專利名稱：借助于圖像處理系統(tǒng)測(cè)量和檢查對(duì)象的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于借助于圖像處理系統(tǒng)測(cè)量和檢查對(duì)象、特別是自動(dòng)裝配機(jī)中
電子元件的方法，其中為待測(cè)量和檢查的對(duì)象生成幾何模型。該對(duì)象具有不同的特征組 (例如在電子元件中的角、棱、引線、標(biāo)志、定心銷(xiāo)等)，隨后其由各自的幾何模型描述。然 而，特征組具有不同的特性并因此具有不同的測(cè)量要求。
背景技術(shù)：
在為元件載體(例如印制電路板)裝配元件時(shí)使用所謂的自動(dòng)裝配機(jī)。在此，通 常由元件供給裝置在確定的拾取位置處提供元件和從那里由裝配頭拾取元件。裝配頭可借 助于定位系統(tǒng)在工作區(qū)域內(nèi)部自由地定位。在拾取后，由裝配頭將元件傳送至裝配位置且 在預(yù)定的插裝位置處放置在待裝配的元件載體上，該插裝位置由相應(yīng)的電連接面來(lái)限定。
由于電子元件越來(lái)越微型化，精確的裝配過(guò)程只有通過(guò)對(duì)由裝配頭所撿取的對(duì)象 或者說(shuō)元件的精確的測(cè)量和檢查才可以實(shí)現(xiàn)。在此，對(duì)象或者說(shuō)元件具有特征或者說(shuō)特征 組(例如角、棱、元件引線、定心銷(xiāo)、標(biāo)志等)，由該特征或者說(shuō)特征組來(lái)給出關(guān)于元件的類 型和地點(diǎn)或者說(shuō)位置的說(shuō)明。 為了在自動(dòng)裝配機(jī)中進(jìn)行對(duì)象、特別是元件的測(cè)量和檢查通常使用圖像處理系 統(tǒng)。在此，為了進(jìn)行測(cè)量和檢查，由裝配頭所拾取的對(duì)象或者說(shuō)電子元件由裝置頭或由相應(yīng) 的保持裝置相對(duì)于圖像處理系統(tǒng)的照相機(jī)(例如元件照相機(jī))這樣定位，即要測(cè)量和檢查 的對(duì)象處在照相機(jī)的可視范圍中。真正的測(cè)量和檢查-和因此也包括對(duì)象或者說(shuō)元件以及 其位置的識(shí)別_隨后借助于圖像處理過(guò)程由圖像處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于精確的和可靠的_也就是很少出現(xiàn)故障情況的_在自動(dòng)裝配機(jī)中的元件的識(shí) 別和測(cè)量來(lái)說(shuō)所常用的是，在所謂的幾何模型中詳細(xì)地來(lái)描述對(duì)象、例如電子元件的幾何 形狀。隨后，由圖像處理系統(tǒng)將這種幾何模型應(yīng)用于識(shí)別、測(cè)量和檢查元件，以測(cè)定例如在 多個(gè)單獨(dú)的步驟或拍攝圖像中的特征組(例如角、棱、引腳、引線球、定心銷(xiāo)等)的相對(duì)位置 且由此確保了安全的和精確的裝配過(guò)程。 然而單獨(dú)的特征組(例如角、棱、引腳、引線球、定心銷(xiāo)等)具有對(duì)于由圖像處理 系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量和檢查的不同的特性和要求。所以例如定心銷(xiāo)通常僅很少?gòu)脑倔w突出， 由此其相對(duì)位置難以測(cè)定。因此，定心銷(xiāo)例如很難適用于元件的粗略位置的確定。另一方 面，雖然例如引腳或引線列的相對(duì)位置進(jìn)而元件的粗略位置可簡(jiǎn)單地確定，但是這種特征 組_特別是由于其公差_不適用于元件的精確的位置確定。 因此迄今為止所嘗試的是，通過(guò)幾何模型這樣來(lái)描述對(duì)象或者說(shuō)元件的幾何形 狀，即元件可通過(guò)在自動(dòng)裝配機(jī)中預(yù)定的過(guò)程良好地得到處理。文獻(xiàn)EP 1282350Bl公開(kāi) 了一種在測(cè)量和檢查時(shí)需要考慮到元件的特征組的不同特性的方式。在此，為特征組、例 如角、棱、引腳/引線球、引線列、定心銷(xiāo)等分配關(guān)于用于位置確定的權(quán)重(Gewicht皿g)的 標(biāo)志。所以例如在元件的引腳中，為縱向方向上的相對(duì)位置分配比橫向方向上的相對(duì)位置 更小的權(quán)重，這是因?yàn)槔缈v向方向上的引腳的公差更大。然而在此已經(jīng)證明為不利是，
3即關(guān)于權(quán)重的標(biāo)志進(jìn)而對(duì)于位置確定的調(diào)節(jié)僅受到各自的特征組的約束。因此特別不可 能的是，在自動(dòng)裝配機(jī)中實(shí)現(xiàn)用于元件的測(cè)量和檢查的過(guò)程或由圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行位置確 定_例如測(cè)量的連續(xù)性的過(guò)程、測(cè)量的并行執(zhí)行等。

發(fā)明內(nèi)容
所以本發(fā)明的目的在于提出一種方法，通過(guò)該方法能夠以靈活的方式實(shí)現(xiàn)用于對(duì) 象的測(cè)量和檢查的復(fù)雜的過(guò)程。 該目的通過(guò)開(kāi)頭所述類型的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中除了對(duì)象的幾何模型之外，還限定 測(cè)量過(guò)程。在此，測(cè)量過(guò)程包括至少兩個(gè)測(cè)量步驟且每個(gè)測(cè)量步驟至少涉及要測(cè)量和要檢 查的對(duì)象的一個(gè)拍攝圖像和對(duì)象的至少一個(gè)特征組。 根據(jù)本發(fā)明所提出的方法的主要方面在于，除了對(duì)象(例如電子元件)的幾何模
型之外，還限定測(cè)量過(guò)程，通過(guò)該測(cè)量過(guò)程可以以簡(jiǎn)單和靈活的方式限定復(fù)雜的過(guò)程(例
如測(cè)量的連續(xù)性的或并行的執(zhí)行等)以用于測(cè)量_例如特征組的相對(duì)位置_。 選擇性地，除了測(cè)量過(guò)程的測(cè)量步驟之外，也可涉及至少一個(gè)之前的測(cè)量步驟的
至少一個(gè)結(jié)果，因此通過(guò)測(cè)量過(guò)程也可將之前的測(cè)量步驟的結(jié)果一并考慮到對(duì)象的經(jīng)確定
的特征組(例如電子元件的定心銷(xiāo))的測(cè)量和檢查中。在此，當(dāng)為測(cè)量過(guò)程的每個(gè)測(cè)量步
驟確定了以何種方式可將對(duì)象或者說(shuō)元件的特征組的測(cè)量和檢查與至少一個(gè)之前的測(cè)量
步驟的至少一個(gè)結(jié)果組合在一起時(shí)，則在此這是有利的。由此，例如可以更快速地找出難以
找到的特征組，例如定心銷(xiāo)的位置，該定心銷(xiāo)例如僅略微從元件的表面突出，或者例如可以
更快速地識(shí)別出要測(cè)量的元件。 當(dāng)在測(cè)量過(guò)程的測(cè)量步驟中測(cè)量和檢查了對(duì)象的至少一個(gè)特征組(例如引腳、引 線列等)時(shí)，則這是有利的。隨后這個(gè)測(cè)量步驟的結(jié)果可以以理想的方式應(yīng)用在測(cè)量過(guò)程 的至少一個(gè)后續(xù)的測(cè)量步驟中。因此例如可以首先測(cè)量引腳或引線列，它的例如在圖像處 理系統(tǒng)的拍攝圖像中的位置可以容易地測(cè)得。隨后在另一個(gè)測(cè)量步驟中例如使用引腳或引 線列的所測(cè)得的位置，以便以簡(jiǎn)單和快速的方式確定例如在元件上的定心銷(xiāo)的位置。
在此，根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)有效的改進(jìn)方案提出，測(cè)量過(guò)程作為特別的數(shù)據(jù) 模型存儲(chǔ)并且與對(duì)象的幾何模型分開(kāi)管理。由此可確定用于對(duì)象的測(cè)量和檢查的主要的復(fù) 雜過(guò)程和可以例如基于用戶要求來(lái)快速地實(shí)施測(cè)量過(guò)程的調(diào)整。此外也存在這種可能性， 即確定例如是用戶定制的或用于特殊元件的特殊的過(guò)程。 當(dāng)對(duì)象的特征組的權(quán)重在測(cè)量過(guò)程中存儲(chǔ)時(shí)，則這是有利的，這是因?yàn)橐赃@種方 式可以實(shí)施簡(jiǎn)單的變動(dòng)或調(diào)整。當(dāng)將幾何尺寸、角、棱、單個(gè)的引線和/或引線列的數(shù)量和 /或位置、定心銷(xiāo)的位置和/或所謂的插腳標(biāo)志的位置應(yīng)用作為對(duì)象的待測(cè)量的特征組時(shí)， 則在此這是有利的。 適宜地，對(duì)于不同類型的圖像處理系統(tǒng)或傳感器(例如照相機(jī)、行掃描相機(jī)、掃描儀 等)存儲(chǔ)和應(yīng)用不同的、適用于各自的圖像處理系統(tǒng)的測(cè)量過(guò)程。由此可以使根據(jù)本發(fā)明的 方法快速和靈活地適合于各自的自動(dòng)裝配機(jī)的現(xiàn)實(shí)條件或適合于所應(yīng)用的圖像處理系統(tǒng)。


以下示例性地根據(jù)附圖1來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，在附圖中示意性地示出了用于測(cè)量和檢
4查對(duì)象、特別是自動(dòng)裝配機(jī)中電子元件的方法的過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
圖1示例性地和示意性地示出了用于電子元件BE的幾何模型MOD,該模型在第一 步驟1中生成并由圖像處理系統(tǒng)在自動(dòng)裝配機(jī)中例如用于對(duì)象的識(shí)別、測(cè)量等。由幾何模 型MOD按照示例性的特征組MG1，MG2和MG3來(lái)描述電子元件BE，其中由幾何模型MOD可描 述元件BE的部分區(qū)域或整個(gè)元件BE。在此，特征組MG1， MG2， MG3例如包括元件特征和/ 或該元件特征的相對(duì)位置，例如引腳、引線列AR1，AR2、元件引線球、元件BE的角和/或棱、 定心銷(xiāo)ZS等。 在圖1中，在幾何模型MOD中根據(jù)引線列AR1，AR2和定心銷(xiāo)ZS或它們的相對(duì)位置 而描述了示例性的元件BE。在此，特征組MG1和MG2包括元件BE的各自的引線列AR1和 AR2或它們的位置。特征組MG3描述了定心銷(xiāo)ZS或它的位置和數(shù)量。自然地，幾何模型MOD 可包括多于所舉例的特征組MG1， MG2， MG3，以便詳細(xì)描述元件BE以用于測(cè)量和檢查。
在第二步驟2中，除了幾何模型MOD之外，還限定測(cè)量過(guò)程MA，在該過(guò)程中確定至 少兩個(gè)或更多的測(cè)量步驟MS1，MS2。在此，測(cè)量過(guò)程MA作為與幾何模型MOD分開(kāi)的數(shù)據(jù)模 型存儲(chǔ)和管理。在測(cè)量過(guò)程MA中或者說(shuō)通過(guò)測(cè)量步驟MS1，MS2而可考慮特征組MG1，MG2， MG3的不同的特性和測(cè)量要求。所以例如引線列AR1， AR2與僅很少地從元件BE的本體光 學(xué)地突出的定心銷(xiāo)ZS相比可以更容易地借助于圖像處理系統(tǒng)來(lái)識(shí)別。這同樣也可以是必 需的，即對(duì)于確定的特征組MG1 ， MG2， MG3 (例如標(biāo)志)的測(cè)量必須使用不同的照度值和從而 對(duì)于該特征組MG1， MG2， MG3必須生成多個(gè)拍攝圖像BA1， BA2。甚至存在這種可能性，即在 自動(dòng)裝配機(jī)中限定多個(gè)測(cè)量過(guò)程以用于例如不同的圖像處理系統(tǒng)。 在第三步驟3a和3b中，對(duì)于每個(gè)測(cè)量步驟MS1，MS2產(chǎn)生對(duì)于元件BE的幾何模型 MOD的至少一個(gè)特征組MG1， MG2， MG3的基準(zhǔn)。 在另一第四步驟4a，4b中，在元件BE的至少一個(gè)拍攝圖像BA1，BA2或一個(gè)特征組 MG1， MG2， MG3與測(cè)量過(guò)程的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量步驟MS1， MS2之間產(chǎn)生基準(zhǔn)。在此，拍攝圖像 BA1， BA2示例性地利用圖像處理系統(tǒng)的照相機(jī)或掃描儀生成。在此，也可將多個(gè)拍攝圖像 BA1， BA2分配給測(cè)量步驟MS1， MS2，該拍攝圖像對(duì)于元件BE的測(cè)量和檢查或?qū)τ诖_定的特 征組MG1， MG2， MG3是必需的。 另外選擇性地存在這種可能性，即在第五步驟5中確定，由測(cè)量步驟MS1，MS2應(yīng)用 至少一個(gè)之前的測(cè)量步驟MS1， MS2的至少一個(gè)結(jié)果ERG1， ERG2，以便在第六步驟6中獲得 結(jié)果ERG1， ERG2。 在當(dāng)前的根據(jù)圖1的示意性的實(shí)施例中，在測(cè)量過(guò)程MA的第一測(cè)量步驟MS1與特 征組MGl和MG2之間的第三步驟3a的第一部分中產(chǎn)生基準(zhǔn)，由該特征組描述了元件的引線 列AR1和AR2或其相對(duì)位置。在第三步驟3b的第二部分中在測(cè)量過(guò)程MA的第二測(cè)量步驟 MS2與特征組MG3之間產(chǎn)生基準(zhǔn)，由該特征組描述了定心銷(xiāo)ZS或其位置。
隨后在第四步驟4a，4b中，將元件BE的相應(yīng)的第一拍攝圖像BA1分配給第一測(cè)量 步驟MS1和將相應(yīng)的第二拍攝圖像BA2分配給第二測(cè)量步驟MS2，該拍攝圖像分別對(duì)于元 件BE的測(cè)量和檢查是必需的。附加地，在第二測(cè)量步驟MS2中利用這種選擇性的可能性， 即在第五步驟5中分配結(jié)果ERG1-例如根據(jù)特征組MG1，MG2或根據(jù)引線列AR1，AR2和第一拍攝圖像BA1所測(cè)得的元件BE的大概位置_。 因此可以在測(cè)量過(guò)程MA進(jìn)行時(shí)首先在第一測(cè)量步驟MS1中確定例如引線列ARl， AR2的相對(duì)位置和因此可以基于第一拍攝圖像BA1而確定元件BE的大概位置(例如在一個(gè) 保持裝置處)。隨后，這個(gè)大概位置作為第一測(cè)量步驟MS1的結(jié)果ERGl例如由第二測(cè)量步 驟MS2基于第二拍攝圖像BA2而應(yīng)用于尋找或確定描述了定心銷(xiāo)ZS的特征組MG3的相對(duì) 位置。隨后，例如定心銷(xiāo)ZS的相對(duì)位置保存為測(cè)量步驟MS2的結(jié)果ERG2。
測(cè)量過(guò)程自然地可包括多于這兩個(gè)示例性的測(cè)量步驟MS1，MS2。在每個(gè)測(cè)量步驟 MS1，MS2中可以以簡(jiǎn)單的方式確定，特征組MG1，MG2，MG3、拍攝圖像BA1，BA1和必要時(shí)也有 結(jié)果ERG1， ERG2是如何組合在一起的。在此，拍攝圖像BA1， BA2和/或必要時(shí)也有測(cè)量步 驟MS1， MS2的結(jié)果ERG1， ERG2可以由一個(gè)或多個(gè)測(cè)量步驟MS1， MS2使用。測(cè)量步驟MS1， MS2也可具有用于元件BE的測(cè)量的一個(gè)或多個(gè)特征組MG1， MG2， MG3的基準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種用于借助于圖像處理系統(tǒng)測(cè)量和檢查對(duì)象(BE)、特別是自動(dòng)裝配機(jī)中電子元件的方法，其中為待測(cè)量的對(duì)象(BE)生成幾何模型(MOD)(1)，由所述模型以特征組(MG1，MG2，MG3)的形式來(lái)描述所述對(duì)象(BE)，其特征在于，除了所述對(duì)象(BE)的所述幾何模型(MOD)之外，限定測(cè)量過(guò)程(MA)(2)，其中，所述測(cè)量過(guò)程(MA)包括至少兩個(gè)測(cè)量步驟(MS1，MS2)并且每個(gè)測(cè)量步驟(MS1，MS2)至少涉及所述對(duì)象(BE)的一個(gè)拍攝圖像(BA1，BA2)和所述對(duì)象(BE)的至少一個(gè)特征組(MG1，MG2，MG3)(3a，3b，4，5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，為所述測(cè)量過(guò)程(MA)的至少一個(gè)測(cè)量步 驟(MS1， MS2)限定，以何種方式將所述對(duì)象(BE)的特征組(MG1， MG2， MG3)的測(cè)量與至少 一個(gè)之前的測(cè)量步驟(MSI)的至少一個(gè)結(jié)果(ERG1)結(jié)合在一起(5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述測(cè)量過(guò)程(MA)的第 一測(cè)量步驟(MSI)中測(cè)量對(duì)象(BE)的至少一個(gè)特征組(MG1， MG2)，以及隨后在所述測(cè)量 過(guò)程(MA)的至少一個(gè)后續(xù)的測(cè)量步驟(MS2)中應(yīng)用所述第一測(cè)量步驟(MSI)的所述結(jié)果 (ERG1) (5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量過(guò)程(MA)作為特 別的數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)并且與所述對(duì)象(BE)的所述幾何模型(MOD)分開(kāi)管理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述對(duì)象(BE)的所述特征 組(MG1，MG2，MG3)的權(quán)重在所述測(cè)量過(guò)程(MA)中存儲(chǔ)(2)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將幾何尺寸、角、棱、單個(gè)的 引線和/或引線列(AR1，AR2)的數(shù)量和/或位置、定心銷(xiāo)(ZS)的位置和/或所謂的插腳標(biāo) 志的位置應(yīng)用作為對(duì)象(BE)的待測(cè)量的特征組(MG1，MG2，MG3) (1)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)于不同類型的圖像處理系 統(tǒng)存儲(chǔ)和應(yīng)用不同的、適用于各自的圖像處理系統(tǒng)的測(cè)量過(guò)程(MA) (2)。
全文摘要
借助圖像處理系統(tǒng)測(cè)量和檢查對(duì)象、特別是自動(dòng)裝配機(jī)中電子元件的方法。為待測(cè)量的對(duì)象生成幾何模型，通過(guò)該模型，對(duì)象的外部表現(xiàn)形式借助特征組、例如角、棱、引線或引線列、插頭、定心銷(xiāo)的數(shù)量和/或位置等描述。除了幾何模型外，限定測(cè)量過(guò)程，其中該測(cè)量過(guò)程包括至少兩個(gè)測(cè)量步驟。每個(gè)測(cè)量步驟涉及對(duì)象的至少一個(gè)拍攝圖像和對(duì)象的至少一個(gè)特征組?？蛇x地，測(cè)量過(guò)程的一個(gè)測(cè)量步驟也可涉及至少一個(gè)之前的測(cè)量步驟的至少一個(gè)結(jié)果。因?yàn)閷?duì)象的測(cè)量和檢查過(guò)程通過(guò)測(cè)量過(guò)程進(jìn)而與幾何模型分開(kāi)描述，所以能以簡(jiǎn)單方式限定復(fù)雜的測(cè)量過(guò)程，由該過(guò)程在必要時(shí)也可訪問(wèn)之前的測(cè)量步驟的結(jié)果。由此在測(cè)量對(duì)象、特別是元件時(shí)可快速和靈活地適應(yīng)新的要求。
文檔編號(hào)H05K13/08GK101711105SQ200910008798
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者托馬斯·施內(nèi)肯布格爾 申請(qǐng)人:西門(mén)子電子集成系統(tǒng)有限責(zé)任兩合公司