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Dokumentenidentifikation DE10351741A1 14.10.2004
Titel Präzises Röntgenüberprüfungssystem, das mehrere lineare Sensoren benutzt
Anmelder Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d.Staates Delaware), Palo Alto, Calif., US
Erfinder Meyer, Gerald L., Fort Collins, Col., US
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 06.11.2003
DE-Aktenzeichen 10351741
Offenlegungstag 14.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.10.2004
IPC-Hauptklasse G01N 23/06
Zusammenfassung Eine Röntgenüberprüfung ist bereitgestellt, die eine einzige Röntgenquelle und ein planares Array von linearen Sensoren aufweist, die parallel ausgerichtet sind. Ein zu überprüfender Artikel wird zwischen der Röntgenquelle und den linearen Sensoren in einer Reihe von Durchläufen parallel zu dem Array von linearen Sensoren und im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der linearen Sensoren bewegt. Alternativ werden die Röntgenquelle und die Sensoren als eine Einheit relativ zu einem stationären Artikel bewegt. Folglich wird ein Übertragungsbild des Artikels für jeden der linearen Sensoren aufgenommen. Diese Übertragungsbilder werden dann mathematisch kombiniert, um ein Schichtbild für jede getrennte konzeptionelle Schicht des Artikels zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsbeispielen können diese Schichtbilder dann interpretiert werden, um die Qualität des Artikels zu bestimmen.

Beschreibung[de]

Seit einigen Jahren sind nun dreidimensionale (3D) Röntgenüberprüfungssysteme eine beliebte Alternative zu vorhergehend erhältlichen physischen Überprüfungs- und Diagnosetechnologien. Derartige Systeme werden nun allgemein für eine Defektanalyse und eine Qualitätsüberprüfung von hergestellten Artikeln verwendet, wie beispielsweise elektronische gedruckte Schaltungsplatinen (PCBs = Printed Circuit Boards). Die Verwendung dieser Systeme erlaubt eine ziemlich detaillierte Überprüfung von Bereichen eines Artikels, die entweder zu klein sind, um mit bloßem Auge gesehen zu werden, oder von einer direkten Sicht verborgen sind.

Mehrere Typen von 3D-Röntgenüberprüfungssystemen sind nun erhältlich, jedes mit eigenen inhärenten Vorteilen und Begrenzungen. Zum Beispiel benutzen Röntgenlaminographiesysteme, wie beispielsweise dasselbe, das in dem US-Patent Nr. 4,926,452 durch Baker u. a. beschrieben ist, eine gewinkelte Drehröntgenquelle in Verbindung mit einem sich bewegenden Bereichsbilddetektor, um ein Bild einer einzigen planaren Schicht eines zu überprüfenden Artikels zu erfassen. Wegen der Drehbewegung der Quelle und des Bildbereichdetektors wird die Schicht von Belang innerhalb eines zu überprüfenden Bereichs von einem kontinuierlichen Bereich von schrägen Betrachtungspunkten betrachtet, so daß andere Schichten des Artikels innerhalb des Betrachtungsbereichs nicht stationär bleiben. Diese Bewegung bewirkt im wesentlichen, daß andere Schichten aus dem resultierenden Bild verblassen. Das Ergebnis ist, daß lediglich diese Merkmale innerhalb der Schicht hervorstehend sind, die in der „Brennebene" liegen, die durch die Drehröntgenquelle und den Detektor beschrieben ist.

Während Röntgenlaminographiesysteme bei einigen Anwendungen außergewöhnlich nützlich sind, erfordern derartige Systeme eine ziemlich teuere und komplexe Technologie, einschließlich der benötigten Röntgenröhre und Treiberelektronik, um die präzisen Bewegungen eines Elektronenstrahls innerhalb der Röhre zu implementieren, die verwendet wird, um die sich drehende Quelle von Röntgenstrahlen zu erzeugen. Ferner muß die Bewegung des Bildbereichdetektors genau mit der Bewegung der Röntgenquelle koordiniert sein. Typischerweise ist eine präzise Mechanik und Elektronik zum sowohl horizontalen als auch vertikalen Bewegen des zu untersuchenden Artikels notwendig, so daß sowohl der Bereich als auch die Schicht des zu überprüfenden Artikels innerhalb der Systembrennebene liegen. Wegen der ziemlich kleinen Bereiche, die derartige Systeme zu einer jeglichen Zeit überprüfen können, ist ferner die Anzahl von Bereichen und Schichten, die normalerweise erforderlich sind, um einen Artikel vollständig zu überprüfen, ziemlich groß. Folglich kann ein derartiges System eine ziemlich lange Zeitdauer erfordern, um eine komplette Untersuchung jedes Artikels durchzuführen. Zusätzlich erfordern Laminographiesysteme normalerweise die Ausführung eines vorläufigen Prozesses, genannt „Oberflächenabbildung", für jeden zu überprüfenden Artikel. Die Abbildung mißt im wesentlichen die Höhe von zahlreichen Positionen auf der Oberfläche des zu überprüfenden Artikels, so daß eine ordnungsgemäße Positionierung des Artikels innerhalb der Systembrennebene für jeden kleinen Überprüfungsbereich erzielt werden kann.

Eine andere Kategorie von Röntgenüberprüfungssystemen betrifft auf eine ähnliche Weise die Verwendung einer sich bewegenden Röntgenquelle. Anstelle eines Erzeugens eines kontinuierlichen, sich bewegenden Bildes während einer Drehbewegung der Quelle, werden jedoch zwei oder mehr diskrete Bilder mittels eines einzigen großen stationären Bildintensivierers oder mehreren kleineren stationären Bildbereichsensoren erzeugt. Derartige Systeme, von denen Beispiele durch Adams u. a. in der US-Patent Nr. Re. 35,423 und durch Peugeot in US-Patent Nr. 5,020,086 beschrieben sind, erlauben es der Röntgenquelle, an bestimmten Winkeln durch den interessierenden Bereich auf dem Artikel zu verweilen. Das resultierende diskrete Bild bei jeder Strahlausrichtung wird dann digital gespeichert. Alle Bilder für einen bestimmten Bereich und eine Schicht des zu überprüfenden Artikels werden dann mathematisch entweder mittels einer Computerhardware oder -software verarbeitet, so daß ein einziges Bild erzeugt werden kann, das den zu überprüfenden Bereich und die Schicht darstellt. Derartige Überprüfungssysteme eliminieren den Bedarf nach einer präzisen Koordination einer Bildsensorbewegung mit derselben der Röntgenquelle. Der sich bewegende Bildsensor ist jedoch durch mehrere teuere Röntgenbildbereichsensoren ersetzt, oder alternativ durch einen großen Bildintensivierer, der normalerweise eine reduzierte Auflösung und eine erhöhte geometrische Verzerrung bei möglicherweise höheren Kosten zeigt.

Ein anderes Röntgenüberprüfungssystem, wie dasselbe in dem US-Patent Nr. 5,583,904, erteilt an Adams, erörtert ist, verwendet eine oder zwei Röntgenröhren in Verbindung mit zwei bis vier linearen Röntgenbild-Sensoren. Die Röntgenquellen der Röhren drehen sich nicht, aber erfordern die Verwendung von Kollimatoren und Abschirmungen, um die Röntgenstrahlen auf eine geeignete Weise auf die Bildsensoren zu führen. Der zu überprüfende Artikel wird dann horizontal über die linearen Sensoren transportiert, von denen jeder lang genug sein muß, um in einem einzigen Durchlauf ein Bild über die gesamte Breite des Artikels zu ermöglichen. Dieses Erfordernis resultiert somit entweder in einer Begrenzung der Größe von zu überprüfenden Artikeln oder in höheren Kosten, die aus der Verwendung von außerordentlich langen linearen Sensoren resultieren. Wenn die Platine an den Sensoren vorbeiläuft, erfaßt jeder Sensor eine Reihe von sequentiellen linearen Bildern, die nachfolgend für ein späteres Computerverarbeiten gespeichert werden, um für jede Schicht des Artikels ein Bild zu erzeugen. Während ein derartiges System die gesamte Überprüfungszeitdauer für einen bestimmten Artikel durch ein Begrenzen der Bewegung der Platine auf einen einzigen linearen Durchlauf über die Sensoren verringert, sind die Anzahl und die Vielfalt von Winkeln, die implementiert sein können, um Qualitätsbilder der Artikelschichten aufzunehmen, stark begrenzt. Zusätzlich kompliziert die Verwendung von zwei Röntgenröhren den Gesamtentwurf aufgrund des zusätzlichen Kollimierens und Abschirmens, das notwendig ist, um zu verhindern, daß Röntgenstrahlen aus zwei getrennten Röhren den gleichen linearen Sensor belichten.

Obwohl mehrere unterschiedliche Verfahren zum Implementieren eines Röntgenüberprüfungssystems existieren, wobei jedes seinen eigenen Pegel einer Komplexität, von Kosten, einer Geschwindigkeit und einer Bildqualität zeigt, besteht aus dem Vorhergehenden immer noch ein Bedarf nach einem Röntgenüberprüfungssystem, das genaue detaillierte Bilder der verschiedenen Schichten eines zu überprüfenden Artikels liefert, während eine Gesamtüberprüfungszeit und Systemkosten erheblich reduziert werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren zum Überprüfen eines Artikels durch die Verwendung von Röntgenstrahlen zu schaffen, so daß genaue detaillierte Bilder der verschiedenen Schichten eines zu überprüfenden Artikels geliefert werden, während eine Gesamtüberprüfungszeit und Systemkosten erheblich reduziert sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Röntgenüberprüfungssystem gemäß Anspruch 1 oder 13, eine Bilderzeugungskette gemäß Anspruch 9 oder ein Verfahren gemäß Anspruch 21 gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, die unten detailliert erörtert werden sollen, stellen ein Röntgenüberprüfungssystem bereit, das eine Bilderzeugungskette benutzt, die eine einzige Röntgenquelle und ein planares Array von linearen Sensoren aufweist, wobei die Röntgenquelle und die linearen Sensoren in Beziehung zueinander stationär bleiben. Die Längsachsen der linearen Sensoren sind parallel ausgerichtet. Jeder der linearen Sensoren ist positioniert, um Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle zu empfangen. Ein Relativbewegungsmechanismus wird benutzt, um einen zu überprüfenden Artikel zwischen der Röntgenquelle und dem Array von linearen Sensoren in einer Reihe von Durchläufen zu bewegen, die parallel zu dem Sensorarray und im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der Sensoren sind. Alternativ können die Röntgenquelle und das Array von linearen Sensoren als eine Einheit in Beziehung zu einem stationären zu überprüfenden Artikel bewegt werden. Ein Interpretierer nimmt ein Übertragungsbild des Artikels für jeden der linearen Sensoren auf. Die Bilder werden dann kombiniert, um ein Schichtbild für jede konzeptionelle „Schicht" des Artikels zu erzeugen. Die Schichtbilder können dann interpretiert werden, um die Gesamtqualität des Artikels zu bestimmen, einschließlich des möglichen Vorhandenseins von unannehmbaren Fehlern oder Defekten. Eine Steuerung, wie beispielsweise ein Computer, koordiniert und steuert z. B. die Bilderzeugungskette, den Relativbewegungsmechanismus und den Interpretierer.

Die Verwendung einer einzigen Röntgenquelle, die wegen der stationären Natur der Quelle in Beziehung zu Sensoren kein Steuern oder Kollimieren eines Elektronenstrahls erfordert, vereinfacht den Entwurf des Systems stark. Ferner reduziert die Benutzung von mehreren linearen Sensoren, die mit Bezug auf die Röntgenquelle stationär sind, Systemkosten und eine Komplexität, während die verschiedenen Betrachtungswinkel erzeugt werden, die für eine gründliche Überprüfung eines Artikels erforderlich sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, die die Grundlagen der Erfindung beispielhaft darstellen. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Röntgenüberprüfungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

2 eine perspektivische Ansicht der Bilderzeugungskette eines Röntgenüberprüfungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

3 ein Grundrißdiagramm, das die Bewegung eines zu überprüfenden Artikels in Beziehung zu der Bilderzeugungskette eines Röntgenüberprüfungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt;

4 ein Seitenansichtsdiagramm, das die Wirkung eines Änderns der Relativposition eines zu überprüfenden Artikels in Beziehung zu der Bilderzeugungskette eines Röntgenüberprüfungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angibt; und

5 ein Flußdiagramm eines Röntgenüberprüfungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein Beispiel eines Röntgenüberprüfungssystems 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 gezeigt. Eine Bilderzeugungskette 10 wird benutzt, um Röntgenbilder eines zu überprüfenden Artikels zu erhalten. Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel ist der Artikel eine elektronische gedruckte Schaltungsplatine (PCB = Printed Circuit Board). Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein jeglicher Herstellungsartikel, der eine Überprüfung durch die Verwendung von Röntgenstrahlen zuläßt, durch ein derartiges System überprüft werden. Ein Relativbewegungsmechanismus 20 wird verwendet, um den zu überprüfenden Artikel in Beziehung zu der Bilderzeugungskette 10 zu manövrieren, so daß verschiedene Bereiche des Artikels überprüft werden können. Bei anderen Ausführungsbeispielen bewegt der Relativbewegungsmechanismus 20 die Bilderzeugungskette 10 in Beziehung zu einem stationären Artikel. Ein Interpretierer 40 nimmt dann die Röntgenbilder als ein Eingangssignal, um eine Reihe von Schichtbildern zu erzeugen, wobei jedes eine getrennte konzeptionelle „Schicht" des Artikels belichtet. Der Interpretierer 40 kann dann derartige Bilder verarbeiten, um die Gesamtqualität des zu überprüfenden Artikels durch ein Vergleichen der resultierenden Schichtbilder mit einer vorexistierenden Datenbank zu ermitteln, die der Interpretierer 40 als ein Vergleichsmodell verwendet. Zum Beispiel kann bei besonders interessierenden Bereichen der PCB eine algorithmische Bildverarbeitung der Schichtbilder durchgeführt werden, um die strukturelle Integrität und Zuverlässigkeit von Lötverbindungen zu bestimmen. Eine Steuerung 30 wird benutzt, um die Aktionen der Bilderzeugungskette 10, des Relativbewegungsmechanismus 20 und des Interpretierers 40 zu koordinieren. Die Steuerung 30 kann ferner verwendet werden, um den Transfer von Bilddaten zwischen der Bilderzeugungskette 10 und dem Interpretierer 40 zu ermöglichen, obwohl einige Ausführungsbeispiele einen Bilddatentransfer direkt von der Bilderzeugungskette 10 zu dem Interpretierer 40 erlauben können.

Die Bilderzeugungskette 10 ist in 2 detaillierter gezeigt. Eine einzige Röntgenquelle 100, wie beispielsweise dieselbe, die durch eine einfache Röntgenröhre erzeugt ist, wird benutzt, um ein planares Array von linearen Sensoren 110 zu bestrahlen, die empfindlich für Röntgenstrahlen sind. Im Gegensatz zu der Röntgenquelle eines typischen Röntgenlaminographiesystems, das normalerweise spezialisierte Treiberelektronik erfordert, um einen Elektronenstrahl innerhalb einer Röntgenröhre zu bewegen, um eine Bewegung der Röntgenquelle zu ermöglichen, ist bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung keine derartige Elektronik erforderlich. Die Röntgenquelle 100 bleibt relativ zu dem Array von linearen Sensoren 110 stationär, wobei Röntgenstrahlen gleichzeitig zu allen linearen Sensoren 110 hin projiziert werden. Ferner ist eine Kollimierung der Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle 100, um zu verhindern, daß von mehreren Quellen erzeugte Röntgenstrahlen einen bestimmten Sensor beleuchten, nicht erforderlich, da lediglich eine einzige Quelle implementiert ist. Jedoch kann bei einigen Ausführungsbeispielen eine Kollimierung benutzt werden, lediglich um eine Röntgenbelichtung der Positionen, die durch die linearen Sensoren 110 eingenommen sind, und der dazwischenliegenden Bereiche des zu überprüfenden Artikels zu beschränken, um eine Gesamtröntgenbelichtung des Artikels zu begrenzen.

Ein zu überprüfender Artikel (in 2 nicht gezeigt) ist zwischen der Röntgenquelle 100 und den linearen Sensoren 110 positioniert, so daß jeder der Sensoren 110 Bilder des Artikels aufnehmen kann, nachdem die Röntgenstrahlen durch den Artikel transmittiert sind. Jeder der linearen Sensoren 110 ist relativ zu der Röntgenquelle 100 positioniert, so daß das Übertragungsbild des Artikels, das durch jeden Sensor 110 aufgenommen wird, in einem kennzeichnenden Winkel relativ zu der Röntgenquelle 100 erfaßt wird. Bei dem Beispiel von 2 sind insgesamt 12 lineare Sensoren 110 in einer kreisförmigen Konfiguration angeordnet, was in einem Unterschied eines Betrachtungswinkels zwischen benachbarten linearen Sensoren 110 von näherungsweise 30 Grad resultiert. Während eine jegliche Anzahl von linearen Sensoren benutzt werden kann, um unterschiedliche Betrachtungswinkel des zu überprüfenden Artikels zu erzeugen, scheint ein Bereich zwischen zwölf und sechzehn linearen Sensoren 110 eine ausreichende Anzahl von Bildern zu einer ordnungsgemäßen Überprüfung von PCBs zu erzeugen. Eine Implementierung von acht linearen Sensoren würde möglicherweise als ein praktisches Minimum für die meisten Überprüfungsanwendungen angesehen. In vielen Fällen trägt die Verwendung von mehr als sechzehn linearen Sensoren 110 nicht erheblich zu den Überprüfungsfähigkeiten des Systems 1 bei, um die Kosten zu rechtfertigen, die bei einem Benutzen der zusätzlichen Sensoren betroffen sind. Während bei dem Beispiel von 2 eine kreisförmige Konfiguration implementiert ist, kann ferner eine jegliche Anzahl von unterschiedlichen Sensoranordnungen benutzt werden, wie beispielsweise dieselben, die ein Quadrat, einen Diamanten oder eine zufälligere Struktur definieren, solange die Längsachsen der linearen Sensoren 110 im wesentlichen parallel ausgerichtet sind. Abhängig von der Anwendung kann die Konfigurationsauswahl bis zu einem gewissen Ausmaß auf der einfachen Implementierung der ausgewählten Konfiguration und der erwünschten Bildqualität des Typs von zu überprüfenden Artikeln basieren.

Jeder der linearen Sensoren 110 ist relativ zueinander und zu der Röntgenquelle 100 durch eine Anbringung an einer stabilen Basis stationär, wie beispielsweise einer Systemschaltungsplatine 120, wie es in 2 gezeigt ist. Die stationäre Natur der Sensoren ist nicht wie dieselbe von typischen Röntgenlaminographiesystemen des Stands der Technik, die oft eine synchronisierte kreisförmige Bewegung eines Bereichssensors in Verbindung mit einem sich bewegenden Röntgenstrahl erfordern. Folglich sind die Gesamtkosten des Systems 1 relativ zu denselben der meisten bekannten Röntgenüberprüfungssysteme stark reduziert. Ferner neigen lineare Sensoren dazu, wegen der reduzierten Anzahl von benutzten Bilderzeugungspixeln und der ausgereiften Natur einer linearen Sensortechnologie weitaus weniger teuer als Bereichssensoren zu sein, wobei so das System 1 sogar noch kosteneffektiver gemacht wird.

Die linearen Sensoren 110 sind bei einigen Ausführungsbeispielen lineare Standardsensoren, wobei jeder eine einzige Reihe von mehreren hundert bis wenigen tausend Bilderzeugungspixeln aufweist, die angepaßt sind, um für die Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle 100 empfindlich zu sein. Zum Beispiel können die linearen Sensoren 110 handelsübliche Ladungsgekoppelte-Vorrichtung- (CCD-; CCD = Charge-Coupled Device) Sensoren mit 300 Bildpunkten pro Zoll (DPI = Dot-Per-Inch) oder 600 DPI sein, die mit einer Faseroptikplatte (FOP) und einem Cäsium-Jodid-Röntgenscintillator befestigt sind. Typischerweise werden regelmäßig Spannungen, die den Intensitätspegel bezeichnen, der durch jedes Pixel erfaßt wird, normalerweise über einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC = Analog-to-Digital Converter) zu einem Schieberegister übertragen, das durch die Steuerung 30 oder den Interpretierer 40 des Systems 1 gelesen wird. Alternativ können die linearen Sensoren 110 lineare Zeitverzögerungsintegrations- (TDI-; TDI = Time Delay Integration) Sensoren sein, die mehrere Reihen von Sensoren benutzen, um die Ladung zu integrieren, die als ein Ergebnis der empfangenen Röntgenstrahlen erzeugt wird, bevor dieselbe zu einer Spannung umgewandelt wird. Lineare TDI-Sensoren sind auf dem Gebiet für die hervorragende Empfindlichkeit und Anwendbarkeit derselben bei Hochgeschwindigkeits-Bilderzeugungsanwendungen bekannt. Bei dem System 1 können ferner andere lineare Sensoren benutzt werden, die auf Röntgenstrahlen empfindlich sind, abhängig von den technischen Erfordernissen der betroffenen Anwendung.

Um Bilder von allen interessierenden Bereichen des zu überprüfenden Artikels aufzunehmen, bewegt der Relativbewegungsmechanismus 20 den Artikel zwischen der Röntgenquelle 100 und dem Array von linearen Sensoren 110 in einer Reihe von Durchläufen über die Sensoren im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse jedes Sensors. Zum Beispiel zeigt 3 eine PCB A, die auf Defekte überprüft werden soll, wie beispielsweise Lötbrücken, Schaltungsbahnbrüche und dergleichen. Wie es durch die Richtungspfeile in 3 gezeigt ist, bewirkt der Relativbewegungsmechanismus 20, daß die Platine A einen horizontalen Durchlauf 101 über den linearen Sensoren 110 und unter der Röntgenquelle 100 in die x-Richtung senkrecht zu den y-Achsenausgerichteten Sensoren 110 macht. Wenn dieser horizontale Durchlauf 101 auftritt, nimmt jeder Sensor 110, der unter der Platine A lokalisiert ist, mehrere lineare Bilder eines Abschnitts der Platine A auf. Wenn der horizontale Durchlauf abgeschlossen ist, wurde durch jeden Sensor unter der Platine A ein Abschnitt eines Übertragungsbilds aufgenommen, das die Breite der Platine A und die Länge eines Sensors 110 (Maximum) aufweist. Ist die Platine A einmal an dem Array von Sensoren vorbei durchgelaufen, dann macht die Platine eine vertikale Vorrückung 102 in die y-Richtung um näherungsweise die Betrachtungslänge für jeden linearen Sensor 110. Der Relativbewegungsmechanismus 20 bewegt dann die Platine A mittels eines weiteren horizontalen Durchlaufs 101 in die negative x-Richtung, währenddessen jeder Sensor 110 ein weiteres Band der Platine A aufnimmt. Die Bewegung der Platine schreitet auf diese Weise fort, bis jeder lineare Sensor 110 ein Übertragungsbild der gesamten Platine A oder zumindest des gesamten zu überprüfenden Bereichs aufgenommen hat. Wie es in 3 zu sehen ist, hat wahrscheinlich wegen der verschiedenen Positionen der verschiedenen Sensoren jeder Sensor eine unterschiedliche Menge des Gesamtbilds der Platine A in einem bestimmten Moment gesammelt, während die Platine A durch den Relativbewegungsmechanismus 20 fortbewegt wird. Wenn die Platine A jedoch über jedem Sensor 110 durchgelaufen ist, wurde ein komplettes Übertragungsbild für jeden Sensor 110 gesammelt.

Während die vorteilhaftesten Ausführungsbeispiele der Erfindung wahrscheinlich eine Relativbewegung des zu überprüfenden Artikels senkrecht zu der Längsachse der linearen Sensoren 110 benutzen, können andere Ausführungsbeispiele eine Relativbewegung implementieren, die etwas schief (z. B. um ca. 10 Grad) zu einer streng senkrechten Bewegung ist. Eine derartige Relativbewegung würde ein geringfügiges nicht-orthogonales Erscheinungsbild bei den resultierenden Übertragungsbildern bewirken, aber diese Verzerrung könnte durch den Interpretierer 40 kompensiert werden, wenn die Schichtbilder aus den Übertragungsbildern erzeugt werden. Jedoch eliminiert eine Verwendung einer Relativbewegung, die so nahe an Senkrecht ist, wie es praktisch ist, im wesentlichen den Bedarf nach dem Interpretierer 40, um eine derartige Verzerrung zu kompensieren.

Wie es oben angemerkt ist, ist die Länge jeder vertikalen Vorrückung 102 der Platine im wesentlichen die Betrachtungslänge für jeden Sensor, die wiederum auf die tatsächliche Länge jedes Sensors bezogen ist. In 4 wird ein Band einer Breite W der Platine A auf einen der linearen Sensoren 110 mittels der Röntgenstrahlen projiziert, die von der Röntgenquelle 100 emittiert werden. Somit wäre in dem Fall von 4 jede vertikale Vorrückung 102 der Platine A näherungsweise die Breite W, so daß keine Bereiche der Platine A verfehlt werden, während zur gleichen Zeit keine erhebliche Überlappung der getrennten Bänder der Platine A auftritt, die durch jeden horizontalen Durchlauf 101 genommen werden.

Bei anderen Ausführungsbeispielen kann jeder lineare Sensor 110 konzeptionell in zwei oder mehr „logische Sensoren" unterteilt sein, wobei jeder logische Sensor in einem kennzeichnenden Winkel von der Röntgenquelle 100 angeordnet ist, wobei so noch mehr Übertragungsbilder bereitgestellt sind, die unterschiedliche Betrachtungswinkel darstellen. Bei derartigen Ausführungsbeispielen würde dann jede vertikale Vorrückung 102 der Platine A einem Bruchteil der Betrachtungslänge für jeden logischen Sensor entsprechen. Bei dem Beispiel von 4 wäre unter der Annahme, daß jeder lineare Sensor 110 in zwei logische Sensoren unterteilt ist, jede vertikale Vorrückung 102 der Platine A näherungsweise eine Breite W/2, um sicherzustellen, daß jeder logische Sensor benutzt wurde, um den gesamten interessierenden Bereich der Platine A abzubilden.

Da die Röntgenquelle 100 und die linearen Sensoren 110 alle stationär bezüglich zueinander sind, ist im Gegensatz zu Röntgenlaminographiesystemen keine „Brennebene" der Erzeugung und nachfolgenden Manipulation der Übertragungsbilder zugeordnet. Folglich ist keine Oberflächenabbildung des zu überprüfenden Artikels erforderlich, um ein Verziehen oder andere Unregelmäßigkeiten des Artikels zu berücksichtigen, und es ist keine vertikale oder drehmäßige Einstellung des Artikels mittels des Relativbewegungsmechanismus 20 erforderlich.

Jedoch wäre bei anderen Ausführungsbeispielen ein Vorteil eines Aufrechterhaltens einer Vertikal-Bewegungsfähigkeit für den Relativbewegungsmechanismus 20, die Bildauflösung des Systems 1 zu verändern. Wieder mit Bezug auf 4 ist eine andere vertikale Position für die Platine A, als A' angegeben, gezeigt, die näher an den linearen Sensoren 110 ist. Diese Position resultiert in einem breiteren Band W', das für jeden horizontalen Durchlauf 110 der Platine A' abgebildet wird. Daher sind weniger horizontale Durchläufe W' erforderlich, um die mehreren Übertragungsbilder der gesamten Platine A' aufzunehmen, was in einem schnelleren Bilderzeugungsprozeß resultiert. Da jedoch die Anzahl von Bilderzeugungspixeln konstant bleibt, resultiert das breitere Band W' in einer niedrigeren Bildauflösung verglichen mit der Position der Platine A. In anderen Worten würde ein Kompromiß zwischen Auflösung und Verarbeitungsgeschwindigkeit verfügbar gemacht, als ein Ergebnis einer Positionierfähigkeit des Relativbewegungsmechanismus 20, der die vertikale Position des zu überprüfenden Artikels relativ zu der Röntgenquelle 100 und den linearen Sensoren 110 ändern könnte.

Wie es aus der vorhergehenden Erörterung zu ersehen ist, ist die Länge jedes der linearen Sensoren 110 nicht direkt auf die Größe des zu überprüfenden Artikels bezogen, da eine jegliche Anzahl von mehreren horizontalen Durchläufen 101 gemacht werden kann, um Übertragungsbilder des gesamten Artikels zu erzeugen. Somit existiert keine wesentliche Begrenzung der Größe des zu überprüfenden Artikels relativ zu der Größe der verwendeten linearen Sensoren 110, wobei so ermöglicht wird, daß relativ kleine und kostengünstige Sensoren bei dem Entwurf des Systems 1 benutzt werden.

Der Relativbewegungsmechanismus 20 stellt eine vereinfachte Bewegungsstruktur dar, als dieselben, die für viele andere Röntgenüberprüfungssysteme erforderlich sind. Die Bewegung des zu überprüfenden Artikels ist im wesentlichen mit einer konstanten Geschwindigkeit während jedes der horizontalen Durchläufe 101, so daß ein Mechanismus, der eine schnelle Artikelbeschleunigung und kurze Einstellungszeiten erfordert, nicht notwendig ist. Ferner treten alle Richtungsänderungen (zwischen der x- und der y-Richtung) auf, während keine Bilderzeugung durchgeführt wird, so daß eine Mechanik mit niedrigerer Leistung mit Bezug auf Richtungsänderungen toleriert werden kann. Der Relativbewegungsmechanismus 20 kann typischerweise vorzugsweise einen Satz von kostengünstigen Schrittmotoren unter der Leitung der Steuerung 30 umfassen, obwohl andere Motortechnologien, wie beispielsweise Gleichstrom- (DC = Direct Current) Servomotoren auch benutzt werden können. Alternativ kann der Relativbewegungsmechanismus 20 anstelle dessen auch die Röntgenquelle 100 und die linearen Sensoren 110 in Beziehung zu einem stationären zu überprüfenden Artikel auf eine Weise bewegen, wie es oben beschrieben ist; ein derartiges System kann für große voluminöse Artikel bevorzugt sein.

Ist einmal ein Übertragungsbild von zumindest einem gewissen Abschnitt des zu überprüfenden Artikels für jeden linearen Sensor 110 erfaßt, verwendet der Interpretierer 40 mathematische Prozesse, die auf dem Gebiet bekannt sind, um den einzigen Satz von Übertragungsbildern in einen Satz von Schichtbildern zu transformieren, wodurch jedes Schichtbild eine Darstellung der strukturellen Ausbildung einer konzeptionellen „Schicht" des zu überprüfenden Artikels ist. Typischerweise umfaßt diese Transformation teilweise einen Mittelwertbildungsprozeß über jedes der Übertragungsbilder, um physische Charakteristika jeder konzeptionellen Schicht des Artikels hervorzuheben. Der Transformationsprozeß kann beginnen, sobald Übertragungsbilder von jedem der Sensoren für einen bestimmten Bereich des Artikels aufgenommen wurden. Ein derartiger möglicher Prozeß zum Umwandeln der Übertragungsbilder in Schichtbilder ist durch Adams in dem US-Patent Nr. 5,583,904, mit dem Titel „CONTINUOUS LINEAR SCAN AND LAMINOGRAPHY SYSTEM AND METHOD" beschrieben. Andere Verfahren zum Durchführen von im wesentlichen der gleichen Funktion können ebenfalls benutzt werden.

Nachdem die Schichtbilder erzeugt sind, kann der Interpretierer 40 dann die Schichtbilder benutzen, um die Gesamtqualität des zu überprüfenden Artikels zu bestimmen. In dem Fall einer elektronischen gedruckten Schaltungsplatine können z. B. Merkmale jeder Schicht, wie beispielsweise gedruckte Drähte, Durchkontaktierungen, Lötverbindungen und dergleichen, automatisch mit einem vorexistierenden Satz von Bildern oder strukturellen Messungen verglichen werden, um die physische Qualität der PCB zu ermitteln. Der vorexistierende Satz von Bildern oder Messungen kann mittels eines theoretischen Standards oder einer bekannt fehlerfreien PCB erzeugt werden. Ferner können Bildverarbeitungsalgorithmen, die auf dem Gebiet bekannt sind, benutzt werden, um Schlüsselabschnitte der Schichtbilder zu verarbeiten, um eine Gesamtqualität und andere erwünschte Parameter dieser Abschnitte zu bestimmen.

Wie es in 5 gezeigt ist, umfassen andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Überprüfen von Artikeln mittels Röntgenstrahlen. Zuerst werden eine einzige Röntgenquelle und ein planares Array von linearen Sensoren bereitgestellt, wobei die Sensoren parallel zueinander ausgerichtet sind (Schritt 210). Als nächstes wird ein zu überprüfender Artikel zwischen den linearen Sensoren und der Röntgenquelle in einer Reihe von Durchläufen parallel zu dem Array und im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse jedes linearen Sensors bewegt (Schritt 220). Alternativ werden die Röntgenquelle und die linearen Sensoren als eine Einheit in Beziehung zu einem stationären Artikel auf eine ähnliche Weise bewegt (Schritt 220). Während der Reihe von Durchläufen, die durch den Artikel relativ zu den linearen Sensoren gemacht werden, wird ein Übertragungsbild des Artikels für jeden der Sensoren in dem Array aufgenommen (Schritt 230). Die Übertragungsbilder werden mathematisch kombiniert, um ein Schichtbild für jede getrennte konzeptionelle „Schicht" des Artikels zu erzeugen (Schritt 240). Die erzeugten Schichtbilder können dann interpretiert werden, um die physische Qualität des Artikels zu Überprüfungszwecken zu ermitteln (Schritt 250).

Aus dem Vorhergehenden betreffen Ausführungsbeispiele der Erfindung ein verbessertes System und ein Verfahren zur physischen Röntgenüberprüfung eines Artikels, die eine Mehrschicht-Röntgenbilderzeugung hoher Qualität unter Verwendung mehrerer linearer Sensoren in einem System von vergleichsweise geringen Kosten und geringer Komplexität bereitstellen. Außer den oben gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind auch andere möglich. Folglich soll die Erfindung nicht auf die so beschriebenen und dargestellten spezifischen Formen begrenzt sein; die Erfindung ist lediglich durch die Ansprüche begrenzt.


Anspruch[de]
  1. Röntgenüberprüfungssystem (1), das folgende Merkmale aufweist:

    eine Bilderzeugungskette (10), die eine einzige Röntgenquelle (100) und ein planares Array von linearen Sensoren (110) aufweist, wobei die Längsachsen der linearen Sensoren (110) parallel ausgerichtet sind, wobei die linearen Sensoren (110) konfiguriert sind, um Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle (100) zu empfangen, wobei die Röntgenquelle (100) und die linearen Sensoren (110) bezüglich zueinander stationär bleiben;

    einen Relativbewegungsmechanismus (20), der konfiguriert ist, um die Position eines zu überprüfenden Artikels relativ zu der Bilderzeugungskette (10) zu ändern, wobei der Artikel zwischen der Röntgenquelle (100) und dem Array von linearen Sensoren (110) in einer Reihe von Durchläufen parallel zu dem Array von linearen Sensoren (110) und im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der linearen Sensoren (110) durchläuft;

    einen Interpretierer (40), der konfiguriert ist, um ein Übertragungsbild des Artikels für jeden der linearen Sensoren (110) aufzunehmen und die Übertragungsbilder zu kombinieren, um ein Schichtbild für jede getrennte Schicht des Artikels zu erzeugen; und

    eine Steuerung (30), die konfiguriert ist, um den Relativbewegungsmechanismus (20), die Bilderzeugungskette (10) und den Interpretierer (40) zu koordinieren und zu steuern.
  2. System gemäß Anspruch 1, bei dem der Interpretierer (40) ferner konfiguriert ist, um die Schichtbilder zu interpretieren, um die Qualität des Artikels zu ermitteln.
  3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Relativbewegungsmechanismus (20) den zu überprüfenden Artikel bewegt.
  4. System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem Relativbewegungsmechanismus (20) die Bilderzeugungskette (10) als eine Einheit bewegt.
  5. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem es zwischen 12 und 16 lineare Sensoren (110) gibt.
  6. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die linearen Sensoren (110) im wesentlichen in einem Kreis angeordnet sind.
  7. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die linearen Sensoren (110) lineare Zeitverzögerungsintegrations- (TDI-; TDI = Time Delay Integration) Sensoren sind.
  8. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Relativbewegungsmechanismus (20) ferner konfiguriert ist, um die Position des Artikels relativ zu dem Array von linearen Sensoren (110) in eine Richtung zu ändern, die senkrecht zu dem Array von linearen Sensoren (110) ist, um eine Modifizierung der Auflösung der Übertragungsbilder zu erlauben.
  9. Bilderzeugungskette (10) für ein Röntgenüberprüfungssystem (1), die folgende Merkmale aufweist:

    eine einzige Röntgenquelle (100); und

    ein planares Array von linearen Sensoren (110), wobei die Längsachsen der linearen Sensoren (110) parallel ausgerichtet sind, wobei die linearen Sensoren (110) konfiguriert sind, um Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle (100) zu empfangen, wobei die Röntgenquelle (100) und die linearen Sensoren (110) bezüglich zueinander stationär bleiben.
  10. Bilderzeugungskette (10) gemäß Anspruch 9, bei der es zwischen 12 und 16 lineare Sensoren (110) gibt.
  11. Bilderzeugungskette (10) gemäß Anspruch 9 oder 10, bei der die linearen Sensoren (110) im wesentlichen in einem Kreis angeordnet sind.
  12. Bilderzeugungskette (10) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die linearen Sensoren (110) lineare Zeitverzögerungsintegrations- (TDI; TDI = Time Delay Integration) Sensoren sind.
  13. Röntgenüberprüfungssystem, das folgende Merkmale aufweist:

    eine Bilderzeugungskette (10), die eine einzige Röntgenquelle (100) und ein planares Array von linearen Sensoren (110) aufweist, wobei die Längsachsen der linearen Sensoren (110) parallel ausgerichtet sind, wobei die linearen Sensoren (110) konfiguriert sind, um Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle (100) zu empfangen, wobei die Röntgenquelle (100) und die linearen Sensoren (110) bezüglich zueinander stationär bleiben;

    eine Einrichtung zum Ändern der Position eines zu überprüfenden Artikels relativ zu der Bilderzeugungskette (10), wobei der Artikel zwischen der Röntgenquelle (100) und dem Array von linearen Sensoren (110) in einer Reihe von Durchläufen parallel zu dem Array von linearen Sensoren (110) und im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der linearen Sensoren (110) durchläuft;

    eine Einrichtung zum Aufnehmen eines Übertragungsbilds des Artikels für jeden der linearen Sensoren (110); und

    eine Einrichtung zum Kombinieren der Übertragungsbilder, um ein Schichtbild für jede getrennte Schicht des Artikels zu erzeugen.
  14. System gemäß Anspruch 13, das ferner eine Einrichtung zum Interpretieren der Schichtbilder aufweist, um die Qualität des Artikels zu ermitteln.
  15. System gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem die Positionsänderungseinrichtung den zu überprüfenden Artikel bewegt.
  16. System gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem die Positionsänderungseinrichtung die Bilderzeugungskette (10) als eine Einheit bewegt.
  17. System gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem es zwischen 12 und 16 lineare Sensoren (110) gibt.
  18. System gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem die linearen Sensoren (110) im wesentlichen in einem Kreis angeordnet sind.
  19. System gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem die linearen Sensoren (110) lineare Zeitverzögerungsintegrations- (TDI-; TDI = Time Delay Integration) Sensoren sind.
  20. System gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem die Positionsänderungseinrichtung ferner die Position des Artikels relativ zu dem Array von linearen Sensoren (110) in eine Richtung ändert, die senkrecht zu dem Array von linearen Sensoren (110) ist, um eine Modifizierung der Auflösung der Übertragungsbilder zu erlauben.
  21. Verfahren (200) zum Überprüfen eines Artikels durch die Verwendung von Röntgenstrahlen, das folgende Schritte aufweist:

    Bereitstellen (210) einer einzigen Röntgenquelle (100) und eines planaren Arrays von linearen Sensoren (110), wobei die Längsachsen der linearen Sensoren (110) parallel ausgerichtet sind, wobei die linearen Sensoren (110) konfiguriert sind, um Röntgenstrahlen von der Röntgenquelle (100) zu empfangen, wobei die Röntgenquelle (100) und die linearen Sensoren (110) bezüglich zueinander stationär bleiben;

    Ändern (220) der Position eines zu überprüfenden Artikels relativ zu der Röntgenquelle (100) und dem Array von linearen Sensoren (110), wobei der Artikel zwischen der Röntgenquelle (100) und dem Array von linearen Sensoren (110) in einer Reihe von Durchläufen parallel zu dem Array von linearen Sensoren (110) und im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der linearen Sensoren (110) durchläuft;

    Aufnehmen (230) eines Übertragungsbilds des Artikels für jeden der linearen Sensoren (110); und

    Kombinieren (240) der Übertragungsbilder, um ein Schichtbild für jede getrennte Schicht des Artikels zu erzeugen.
  22. Verfahren (200) gemäß Anspruch 21, das ferner ein Interpretieren (250) der Schichtbilder aufweist, um die Qualität des Artikels zu ermitteln.
  23. Verfahren (200) gemäß Anspruch 21 oder 22, bei dem der Positionsänderungsschritt den zu überprüfenden Artikel bewegt.
  24. Verfahren (200) gemäß Anspruch 21 oder 22, bei dem der Positionsänderungsschritt die Röntgenquelle (100) und das planare Array von linearen Sensoren (110) als eine Einheit bewegt.
  25. Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, bei dem es zwischen 12 und 16 lineare Sensoren (110) gibt.
  26. Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25, bei dem die linearen Sensoren (110) im wesentlichen in einem Kreis angeordnet sind.
  27. Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 26, bei dem die linearen Sensoren (110) lineare Zeitverzögerungs-integrations- (TDI-; TDI = Time Delay Integration) Sensoren sind.
  28. Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 27, das ferner ein Ändern der Position des Artikels relativ zu dem Array von linearen Sensoren (110) in eine Richtung aufweist, die senkrecht zu dem Array von linearen Sensoren (110) ist, um eine Modifizierung der Auflösung der Übertragungsbilder zu erlauben.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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