专利名称：在电路板的预定区域中检查电路板的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在电路板之预定区域中检查电路板的方法，及用于配置此方法的装置。
美国专利4,469,553中提出一种用于组装、测试及维修电路板的装置。此装置具有一用于容纳及维持将组装之电路板的工作面。将该电路板应用一吸入装置固定到此固定面。在该工作面之正上方固定一半银镜面，且一图像投影器定位在该半银镜上方。图像投影器用于将欲插入之组件的图像及轨迹线数据投影到该镜上。该装置的使用者透过半银镜观看投影设备投影在半银镜上的图像及定位在其后方的电路板。因此使用者有一印象，即此投影的图像投影在该电路板上，以标记将配置相关电路组件的位置。
美国专利5,513,099中说明一种用于维修及处理电路板的装置。此装置有一工作面，以固定将受检的电路板。一相机安装在工作面的上方，在一可以在水平面上移动的滑动机构中，使它可以自动定位在将检查之电路板上任何需要的点上。此装置有一具有显示屏、键盘及计算机滑鼠的计算机。
使用此装置，将受检之电路板固定在该工作面上。然后由相机产生电路板的数字图像，且显示在显示屏上。该所谓的“GERBER”数据叠加在此图像上。然后操作员输入缺陷信息，使得相机自动定位在与缺陷信息有关的电路板之部分中。然后操作员放大相机的图像及“GERBER”数据图像。应用此方式，操作员可以看到且分析放大的相关区域。
本发明要解决的问题是产生一种在电路板的预定区域中检查电路板的方法以实现该方法的装置，其中预定区域的放大图像可以快速且轻易地被发现并观察到，同时用于配置该方法的必须装置也非常简单且具成本效益。
具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求12的特征的装置解决了该问题。本发明的进一步优点可由从属权利要求给出。
在电路板之预定区域中检查电路板的方法使用一种装置，该装置包含一静止的相机及一显示单元，该方法包含下列步骤a)在相机的扫瞄区域中定位将受检的电路板，其中以相同的比例在显示单元上显示一相机图像及与该相机图像分开的电路板图像，
b)移动将受检之电路板，使得该相机图像尽可能地与电路板图像叠合，c)在显示单元上以相同的比例放大该相机图像及电路板图像，d)移动该相机图像以与该电路板图像更相符，以及e)显示将受检的预定区域，使得在显示单元上可以看到将受检查之电路板的预定区域的放大视图。
为了执行本发明之方法，必需具有一连接到显示单元的静止相机，此显示单元例如为一传统计算机的显示屏。将受检的电路板置于相机的扫瞄区域中，其中该电路板可以自由移动。该显示单元将显示出该相机的图像，即由相机所摄取的电路板的图像，以及与相机图像无关的显示该电路板基本特征的电路板图像。相机图像及电路板图像均以相同的比例显示出来。经由移动将受检的电路板，使得该相机图像与电路板图像尽可能地相符。因此该相机图像及该电路板图像将以相同的比例扩大。再度移动电路板，相机图像将更精确地与该电路板图像叠合。
通过使相机图像与电路板图像对准，至少在两阶段中，有可能得到一非常精确之重叠图像，而不必有任何技术上的支出。
因此，依据本发明的方法先进行粗略对准，在完成此粗略的对准后，进行精细对准。这包含放大重叠的图像，使得原先在粗略对准的比例下无法检测出来的电路板图像及相机图像之间的差异变得可以辨识。因此，经由逐步放大并在平滑面上移动，可以非常精确地以一极度放大的图像对准该电路板。
因为在显示屏上极度放大电路板图像的情况下，只有一部份电路板是可见的，所以实际上不可能对应此一部位而对准一电路板，除非该电路板至少在先前已粗略对准。依据本发明的逐步放大的过程，相对一电路板图像而对准将受检的电路板，结果允许快速且精确地对准一相当放大的电路板图像。
依据本发明的较佳实施例，显示单元的一个区域显示该电路板图像及相机图像，而另一区域显示CAD图像。该CAD图像显示可见电路板测试点及轨迹线。这两个区域相邻，且以相同的比例显示对应的图像(电路板图像，相机图像，CAD图像)，使得描画实际电路板形态的相机图像和CAD图像可以在显示单元上加以比较，且可以将任何的偏移归类为缺陷。
依据本发明的另一较佳实施例，显示单元中的另两个区域分别显示一缺陷表及一完成的电路板图像，其中画出相机所摄得的受检电路板区域。
最好在电路板测试器中测试将受检之电路板，基于此处的测量，产生缺陷文件。该缺陷文件包含由测量所决定的所有潜在缺陷的列表。然后按本发明的方法检查该电路板，其中电路板测试器决定的缺陷位置表示表示用于检查的电路板的预定区域。所有这些区域依序检查，其方式为先粗略地相对该电路板图像对准该电路板，然后更精确地对准相机图像及电路板图像的放大视图。将受检的预定区域显示在显示单元上，使得操作员可以看出将分析的区域。在此最好由单一按键启动各个步骤，即以控制踏板的形式进行。
由下文中的说明可更进一步了解本发明之特征及优点，阅读时并请参考附图。
图1为用于检查电路板预定区域中的电路板的本发明装置的透视图，图2为图1装置的方块图，图3是以流程形式显示的本发明的方法，图4a至4g是依据本发明图3所示方法的各个步骤中的显示屏显示，以及图5的方块图显示依据本发明方法的电路板制造生产顺序，从电路板的设计到电路板的最终检查的整个过程。
使用以下详细描述的根据本发明检查电路板1(图1)方法的实施例，本发明方法的使用者可以从放大的视图中快速容易地看出使用电路板测试器2(图2)所发现的电路板缺陷。这通过使用核对装置3实现，该装置在图1的透视图和图2的方块图中示出。
电路板测试器2可以是平行测试器，如在欧洲专利0 875 767 A2中所示的，或者是手指测试器(finger tester)，如在欧洲专利0 468 153 A1及欧洲专利0 853242 A1中所示的。
核对装置有一静止相机4，在本实施例中，该相机通过一维持杆5固定到显示屏6的上边区域。放射一聚焦光束28的光指标器27可以视需要固定到在相机4侧边的固定杆5。相机4及显示屏6电连接到计算机7。而且一键盘8及控制踏板9也连接到计算机7上。该显示屏6在桌面10上方安装有相机4，桌顶11形成放置受检电路板1的工作面。将相机4安装在桌顶11的正上方，而其扫瞄区域指向桌顶11。
计算机7为具有数据总线13的传统个人计算机，其中CPU14及数据存储器15连接该数据总线13。一接口装置16也连接到该数据总线13，用于向键盘8、显示屏6、相机4及控制踏板9提供接口。计算机7也经由接口装置16连接到电路板测试器2。
相机4为分辨率为752×582像素的CCD相机。该相机有一电子控制可变焦聚透镜，焦距范围从4.1mm到73.8mm。例如可以使用型号为FCB-IX47P的索尼相机。此类型的相机为很容易取得且价格便宜的标准产品。
最好该光指标器27为一激光器形式的装置。
将于下文中详细说明本发明中在电路板的预定区域中检查电路板的方法，现在请参考图3的流程图及图4a到4g中的显示屏显示。
本发明的方法以计算机程序的形式呈现，此程序储存在计算机7的数据存储器15中。在将计算机7打开且启动该程序后，可以经由启动控制踏板9而分别开始该程序及本发明的方法(步骤S1)。这使相机4的可变焦聚透镜进入初启位置(焦距f0＝4.1mm)，使得相机4的扫瞄区域12覆盖桌顶11上的区域，如测量400mm×300mm。此扫瞄区域大于将受检之电路板的主要部位。应用较大的电路板，则只覆盖一部份。
在显示屏6中，显示四个独立的显示屏，各在区域或窗口17到20之中(参见图4a到4g)。在显示屏6的左上方的窗口17显示将受检之电路板1的图像，其中该图像由CAD数据产生，而且包含电路板测试点和各个轨迹线。该CAD图像26基于电路板测试器2中测量所用的电路板测试点数据和轨迹线数据，还显示了基本无缺陷形式的受测电路板。
在显示屏右上方的窗口18显示一电路板图像24，此电路板图像包含了受检电路板的一些电路板测试点。此电路板图像24包含电路板信息，达到对准受检电路板1的相机图像(以下将详细描述)与电路板图像所必须的程度。因此，为了方便起见，电路板图像24中没有显示所有电路板测试点和轨迹线，这是因为在对准该相机时不必大量的信息，且倾向于分散。
在步骤S2中，将一缺陷文件从电路板测试器2传送到核对装置3，且在窗口19中的列表中显示出该缺陷。
由电路板测试器2事先决定的缺陷列表显示在显示屏6左下方的窗口19中。此列表以表格的形式显示出来且包含数行，各指示缺陷的数目(No)，测量的执行(Run)，电路板的数目(Panel)，缺陷类型(Fault type)，第一电路板测试点(Pad1)和第二电路板测试点(Pad2)，以及测量值(Measured value)。在缺陷类型的例子中，一般在开路(open)及短路(short)之间分辨该缺陷的类型。一般在两电路板测试点之间进行两点测量，其中测量在两者之间之轨迹线的电阻。在该表中将相关的电阻值显示成测量值。如果该电路板测试器2使用不同的测量方法，例如其中只接触一个电路板测试点，则该表格将作相应的更正。此方法可参见美国专利案号5,903,160。
在该程序开始时，在窗口17及18中分别显示CAD图像26及电路板图像24，其方式是在各窗口17及18的中心处粗略地显示将受检的电路板1的区域。在本实施例中，用连接到一轨迹线的电路板测试点预设受检区域，其中基于先前的测量已认定该轨迹线存在缺陷。
由水平箭头21及垂直箭头22标示出这些电路板测试点。在图4a到4g所示的实施例中，以适当的箭头21，22标示连接到认定具有缺陷的轨迹线的数个电路板测试点，同时电路板图像24及CAD图像26在图4a到4f中中心对准各个窗口17，18中的上电路板测试点，而在图4g中中心对准下电路板测试点。
在窗口19中，用相关线的反置强调出该列表中将受检的现有缺陷。
在窗口20中，在窗口18的电路板显示中显示将受检的整个电路板1，其中窗口17和18中显示的将受检的电路板区域用框23标示。而且在图中以横向细线29标示出，其交叉点标示将受检之电路板测试点。
在步骤S3中，在相机4之扫瞄区域12的桌顶11上配置将受检之电路板1(图4b)。而相机4扫瞄该电路板，且产生将受检之电路板的数字相机图像25。在窗口18中显示出此相机图像25。
现在将电路板移位，直到在窗口18中的相机图像25及电路板图像24相符为止(步骤S4)。此导致电路板1与电路板图像24相对准。
通过再次操作控制踏板9，相机图像25及电路板图像24以相同的比例放大(步骤S5)。该放大的显示方式使得核对装置的操作员可以清楚地看到相机图像25及电路板图像24之间的差异。然后再度将该电路板1移位(步骤S6)，而使得相机图像25与电路板图像24精确地对准(图4e)。
在步骤S7中，再度将相机图像25及电路板图像24以相同的比例放大，且在步骤S8中再度将电路板1移位，在相机图像25及电路板图像24之间得到更精确的重叠。
原则上，有可能在一次步骤中实现步骤S5及S7中的相机图像及电路板图像的两次放大。但是实际上已发现放大比例大于20则不切实际，因为用装置放大在步骤S4中第一次对准之后相机图像25和电路板图像24之间的差异仍非常大，而只有一小部份的电路板仍可看见，要完成对准相当困难，尤其是在显示区域中电路板具有非常均匀且规则的电路板测试点删线时，更是如此。
一旦电路板图像24及相机图像25均以所需要的最大放大比例显示在窗口18中时，必需标示出将受检的区域(步骤S9)。此标示靠水平箭头21及垂直箭头22起作用，它们指示电路板测试点。在本实施例中，在该程序开始时(步骤S1)这些箭头在右边显示。在本发明的内容中，也可以只在已进行所必需的最大放大比例后，显示这些箭头或其他适当的标示。
设定光指标器27以使得光束28标示电路板1中对应于将受检之区域的点。因为此区域总是在窗口17的中心，由光束所标示出的该点总是在工作面的相同点上，在本实施例中工作面由桌顶11表示。因此仅需调整光指标器一次即可。然后在依据本发明实施该方法期间，该光指标器仍静止。
当本发明方法的使用者完成受检的该电路板测试点及相关的轨迹线研究时(图4f)，随后它操作该控制踏板9，导致程序进行到步骤S10。在此步骤中，询问窗口19中显示的列表是否包括其它受检电路板测试点。如果询问结果揭示尚存在另一将受检的电路板测试点，则该程序进行步骤S11，其中该相机再度设定于初始位置(焦距fo)，并且以与窗口18中心处另一受检电路板测试点相同的比例在窗口18中显示电路板图像24。
然后该程序回到步骤S4，依据步骤S4到S8，重复使受检电路板与电路板图像对准的程序。在步骤S9中，依次显示将受检的点或区域(图4g)。
另外，如果步骤S10中的询问结果揭示该列表中没有其它将受检的点，则该程序跳到步骤S12中，以终止该程序。
在上述的程序的每个例子中，以相同的比例，且对应窗口18中的电路板图像24的区域显示该CAD图像26。该CAD图像26包含该电路板测试器2可以使用的数据，以测试该电路板。在图4f和4g所示的例子中，CAD图像26以圆圈的方式显示电路板测试点。实际上，电路板测试点的正确形式为一具有椭圆凹陷的延长矩形，如在窗口18中以相机图像辅助显示的(图4f及4g)。作为测量基础的CAD数据和实际格式之间的这种差异在将原始CAD数据转换成CAD测试数据的过程中产生，其间格式发生改变。以图4f及4g的所示之放大显示图像作为辅助，使用者将受检电路板测试点之间的电气连接依序建立起来，而且该测量的缺陷是因该数据不符合实际格式所致。因此该连接被判断为正确，程序可以继续到列表中包含的下一缺陷的下一电路板测试点。
在图4f到4g中的尺寸放大图中，也可以目视开路及短路情况。如果辨识出此缺陷，则马上更正，但是不可能达到，则以适当的方式标示出。如果该缺陷可以更正，则之后重新处理该电路板，否则将受检的电路板报废。
在上述例子中，将受检的轨迹线的两个电路板测试点相当接近，从而两者同时在窗口17或18中以最大放大方式显示出来(图4f及4g)。但是，该轨迹线通常较长，使得无法在窗口17及18中同时显示出该轨迹线的两端点，相关电路板测试点。如果依循上述说明的程序，则在长轨迹线的例子中，在一次动作中显示一个电路板测试点，在另一动作中显示另一电路板测试点，该轨迹线的中间连接区域无法以最大的放大方法显示出来。在本发明方法的较佳实施例中，当为长轨迹线时，检查与该轨迹线有关于第一电路板测试点，然后在包含步骤S4到S9的下一动作中，显示出对应轨迹线的一区域，而非与此轨迹线有关的电路板测试点。在各次的程序动作时，放大将受检的轨迹线的其他相邻区域，直到以连续的阶段显示完全放大的轨迹线为止。在该轨迹线检查终止时，以放大形式显示出与此轨迹线相关的且还未观察到的电路板测试点。在依据本发明之该方法的较佳实施例中，在连续相邻区域的各阶段中显示在窗口18中无法以放大形式完全显示的长轨迹线。最好是这些区域中有部分重叠。
图5显示电路板的制造程序。首先，在一CAD站台中显示出一电路板。从该原始的CAD数据中，计算所谓的GERBER文件。这些包含丝网印刷及各个位置处含开孔表的焊阻信息，与此相并行的动作为进行一钻孔程序，以在该电路板上行成穿孔。该GERBER数据及钻孔程序送到CAM站台，且其他特定的处理数据也一并送入。从CAM数据中得到用于制造电路板的生产数据、净列表及测试点座标、以及轨迹线路由及净对准信息。净列表及测试点座标以ATFH格式(Atg测试格式)储存。关于轨迹线路由及净对准的信息以EP格式或IPC 356A格式储存。
该生产数据传送到电路板制造单元，而净列表及测试点坐标和有关轨迹线路由的信息一起传送到DPS站台。在电路板制造单元上制造电路板，在DPS站台上产生测试程序。在电路板测试器2上执行该测试程序，使得电路板测试器可用于测试生产的电路板1。如果该项测试显示该电路板没有任何缺陷，则将它分配到一叠好的电路板。另外，如果该项测试的结果显示该电路板存在一缺陷的话，则该电路板被标示为缺陷电路板。同时产生一缺陷文件，并传送此文件到核对装置3中，使得可以使用后者以应用上述方式检查该缺陷电路板。因此之故，只包含电路板测试点数据的电路板测试器中的测试程序和有关轨迹线路由及净对准的信息也被传送到核对装置中，且用于产生窗口17的CAD图像26及窗口18、20的电路板图像24。
依据本发明方法所检查的缺陷电路板如果可以修好，则加入好的电路板的那一叠中，如果无法维修的话，则丢弃或报废。
因此上述实施例就用于检查已由电路板测试器测试的个别电路板。在本发明的架构内，有可能使用该方法以更正测试程序。如果在进行本发明的方法期间，发现在CAD图像26与相机图像25所示的实际更正轨迹线及电路板测试点之间存在差异的话，则依据本发明方法的发展，这些差异可以经由键盘8输入且储存起来。如果与该电路板类型相关的所有差异均已记录下来的话，则由核对装置3将相关的数据向DPS站台传送，以产生一修正的程序。因此本发明的方法还可用于更正测试程序。
在上述实施例的辅助下，上文中说明本发明的细节。但是，本发明并不受上述特定实施例的限制。在本发明的范围内，例如有可能使用高分辨率的相机，此相机具有固定焦距的透镜，而非具有可变焦聚透镜的相机。然后通过选择相机所记录图像的合适区域，由计算机中的计算使得在显示屏上显示的图像可以为可变焦聚或放大。如果不使用控制踏板9，可使用任何其他种类的按键，虽然控制踏板是较佳的，因为它使操作员的手可以自由移动电路板。在上述实施例中，由各个电路板测试点定义预定的区域。但是，也可以独立定义测试点的区域，尤其是定义成平坦的元件，而非点。
本发明的重要优点为操作相当简单，可以快速定位预定的区域，而且可以使用商业用硬体，不必使用高成本的机械或电结构。依据本发明的方法因此可以应用具成本效益的方式配置，而且允许高通量的受检电路板。
上述实施例的目的在于检查未加负载的电路板。但是原则上有可能使用此方法检查装配的电路板，尤其有助于电路板组件。如果不使用电路板测试点，也可以在显示屏上显示其他相关的元件，或者是应用光指标器。
在本发明的范围内也可能提供声控装置，使得该控制踏板9可以不使用。
可以修改本发明的方法以使得电路板只需要移动一次即对准，且经由自动图像辨识方法分析该相机图像，以决定相机记录的各个元件(电路板测试点、轨迹线)。然后该相机图像自动与该电路板图像叠合，因为互相线对准的相机图像和电路板图像的电路板测试点可以彼此互相指定。
图号说明1.电路板
2.电路板测试器3.核对装置4.相机5.维持杆6.显示屏7.计算机8.键盘9.控制踏板10.桌面11.桌顶12.扫瞄区域13.数据总线14.CPU15.数据存储器16.接口装置17.窗口18.窗口19.窗口20.窗口21.水平箭头22.垂直箭头23.框24.电路板图像25.相机图像26.CAD图像27.光指标器28.光束
权利要求
1.一种使用具有静止相机(4)和显示单元(6)的装置在电路板(1)的预定区域中检查电路板的方法，其特征在于，该方法包含下列步骤a)在相机(4)的扫瞄区域(12)中定位将受检的电路板(1)，其中以相同的比例在显示单元(6)上显示一相机图像(25)及与该相机图像(25)分开的电路板图像(24)，b)移动将受检的电路板(1)，使得该相机图像(25)尽可能地与该电路板图像(24)相叠合，c)在显示单元(6)上以相同的比例放大该相机图像及电路板图像，d)移动该相机图像(25)以与该电路板图像更相符，以及e)显示将受检的预定区域，使得在显示单元(6)上可以看到将受检查的电路板(1)预定区域中的放大视图。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过移动该电路板(1)使相机图像(25)与电路板图像(24)进一步对准。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于应用一自动图像辨识方法，而使该相机图像(25)与该电路板图像(24)进一步对准，在该方法中分析该相机图像(25)，使该相机图像自动与该电路板图像(24)相叠合。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于在显示单元(6)的预定区域(18)中显示电路板图像(24)，其方式为使将受检的预定区域大致定位于该显示单元(6)的区域(18)的中心。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的方法，其特征在于将受检的预定区域对应于电路板中的缺陷位置，此缺陷事先已被电路板测试器(2)所检测出。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于在电路板图像(24)中，通过连接到电路板上轨迹线的电路板测试点，定义每个将受检的预定区域，其中事先已由电路板测试器(2)进行的测量认定该电路板存在缺陷，而且由箭头(21，22)指示该缺陷，箭头的尖点于电路板测试点处终止。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于每个将受检的区域对应于一个轨迹线部分，认定此部分中存在缺陷，而且在显示单元中显示出来，其中在显示单元中应用重复步骤a)到e)的方式以放大图连续显示该轨迹线的数个相邻部分。
8.如权利要求5到7所述的方法，其特征在于在该电路板测试器进行测量之后，产生一缺陷文件，其中包含所有测得缺陷的列表，并通过启动单个按键，而重复执行步骤a)及c)，使得通过移动电路板(1)及启动按键(9)，将受检的所有区域均以放大视图的方式在显示单元(6)上显示。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于使用控制踏板(9)作为该按键。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的方法，其特征在于对于每个将受检的区域重复步骤c)两次或三次，该步骤包含放大相机图像及电路板图像并移动将受检的电路板，其中对于相机图像及电路板图像每次放大的放大因素不超过20。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于该显示单元(6)提供两个部分(17，18)，其中在部分(18)中显示该电路板图像(24)及该相机图像(25)，而在另一部分(17)中用与电路板图像(24)及相机图像(25)相同的比例显示该电路板的图像(26)，且显示电路板测试点及轨迹线。
12.一种用于实现权利要求1至11中任一项所述方法的装置，其特征在于，该装置包含-一静止相机(4)，-连接到相机(4)的显示单元(6)，用于以相同的比例显示将受检的电路板的电路板图像(24)及相机所记录的相机图像(25)，-一用于在显示单元(6)上以相同比例放大相机图像及电路板图像的装置。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于包含一计算机(7)，此计算机(7)具有一中央处理单元(14)，一数据及程序存储器(15)及表示该显示单元的显示屏(6)。
14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于该装置通过一数据线连接到一电路板测试器(2)以传送缺陷文件。
15.如权利要求12至14中任一项所述的装置，其特征在于该相机有一可变焦聚透镜，其焦距可以电子方式选择。
16.如权利要求12至15中任一项所述的装置，其特征在于该相机有—聚焦装置。
全文摘要
本发明涉及一种在电路板预定区域中检查电路板的方法，该方法使用一种包含一静止相机及一显示单元的装置。配置该电路板使之可以在相机的扫瞄区域中自由移动。依据本发明，由相机记录的该电路板的图像，即相机图像，与电路板图像相叠合，其中在第一对准处理之后，该相机图像与该电路板图像至少以相同的比例放大一次，再行对准。这导致在相机图像及电路板图像之间达到更大的对准程度，且在该放大视图中标示出将受检的预定区域。依据此方式，本发明方法的使用者可以将受检电路板的区域快速定位在一放大显示中，且据此进行需要的分析。
文档编号G01R31/28GK1430768SQ01810010
公开日2003年7月16日 申请日期2001年4月20日 优先权日2000年5月24日
发明者V·罗曼诺夫, A·比亚茨克, M·皮瑟克 申请人:Atg试验体系两合公司