離軸照明組件及方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2007年2月1日、國際申請號為PCT/US2007/002815、國家申請 號為200780005638. 2、發明名稱為"離軸照明組件及方法"的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及用于分配材料的裝置和處理，更具體地涉及通過絲網或模板印刷機將 焊膏印刷到電子基板（例如，印刷電路板）上的裝置和處理。
【背景技術】
[0003] 在通常的表面貼裝電路板制造操作中，使用模板印刷機將焊膏印刷到電路板上。 通常，在焊膏可以沉積在其上的具有金屬焊盤的圖案或具有一些其他導電表面的電路板被 自動進給到模板印刷機，并且被稱為基準（fiducials)的電路板上的一個或多個小孔或標 記被用于在焊膏印刷到電路板上之前恰當地校準電路板和模板或印刷機的絲網。在電路板 被校準之后，將該板升至模板（或者在某些配置中，模板降至電路板），焊膏被分配到模板 上，刮片（或刮板）在模板上來回運動以將焊膏通過在模板上形成的縫隙（aperture)壓到 板上。
[0004] 在一些現有的模板印刷機中，分配頭將焊膏傳遞到第一和第二刮片之間，其中在 印刷沖程中使用刮片之一來在模板上運動或滾動焊膏。第一和第二刮片用于交替將板在模 板的縫隙上連續地通過焊膏的滾軸以印刷每個連續的電路板。刮片通常與模板具有預定的 角度以對于焊膏向下施加壓力來使焊膏通過模板的縫隙。在其它現有模板印刷機中，使用 分配頭來在印刷沖程中從模板上刮掉多余的焊膏。
[0005] 在焊膏沉積在電路板之后，在特定情況下為了檢查焊膏在電路板的焊盤上的沉積 的精度，應用成像系統來拍攝電路板和/或模板的區域的圖像。成像系統的另一個應用 涉及前述在印刷之前模板和電路板的校準，以記錄模板與電路板的電子焊盤的縫隙。在 Freeman的US專利號RE34615和5060063中公開了這樣的成像系統，這兩個專利都由本發 明的受讓人擁有并且被并入本文作為參考。在2005年11月10日申請的名稱為"IMAGING SYSTEM AND METHOD FOR A STENCIL PRINTER"的專利申請No. 11/272, 192 中揭示了一種改 進的成像系統，該專利由本發明的受讓人所擁有并且被并入本文作為參考。
[0006] 需要在基板（例如，電路板）上的焊膏的一致成型以促進視覺系統的最佳二維成 像性能以及基于這些圖像的隨后的檢查，不考慮幾何結構、定義、或被成像的沉積的通常質 量的改變。定義明確的焊膏沉積具有幾乎垂直的側面以及與光學觀測軸（即，通常與電路 板的平面正交的軸）正交的、相對平坦的頂部表面。單獨使用軸上照明可以相對一致地對 具有通常正交方向的、良好質地的膏表面進行成像。通過軸上照明，來自焊膏沉積物的頂部 表面的散射光的最強分量被沿著光學觀測路徑向后引導并由成像系統收集。
[0007] 相反地，當軸上照明照在通常不與入射角正交的表面時，來自該表面的散射光的 最強分量被從光學或軸上觀測路徑引導散開或離軸，而不由成像系統收集。特定地，顯示出 拙劣形狀的焊膏的傾斜側面和不規則頂部表面沒有被有效照明，從而僅使用軸上照明來觀 測變得更加困難。
【發明內容】
[0008] 在閱讀下面的附圖、具體描述和權利要求之后，將更完全地理解本發明。
[0009] 本發明的一個方面集中于一種用于將焊膏沉積到電子基板的表面上的模板印刷 機。模板印刷機包括框架和連接到框架的模板。模板具有多個在模板中形成的縫隙。模板 印刷機進一步包括連接到框架的分配頭。該模板和該分配頭被構造和布置以將焊膏沉積到 電子基板上。模板印刷機進一步被構造并布置以捕獲電子基板的圖像的成像系統。該成像 系統包括：照相機組件；適于產生沿著第一軸的光的軸上照明組件，第一軸與電子基板的 表面垂直，及適于產生沿著第二軸的光線的離軸照明組件，第二軸相對于第一軸呈一定角 度地延伸。控制器被連接到成像系統來控制成像系統的運動以捕獲圖像。
[0010] 模板印刷機的實施例可以包括成像系統的軸上照明組件的提供，成像系統的軸上 照明組件具有適于在軸上照明組件、電子基板及照相機組件之間引導光的光學路徑。成像 系統包括適于支撐離軸照明組件的安裝托架。離軸照明組件包括由安裝托架支撐的光產生 模塊，在某些實施例中光產生模塊可以包括至少一個發光二極管。離軸照明組件還包括配 置用于引導光線的透鏡，該透鏡由安裝托架固定。透鏡包括一個或多個折射表面，該折射表 面適于沿著指定路徑引導來自光產生模塊的光。照相機組件包括照相機和適于將圖像引導 到照相機的透鏡組件。光學路徑包括分束器和反射鏡。軸上照明組件包括至少一個發光二 極管。在某些實施例中，成像系統被構造并布置以捕獲區域內的電子基板的焊盤上的焊膏 的圖像。控制器包括處理器，該處理器被編程來執行電子基板的結構識別以確定電子基板 的焊盤上的焊膏沉積的精度。
[0011] 本發明的另一方面集中于一種用于捕獲電子基板的表面的圖像的成像系統。成像 系統包括機殼和連接到機殼的照相機組件。照相機組件適于捕獲電子基板的圖像。軸上照 明組件被連接到機殼，該軸上照明組件適于產生沿著第一軸的光的軸上照明組件，第一軸 與電子基板的表面垂直。離軸照明組件被連接到機殼，離軸照明組件適于產生沿著第二軸 的光線的離軸照明組件，第二軸相對于第一軸呈一定角度地延伸。
[0012] 成像系統的實施例可以包括適于在軸上照明組件、電子基板及照相機組件之間引 導光的光學路徑。成像系統的機殼包括適于支撐離軸照明組件的安裝托架。離軸照明組件 包括由安裝托架支撐的光產生模塊。在某些實施例中，光產生模塊包括至少一個發光二極 管。離軸照明組件還包括配置用于引導光線的透鏡，該透鏡由安裝托架固定。該透鏡包括 一個或多個折射表面，該折射表面適于引導來自光產生模塊的光以產生光線。光學路徑包 括至少一個分束器以及反射鏡。照相機組件可以包括照相機和適于將圖像引導到照相機的 透鏡組件。軸上照明組件包括至少一個發光二極管。成像系統被構造并布置以捕獲電子基 板的焊盤上的焊膏的圖像。
[0013] 本發明的又一方面集中于一種用于將焊膏分配到電子基板的表面上的方法。該 方法包括：將電子基板傳送到模板印刷機；執行印刷操作以將焊膏印刷到電子基板的表面 上；使用軸上光照亮電子基板的至少一個區域，該軸上光沿著第一軸延伸，第一軸與電子基 板的表面垂直；使用離軸光照亮電子基板的至少一個區域，離軸光沿著第二軸延伸，第二軸 相對于第一軸呈一定角度地延伸；以及捕獲電子基板的至少一個區域的圖像。
[0014] 方法的實施例可以進一步包括將電子基板定位到印刷位置；以及將模板定位到電 子基板上。捕獲電子基板的至少一個區域的圖像可以使用成像系統。方法可以進一步包括 將成像系統從捕獲第一區域的圖像的第一位置運動到捕獲第二區域的圖像的第二位置。另 外，方法可以進一步包括執行電子基板的至少一個區域的結構識別序列，以確定電子基板 的焊盤上的焊膏沉積的精度。在某些實施例中，方法進一步包括使用離軸光照亮電子基板 的至少一個區域，離軸光沿著第三軸延伸，第三軸相對于第一軸呈一定角度地延伸。
[0015] 本發明的另一方面集中于一種用于將焊膏沉積到電子基板的表面上的模板印刷 機。該模板印刷機包括框架和連接到框架的模板。在一個實施例中，模板具有多個在模板 中形成的縫隙。分配頭被連接到框架，該模板和該分配頭被構造和布置以將焊膏沉積到電 子基板上。成像系統被構造并布置以捕獲電子基板的圖像。成像系統包括：照相機組件；適 于產生沿著第一軸的光的軸上照明組件，第一軸與電子基板的表面垂直。軸上照明組件包 括適于在軸上照明組件、電子基板及照相機組件之間反射光的光學路徑。成像系統進一步 包括用于產生沿著第二軸的光線的部件，第二軸相對于第一軸呈一定角度地延伸。控制器 被連接到成像系統，該控制器被構造和布置來控制成像系統的運動以捕獲圖像。
[0016] 模板印刷機的實施例可以進一步包括用于產生光線的、包括離軸照明組件的部 件。成像系統還應包括適于支撐離軸照明組件的安裝托架。離軸照明組件包括由安裝托架 支撐的光產生模塊，并且在某些實施例中，光產生模塊包括發光二極管。離軸照明組件包括 配置用于引導光線的透鏡，該透鏡由安裝托架固定并且包括至少一個適于引導來自光產生 模塊的光以產生光線的表面。在其它實施例中，照相機組件包括照相機和適于將圖像引導 到照相機的透鏡組件。
【附圖說明】
[0017] 在附圖中，相同的參考標記指全部不同視圖中的相同或相似的部件。下面說明的 附圖不必是按比例的，而重點是說明特定的原理。
[0018] 圖1是本發明實施例的模板印刷機的前視圖；
[0019] 圖2是本發明實施例的成像系統的示意圖；
[0020] 圖3是圖2說明的成像系統的照相機和透鏡組件的放大的示意圖；
[0021] 圖4是加入本發明實施例的離軸照明組件的本發明實施例的成像系統的示意圖；
[0022] 圖5是加入與圖4示出的離軸照明組件相同的離軸照明組件的本發明另一實施例 的成像系統的示意圖；
[0023] 圖6是圖4示出的離軸照明組件的剖面示圖；
[0024] 圖7A是離軸照明組件的安裝托架的底平面示圖；