专利名称：用于具有一个模块化的照明单元的可视化位置检测(组件、基片)的传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学传感器装置以及用于可视化目标检测，尤其是用于位置检测和/或用于识别或用于检查组件和/或基片的光学传感器装置的各个部分。
给基片或印刷电路板自动配备组件如今通常是借助所谓的装备自动装置实现的。此外组件由组件供给设备借助装备头传输到印刷电路板上的安放位置。对于概念组件在下面理解为所有能装备的元件，尤其是电子组件、电磁组件、插头和电气与机械接通的插塞连接以及屏蔽板。此外能装备的元件譬如是半导体片的这个或各个部件，这些部件尤其在组织和切割该片后继续加工成完整的组件。
由于尤其在近几年增长的组件小型化正确的装备过程以既对待装备的组件又对应将该组件安放在上面的印刷电路板的精确位置测量为基础。此外为了满足高装备效率的附加要求，装备过程必须不仅准确，此外而且还十分快速地实现。这只能利用组件和/或基片的光学检测来满足。
一种这样的光学检测使得譬如识别有机械缺点的或损坏的组件成为可能，以至于装备过程的误差概率能显著降低。此外借助光学检测能准确确定待装备的组件和/或印刷电路板的位置，以至于能满足装备过程高准确性的一个重要前提。
对于准确的印刷电路板的位置识别譬如应用作记号，在印刷电路板上涂上这些记号并由光学传感器装置检测该记号。视印刷电路板的材料而定用作记号的是譬如在相对暗的背景上用亮记号或在相对亮的背景上用暗的记号。
但是正确的检测组件和/或基片也要求照明，该照明关于照射角，也就是说，关于角度、以该角度照明光出现在待检测的目标上，并且关于照明光的光谱分布适应于当时待检测的目标。出于所述原因发展具有照明系统的传感器装置，该装置为多个不同的基片和/或组件创造对目标的光学检测尽可能合适的照明。
这样譬如由US5469294已知一个照明系统，该系统具有一个或多个光源、不透光的屏障和镜子。所述光源既包含发光二极管(LED)又包含在宽光谱范围里发射的白炽灯。装设暗场照明(照明基本上平行于照相机的光轴来实现)和亮场照明(照明基本上垂直于照相机的光轴来实现)，以达到既对暗背景上的亮目标又对亮背景上的暗目标的改善的识别。
由WO99/20093已知一种照明设备，该设备具有多个照明单元，这些照明单元分别在相互不同的光谱范围里发射光。所述照明单元能分别在其强度上变化。由此获得具有可变光谱分布的照明，通过该照明在对不同的亮背景应用不同的目标或记号时保证足够的对比。
上述的照明系统有这样的缺点，该系统基于其复杂性在制造中是昂贵的并在操作中，也就是说在各自要求的照明的调节中是很难实施的。上述照明装置的另外一个缺点在于，该系统不适合于所有装置或印刷电路板。因此在应用其他的所述照明装置不合适的印刷电路板和/或组件时必须相反地改建装备自动装置，达到适应特定应用情况的照明。这样的改建通常要求一种照明装置的新的校准而且除此以外总是与附加的成本和相应装备自动装置的耐用度结合，以至于降低生产线的整体装备效率。
本发明基于这样的任务，完成用于可视化目标检测的一种光学传感器装置，该传感器装置简单实施并适合于多个不同的待检测的目标。此外本发明的任务在于，完成光学传感器装置的各个部分的安排。
该任务由根据权利要求1所述的光学传感器装置、由根据权利要求11所述的光学基本模块以及由根据权利要求12所述的光学补充模块来解决。
本发明基于这样的认知，借助一个模块化建立的光学传感器装置对于几乎所有应用，也就是说，对于几乎所有目标，那些目标在给印刷电路板自动装备组件的范围内为了快速和精确装备而检测，能使用对检测必要的适当的照明。
根据如权利要求2所述的本发明的一种有利的实施方案光学基本模块附加地具有一个第二照明单元。由所述第二照明单元发射的光的光谱分布和照射角能这样形成，所有应用的大部分，譬如所有在所述相互关系中可考虑的目标的80％，是可检测的。此外所述光学基本模块能廉价制造并因此为装备自动装置的小的基本价格做贡献。对于所述的应检测目标的情况，该目标单独利用光学基本模块是不可检测的，能应用一个光学补充模块，该模块使用对待检测的目标和各自背景专用的照明。这样能提供譬如不同的光学补充模块，所述补充模块共同满足所有特定应用。以这种方式装备自动装置的使用者能在传感器装置的制造商处或在装备自动装置的制造商处购得对其特定应用必要的光学补充模块。
根据权利要求3和权利要求4所述的光学传感器装置有这样的优点，通过选择不同的照射角或不同的光谱分布所有可能的待检测的目标和背景的组合，在那些背景前布置待检测的目标，能利用适合于目标可靠检测的光来照明。指明，每个归入光学基本模块或光学补充模块的照明单元能在多个不同的光谱范围内发射光。
根据如权利要求7所述的本发明的实施方案光学补充模块是可机械固定在光学基本模块上的。这有这样的优点，对于安装光学补充模块不必装设自身的固定装置而且此外光学补充模块总是布置在相对光学基本模块空间固定的位置中。
根据如权利要求9所述的本发明的优选的扩展方案光学补充模块直接或间接通过一个接口与光学基本模块是可耦合的。该接口能以有利的方式这样形成，光学补充模块通过该接口联系。该联系能用作布置在光学补充模块中的照明单元的供电。光学基本模块与光学补充模块之间通过接口耦合的另外一个优点在于，照明特性，也就是说，照射角和照明的光谱分布，能集中由一个控制单元确定，该控制单元通过所述接口既与光学基本模块又与光学补充模块耦合。
根据权利要求10所述光学基本模块与光学补充模块之间的接口这样形成，能根据通过接口传输的数据辨认光学补充模块或通过光学补充模块的照明类型。因此，如果已知光学补充模块的照明特性，那么光学传感器装置的校准能借助通过接口传输的数据自动完成。
本发明的其他的优点和特征从下列的举例说明中得出目前优选的实施方案。
图1示出一个模块化建立的光学传感器装置100，该装置具有一个光学基本模块110和一个光学补充模块120a。借助光学传感器装置100能检测目标，该目标的待检测的表面位于利用参考图140表示的测量层。光学基本模块110具有照明元件114、一个包含譬如一个透镜113的成像光学系统112和一个CCD照相机111。成像光学系统112将待检测的目标(未示出)显示在CCD照相机111上。指明，图1中的成像光学系统112只是示意性地说明并也能含有诸如另外的透镜、分光器和/或镜子的多个光学元件。同样指明，除了照明元件114光学基本模块也能具有其他的照明元件，这些元件直接或间接照明布置在测量层140中的目标(未示出)。
光学补充模块120a具有照明元件121a，该照明元件121a根据此处说明的本发明的实施例以不同于照明元件114的角度照明布置在测量层140中的目标(未示出)。此外由照明元件121a发射的光具有不同于由光学基本模块110的照明元件114发射的光的光谱分布。在所述位置同样指明，图1中的光学补充模块120a只是示意性地说明并能含有诸如附加的照明元件、成像光学系统、分光器和/或镜子的其他的光学成分。根据此处说明的实施例光学补充模块120a插在光学基本模块110上。在插有光学补充模块120a处通过接口131制造光学基本模块110和光学补充模块120a之间的联系。该接口根据此处说明的实施例位于基板130上，在该基板130上既可固定光学基本模块110又可固定光学补充模块120a。
通过接口131根据此处说明的本发明的实施例传输数据，该数据反映光学补充模块120a的类型或照明类型的特征，该照明由光学补充模块120a准备提供。因此既借助光学基本模块110又借助光学补充模块120a通过一个未示出的中心控制单元确定该照明，并这样生成既关于光谱分布又关于角度分布的对于各自应用最优的照明。
在图2中示出了一个光学传感器装置100a，该装置对图1中示出的光学传感器装置100通过一个另外的光学补充模块120b区别，那个另外的光学补充模块同样插在光学基本模块110上。只要图2的参考图与图1的参考图一致，那么该参考图分别提到单个成分，该那些成分既在传感器装置100a中又在传感器装置100中相同地存在。
光学补充模块120b具有照明元件121b，该元件照明布置在测量层140中的目标(未示出)。此外由光学补充模块120b产生的照明对通过光学补充模块120a的照明通过一个另外的照射角、通过照明的一个另外的光谱分布和通过照明元件121a和待检测的目标之间的距离区别。
指明，图2中的光学补充模块120b只是示意性地说明并在照明元件121b以外能附加地具有其他的照明元件、成像光学系统、分光器或镜子。
总而言之本发明完成一个具有光学基本模块110和补充模块120a的模块化建立的光学传感器装置100。该光学补充模块120a能布置在光学基本模块上并能通过另外的光学补充模块120b交换。光学补充模块120a、120b以不同的照明特性而出众。以这种方式能视待检测的目标的类型而定选出关于照明光的照射角和光谱分布合适的补充模块120a、120b。根据本发明的一个实施例光学基本模块110与光学补充模块120a、120b通过接口131耦合，以至于各自所应用的光学补充模块120a、120b能由一个中心控制单元辨认，并因此在更换光学补充模块120a、120b时光学传感器装置100的校准不再是必要的。
权利要求
1.光学传感器装置，用于可视化目标检测，尤其是用于位置确定和/或用于组件和/或基片的识别或测试，具有●一个光探测器，●一个成像光学系统，该成像光学系统将待检测的目标的测量域显示在光探测器上，及●一个第一照明单元，该单元照明所述测量域，其特征在于，-光探测器和成像光学系统布置在光学基本模块中，-第一照明单元布置在光学补充模块中，-光学补充模块在光学基本模块上是可逆可安装的。
2.如权利要求1所述的光学传感器装置，其中光学基本模块附加地具有一个第二照明单元，该单元照明所述测量域。
3.如权利要求2所述的光学传感器装置，其中第一和第二照明单元这样形成，第二照明单元的待检测的目标以不同于第一照明单元的角度来照明。
4.如权利要求2至3之一所述的光学传感器装置，其中第一照明单元在第一光谱范围内发射光而第二照明单元在第二光谱范围内发射光。
5.如权利要求2至4之一所述的光学传感器装置，其中第一照明单元和/或第二照明单元至少具有一个发光二极管。
6.如权利要求1至5之一所述的光学传感器装置，其中光探测器是一个CCD照相机。
7.如权利要求1至6之一所述的光学传感器装置，其中光学补充模块在光学基本模块上是可机械固定的。
8.如权利要求7所述的光学传感器装置，其中光学补充模块在光学基本模块上是可插上的。
9.如权利要求1至8之一所述的光学传感器装置，其中光学补充模块直接或间接通过一个接口与光学基本模块是可耦合的。
10.如权利要求9所述的光学传感器装置，其中所述接口这样形成，通过该接口数据是可传输的，那些数据反映光学补充模块和/或通过光学补充模块的照明的类型的特征。
11.如权利要求1至10之一所述的在光学传感器装置中使用的光学基本模块具有●一个接口，通过该接口光学基本模块直接或间接与光学补充模块是可耦合的。
12.如权利要求1至10之一所述的在光学传感器装置中使用的光学补充模块具有●一个接口，通过该接口光学基本模块直接或间接与光学补充模块是可耦合的。
全文摘要
本发明完成一个具有一个光学基本模块(110)和一个补充模块(120a)的模块化建立的光学传感器装置(100)。所述光学补充模块(120a)能布置在光学基本模块上并通过另外的光学补充模块(120b)来交换。光学补充模块(120a、120b)以不同的照明特性出众。以这种方式视待检测的目标的类型而定能选出关于照明光的照射角和光谱分布合适的补充模块(120a、120b)。根据本发明的实施例光学基本模块(110)与光学补充模块(120a、120b)通过一个接口(131)耦合，以至于各自应用的光学补充模块(120a、120b)能由一个中心控制单元辨认并因此在更换光学补充模块(120a、120b)时光学传感器装置(100)的校准不再是必要的。
文档编号H05K13/08GK1643336SQ02825282
公开日2005年7月20日 申请日期2002年12月13日 优先权日2001年12月18日
发明者W·米勒 申请人:西门子公司