Устройство для контроля печатных плат Советский патент 1991 года по МПК G01N21/88 

Ё

Изобретение относится к оптическим устройствам для автоматизированного контроля дефектов поверхности в областях техники, где необходимо исследование микрообъектов. Оно позволяет производить контроль дефектов печатных плат путем сравнения с платой-эталоном. Устройство содержит осветитель прямого и косого освещения, световод, диафрагму, конденсатор, координатный стол, объектив, ПЗС-линейку. Конденсатор и зеркало выполнены в виде идентичных параболоцилиндрических отражателей Образующие их поверхностей параллельны ПЗС-линейке. Фокусы парабол совмещены с источником света, с плоскостью предметов объектива. Объектив установлен против осветителя наклонно к поверхности координатного стола. 2 ил.

Изобретение относится к оптическим системам для автоматизированного контроля дефектов поверхности и может быть использовано, в частности, а производстве печатных плат, а также в других областях техники, где необходимо исследование поверхности микрообъектов.

Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик устройства, например повышение КПД, при одновременном упрощении конструкции.

На фиг.1 изображено устройство для контроля печатных плат1 на фиг.2 - оптическая схема устройства

Устройство содержит осветитель, включающий протяженный источник 1 света, конденсор 2, диафрагму 3 с двумя прямоугольными отверстиями и, двухзеркальный световод 4, пзраболоцилиндрический отражатель 5 с прямоугольным отверстием, координатный стол 6, объектив 7 и ПЗС-линейку 8.

Устройство работает следующим образом.

В направлении сканирования координатного стола источник 1 света с помощью конденсатора 2 изображается в бесконечность. Отраженный от поверхности параболы свет направляется через диафрагму 3 и световод 4 на отражатель 5. Отраженный от поверхности отражателя 5 свет собирается на объекте, установленном на координатном столе 6, в плоскости предметов объектива 7. Одновременно отражатель 5 проецирует изображение источника 1 света из бесконечности в свою фокальную плоскость, совмещенную с плоскостью предметов объектива 7. Отраженный от поверхности

ON Ю СА) -N О СА)

объекта свет проходит через отверстие в отражателе 5 и собирается объективом 7 на поверхности ПЗС-линейки 8. Одновременно объектив 7 проецирует изображение поверхности предмета в плоскость ПЗС-линейки 8. Если отверстие диафрагмы 3 расположено в центре, то на отражатель 5 попадают лучи, соответствующие углу наклона объектива 7 к поверхности контролируемого предмета. После отражения от поверхности отражателя 5 свет идет под углом а к нормали поверхности контролируемого объекта, равном углу наклона объектива к нормали этой поверхности, т.е. имеет место прямое освещение поверхности предмета. Если центральная часть закрыта, т.е. два отверстия диафрагмы 3 расположены в периферийной части осветителя, то на отражатель 5 падают лучи, имеющие после отражателя 5 углы наклона к нормали контролируемой поверхности, отличные от угла наклона к нормали этой поверхности объектива 7, т.е. имеет место косое освещение поверхности предмета. Для получения смешанного освещения диафрагма выводится из хода лучей.

В направлении фотоэлектрического сканирования свет от источника 1 направляется конденсором 2 через диафрагму З в световод 4. Прошедший через диафрагму 3 свет после многократного отражения на зеркалах световода 4 направляется на поверхность отражателя 5, После отражения от плоской поверхности отражателя 5 свет попадает на поверхность контролируемого предмета, установленного на координатном столе 6. Отраженный от предмета свет проходит через отверстие в отражателе 5 и направляется в объектив 7. Объектив 7 собирает отраженный от поверхности объекта свет и направляет его на поверхность ПЗС- линейки 8. Одновременно объектив 7 строит изображение поверхности предмета в плоскости ПЗС-линейки 8. В результате сложения двух ортогональных составляющих светового потока, прошедшего через осветитель, на поверхности объекта формируется изображение источника 1 в виде светящейся полосы, ориентированной вдоль ПЗС-линейки, с высокой равномерностью освещенности по всей длине.

Максимальная освещенность в плоскости предметов объектива 7 достигается, когда угол наклона а объектива к нормали контролируемой поверхности равен его апертурному углу. Это вытекает из следующих соображений. Выходная апертура осветителя прямого освещения и входная апертура объектива 7 должны быть согласованы, кроме того, для получения прямоугольного освещения необходимо, чтобы центральная часть светового пучка (фиг.1) после отражения от поверхности отражателя 5 и поверхности предмета попадала в отверстие отражателя б, а затем в объектив 7. Указанные условия обеспечиваются только в том случае, если угол между оптической осью осветителя и нормалью к поверхности

координатного стола равен апертурному углу объектива.

При малых значениях этого угла часть света срезается отверстием параболоци- линдрического отражателя. При больших углах будет нерезким изображение на краях поля зрения объектива. Кроме того, в этом случае появляется тень от проводников печатной платы, имеющих рельеф поверхности. Поэтому оптимальным с точки зрения

максимальной освещенности и резкости изображения является угол а, равный апертурному углу о-бъектива.

Считывание информации с поверхности контролируемого объекта осуществляется

за счет перемещения координатного стола и фотоэлектрического сканирования с помощью ПЗС-линейки.

Изменение шага при сканировании осуществляется перемещением каретки координатного стола.

Устройство имеет следующие характеристики: увеличение объектива 0,2-4, линейное поле зрения 120-27 мм, размер засвечиваемого поля в плоскости предметов 2x120 мм, неравномерность освещенности в плоскости предметов 5%, КПД осветителя 10%, что в 2 раза больше по сравнению с известными. Кроме того, устройство имеет более простую конструкцию,

так как из его осветителя исключены два источника света и два световода, упрощено устройство переключения способов освещения.

Формула изобретения

Устройство для контроля печатных плат, содержащее осветитель прямого и косого освещения, включающий источник света, конденсор, световод, диафрагму и зеркало, а также координатный стол с держателем образцов, объектив, плоскость предметов которого совмещена с держателем образцов, и ПЗС-линейку, установленную в плоскости изображения объектива,

отличающееся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик при одновременном упрощении конструкции устройства, конденсор и зеркало выполнены в виде идентичных параболоцилиндрических отражателей, установленных так, что образующие цилиндрических поверхностей параллельны ПЗС- линейке, фокус одного из параболических отражателей совмещен с источником света, а второго параболического отражателя - с держателем образца, причем во втором отражателе в месте пересечения его поверхности с оптической осью объектива выполнено отверстие, световод выполнен в виде двух плоских зеркал, установленных

между отражателями, диафрагма выполнена в виде непрозрачного экрана с двумя прямоугольными окнами, параллельными образующей отражателей, установленного после конденссфа внутри световода с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном к образующим, а осветитель и объектив установлены под углом к нормали поверхности координатного стола, равным апертурному углу объектива.

8

Фиг

фиг. 2