基于颜色的线性三维采集系统和方法
【专利说明】
[0001] 本发明背景
技术领域
[0002] 本发明一般涉及用于将材料沉积在诸如印刷电路板的基底上的系统和方法，并且 更具体来说，涉及用于检查这些沉积的装置和系统以及方法。
【背景技术】
[0003] 存在若干种类型的用于沉积用于多种应用的组装材料（诸如焊料）的现有技术材 料涂覆系统。
[0004] 一种此类应用使用模板印刷机来将焊膏印刷到电路板上。在一种典型的表面安装 电路板制作操作中，使用模板印刷机来将焊膏或者一些其他材料印刷到电路板上，所述电 路板具有焊膏将被沉积于其上的某种图案的焊盘或者一些其他传导表面。电路板被自动地 馈送到模板印刷机中，并且电路板上的一个或多个小孔或标记（称为基准点）用来在将焊 膏印刷到电路板上之前将电路板与模板印刷机的模板或丝网适当地对准。一旦电路板已经 与印刷机中的模板适当地对准，则电路板升高至模板，焊膏被分配到模板上，并且刮片（或 刮板）横扫模板从而迫使焊膏通过形成在模板中的孔并且到板上。在刮片移动横跨模板 时，焊膏趋向于在刮片前面滚动，这理想地导致焊膏的混合和剪断，从而获得理想的粘度以 促进丝网或模板中的孔的填充。焊膏通常从标准盒分配到模板上。在其他实施例中，可以 提供加压头来将焊膏分配到模板中的孔。
[0005] 在集成电路芯片和其他电子部件组装到电路板基底上的另一种此类应用使用自 动分配系统来将精确的非常少量的粘性材料（如点或连续线）分配到电路板上。粘性材料 可以包括液体环氧树脂或焊膏或者一些其他相关的组装材料。
[0006] 在上述两个系统中，常见的是在将此类材料沉积到电路板上之后，使用成像系统 来获取电路板的区域的图像，例如在某些实例中，用于检查电路板上的材料的沉积精确度 的目的。成像系统的另一个应用涉及在印刷之前模板与电路板的上述对准，以将模板的开 口与电路板的电子焊盘对齐。授予给普林斯（Prince)的美国专利号7, 458, 318中披露一 种此类成像系统，该专利由本发明的受让人的附属机构拥有。
[0007] 对于这些模板印刷机和分配系统的设计所面临的一个挑战在于在单程沉积焊膏 之后执行基底的大区域的快速、全面检查的能力。另外，虽然已经开发出方法来通过现有的 区域扫描和线扫描格式执行基底（例如，电路板）上的焊膏的一致的二维建模，但是这些方 法在许多方面受到限制。在典型实践中，由于成像系统的透镜与基底之间相对短的距离，所 以区域扫描和线扫描格式都具有有限的视场。例如，在区域扫描格式中，成像大区域可能需 要大量时间，因为成像系统点对点移动以获取基底的大区域。同样，线扫描格式可能需要多 程来获取大区域。
【发明内容】
[0008] 本发明将在审阅以下附图、详细描述和权利要求之后得到更完整理解。
[0009] 本发明的一个方面针对材料涂覆器。材料涂覆器包括框架和连接到框架的基底支 架，其中基底支架被配置成支撑电子基底。材料涂覆进一步包括连接到框架的材料涂覆设 备，其中材料涂覆设备被配置成将组装材料沉积到电子基底上。材料涂覆器进一步包括配 置成捕获电子基底的三维图像数据的成像系统。成像系统包括一个或多个照明组件，所述 照明组件被配置成将光谱基本上沿倾斜的第一轴线投影到电子基底的表面上。成像系统进 一步包括配置成检测从电子基底表面反射的光谱的图像传感器组件，其中图像传感器组件 包括视平面。材料涂覆进一步包括至少连接到成像系统的控制器，所述控制器被配置成控 制成像系统的移动并且被配置成与图像传感器组件通信以产生电子基底的拓扑的三维图 像。
[0010] 材料涂覆器的实施例可以包括提供一个或多个照明组件，所述照明组件包括至少 一个光发射器和配置成会聚光谱的透镜，在某些实施例中，照明组件可以包括至少一个发 光二极管。在某些实施例中，发光二极管可以包括磷光体材料。一个或多个照明组件进一 步包括适于在照明组件、电子基底和图像传感器组件之间投影光谱的光径。另外，一个或多 个照明组件投影一个或多个线性图案，在某些实施例中，所述线性图案以相反的角度投影 以加强线性图案沿视平面交叉以减少电子基底上由于邻接拓扑导致的阴影效应的地方的 可测量光。在一些实施例中，可以对准一个或多个线性图案以使得类似颜色叠加在沿视平 面的一定范围的高度上。光发射器可以包括棱镜以将光谱分成组成色，在某些实施例中，光 谱是连续的色谱并且根据HSV颜色空间或类似的颜色空间来布置。
[0011] 根据另一个方面，本发明提供一种成像系统，该成像系统被配置成在视平面内捕 获沉积在电子基底上的焊膏的三维图像数据。另外，三维图像数据包括入射在表面上的特 定色彩和沿视平面的特征。根据一些实施例，特定色彩对应于高度。
[0012] 根据又一个方面，本发明提供包括处理器的控制器，所述处理器被编程以分析三 维图像数据以确定电子基底的拓扑并且确定焊膏沉积在电子基底上的精确度。
[0013] 根据另一个方面，本发明提供一种连接到框架的模板，所述模板中形成有多个孔， 并且其中成像系统被配置成在模板与支架之间操作。
[0014] 根据又一个方面，一种在基底上成像材料的方法，所述方法包括以下动作：将电子 基底递送到材料涂覆器；执行分配操作以将组装材料沉积到电子基底上；将成像系统放置 在电子基底上方；将一个或多个光谱基本上沿倾斜的第一轴线投影到电子基底的表面上； 检测从电子基底表面反射的一个或多个光谱；以及捕获电子基底的拓扑的三维图像数据。
[0015] 根据另一个方面，在基底上成像材料的方法进一步包括以下动作：将电子基底放 置在印刷位置中；以及将模板放置在电子基底上。根据又一个方面，在基底上成像材料的方 法进一步包括以下动作：以线性图案投影一个或多个光谱。一个或多个光谱以线性图案的 投影包括以相反的角度投影线性图案以加强线性图案沿视平面交叉以减少电子基底上由 于邻接拓扑导致的阴影效应的地方的可测量光，在某些实施例中，该动作包括对准线性图 案以使得类似颜色叠加在沿视平面的一定范围的高度上。根据又一个方面，在基底上成像 材料的方法进一步包括以下动作：将成像系统从捕获第一区域的拓扑的三维图像数据的第 一位置移动到捕获第二区域的拓扑的三维图像数据的第二位置。根据另一个实施例，在基 底上成像材料的方法进一步包括将光谱分成组成色，其中在某些实施例中，该方法进一步 包括投影连续的色谱。
[0016] 根据在基底上成像材料的方法的又一个方面，该方法进一步包括执行电子基底的 至少一个区域的三维图像数据的分析，以确定焊膏沉积在电子基底的焊盘上的精确度。在 某些其他实施例中，在基底上成像材料的方法进一步包括分析三维图像数据以获得入射在 表面上的特定色彩和电子基底的特征，其中在某些实施例中，该方法进一步包括将特定色 彩与高度相关联。
【附图说明】
[0017] 在附图中，不同视图中的相同附图标记指代相同或类似部分。附图不必按比例，而 是强调示出以下论述的特定原理。
[0018]图1是本发明的一个实施例的模板印刷机的前部立体图；
[0019]图2是根据本发明的一个实施例的丝网印刷机中的成像系统的示意图；
[0020] 图3是材料沉积或涂覆系统的侧面示意图；
[0021] 图4是本发明的一个实施例的使用吊架系统、两个材料沉积头以及其他部件的示 例性材料沉积系统的部分立体图；
[0022] 图5是根据本发明的一个实施例的分配器系统中的成像系统的示意图；
[0023]图6是描绘由色彩、饱和度以及值（亮度）特征定义的HSV颜色分类系统的图；
[0024] 图7是根据本发明的一个实施例的描绘HSV颜色空间的独立可测量色彩的HSV六 角形圆柱的图；
[0025] 图8是表示与基底成一个角度并且在光学视平面上交叉的来自右和左照明器的 投影的光谱的图；
[0026] 图9是图8中所示的光学视平面的截面图；
[0027] 图10是表示对应于图8和9的投影的光谱的高度值的颜色编码尺度的图；
[0028]图11是表示来自图8中所示的线性颜色接触图像传感器的图像数据的线的图；以 及
[0029] 图12是根据本发明的一个实施例的用于将焊膏分配到电路板的电子焊盘上的方 法。
【具体实施方式】
[0030] 仅为了说明目的而非为了限制普遍性，现在将参照附图描述本发明。本发明的应 用并不限于以下详细描述中阐述或附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明中阐述 的原理能够用于其他实施例并且可以用各种方式来实践或执行。另外，本文使用的