28, 29) sa reprodukujú na rozdielnych miestach videokamerou získaného videoobrazu.
2. 2. Kontrolné zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že v dráhe (25) lúčov jedného z obrazov (28, 29) medzi súčiastkou (11) a videokamerou (40) je usporiadané zariadenie (27) na vyrovnávanie dĺžky, ktoré dáva tejto lúčovej dráhe rovnakú dĺžku ako je druhá dráha (26) lúča).
3. 3. Kontrolné zariadenie podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že dráhy (25, 26) lúčov obidvoch obrazov (28, 29) vstupujú do videokamery (40) navzájom paralelne.
4. 4. Kontrolné zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že je opatrené zariadením (18) na skladanie lúčov, do ktorého sa súčasne privádza obraz dvojice súčiastok (11, 11a) nachádzajúcich sa vo vzájomnom odstupe.
5. 5. Kontrolné zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že je opatrené prvým osvetľovacím zariadením (31), ktoré osvetľuje súčiastku (11) na získanie prvého obrazu (28), a druhým osvetľovacím zariadením (35), ktoré osvetľuje súčiastku (11) na získanie druhého obrazu (29), a že osvetľovacie zariadenia (31, 35) vysielajú svetlo rozdielnej svetelnej kvality, tak že svetlo prvého obrazu nie je rušené osvetlením druhého obrazu.

   31 862/B ο · · · · · • · • ···
6. 6. Kontrolné zariadenie podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že rozdielnou svetelnou kvalitou je rozdielna vlnová dĺžka.
7. 7. Kontrolné zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že jedno osvetľovacie zariadenie (31) osvetľuje súčiastku (11) dopadajúcim svetlom na tej strane, z ktorej sa sníma obraz (28), a že druhé osvetľovacie zariadenie (35) osvetľuje súčiastku (11) protisvetlom.
8. 8. Kontrolné zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 7, vyznačujúce sa tým, že aspoň jedno osvetľovacie zariadenie (31) obsahuje svetelný zdroj (32) ktorý je namontovaný otočné okolo osi (34) hlavného lúča, a je spojený so spoločne otáčavým vychyľovacím zariadením (33).
9. 9. Kontrolné zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 8, vyznačujúce sa tým, jedno osvetľovacie zariadenie (31) obsahuje dva svetlené zdroje (32), a že dráha (25) lúča jedného z obrazov prebieha medzi týmito svetlenými zdrojmi.