SE456194B - Avsokningsanordning - Google Patents

Description

456 194 . 10 15 20 25 30 35 2 ningsanordning som såväl tekniskt som ekonomiskt är väl ägnad för användning i avsökningssystem av ovan inledningsvis angivna slag. Dessa är emellertid enbart exempel på användningsom- råden, varför avsökningsanordningen enligt uppfinningen icke får anses vara begränsad härtill utan den är väl lämpad som så kallad linjescanner för alla användningsområden som kräver stor upplösning. Med en vidareutveckling av avsökningsanord- ningen enligt uppfinningen kan med elektroniska hjälpmedel sålunda enskilda detaljer i synfältet positionsbestämmas ge- nom att delar av det reflekterade ljusknippet utnyttjas som referens- eller klockstråle, vilken exempelvis bringas att svepa över en i distinkta referensfält uppdelad skala, där varje sådant fält ger upphov till en signal som indikerar av- sökningsstrålens exakta position, vilken även kan jämföras med information som tidigare lagrats i ett minne. Elektro- niska kretsar för utvärdering av de optískt erhållna avsök- ningsvärdena är kända från exempelvis svenska patenten 405 050, 409 467 och 412 966. 7 forskningsrapport Li1H-ISY-I-264 med titeln "A System for Automatic Visual inspection of Printed Circuit Boards" för- Sådana är likaledes beskrivna i en fattad av D. Antonsson m.fl., Universitetet i Linköping 1979-01-16.

Exemplifierande utföringsformer av uppfinningen Avsökningsanordningen enligt uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj nedan med utgångspunkt från en tidigare föreslagen anordning och under hänvisning till bifogade rit- ningar, där fig. 1 visar principen för en tidigare föreslagen av- sökningsanordníng, fig. 2 visar en sidovy av strålgângen i en ut- föringsform av avsökníngsanordningen enligt uppfinningen, fig. 3 visar en toppvy av den i fig. 2 åskådliggjorda avsökningsanordningen och fig. 4 och 5 visar vyer motsvarande fig. Z resp. 3 av en föredragen utföringsform av avsökningsanordningen enligt uppfinningen, varvid Fig.4 schematiskt antyder uppfinningens användning i samband med mösnterkortskontroll. 10 15 20 25 30 35 456 194 3 I fig. 1 åskådliggöra principen för strålgången i en föreslagen avsökningsanordning, som schematiskt visas för av- syning av mönsterkort K. Som ljuskälla 1 användes en laser- anordning, vars avgivna ljusstråle L1 belyser en spridnings- lins 2 för att efter en kollímatorlins 3 och en snedställd spegel 6 som ett brett parallellt ljusknippe L2 belysa en roterande polygonspegel 4. Spegeln 4 har i den här visade utföringsformen tolv spegelsegment varigenom den reflekter- ande strålen L3 på känt sätt kommer att erhålla en sveprör- else då spegeln 4 roterar. Den reflekterade, svepande strålen L3 består i huvudsak av samma parallella strålgång som ljus- knippet L2 och är riktad mot en f-B-lins 5. Denna lins 5 h0p_ bryter den svepande strålen L3 till en punkt P, vilken kommer att röra sig utefter en linje L över mönsterkortet K. Mönster- kortet K är i sin tur stegmatat i pilens D riktning varigenom kretskortets hela yta är avsökbar medelst upprepad svepning av strålen L3.

Med den föreslagna avsökníngsanordningen avses att undersöka lägena för eventuella öppningar i mönsterkortet K.

Vid en sådan öppning passerar strålen L3 genom mönsterkortet K och uppfångas av en under detta anordnad ljusmottagare bestående av en fiberoptik 8 och en fotomultiplikator 9. För uppnående av korrekt positionsbestämning får strålen L3 pas- sera ett stråluppdelande prisma 7, som har ett transmis- sions/reflexionsförhållande av 90/10 %. Den reflekterade strålen L5 avsätter därvid en ljuspunkt Q på en klockpuls- skala 11, som via fiberoptikä och fotomultiplikatororganen 11' alstrar en elektrisk referenssignal. En elektrisk signal från fotomultiplikatorn 9 påvisar en öppning i mönsterkortet K och läget för denna Öppning bestämmes medelst det läge som punkten Q vid detta.tillfälle intar på klockpulsskalan 11.

Såsom redan angivits i íngressen till denna beskriv- ning uppvisar en känd anordning av detta slag en del besvär- ande nackdelar. Ett väsentligt ändamål med den Föreliggande uppfinningen är att undanröja dessa nackdelar och speciellt att minimera ytan hos den avsökande ljuspunkten P, så att 456 194 10 15 20 25 30 35 4 exempelvis ytterst små brott i ledarna på mönsterkortet K, vilka brott kan ha förödande verkan för kretsfunktionen, blir avkännbara.

För att uppnå en förbättrad avsökningsanordning har det befunnits att såväl den avgivna ljusstrålen L1 som den reflekterande ljusstrålen L3 skall passera f-9-linsen 5. Det är sålunda ett faktum som år grundläggande för den förelig- gande uppfínningen,vilken sedan kan förverkligas på olika sätt.

En avsökningsanordning'enligt uppfinningen varmed man i praktiken lätt uppnår små diametrar för punkten P återges i fig. 2 och 3. I denna utföringsform av uppfinningen är ljuskällan 1 anordnad så att dess avgivna ljusstråle L1 är parallell med den mot f-Q-linsen 5 riktade divergerande strålen L2. Den divergerande strålen L2 inmatas centralt på F-9-linsen 5, som likaledes avger det.bildade parallella strålknippet centralt mot den roterande spegeln 4.

Det av den roterande spegeln 4 reflekterade parallella strålknippet kommer därvid givetvis likaledes att införas centralt mot f-G-linsen 5. För att uppnå en effektiv svep- stråle L3, vars punkt P skall svepa över bildplanet K, har ett stråluppdelande prisma 7 anordnats i strålgången för så- väl den mot f-ä-linsen 5 inmatade dívergerande strålen L2 som för den därifrån utmatade svepstrålen L3. Det strålupp- delande prismat 7 är därvid utfört av två mot varandra lim- made trekantsprismor, som exempelvis uppvisar etttransmis- sions/reflexionsförhållande av 50/5 %. Den inmatade diver- gerande strålen L2 kommer således att till 50 % reflekteras (uppåt enligt fig. 2) och till 50 % passera genom f-8-linsen 5.

Den reflekterade delen utnyttjas ej. På motsvarande sätt kommer den från f-8-linsen avgivna svepstrålen L3 att reflek- teras (nedåt enligt fig. 2) till 50 % och passera rakt fram till S0 %. som här fått behålla hänvisningsbeteckningen L3 medan den Härvid utnyttjas emellertid den reflekterade delen,. genom prismat passerade stråldelen är outnyttjad. n 10 15 20 25 30 35 45-6 1 94 S Den utnyttjade delen av svepstrâlen L3 går sålunda vinkelrätt ned mot bildplanet där den bildade punkten P sveper fram över exempelvis ett mönsterkort K, som skall avsynas.

För att kunna utvärdera mönsterkortets K status utnyttjas en från detta reflekterad mätstràle LH. mätstràlen L4 måste dess reflexion ske bort från svepstrålen För att kunna utvärdera L3, vilket har anordnats genom att mönsterkortets K yta bildar vinkel med den infallande svepstrálens L3 linje. Mätstrålen LN uppfångas på tidigare föreslaget sätt av en fiberoptik 8, vilken är kopplad till en fotocell, fotomultiplikator eller fotodiod 9 för erhållande av elektriska ärvärden vilkakan matas till en dator (ej visad).

För att datorn även skall erhålla aktuellt börvärde har ett ytterligare stråluppdelande prisma 10 införts, nämligen i strâlgângen för den del av svepstràlen L3 som utnyttjas.

Detta ytterligare strâluppdelande prisma 10 utgörs liksom tidigare angivet stråluppdelande prisma 7 av två mot varandra limmade trekantprismor. Dessa prismor har ett transmissions/- % eftersom det är reflexionsförhållande av exempelvis 90/10 önskvärt att utnyttja största möjliga ljusmängd som svepstråle L3 för erhållande av en mätbar mätstråle LH medan den avböjda referensstrålen LS icke behöver vara särskilt ljusstark för erhållande av en positionsbestämmande referenssignal.

Den positionsbestämmande referenssignalen erhålles på tidigare föreslaget sätt genom att den avböjda referens- strålen L5 får infalla mot en klockpulsskala 11, som är upp- delad i olika fält över vilken referensstrålen L5 sveper. Genom att hela tiden låta en dator registrera referensstrålens L5 läge på klockpulsskalan 11 erhålles en möjlighet att bestämma den exakta positionen för svepstrålens L3 på mönsterkortet K.

Sålunda kan elektriska signaler, som motsvarar strålarna LH och L5, matas till en dator (ej visad) och resulterande ut- signal från datorn kan därefter utnyttjas på önskat sätt.

Detta utgör dock ej någon del av den föreliggande uppfin- ningen och kommer därför icke att redovisas närmare här.

För att erhålla full symmetri hos samtliga strål- gångar och därmed motverka icke önskvärd sfärisk aberration 456 10 15 20 25 30 35 194 6 kan ett kompensationsprísma 12 inläggas i strålgången mellan spridningslinsen 2 och det stråluppdelande prismat 7. Strål- matningen till spridningslinsen 2 från ljuskällan 1 sker via två speglar 13, 14.

Vid försök med den i fig. 2 och 3 visade utförings- formen har som ljuskälla använts en He-Ne-laser med 6mW effekt för avsökning av kretskort. Den därvid använda roterande spegeln hade en radie av 100 mm och tio spegelytor. Sveplinjens längd för såväl punkten P som referensstrålens L5 punkt Q uppgick till 500 mm medan mönsterkortet K frammatades stegvis. Ett synnerligen gott avsyningsresultat erhölls, varvid datorns utsig- naler utnyttjades för testprotokoll via en dator. Punkternas P, Q diametrar var ungefär 18 u.

För att nedbringa den erforderliga optiken för den ovan i samband med fig. 2 och 3 diskuterade utföringsformen utan att ändå göra något större avkall på noggrannheten hos avsöknings- anordningen kan en modifierad utföringsform enligt fig. á och 5 komma till användning. Genom den enklare optiken ned- bringas tillverkningskostnaden, men ändå kan diametern för punkterna P, Q hållas på 18 - 20 u.

Liksom vid utföringsformen enligt fig. 2 och 3 anordnas ljuskällan 1 så attavgiven ljusstråle L1 är parallell med den optiska axeln A för f-O-linsen 5. Till skillnad från anord- ningen enligt fig. 2 och.3 är speglarna 13, 1U i den modifiera- de utföringsformen så avvinklade att ljussträlen L2 bildar en spetsig vinkel a mot axeln A. Härigenom kommer den i det stråluppdelande prismat 7 infallande ljusstrâlen L2 att vara något förskjuten från centrum, vilket även gäller det på den roterande spegeln U projicerade parallella strålkníppet.

Det från den roterande spegeln 4 reflekterade parallella strål- knippet, som hopbrytes av f-6-linsen 5, kommer att uppdelas i en svepstråle L3 och en referensstråle L5 av det strålupp- delande prismat 7. Sålunda utnyttjas i denna modifierade ut- föringsform både den passerande ochdenreflekterade delen av det från den roterande spegeln 4 reflekterade strålknippet.

Transmissions/reflexionsförhållandet för det stràluppdelande prismat 7 väljes härvid lämpligen att vara 50/50 % fl 10 15 20 456 194 E Genom att ljusstrålen L2 bildar vinkeln a med den optiska axeln A kommer även referensstrålen L5 att bilda samma vinkel med axeln A, men på motsatt sida om axeln A.

Klockpulsskalan 11 kan sålunda anordnas i omedelbar närhet av axeln A. I fig. 4 antyds klockpulsskalans 11 fältuppdelning.

På samma sätt som LS vardera bildar vinkeln den reflekterade delen av ljusstrâlen L2 och referensstrålen u med den optiska axeln A kommer svepstrålen L3 att bilda motsvarande vinkel mot en axel gående vinkelrätt mot axeln A. Om mönster- kortet K förskjutes utmed en bana som är parallell med axeln A erhålles därför automatiskt en med vinkeln a reflekterad mät- stràle LU till fiberoptiken 8 och fotodioden 9.

Den modifierade utföringsformen enligt fig. 4 och 5 har i övrigt samma funktion som den utföringsform som disku- terades i samband med fig. 2 och 3. Även om vissa föredragna utföringsformer beskrivits ovan i samband med bifogade ritningar så får detta ej anses begränsa uppfinningen eftersom olika modifieringar kan ut- föras utan att uppfinningstanken frångàs. Avsökningsanordningen har till viss del exemplifierats genom att vara applicerad på ett förfarande för avsyning av mönsterkort, men den är avsedd att kunna användas för alla avsökningsändamàl där stor nog- grannhet är av vikt.

Claims (6)

-456 194 J 10 15 ZÛ 25 30 35 PATENTKRAV

1. Avsökningsanordning med stor upplösningsförmåga för avsökning av bildplan (K) uppvisande små detaljer som skall detekteras, vilken avsökningsanordning omfattar en ljuskälla ~ (1) för utsändning av ett huvudsakligen parallellformat smalt ljuskníppe (L1) riktat mot en rörlig avsökningsspegel (4), varvid ljusknippet är anordnat att följa en optisk strålgång innefattande en spridningslins (2) och en positiv lins (5) för att som en ljuspunkt svepande avsöka bildplanet utmed en upprepad sveplinje (L), k ä n n n e t e c k n a d av att spridningslinsen (2) är anordnad vid en för den positiva lin- sen (5) och den rörliga avsökningsspegeln (ü) gemensam optisk axel (A), på vilken även en stråluppdelare (7) är anordnad, varvid stråluppdelaren (7) och den positiva linsen (5) är anordnade mellan spridningslinsen (2) och avsökningsspegeln (4) så att den positiva linsen (5) är anordnad mellan strålupp- delaren (7) och avsökningsspegeln (5) för att såväl mot avsök- ningsspegeln matat ljusknippe (L2) som därifrån återkastat ljusknippe (L3, LS) skall passera både den positiva linsen och stråluppdelaren, vilken stråluppdelare äranordnad att avleda det återkastade ljuset mot bildplanet (K).

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att spridningslínsen (2) är anordnad på den gemen- samma optiska axeln (A), varvid en referensstråluppdelare (10) är anordnad mellan nämnda stråluppdelare (7) och bildplanet (K) för att reflektera en del av det mot bildplanet riktade strålknippet (L3), vilket delstrålknippe är avsett som refe- rensstråle (L5), samt av att ett utjämningsprisma (12) är an- ordnat i strålgången mellan spridningslinsen (2) och nämnda stråluppdelare (7).

3. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att spridningslinsen (Z) är förskjuten från den gemensamma optiska axeln (A), varvid den mellan spridnings- linsen och den positiva linsen anordnade stråluppdelaren (7) , avger ett mot bildplanet (K) riktat sökstrålknippe (L3) och ett som referensstråle (L5) utnyttjat delstråleknippe, vilken F) referensstråle är förskjuten med samma värde från, men på 1D 15 456 194 9 motsatt sida om den gemensamma optiska axeln (A) relativt spridningslínsen (2).

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att från bildplanets (K) svep- (L4) är anordnad att svepa (8) omfattande optiska fib- rer, vars ljusöverföring på i och för sig känt sätt avkännes linje (L) reflekterad ljusstråle längs öppningen på en ljusledare medelst en fotoelektrisk detektor (9) för avgívande av dära pulser anordnade att matas till en till datorn matade emot svarande elektriska dator för jämförelse med motsvarande, re- ferenspulser alstrade av referensstrålen (L5).

5. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k- n a d av att referensstrålen (L5) är.anordnad att på i och för sig känt sätt svepa över den i distinkta fält uppdelade klockpulsskalan (11) för bestämning av lägena hos den från bildplanets (K) sveplinje (L) reflekterade ljusstrålen (Lä).

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att den positiva linsen (5) utgörs av en f-E-lins.