DE3347645C1

DE3347645C1 - Verfahren und Einrichtung zum opto-elektronischen Pruefen eines Flaechenmusters an einem Objekt

Info

Publication number: DE3347645C1
Application number: DE3347645A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Breunig; Knud Dr.-Ing. Overlach; Ludwig Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Pietzsch; Detlef Dr.-Ing. 7505 Ettlingen Senger
Original assignee: Dr-Ing Ludwig Pietzsch & Co 7505 Ettlingen De GmbH; Pietzsch Ludwig & Co GmbH; Dr-Ing Ludwig Pietzsch & Co 7505 Ettlingen GmbH
Current assignee: PIETZSCH AG 7505 ETTLINGEN DE
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1985-10-10
Also published as: JPS60215286A; IL73947A0; EP0149852A2; IL73947A; US4692943A; EP0149852A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum opto-elektronischen Prüfen eines Flächenmusters an einem Objekt mil den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

IZs ist ein Verfahren dieser Art zur Anwendung bei der Texiurauswertung von Materialproben bekannt (I I. Kazmierczak: »Erfassung und maschinelle Verarbeitung von Bilddaten«, Springer-Verlag/Wien, 1980, S. 246-249).

Bei einem anderen bekannten Bildverarbeilungs-Verfahren werden detektierte Bildpunkte wahlweise über das Meßfeld gesamtheitlich oder mit benachbarten Bildpunkten als Bildelemente ausgewertet (DE-Z Materialprüfung 21 (1979) Nr.5, Mai, S. 153-156).

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum optoelektronischen Vergleichen eines Gegenstandes mit einer Bezugsgröße in Form ausgewählter Punkte eines Musters werden Punkt für Punkt die Helligkeitswerte des Gegenstandes erfaßt und nach Summieren der ermittelten Werte mit der Bezugsgröße verglichen (DE-OS 30 38 392).

Mit einem anderen bekannten opto-elektronischen Prüfsystem für Leiterplatten (DE-OS 29 29 846) werden die Leiterplatten anhand musterspezifischer Prüfkriterien absolut, d. h. unter Vermeidung eines Vergleiches mit einer Referenzplatte od. dgl., mit Hilfe einer analogen Signalverarbeitung und daran angeschlossenen Fehlererkennungs-Schaltungen überprüft, deren Fehlermeldungen an ihren Ausgängen von einer Fehlerverwaltung übernommen werden. Die Fehlerverwaltung verknüpft die Fehlermeldungen mit örtlichen Koordinaten des Wcgmeßsystemcs eines X- V-Tisches und legt diese in einem Speicher bis zum vollkommenen Durchlauf der zu prüfenden Leiterplatte ab. Anschließend wird die Leiterplatte so verfahren, daß die Fehler mittels einer Betrachtungseinrichtung sichtbar gemacht werden.

Leiterplatten wurden und werden derzeit im wesentlichen visuell auf Defekte, Abweichungen od. dgl. überprüft. Dabei ist man vollständig auf die Zuverlässigkeit der überprüfenden Person angewiesen. Kleinste Fehler, die bei zunehmender Dichte der Bestückung von gedruckten Schaltungen od. dgl. auf Leiterplatten durchaus zu Störungen führen können, lassen sich visuell nur schwer erkennen. Darüberhinaus ist die visuelle Überprüfung zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Einrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, die insbesondere bei einer Leiterplattenprüfung eine schnelle Fehlererkennung sowohl großflächiger als auch kleinster Fehler bis zu Ausmaßen von wenigen μπι schnell und zuverlässig gewährleisten sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren nach der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.

In einem Verfahren nach der Erfindung werden in Echtzeit eine Mikroprüfung und eine Makroprüfung nebeneinander vorgenommen, wobei in der Mikroprüfung nicht ein üblicher Vergleich mit einem sehr hohe Speicherkapazität erfordernden Referenzbild sondern ein Vergleich des bearbeiteten Bildpunktes mit dem Ist-Bildpunkt erfolgt. In der Mikroprüfung lassen sich Abstands- und Abmessungsfehler kleinster Abmessungen bis zu wenigen μίτι erfassen. Großflächige, in der Mikroprüfung nicht erfaßte Fehler werden in der Makroprüfung in Echtzeit aufgespürt. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht dies, weil infolge der Reduzierung der Daten aufgrund des Mehrheitsentscheides der Vergleich jeweils der charakteristischen Bildfeldinformation mit der entsprechenden gespeicherten Information des Referenzbildes in sehr kurzer Zeit vonstatten geht. Außerdem ist der Speicherplatzbedarf bei dem Verfahren nach der Erfindung entscheidend reduziert.

In der Mikroprüfung wird vorzugsweise so gearbeitet, daß bei den Bildoperationen in der Mikroprüfung Bildpunkt für Bildpunkt jeweils in Abhängigkeit von den umgebenden Bildpunkten in den beiden Nachbarzeilen und in der gleichen Zeile schrittweise gesetzt oder gelöscht werden.

Insbesondere wird vorteilhaft so vorgegangen, daß bei den Bildoperationen zur Mikroprüfung die Reihenfolge »Dilatationen vor Erosionen« zur Abstandsprüfung der Abstände zwischen den einzelnen Leiterbahnen od. dgl. und die Reihenfolge »Erosionen vor Dilatationen« zur Abmessungsprüfung der Abmessungen von Leiterbahnen od. dgl. verwendet werden.

Auch bei maßlicher Korrektheit des überprüften Leiterbahnabschnittes kann bei der vergleichenden Mikroprüfung ein Restbild entstehen, das erfindungsgemäß einer Bildreinigung unterzogen wird, d. h. bei Korrektheit des überprüften Bildausschnittes ausgeschieden, bei Fehlerhaftigkeit dagegen als Fehlstelle klassifiziert wird.

Eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Aufnahmekamera zur zeilenweisen Aufnahme des Objektes, einem X-V-Tisch zur Unterstützung des Objektes, der ein relatives Verfahren des Objektes gegenüber der Aufnahmekamera zuläßt, und einem Bildverarbeilungsgerät ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Bildverarbeitungsgerät eine Mikroprüfeinheit und eine dazu parallel geschaltete Makroprüfeinheit umfaßt, die als Eingänge in digitale Signale umgewandelte Ausgangssignale der Aufnahmekamera erhalten.

Vorzugsweise enthält die Mikroprüfeinheit eine Anzahl von in Reihe geschalteten Bildverarbeitungseinheiten in zwei parallelgeschalteten Gruppen, wobei jede Bildverarbeitungseinheit der einen Gruppe für eine Dilatation mit nachfolgender Erosion eines jeden Bildpunktes zur Abstandsprüfung und jede Bildverarbeitungseinheit der zweiten Gruppe für eine Erosion mit nachfolgender Dilatation zur Abmessungsprüfung ausgelegt ist, außerdem einen Vergleichsbaustein, in dem aus den bearbeiteten Ausgangssignalen der Bildverarbeitungseinheiten und den unveränderten, aufgenommenen Bildsignalen die Differenz gebildet wird, und schließlich eine Bildreinigungseinheit zum Bearbeiten der Differenzsignale aus dem Vergleichsbaustein aufweist.

Gerätetechnisch wird dieses Konzept in besonders einfacher Weise dadurch verwirklicht, daß jede Bildvcrarbeitungseinheit drei Bildpunklumgebungsspeichcr je für eine von drei benachbarten Zeilen aufweist, von denen der erste drei Bildpunkte in einer Vorläuferzeile, der zweite drei Bildpunkte in einer aktuellen Zeile mit dem zu bearbeitenden Bildpunkt in der Mitte und der dritte drei Bildpunkte in einer Nachfolgerzeile speichert, und daß jeder Bildpunktumgebungsspeieher drei Ausgänge aufweist, die zu einem Verknüpfungsspeicher geführt sind, in welchem an dem zu bearbeitenden Bildpunkt in Abhängigkeit von den acht Umgebungs-Bildpunkten eine Bildoperation »Löschen« oder »Setzen« ausgeführt wird. Ferner weist jede Bildverarbeitungseinheit einen Verzögerungsbaustein zum Verzögern des aufgenommenen, unveränderten Bildsignals um einen

Zeitraum auf, der für die Bildpunktbearbeitung benötigt wird.

Vorteilhaft ist vorgesehen, daß dem zweiten BiIdpunktumgebungsspeicher ein erster Zeilenspeicher vorgeschaltet ist, welcher die Bildpunkte einer Zeile um einen Takt verzögert an den zweiten Bildpunklumgebungsspeicher übergibt, und daß dem ersten Bildumgebungsspeicher ein zweiter Zeilenspeicher vorgeschaltet ist, welcher die Bildpunkte einer Zeile um zwei Takte verzögert an den ersten Bildpunktumgebungsspeicher übergibt.

Ein Rechner kann für die Gesamtfehlererfassung und -Verwaltung sorgen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen entsprechend unter Schutz gestellt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 (1) bis (7) typische Mikrofehler in Leiterbahnen auf Leiterplatten und (8) bis (14) typische Makrofehler;

F i g. 2 eine perspektivische, vereinfachte Ansicht einer Anordnung mit einer Aufnahmekamera und einem X-Y-T\sch zur Unterstützung einer zu überprüfenden Leiterplatte;

Fig.3 eine Teildraufsicht auf eine zu überprüfende Leiterplatte mit Darstellung der Abmessungen eines in der Mikroprüfung zu überprüfenden Bildausschnitlcs und der Mikrobahnen, weiche beim Aufnehmen von der Aufnahmekamera nach F i g. 2 überfahremverden;

F i g. 4 ein Grundschema einer Einrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 5 ein detailliertes Schema der Einrichtung nach Fig. 4;

F i g. 6 die Darstellung einer Bausteinschaltung als Einzelheit aus Fig. 5;

F i g. 7 die schematische Darstellung einer Bildoperation bei der MikroÜberprüfung zur Bearbeitung eines Bildpunktes mit einer Bildverarbeitungseinheit gemäß F i g. 6 und

F i g. 8 den schaltungstechnischen Aufbau der Bildverarbeitungseinheit gemäß F i g. 6 im einzelnen.

Die Fehler bei Leiterplatten lassen sich generell in Mikrofehler und Makrofehler einteilen. Unter Mikrofehfern sind im folgenden solche Fehler verstanden, deren Ausmaße geringer als die minimal zugelassene Breite von Leiterbahnen und der minimal zugelassene Abstand dazwischen sind.

Unter Makrofehlern sind alle größeren Fehler als die Mikrofehler verstanden. Die zulässigen Maße für Mindestbreiten bei Leiterbahnen und Mindestabstände dazwischen liegen in der gleichen Größenordnung, nämlich in der Praxis zwischen 50 μπι und 100 μηι.

Die Mikrofehler lassen sich grundsätzlich in zwei Gruppen unterscheiden, nämlich eine Gruppe, in der die Kupferflächen der Leiterbahnen zu nahe aneinanderliegen, d. h. zu geringe Abstände haben, und eine andere Gruppe, in der die Kupferflächen in ihrem Verlauf zu dünn werden. Typische Mikrofehler sind in Fig. 1 (l)bis (7) dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 (1) eine Kurzschlußbrücke,

F i g. 1(2) Einschnürungen in Leiterbahnen,

Fig. 1(3) einen Versatzfehler beim Bohren einer Durchkontaktierung,

F i g. 1(4) einen Einschluß in einer Leiterbahn,

F i g. 1(5) einen Auswuchs aus einer Leiterbahn,

Fig. 1(6) eine Einlagerung zwischen zwei Leiterbahnen,

F i g. 1(7) einen Haarriß in einer Leiterbahn.

Makrofchler haben grundsätzlich ähnliche Konfiguration, jedoch größere Abmessungen als die Mikrofchler. Typische Makrofehler sind in F i g. 1(8) bis (14) dargestellt. Es zeigt

F i g. 1(8) eine Unterbrechung in einer Leiterbahn,
Fig. 1(9) eine Verengung einer Leiterbahn, wobei jedoch die stehenbleibende Wandstärke größer .*„„■„ ist,

F i g. 1(10) eine Verbreiterung,

Fig. 1(11) eine Verbindung bzw. Kurzschlußbrücke einer Breite in der G rößenordnung der Leiterbahnen,
Fig. 1(12) ein abgebrochenes Leiterbahnende,

F i g. 1 (13) großflächige Störstellen,
Fig. 1(14) eine Einlagerung, deren Abstände zu den benachbarten Leiterbahnen größer a_m,„ ist.
Die angegebenen Mindestmaße s„„_n, a_m;„, e_max, b_mai sind unmittelbar aus F i g. 1 heraus verständlich und deshalb nicht näher erläutert. Es sollen s_mm, a_mi„ von 80 μίτΐ; emax, b_max von 20% erfaßt werden.
Alle Fehler nach Fig. 1 sollen mit dem im folgenden beschriebenen Verfahren mit der Vorrichtung gemäiJ der Erfindung in kurzer Prüfzeit, d. h. bei einer Leiterplattengröße von 100 cm² ca. 10 bis 20 s je Leiterplatte, aufgefunden werden können.

Fi g. 2 zeigt eine Anordnung mit einem beweglichen Tisch 2, auf dem eine zu prüfende Leiterplatte 3 liegt.

Über dem Tisch 2 ist an einer Traverse 4 eine CCD-Kamera (Charge Coupled Device) in X-Richtung beweglich angeordnet. Der Tisch ist in ± V-Richtung an der Traverse 4 verfahrbar. Statt einer CCD-Kamera könnte auch eine übliche Video-Kamera Verwendung finden.

Neben der Aufnahmekamera 5 ist eine Beleuchtungsvorrichtung 6 angeordnet, die mit der Kamera an der Traverse 4 verfahrbar ist. Die CCD-Aufnahmekamera nimmt eine Zeile 7 auf der Leiterplatte auf, wenn diese in V-Richtung unter ihr vorbeifährt. Die Belichtungszeit der Aufnahmekamera wird getaktet und liegt bei maximal 200 μ5 bei 5 bis 10 μπι Auflösung und 50 mm/s Vorschub des Tisches in K-Richlung. Die CCD-Kamera verfügt über eine Sensorzeile mit insgesamt 1024 Halbleitersensoren, die gleichzeitig während der Belichtungszeit belichtet werden und die Videosignale seriell an einen Ausgang übergibt.

Die Datenrate je Sensor beträgt dabei 10 MHz gepulst für ca. 100 μβ. Auf der zu prüfenden Leiterplatte 3 sind mit 8 die Abtastbahnen angedeutet, die von der CCD-Kamera überstrichen werden, wobei deutlich wird, daß eine X-Bewegung jeweils am Ende einer solchen Abtastbahn erfolgt.

Anstalt des Tisches 2 kann auch die Traverse 4 in ± V-Richtung bewegt werden. Es kann auch die Aufnahmekamera 5 ortsfest sein und der Tisch 2 sowohl in A-als auch in V-Richtung gesteuert bewegbar sein.

In F i g. 3 ist anhand der Teildraufsicht auf die Oberfläche der Leiterplatte 3 gezeigt, wie mit der Aufnahmeanordnung nach F i g. 2 gearbeitet wird. Links oben in

^r>5 Fig.3 ist ein Bildfeld in 8 mal 8 Quadrate zu je 5 mal 5 μιτι aufgeteilt dargestellt. Ein Quadrat von 5 mal 5 μιτι entspricht einem Bildpunkt oder Pixel. Die senkrechte Anordnung von 1024 Bildpunkten wird zu einem Belichtungszeitpunkt mit der Aufnahmekamera 5 aufgenommen. Das Bildfeld mit den 8 mal 8 Quadraten hat eine Abmessung von 40 mal 40 μηι. Die Breite einer Mikrobahn 8 entspricht infolgedessen 5 mal 1024 Quadraten einer Länge von je 5 μ, d.h. 5120 μΐη. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die X-Bewegung der Aufnahmekamera gemäß Fig. 2 nur einer Länge von 1000 Quadraten oder Biklelcmcntcn, d. h. 5000 μπι (= 5 mm) entspricht. I Heraus ergibt sich die in Fig.3 dargestellte Überlappung der einzelnen Bahnen 8. Aufgrund dieser Überlappung

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wird gewährleistet, daß jeder Teil der Leiterplatte mit Sicherheit überprüft wird. Bei der im folgenden näher geschilderten Makroprüfung werden die in einem Bildfeld der Länge 40 mal 40 μιτι, wie es links oben in F i g. 3 gezeichnet ist, vorhandenen 64 Bildinformationen auf eine einzige Bildinformation reduziert.

F i g. 4 zeigt ein funktionellesGrundschema einer Einrichtung zum opto-elektronischen Prüfen einer Leiterplatte oder eines anderen flächenhaften Gebildes, das mit einem zu prüfenden Muster versehen ist.

Die in Fig.2 gezeigte Aufnahmeanordnung ist in F i g. 4 durch einen Kasten 20 dargestellt. Mit der Aufnahmeanordnung 20 aufgenommene Bild- oder Videosignale werden gleichzeitig einer Mikroprüfeinheit 22 und einer Makroprüfeinheit 24 zugeführt, die beide durch gestrichelte Kästen in F i g. 4 umrahmt sind.

Inder Mikroprüfeinheit findet eine Mikroprüfungder liildclcmcnlc mit einer Größe von 5 mal 5μηι gemäß Cig.3 Bildpunkt für Bildpunkl statt, wobei dies durch einen Kasten 25 angedeutet ist. Dabei werden gleichzeitig in einer Abstandsprüfeinhcit 26 und in einer Breitenprüfeinheit 28 Abstandsfeder und Breiten- bzw. AbmcssungsTehler einer Größe zwischen 10 und ΙΟΟμπι durch einen Vergleich Bildpunkt für Bildpunkt durch Differenzbildung mit entsprechenden Refcrenz-Bildpunkten verglichen. Das sich ergebende Restbild wird in einer Bildreinigungseinheil 30 »gereinigt«, d. h. daraufhin überprüft, ob es einen »echten« Fehler repräsentiert oder nur aus verfahrensbedingten Abweichungen entstanden ist, ohne daß die Abstände oder Breiten über das zulässige Maß von den entsprechenden Sollwerten abweichen.

In der Makroprüfeinheit 24 wird das jeweils für ein 40 mal 40 μΓη-Bildfeld reduzierte Einzelbildsignal einer Makroprüfung unterzogen, was durch einen Kasten 31 angedeutet ist. Dabei wird in einem Vergleicher 32 ein direkter Vergleich mit entsprechender Referenz-Bildinformation angestellt und dadurch eine Aussage über Fehler in der Größenordnung von größer ΙΟΟμπι gewonnen. Gleichzeitig kann die gewonnene Bildinformalion wahlweise einer sogenannten »Geometrieprüfung« in einer Geometrieprüfeinheit 34 unterzogen werden, wobei geometrische Kriterien über den Verlauf (z. B. den Gradientenverlauf, die Gradlinigkeit oder dergleichen) herangezogen werden, um den korrekten geometrischen Verlauf einer Leiterbahn zu überprüfen. Falls in den Einheiten 26,28 der Mikroprüfeinheit 22 keine verläßliche Aussage über den Fehler gewonnen worden ist, kann über eine Signalflußleitung 36 ein entsprechendes Signal aus den Einheiten 26,28 in die Geometrieprüfeinheit 34 eingegeben werden.

Schließlich wird in einer Kontrolleinheit 38 eine Kontrolle vorgenommen. Die Endresultate aus der Mikroprüfeinheit 22 und der Makroprüfeinheit 24 werden einer gemeinsamen Gesamtfehlererfassung 40, z. B. in Form eines Rechners, mit nachgeschalteter Ausgabe-/Anzeigeeinheit 42 zugeführt.

F i g. 5 zeigt ein detaillierteres Schema als F i g. 4, aus dem bereits das gerätetechnische Konzept einer Einrichtung zum opto-elektronischen Prüfen einer Leiterplatte oder eines anderen Flächenmusters aufscheint.

Im Prinzip folgt der Aufbau des Schemas nach F i g. 5 demjenigen nach Fig.4. Es sind folglich, wo möglich, gleiche Bezugszeichen wie in F i g. 4 verwendet.

In dem links dargestellten Aufnahmeteil der Einrichtung gibt die CCD-Kamera 5 Video-Steuersignale und Videobinärsignale an eine Video-Bus-Steuerung 10 ab, die über digitale Videobusse mit den nachgeschalteten Bausteinen der Mikroprüfeinheit 22 und der Makroprüfeinheit 24 sowie dem Rechner 40 in Verbindung steht. Dieser Rechner ist seinerseits in einen Daten-Bus 15 eingeschaltet, der für die Koordination der Fehlerbearbeitung, der Fehlermarkierung im Bild, der Fehlerzusammenfassung, den Datentransfer und die Bedienerkommunikation zuständig ist.

Zwischen beweglichem Tisch und CCD-Kamera 5 ist ein Interface 11 eingebaut, daß ebenso wie die Kamera 5 κ, und die Video-Bussteuerung 10 an den Daten-Bus angeschlossen ist. Zusätzlich kann eine TV-Kamera 12 mit einem Monitor 13 vorgesehen sein. Ferner kann eine TV-Anzeige 14 an die Video-Bussteuerung 10 angeschlossen sein.

Die Abstandsprüfeinheit 26 und die Abmessungs-Prüfeinheit 28 sind über digitale Video-Busse an die Video-Bussteuerung 10 angeschlossen. Jede Einheit 26, 28 enthält 8 Bildvciaibeitungseinhciien 23, die in Reihe geschaltet sind und alle gleich entsprechend der nachl'olgcndcn Erläuterung anhand Fig. 8 aufgebaut sind. Diese Hildverarbcitung.scinheilen liefern je ein Au.sgangs.signal an einen Multiplexer 27. Im einzelnen ist dies der größeren Klarheil halber nochmals in F^: i g. 6 dargestellt, jeder Multiplexer 27 hai einen Eingang 29 vom Rechner 40, über den die Auswahl der Bildoperationen eingespeist wird. Im Multiplexer 27 werden aus den Bildsignalen, die aus den Bildverarbeitungseinheiten 23 empfangen werden, aus den bearbeiteten Bildsignalen V, und den unveränderten, aufgenommenen Bildsignalen Vorig(s. Fig. 8) Differenzbildsignale erzeugt. Diese Differenzbildsignale werden jeweils einer gleich aufgebauten Bildreinigungseinheit 30 zugeführt, in der außer einer Bildreinigung eine Bildauswertung, Berechnung und Übergabe der Fehlerkoordinaten X, ^stattfindet, wie in F i g. 5 angedeutet ist.

Zur Makroprüfung werden die von der Video-Bussteuerung 10 ausgehenden Videosignale einer Grobrastereinheit 33 zugeführt, die mit einem temporären Speicher 35 für n— 1 Scanbahnen im Dialog steht. Die Grobrastereinheit 33 steht mit einem Makrospeicher 37 zur Bearbeitung mehrerer Scanbahnen in Verbindung. Ein Referenzspeicher 39, der an eine Referen/.bildverwaltung 390 mit angeschlossenem Massenspeicher 391 für Referenz-Leiterplatten an dem Daten-Bus angeschlossen ist, enthält entsprechende Referenz-Bildinformationen.

Für die Makroprüfung werden die Ausgangssignale aus dem Makrospeicher 37 aus dem Referenzspeicher 39 in einem die Vergleichseinheit 32 und die Geometrieprüfeinheit 34 zusammenfassenden Baustein untersucht. Es schließt sich eine Makroauswerteinheit 38 zur Berechnung und Übergabe von Fehlerkoördinaten an den Rechner 40 an.

Zusätzlich sind an den Daten-Bus eine Monitor-/Bedienereinheit 401, ein Einstellspeicher 402 für Leiterplattendaten wie Formen und Toleranzen, ein Software-Baustein 403 für Fehleralgorithmen und ein Arbeitsspeicher 404 angeschlossen.

Im folgenden ist der Aufbau einer Verarbeitungseinheit 23 im einzelnen anhand der F i g. 8 erläutert. Vorab sei aber zur Erleichterung des Verständnisses anhand der F i g. 7 erläutert, wie mit einer Bildverarbeitungseinheit nach F i g. 8 gearbeitet wird.

Jede Bildverarbeitungseinheit 23 erhält nacheinander zeilenweise digitalisierte Videosignale für eine Vorläuferzeile a, eine aktuelle Zeile b und eine Nachfolgerzeile c. Es soll ein Bildpunkt in der aktuellen Zeile b bearbeitet werden, und zwar der Bildpunkt 46 gemäß Fig.7.

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Dann werden sämtliche ihn umgebende Bildpunkte 3u, 4a, 5a in der Vorläuferzeile a, die ihm in der gleichen Zeile benachbarten Punkte 36,56 und die in der Nachfolgerzeile liegenden Bildpunkte 3c, 4c, 5c zur Betrachtung herangezogen. Der Bildpunkt 46 wird dadurch bearbeitet, daß er einer Dilatation oder Erosion unterzogen wird. »Dilatieren« bedeutet, daß ein Bildbereich einer bestimmten Helligkeit dadurch verbreitert wird, daß der zu bearbeitende Bildpunkt auf die gleiche Helligkeit gesetzt wird, wenn mindestens einer seiner Nachbarn diese Helligkeit hat.

»Erodieren« bedeutet, daß man einen Bildbereich einer bestimmten Helligkeit dadurch schrumpfen läßt, daß der zu bearbeitende Bildpunkt aus diesem Helligkeitsbereich herausgenommen (gelöscht) wird, wenn mindestens einer seiner Nachbarn nicht die bestimmte Helligkeit hat.

Im einfachsten Fall genügt es, ausschließlich die Helligkeiten »Schwarz« und »Weiß« zu verwenden, so daß eine binäre Verarbeitung ausreichend ist.

Wendet man mehrfach eine solche Dilatation und eine entsprechende Anzahl von Erosionen an, so erhält man bei Anwendung der Reihenfolge Dilatationen gefolgt von einer gleichen Anzahl von Erosionen einen »Lochschließeffekt«, d. h. eine Erkennung von Rissen, Spalten, zu dichten Abständen und dgl. Man nennt diese Kombination aus Dilatation gefolgt von einer gleichen Anzahl von Erosionen eine »Fermature«. Wendet man die Reihenfolge Erosionen gefolgt von einer gleichen Anzahl von Dilatationen an, so erhält man einen »Lochöffnungseffekt«, d. h. eine Erkennung von Einschnürungen, zu dünnen Leiterbahnen und dgl. Eine solche Folge nennt man »Ouvertüre«.

Die eigentliche Erkennung wird erst durch ein Vergleichen des bei einer Fermature oder Ouvertüre erkannten Bildes mit dem zugehörigen Originalbild ermöglicht. Verfahrensbedingt ist das Ergebnis bei einer Fermature und einer Ouvertüre auch bei korrekten Abmessungen nicht notwendig gleich. Bei dem zum Vergleich erzeugten Differenzbild das im Falle korrekter Abmessungen verschwinden müßte, bleiben deshalb Reste stehen. Dies ist der Grund dafür, daß eine Bildreinigung auf jedes erhaltene Differenzbild angewendet werden muß. Die Bildreinigungseinheit 30 muß zwischen »unechten« Differenzbildern, — es liegt kein Fehler vor —,und »echten« Differenzbildern unterscheiden können. Als Klassifizierungskriterium kann z. B. dienen, daß die Restbild-Punktmenge im Restbild zusammenhängend in beiden Achsen-Richtungen einen bestimmten Grenzwert (z. B. größer zwei Bildpunklc in beiden Achsenrichtungen) übersteigt. In diesem Fall liegt ein echter Fehler vor.

Im folgenden ist der Aufbau einer Bildverarbeitungseinheit 23 im einzelnen gezeigt, mit dem je eine Bildoperation an einem Bildpunkt wie oben erläutert durchgeführt werden kann.

Die Bildverarbeitungseinheit 23 gemäß Fig. 8 hat drei Eingänge 50,51,52 für ein unverändertes digitales Videosignal Vorig, ein jeweils zu bearbeitendes Videosignal V, und ein Taktsignal »Clock«. Das Videosignal Vorig wird über einen Verzögerungsbaustein 49 entsprechend der Bearbeitungszeit des Signals V, verzögert. Das zu bearbeitende Videosignal V, wird einem ersten Zeilenspeicher 54 zugeführt. Dieser wird durch eine Taktadresse zu einer Verzögerung um einen Takt von einem Adresszähler 55 angesteuert, der das Taktsignal 52 als Eingangssignal erhält und von 0 bis 1023 entsprechend der Signalanzahl pro Sensorzeile der CCD-Kamera zählt. Der erste Zeilenspeicher 54 schiebt also die einer Bildzeile mit 1024 Bildpunkten entsprechenden Bildsignale nach Art eines Schieberegisters, jedoch um einen /.eileiuakl vorzögen, weiter. Der Ausgang des /.eilenspeichers 54 ist mit dem Eingang eines zweiten Zeilenspeichers 56 verbunden, der ebenfalls vom Adressz.ühler55 adressiert ist und folglich wiederum die empfangenen Bildsignale um einen Zeilenlakt verzögert, insgesamt also für eine zweimalige Verzögerung gegenüber den laufenden Werten V, sorgt. Es sind insgesamt drei Bildpunkt-Umgebungsspeicher 57, 58, 59 vorgesehen. Der erste Bildpunkt-Umgebungsspeicher 57 ist an den zweiten Zeilenspeicher 56 angeschlossen und speichert jeweils drei Bildpunkt-Umgebungspunkte der zweimal verzögerten Zeile, d. h. der Vorläuferzeile a. Der zweite Bildpunkt-Umgebungsspeicher ist an den ersten Zeilenspeicher 54 angeschlossen und speichert jeweils drei benachbarte Bildpunkte in der aktuellen Zeile 6. Der dritte Bildpunkt-Umgebungsspeicher 59 schließlich, der unmittelbar mit dem Eingang 51 in Verbindung steht, d. h. zu dem laufenden Signal V, gespeist wird, speichert drei benachbarte Bildpunkte in der Nachfolgerzeile c.
Alle drei Bildpunkt-Umgebungsspeicher 57, 58, 59 sind mit drei Ausgängen entsprechend den drei gespeicherten Bildpunkten an einen Verknüpfungsspeicher 60 angeschlossen, in dem die erläuterte Bildoperation an dem mittleren Punkt 46 durchgeführt wird. d. h. ein Signal gcscl'/t oder gelöscht wird. Der sich ergebende Ausgangswert wird über einen Puffer 61 an die nächste Bildverarbeitungseinheit 23 bzw. an den Multiplexer 27 gemäß F i g. 6 zur weiteren Bildbearbeitung, d. h. zur Differenzbildung aus V₂ und Vo_n^ übergeben.

Mit der beschriebenen Einrichtung lassen sich in Echtzeit die beschriebene Mikroprüfung(Untersuchung von Bildelementen einer Größe von 5 mal 5 μπι) und eine Makroprüfung (Untersuchung von Bildfeldern einer Größe von 40 mal 40 μΐπ) nebeneinander mit vergleichsweise großer Schnelligkeit durchführen. Ein Rechner ist für die Bildbearbeitung nicht notwendig erforderlich; es kann genügen, die sich bei der Makroprüfung und bei der Mikroprüfung ergebenden Ergebnisse einer X— /V-Koordinatenanzeige oder Registrierung zuzuführen. Zur Verwaltung und Verarbeitung der Fchler ist aber die Zusammenschaltung mit einem Rechner in der beschriebenen Weise sinnvoll.

Sollen häufig Leiterplatten unterschiedlicher Struktur untersucht werden, so ist es zweckmäßig, den Massenspeicher 391 jeweils neu im Teach-in-Verfahren mn Bildinformationen einer entsprechenden fehlerfreien Refcrcnz-Leiterplailc zu programmieren.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum opto-elektronischen Prüfen eines Flächenmusters an einem Objekt, insbesondere einer Leiterplatte, wobei das Flächenmuster Bildpunkt für Bildpunkt zeilenweise aufgenommen und eine Mikroprüfung dadurch vorgenommen wird, daß jeder Bildpunkt einer Folge von Bildoperationen mit einer Anzahl von Dilatationen gefolgt von einer gleichen Anzahl von Erosionen oder umgekehrt zur Herstellung eines Bezugshelligkeitswertes unterzogen wird und der Helligkeitswert des ursprünglich aufgenommenen Originalbildpunktes mit dem so gewonnenen Bezugshelligkeitswert des betreffenden Bildpunktes verglichen wird, dadurch gekennzeichnet,

— daß zusammen mit der Mikroprüfung eine Makroprüfung vorgenommen wird,

— indem die aufgenommenen unbearbeiteten Bildpunkte in Bildfeldern zusammengefaßt und durch Mehrheitsentscheid jeweils auf eine einzige, für das betreffende Bildfeld charakteristische Bildinformation »Hell« oder »Dunkel« reduziert werden,

— worauf jede Bildinformation mit der charakteristischen Bildinformation des korrespondierenden Referenz-Bildfeldes verglichen '

— und/oder die Menge der Bildfelder zu einer Geometrieüberprüfung herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Bildoperationen in der Mikroprüfung die Reihenfolge »Dilatationen vor Erosionen« zur Abstandprüfung der Abstände zwischen einzelnen Leiterbahnen od. dgl. und die Reihenfolge »Erosionen vor Dilatationen« zur Abmessungsprüfung der Abmessungen von Leiterbahnen od. dgl. verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Vergleich bei der Mikroprüfung gewonnenes Restbild einer Bildreinigung unterzogen wird.

4. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Aufnahmekamera zur zeilenweise Aufnahme des Objektes, einem X-y-Tisch zur Unterstützung des Objektes, der ein relatives Verfahren des Objektes gegenüber der Aufnahmekamera zuläßt, und einem Bildverarbeitungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildverarbeitungsgerät eine Mikroprüfeinheit (22) und eine dazu parallel geschaltete Makroprüfeinheit (24) umfaßt, die als Eingangssignale in digitale Signale umgewandelte .Ausgangssignale der Aufnahmekamera (5) erhalten.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprüfeinheit (22) eine Anzahl von in Reihe geschalteten Bildvcrarbcitungseinheiten (23) in zwei parallelgeschalteten Gruppen (26, 28) enthält, wobei jede Bildverarbeitungseinheit der einen Gruppe für eine Dilatation mit nachfolgender Erosion eines jeden Bildpunktes zur Abstandsprüfung und jede Bildverarbeitungseinheit der zweiten Gruppe für eine Erosion mit nachfolgender Dilata- ^b5 tion zur Abmessungsprüfung ausgelegt ist, daß die Mikroprüfeinheit (22) außerdem einen Vergleichsbaustcin (27) aufweist, in welchem aus den bearbeiteten Ausgangssignalen der Bilclvcrarbcitungscinheiten (23) und den unveränderten, aufgenommenen Bildsignalen die Differenz gebildet wird, und daß die Mikropiüfeinheit eine Bildreinigungseinheit (30) /um Bearbeiten der Difl'ercnzsignale aus dem Veigleichsbaustein (27) aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bildverarbeitungseinheit

(23) drei Bildpunkt-Umgebungsspeicher (57, 58, 59) je für eine von drei benachbarten Zeilen aufweist, von denen der erste (57) drei Bildpunkte in einer Vorläuferzeile (a), der zweite (58) drei Bildpunkte in einer aktuellen Zeile (b) mit dem zu bearbeitenden Bildpunkt in der Mitte und der dritte drei Bildpunkte in einer Nachfolgerzeile fc) speichert, und daß jeder Bildpunkt-Umgebungsspeicher drei Ausgänge aufweist, die zu einem Verknüpfungsspeicher (60) geführt sind, in welchem an dem zu bearbeitenden Bildpunkt in Abhängigkeit von den acht Umgebungs-Bildpunkten eine Bildoperation »Löschen« oder »Setzen« ausgeführt wird, und daß ferner ein Verzögerungsbaustein (49) zum Verzögern des aufgenommenen, unbearbeiteten Bildsignals (Vorig) vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Bildpunktumgebungsspeicher (58) ein erster Zeilenspeicher (54) vorgeschaltet ist, welcher die Bildpunkte einer Zeile um einen Takt verzögert an den zweiten Bildpunktumgebungsspeicher (58) übergibt und daß dem ersten Bildumgebungsspeicher (57) ein zweiter Zeilenspeicher (56) vorgeschaltet ist, welcher die Bildpunktc einer Zeile um zwei Takte verzögert an den ersten Bildpunkt-Umgebungsspeicher übergibt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Makroprüfeinheit

(24) eine Grobrastervorrichtung (33), in welcher aus mehreren Bildpunkten eines Bildfeldes nach Mehrheitsentscheid eine für das ganze Bildfeld charakteristische Bildinformation »Hell« oder »Dunkel« gebildet wird, einen Makrospeicher (37) für die genannte Bildinformation, einen Referenzspeicher (39) für entsprechende Bildinformation der Bildfelder des Referenzbildes, einen Vergleicher (32) zum Vergleichen der charakteristischen Bildinformation mit der Referenz-Bildinformation sowie eine Gcometricprüfvorrichtung (34) zum Prüfen der gewonnenen Bildinformation anhand vorgegebener geometrischer Krite rien aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Eingang der Geometrieprüfvorrichtung von einem Ausgang der Mikroprüfeinheit (22) gebildet ist, über welchen bei der Mikroprüfung nicht vollständig identifizierte Fchlersignale abgegeben werden.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprüfeinheit (22) und die Makroprüfeinheit (24) mit einem Rechner (40) für die Gesamtfehlererfassung und -Verwaltung zusammengeschaltet sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekamera eine CCD-Kamera (5) ist.