专利名称：用于检查印刷电路板焊接的照明光学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检查印刷电路板焊接的照明光学设备，具体地说，涉及一种照明光学设备，它均匀地照明并拍照安装及焊接在表面安装设备的印刷电路板上的电子部件的变化，从而自动检查它们的安装和焊接情况。
背景技术：
一般地说，表面安装设备被用于通过直接焊接在印刷电路板(下称PCB)上自动地固定诸如集成元件、电阻、电容器等各种电子部件。这就是说，不使拟固定在PCB上的焊接导线分开，而使那些电子部件具有电极，用于直接焊接这些电极。这种方法的优点在于，比如减小各电子部件的尺寸，显著地提高装配和制作的速度，因为无需形成分离的孔去把各电子元件固定在PCB上，并减小整个产品的尺寸。
用表面安装设备焊接各种部件时，各电子部件是如此之小，以致不能将它们准确地安装在PCB上；或者焊剂的量太大，以致可能使两个相邻的电极的电势太高，从而引起诸如短路等大量的失误。因此，在完成焊接各部件之后，要检查它们的安装和焊接情况，以降低产品的瑕疵率。
为了检查表面安装设备焊接的部件的安装和焊接情况，有大量的工作是要用手工检查的，但这很难实现均一的手工检查。
于是，在检查PCB上焊剂部件的安装和焊接情况时，要通过用照相机照明和拍照各检查部件，并以所得的照片鉴别各部件的安装和焊接情况，实行自动检查过程。
图1是表示普通照明光学设备的结构和工作情况的实施例示意图，它照明并拍照PCB上的电子部件安装和焊接情况，用以自动检查。
这时，参考标号10代表PCB，标号11表示固定诸如集成元件、电阻、电容器等各种电子部件，要检查它们在印刷电路板上安装和焊接情况。另外参考标号12表示位于所要检查的焊接在PCB上的部件附近的干扰部件，它在检查PCB上部件的安装和焊接情况时干扰光的行进路线。
参考标号13、14和15分别表示上、中和下部的发光部件，它们都照明检查部件11。所有这些发光部件均由多个排列成环形的灯制成，它们之间形成不同距离和不同高度的固定状态。
符号H1、H2和H3分别表示被排列在不同高度处的上、中和下部发光部件13、14和15的高度，其间满足关系H1＞H2＞H3；另一方面，符号D1、D2和D3分别表示按不同直径排列的上、中和下部发光部件13、14和15的直径，具有关系D1＜D2＜D3。
所有这些发光部件13、14和15均以其同一中心被固定。
这样，譬如采用发光二极管用为所述多个灯。
参考标号16和17分别表示照相机及其透镜，位于所有上、中和下部发光部件13、14和15中心轴的上方，用于在以上、中和下部发光部件13、14和15照明的同时拍照所检查部件11。
例如，照相机16以电荷耦合器件CCD得到检查部件11的照片。
当把如此结构之普通照明光学设备的实施例用于检查PCB10上部件11的安装和焊接情况时，接通所有上、中和下部发光部件13、14和15的灯，以照明检查的部件11。
在这种情况下，照相机16通过透镜17得到为上、中和下部发光部件13、14和15所照明之检查部件11的图象。将所拍照的检查部件10的图象输入一个类似于检查计算机系统之类的检查装置中，并在其中处理，以明确地检查PCB10上部件11的安装和焊接情况。
然而，在上述普通照明光学设备的实施例的情况下，上、中和下部发光部件13、14和15的入射光只聚焦于检查部件11的位置上，也即照相机16的拍照视场中心处。于是，拍得图象的中心最亮。另一方面，越是靠近图象边缘的部位，图象越暗。
因此，由于必须根据同一检查部件11图象的各个位置设定图象处理条件，所以难于得到标准的检查条件。
图2是表示普通照明光学设备结构和工作情况另一实施例的示意图。如图2所示，该照明光学设备包括在上、中和下部发光部件13、14和15下方的光散射器13a、14a和15a。
在具有如此结构的普通照明光学设备第二实施例的情况下，由上、中和下部发光部件13、14和15照射的光受到光散射器13a、14a和15a的散射，从而较为均匀地照明检查部件11。
然而，由于照射光的散射，所以使得实际射向检查部件11的光量明显地减少。因此，难于为检查而充分照明检查部件11。另外，由于光的扩散程度随扩散器物质的质量而改变，所以难于均一地照明检查部件11，去响应所要求的程度。
除了上述问题之外，在上述精确地检查检查部件11的安装和焊接情况的普通设备的实施例中还有下面将要述及的问题。
首先，由于只有上、中和下部发光部件13、14和15被用于照明和拍照检查部件11，这就难于从PCB10的图象或者检查部件11的本体辨别检查部件11的焊接部分，或者将检查部件11的电极与检查部件11的主体或焊接部分辨别开来。因此，难于同时检查检查部件11的安装情况和焊接情况。
其次，如果检查部件11周围的干扰部件12大于检查部件11自身，则由下部发光部件15发射的光受到干扰部件12干扰或遮挡，造成光的干涉现象。因此不能得到所需的照明效果，从而降低检查过程的可靠性。
再次，没有控制机构适当控制上、中和下部发光部件13、14和15的亮度，从而引起使用中的不便。
最后，照相机视场的单独尺寸适于抓住检查的情况。换句话说，照相机16只能被用于拍照检查部件11大小相同的情况。因此不能适当地对应不同尺寸的检查部件11，从而降低了检查速度。
发明的简述本发明的目的在于提供一种用于检查PCB焊接的照明光学设备，包括多个发光部件，它们均一地照明检查部件；两个大小不同的照相机，它们拍照检查部件有效地对应于尺寸的变化，从而提高检查速度和检查过程的可靠性。
为了实现上述目的，本发明的用于检查PCB焊接的照明光学设备包括固定部分，它的顶部形成一个水平面，而在它的侧面形成一个倾斜面；位于所述固定部分上部平面上的第一照明部件，用于照明检查附在PCB上的部件；位于所述固定部分的倾斜平面上的第二照明部件，用于照明检查部件，以得到图象，该图象的明暗与第一照明部件所得的明暗相反；控制机构，用于控制所述第一和第二照明部件的亮度，以及电源的通断；位于所述固定部分上部平面上的光学部件，用于在所述控制机构的控制下按被第一和第二照明部件照明的检查部件的较大和较小的视场拍照。
在PCB上的位置，从第一照明部件入射光的交叉迹线在其直径内可能大于从第一照明部件入射光的交叉迹线，或者相反。第一照明部件具有多个灯，排列成多个环形固定装置，其间的直径不同，但高度相同，它们被安装得紧靠所述光学部件的拍照孔，所述光学部件形成于固定部分上；第二照明部件具有多个灯，排列成多个环形固定装置，其间的直径和高度不同，在其最下端的多个成环形固定装置的灯被置于紧靠所述固定部分的倾斜面的下部，而在其最上端的多个成环形固定装置的灯按一条直线与另一条直线之间至少成30°角定位，其中所述一条直线由多个排列在第一照明部件的最外部分的成环形固定装置的灯形成，所述第一照明部件连到位于标准高度处的检查部件的中心，而所述另一条直线由多个排列在第二照明部件的最上部分的成环形固定装置的灯形成，所述第二照明部件连到位于标准高度处的检查部件的中心。
此外，所述控制机构包括电源开关；亮度控制单元，通过转动多个亮度开关而使电阻值改变256个等级；在接通所述电源开关的情况下，输出单元根据亮度控制单元的电阻值输出电流，并将其加给所述第一和第二照明部件。所述光学部件包括反射光发射元件，它半反射并输出被检查部件所反射的光；大视场和小视场照相机分别拍照由所述反射光发射元件半反射的反射光，还有大视场和小视场透镜分别装配于所述大视场和小视场照相机前面，用于控制拟由大视场和小视场照相机拍照的视场尺寸。其中，所述反射光发射元件包括，一个三棱镜的半透反射镜，该三棱镜能够使由检查部件反射的光的一半发射到它的行进方向，而另一半再被反射90°角，平面反射镜的大视场全反射镜把被半透明反射镜反射的后一半光均匀地向大视场照相机的轴向反射90°角；三棱镜的小视场第一全反射镜反射在所述半透反射镜处发射的反射光的第一半；平面棱镜的小视场第二全反射镜把由所述小视场第一全反射镜反射的光均匀地反射到小视场的轴向；大视场和小视场透镜把由大视场全反射镜反射的光和由小视场第二全反射镜反射的光引向大视场和小视场照相机。
图面的简要说明图1是表示普通照明光学设备的结构和工作情况实施例的示意图；图2是表示普通照明光学设备的结构和工作情况另一实施例的示意图；图3是表示本发明照明光学设备结构的截面图；图4表示安装本发明照明光学设备的第二照明部件的位置；图5表示一个灯作为本发明照明光学设备的光发射源所提供的发射光按极坐标的分布；图6表示引入本发明照明光学设备的第一和第二照明部件的入射光的角度；图7表示控制本发明照明光学设备的第一和第二照明部件的接通/断开和亮度的控制机构的结构；图8和9表示用本发明照明光学设备的第一和第二照明部件照明而拍照的图象信号的图片；图10表示第一和第二照明部件聚焦的透射。
实现本发明的最好方式以下将参照图3至9详细描述本发明用于检查PCB上焊接情况的照明光学设备。
图3是用于表示本发明照明光学设备的结构和工作情况的截面图。这时，参考标号30表示固定部分，它的顶部形成一个平面，其侧部形成一个近乎圆锥的倾斜平面。
第一照明部件31装配在固定部分30上部内侧的水平位置处，第二照明部件32装配于形成圆锥的内圆周位置处。在固定部分30的顶部平面的中心处，有一拍照孔30a，此孔的形成使光学装置40能够拍照检查固定在PCB33上的部件34；第一照明部件31被置于拍照孔30a外侧，而第二照明部件32被置于形成固定部分30之圆锥的倾斜平面内侧，其中由控制机构使第一和第二照明部件31和32被选择地接通/断开，以照明检查部件34及控制照明光的亮度，这将在下面予以描述。
第一照明部件31是多个灯，它们形成在同一平面上的多个同心圆，成多个直径不等的环形固定装置形状，比如两排环形固定装置，被安装在紧靠拍照孔30a的外侧。
第二照明部件32是多个灯，它们形成多个同心圆，成多个直径和固定均不等的环形固定装置形状，比如三排环形固定装置，用以在具有反射镜之反射特性的金属表面，如检查部件34的焊接表面、电极表面等处得到图象，它的明暗转化成由第一照明部件31所得到的明暗。被设置在第二照明部件32最下端的多个环形灯32a位于紧靠形成固定部分30之圆锥的倾斜平面的下部。如图4所示，被设置在第二照明部件32最高端处的多个环形灯32b严格地位于大于30°角处，在一条直线与另一条直线之间，所述一条直线由多个排列在第一照明部件31最外侧成环形的灯31a形成，这些环形灯与位于标准高度(h)处的检查部件34的中心相连，而所述另一条直线由多个环形灯32b形成，所述多个环形灯32b与位于标准高度(h)处的检查部件34的中心相连。
譬如，发光二极管被用作多个第一和第二照明部件31、32。
这时，第一照明部件31排成两排环形固定装置，第二照明部件32排成三排环形固定装置，这两者都只是作为举例来描述的。因此，可使第一和第二照明部件31、32排列成多个环形固定装置。多于所说的两排和三排环形固定装置。
参考标号40表示固定在所述固定部分30上方的光学装置，用以拍照检查部件34。
光学装置40包括大视场照相机41和小视场照相机42，根据部件34的大小分别得到不同大小的视场，其中大视场照相机41和小视场照相机42分别包括大视场透镜41a和小视场透镜42a(或者小尺寸透镜41a和大尺寸透镜42a)，用以会聚通过反射光发射元件43引出的反射光，所述反射光发射元件43将在下面予以描述。
反射光发射元件43包括半透明反射镜431，它将一半由检查部件34反射的光沿其行进方向继续向前发送，而将另一半光反射，使其行进方向改变90°角；大视场全反射镜432使半透明反射镜431反射的光再反射90°角，以便均一地进行到大视场照相机41和大视场透镜41a的轴向。小视场的第一全反射镜433使通过半透明反射镜431发送的光的行进方向改变90°角，小视场的第二全反射镜434再次反射所述的光，由小视场的第一全反射镜433使它的行进方向改变90°角，以便均一地指向小视场照相机42和小视场透镜42a的轴向。
例如，半透明反射镜431和小视场的第一全反射镜433是由三棱镜制成的，而大视场全反射镜432和小视场的第二全反射镜434是由平面反射镜制成的。
如此构成的本发明照明光学设备完全会聚由多个灯在大小视场41和42的视场轴40a上排列成多排第一和第二照明部件31、32所发射的光，其中，所述多个灯应按一定的角度排列在大小视场41和42的视场轴上，以便根据各灯的位置并在同时以视场范围内的最大均匀亮度，从各灯的发光模式和检查部件34的发射模式把足够的光引出到大视场照相机41和小视场照相机42。
图5示出在极坐标下的发光分布，这是由灯为本发明照明光学设备的发光源所提供的。
图5中以灯的光轴定为中心时各灯的发光量可以由高斯分布形状按数学公式而说明如下数学公式1I(η)=φ2πσexp[η2σ2]]]>式中η是灯的光轴与预定的光线之间的弧度，I(η)是在相对于灯的光轴为角度η下灯的光强，Φ是灯的发光功率常数，σ是灯的光散射角。
图5中，如果灯在距离1处照明预先确定的表面，则在所述表面的预定点P(x，y)处将要沿照相机视场轴反射的光量E如下数学公式2 式中是光线与照相机视场轴之间的角。
另外，通过增加每个灯反射的光量可以按数学公式3估计由N个灯发射、在点P(x，y)处引出和反射的光的总量如下数学公式3E(x,y)=Σl=0NEi(x,y)[W/m2]]]>在使各灯排列成视场内最大反射光量，并且同时排列成在视场范围内反射光均匀性最大的情况下，使灯的光轴与大视场照相机41和小视场照相机42的视场轴40a倾斜的角度得以按以下的数学公式4被确定数学公式4C＝α·∑E(x，y)+β·Q式中α和β是重量值，E是在视场范围内聚集的光的总量，而Q是均匀性，也即在视场范围内亮度分布倒数值。
图6表示引入有如上述排布之第一和第二照明部件入射光的角度。
如图6所示，自第一照明部件31引入的入射光的交叉迹线31c与PCB33相遇，分别成形为一个圆；自第二照明部件32引入的入射光的交叉迹线32c与PCB33相遇，也成形为一个圆。迹线31c和32c的半径互不相同。
另外，第二照明部件32被排列成多排环形固定装置，用以放宽灯的下部环形固定装置的光的角度，从而使由其它相邻部件引起的光的干涉最小。
在上述照明情况下，从检查部件34辐射的反射光被反射光发射元件43的半透明反射镜431分成两部分。
分成的第一半反射光通过大视场全反射镜432和大视场透镜41a由大视场照相机41拍照。另一方面，另一半反射光通过第一和第二小视场全反射镜433和434及小视场透镜42a由小视场照相机42拍照。
图7表示接通/断开第一和第二照明部件31、32及控制本发明照明光学设备的控制机构的结构。
如上所述，电阻R1-R8分别串联于多个亮度开关LSW1-LSW8的固定元件a1-a8的一侧与固定元件b1-b8的另一侧之间，并且多个亮度开关LSW1-LSW7的固定元件a1-a7的一侧与电阻R1-R7的连接点分别与多个亮度开关LSW2-LSW8的操纵元件相连，从而形成亮度控制单元50。
亮度开关LSW1的操纵元件借助电源开关PSW接地。亮度开关LSW8的固定元件a8的一侧与电阻R8的连接点通过电阻R9连到电阻R10和三极管(Q)的基极，以使三极管(Q)的集电极通过电阻R11连到第一照明部件31，从而形成输出单元51。
将所有电阻R1-R8设定为如下不同的电阻值R1＝2R2＝4R3＝8R4＝16R5＝32R6＝64R7＝128R8。
控制第二照明部件32的接通/断开及亮度的控制机构的结构与控制第一照明部件31的接通/断开及亮度的控制机构的结构相同。
如此结构的本发明控制机构，在电源开关PSW接通电源，并且亮度开关LSW1-LSW8的操纵元件与固定元件a1-a8的一侧相连的情况下，加到晶体管(Q)基极的电压较低，以增大晶体管(Q)的发射极与基极之间的电压差，使大量的电流流到晶体管(Q)的集电极，以便接通第一和第二照明部件31和32的灯，非常明亮地照明检查部件34。
此外，在亮度开关LSW1-LSW8的操纵元件与固定元件b1-b8的另一侧相连的情况下，加到晶体管(Q)基极的电压足够高，以降低晶体管(Q)的发射极与基极之间的电压差，只使很少的电流流到晶体管(Q)的集电极，以便接通第一和第二照明部件31和32的灯，很暗地照明检查部件34。这时，电阻R1-R8的电阻值不同地设定如下R1＝2R2＝4R3＝8R4＝16R5＝32R6＝64R7＝128R8。随着选择地转动亮度开关LSW1-LSW8的操纵元件，可使第一和第二照明部件31和32的灯被控制在256个亮度级别，去照明检查部件34。
在用本发明的照明光学设备检查检查部件34时，第一照明部件31首先被接通，随着第二照明部件32的被断开，第一照明部件31照明部件34。这时，利用大视场照相机41和小视场照相机42拍照部件34，得到它的第一幅图象。
随后，接通第二照明部件32，随着第一照明部件31的被断开，第二照明部件32照明部件34。这时，利用大视场照相机41和小视场照相机42拍照部件34，得到它的第二幅图象。
如此得到的两幅图象，它们的明暗对于被焊接的部件和检查部件34的金属表面制成的电极部件是相反的，这样的图象被用于确定检查部件的安装和焊接情况。
换句话说，如图8所示，如果接通第一照明部件31，随着第二照明部件32被断开，它去照明检查部件34，则在倾斜面处形成的焊接带形部分由于光的反射特性而被表示为负区域(暗区)，同时，在水平面内形成的电极和衬垫的端部被表示为正区域(亮区)。
如图9所示，如果接通第二照明部件32，随着第一照明部件31被断开，它去照明检查部件34，则所述明暗相反，与图7所示的情况正相反。因此，在倾斜面处形成的焊接带形部分表示为正区域，同时，在水平面内形成的电极和衬垫的端部被表示为负区域。
随着得到上述两幅图象，已经被设计用于检查的各区域被用来确定检查部件34的安装和焊接情况。例如，可分开使用所示两幅图象，或者也可将通过从一幅图象减去另一幅图象或将一幅图象加到另一幅图象而得到的一幅图象用于检查检查部件34的安装和焊接情况。
产业上的应用如上所述，本发明照明光学设备的优点在于，本设备可以选择的方式控制水平照明或者竖直照明，按数字方法一致地设定照明亮度，并适当地将发光部件的入射光焦点安排得比视场大，以便通过有效地响应各种部件的尺寸，而提高照明亮度的均匀性，并且使检查速度个可靠性得到提高。另外，这种照明光学设备的优点还在于，本设备能够使从检查部件反射并入射于照相机的光量最大，同时，可适当控制各照明部件的照明角度，从而光量分布始终保持其最大值。
权利要求
1.一种用于检查印刷电路板焊接的照明光学设备，它包括固定部分，它的顶部形成一个水平面，而在它的侧面形成一个倾斜面；位于所述固定部分上部平面上的第一照明部件，用于照明检查附在PCB上的部件；位于所述固定部分的倾斜平面上的第二照明部件，用于照明检查部件，以得到图象，该图象的明暗与第一照明部件所得的明暗相反；控制机构，用于控制所述第一和第二照明部件的亮度以及电源的通断；位于所述固定部分上部平面上的光学部件，用于在所述控制机构的控制下按被第一和第二照明部件照明的检查部件的较大和较小视场拍照。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一照明部件具有多个灯，它们被排成多个环形固定装置，其间的直径不同，但高度相同，被安装得紧靠所述光学部件的拍照孔，所述光学部件形成于固定部分上。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二照明部件具有多个灯，排列成多个环形固定装置，其间的直径和高度不同。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，位于第二照明部件的最下端的多个成环形固定装置的灯被置于紧靠所述固定部分的倾斜面的下部。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，位于第二照明部件最上端的多个成环形固定装置的灯按一条直线与另一条直线之间至少成30°角定位，其中所述一条直线由多个排列在第一照明部件的最外部分的成环形固定装置的灯形成，所述第一照明部件连到位于标准高度处的检查部件的中心，而所述另一条直线由多个排列在第二照明部件的最上部分的成环形固定装置的灯形成，所述第二照明部件连到位于标准高度处的检查部件的中心。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，由第一和第二照明部件引出的入射光的交叉迹线与PCB相遇，它们分别形成多个圆，这些迹线的直径互不相同。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一照明部件具有多个灯，它们被排成多个环形固定装置，其间的直径不同，但高度相同，被安装得紧靠所述光学部件的拍照孔，所述光学部件形成于固定部分上。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第二照明部件具有多个灯，排列成多个环形固定装置，其间的直径和高度不同。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，位于第二照明部件的最下端的多个成环形固定装置的灯被置于紧靠所述固定部分的倾斜面的下部。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，位于第二照明部件最上端的多个成环形固定装置的灯按一条直线与另一条直线之间至少成30°角定位，其中所述一条直线由多个排列在第一照明部件的最外部分的成环形固定装置的灯形成，所述第一照明部件连到位于标准高度处的检查部件的中心，而所述另一条直线由多个排列在第二照明部件的最上部分的成环形固定装置的灯形成，所述第二照明部件连到位于标准高度处的检查部件的中心。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制机构包括电源开关；亮度控制单元，通过转动多个亮度开关而改变电阻值；输出单元，在接通电源开关的情况下，根据亮度控制单元的电阻值输出电流，并将其加给所述第一和第二照明部件。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述亮度控制单元通过转动多个亮度开关改变256个等级的电阻值。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学部件包括反射光发射元件，它半反射并输出被检查部件所反射的光；大视场和小视场照相机，它们分别拍照由所述反射光发射元件半反的反射光；以及大视场和小视场透镜，它们分别装配于所述大视场和小视场照相机前面，用于相应地控制拟由大视场和小视场照相机拍照的视场尺寸。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述半透明反射镜和小视场第一全反射镜均由三棱镜制成，而大视场全反射镜和小视场第二全反射镜由平面反射镜制成。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括光轴控制机构，用于确定第一和第二照明部件的光轴，以使从所述检查部件反射再入射到照相机的光量最大，并使在视场范围内反射光的均匀性最大，所述光轴控制机构按数学公式1、2和4受到操纵。
全文摘要
用于检查印刷电路板焊接的照明光学设备,包括:固定部分,其顶部形成水平面,而其侧面形成一个倾斜面;位于固定部分上部平面上的第一照明部件,用于照明检查附在PCB上的部件;位于固定部分的倾斜平面上的第二照明部件,用于照明检查部件,以得到图象,该图象的明暗与第一照明部件所得的明暗相反;控制机构,用于控制所述第一和第二照明部件的亮度以及电源的通断;位于固定部分上部平面上的光学部件,用于在控制机构的控制下按被第一和第二照明部件照明的检查部件的较大和较小的视场拍照,从而根据部件的尺寸以足够的视场均匀地照明和拍照,自动地检查表面安装设备的印刷电路板表面上各电子部件的安装和焊接情况。
文档编号G01N21/88GK1322297SQ99811780
公开日2001年11月14日 申请日期1999年8月27日 优先权日1998年8月27日
发明者金在善 申请人:三星电子株式会社