Sensor zum Nachweis von Objekten durch Lichtbeugung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Nachweis von Objekten, insbesondere von Fäden oder Drähten, durch Lichtbeugung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Sensoren sind beispielsweise aus JP 07 167 627 A bekannt und weisen eine Lichtquelle zum Beleuchten des Objekts, eine Detektoreinheit mit mindestens einem Detektor zum Nachweis zumindest von an dem Objekt gebeugten Licht und eine Steuer- und Auswerteeinheit zum Auswerten von Messsignalen der Detektoreinheit und zum Ausgeben von mindestens einem Schaltsignal auf.

Solche Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt zum kontinuierlichen überprüfen der Dicke eines Drahts. Um eine Information über die Dicke des Drahts zu erhalten, wird dabei eine räumliche Verschiebung des ersten Beugungsmaximums ausgewertet. Hierzu weist die in JP 07 167 627 A beschriebene Vorrichtung mindestens vier einzelne Detektoren auf, die im Wesentlichen in einer Reihe liegend symmetrisch zu einem Zentrum angeordnet sind. Die vier einzelnen Detektoren sind so beabstandet, dass für eine typische Messsituation die Beugungsflecke der ersten Ordnung zwischen die innen liegenden und die außen liegenden Detektoren fallen und teilweise sowohl von den innen liegenden wie auch von den äußeren Detektoren nachgewiesen werden. Wenn sich die Dicke des beugenden Objekts, beispielsweise des Drahts, ändert, verschiebt sich das Maximum der ersten Beugungsordnung. Dies ruft eine starke änderung einer Differenz der mit den innen liegenden beziehungsweise den äußeren Detektoren gemessenen Signalen hervor, welche gut nachgewiesen werden kann.

Bei zahlreichen Problemstellungen kommt es zunächst nur darauf an, festzustellen, ob beispielsweise ein Draht oder ein Faden überhaupt vorhanden ist oder nicht. Hierfür ist

der in JP 07 167 627 A beschriebene Aufbau zwar grundsätzlich geeignet. Die Lösung gemäß dieser Schrift ist aber aufwändig und mit entsprechenden Kosten verbunden.

Ein typischer Anwendungsfall betrifft beispielsweise die zum Kontaktieren eines Chips verwendeten Bond-Drähte. Diese Drähte sind im Allgemeinen aus Aluminium, Kupfer oder Gold gefertigt und haben einen Durchmesser von etwa 50 μm oder kleiner. Jeder dieser Bond-Drähte muss mit der Oberseite einer kleinen, typischerweise rechteckför- migen Anschlussfläche im Bereich des Chips verbunden werden. Am anderen Ende werden die Bond-Drähte mit einer ähnlich geformten größeren Gehäuseanschlussfläche verbunden. In den meisten Bonding-Maschinen ist das entsprechende Werkzeug so konstruiert, dass damit das Positionieren des Bond-Drahts über einer Anschlussstelle vor dem Durchführen des Bond-Vorgangs erleichtert wird. Solch ein Bonding-Werkzeug kann beispielsweise eine oben gewinkelte Unterseite hinter der Arbeitsfläche aufweisen und eine im Allgemeinen vertikal angeordnete Rückseite. Eine gewinkelte Bohrung oder eine Drahtführungshalterung mit einer Eingangsöffnung in der Rückseite und einer Austrittsöffnung in der gewinkelten Unterseite des Werkzeugs ermöglicht ein Ausgeben des Bond-Drahts durch eine Austrittsöffnung in der gewinkelten Unterseite des Werkzeugs. Typischerweise wird eine über Fernsteuerung bedienbare Klemme, welche hinter dem Eingang der Drahtführung angeordnet ist und gegenüber dem Werkzeug bewegbar ist, benutzt, um den Bond-Draht durch die Führungsöffnung einzuführen. Ein Problem, welches beim automatischen Bonden auftreten kann, besteht in einem zufälligen Brechen oder Abreißen eines Stücks des Bond-Drahts auf der Rückseite des Bond-Werkzeugs. Ein solcher Bruch kann verursacht werden durch Fehler bei der Beschickung mit dem Draht von einer Spule, wodurch der Draht geschwächt wird. Beispielsweise wenn eine zu hohe Spannung auf den Draht durch die Vorratsspule ausgeübt wird oder durch vergleichbare Gründe, wird der Draht geschwächt. Solch ein zufälliger Bruch des Drahts ist unerwünscht und problematisch.

Verfahren zum Nachweis von abgerissenen oder in sonstiger Weise fehlenden Drähten werden beispielsweise in US-6, 179,197, US-6,278,409, JP 05 162 666 und JP 02 008 152 vorgeschlagen.

Eine A u f g a b e der Erfindung kann darin gesehen werden, einen Sensor bereitzustellen, mit welchem auf Grundlage des Prinzips der Lichtbeugung zuverlässig Objekte,

beispielsweise Drähte oder Fäden, nachgewiesen werden können und welcher außerdem einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch den Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensor sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem in der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren, beschrieben.

Der Sensor der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass genau ein Detektor zum Nachweis von Licht aus mindestens einer höheren Beugungsordnung vorhanden ist und dass ein Mittel zum Ausblenden zumindest von Licht der nullten Beugungsordnung und/oder von ungebeugtem Licht vorhanden ist oder dass ein Einzeldetektor zum Nachweis von Licht der nullten Beugungsordnung und/oder von ungebeugtem Licht und mindestens ein weiterer Einzeldetektor zum Nachweis von Licht aus mindestens einer höheren Beugungsordnung vorhanden ist.

Zum Nachweis von dünnen Drähten nutzt die vorliegende Erfindung die Beugung von Licht, insbesondere von Laserlicht. Dieses Prinzip beruht darauf, dass ein Draht oder ähnlich geformte Objekte, wie beispielsweise ein Faden, bei Beleuchtung mit einem Lichtstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, ein Beugungsmuster auf einem geeignet positionierten fotoempfindlichen Element generiert.

Als ein Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, dass bereits mit genau einem Detektor geprüft werden kann, ob ein solches Beugungsmuster vorhanden ist oder nicht. Hierauf bezieht sich die erste Anspruchsalternative des Anspruchs 1. Hierzu wird dann Licht der nullten Beugungsordnung oder ungebeugtes Licht ab- oder ausgeblendet. Beispielsweise kann ein effektiver Sensor zum Nachweis von dünnen Drähten bereitgestellt werden, welcher in einer Bonding-Maschine einen dort zugeführten dünnen Draht überwacht. Eine geeignete Abdeckung wird dabei verwendet, um ungebeugtes Licht oder Licht der nullten Beugungsordnung von dem fotoempfindlichen Element, also von dem Detektor fernzuhalten. Wenn also ein dünner Draht oder ein ähnliches Objekt im Laserstrahl vorhanden ist und der Laserstrahl hierdurch mindestens teilweise unterbrochen wird, werden Beugungsflecke auf die freie Fläche des Detektors abgebildet. Ein verstärktes Signal kann dann mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinheit analy-

siert und es können hieraus entsprechende Schaltsignale generiert werden, welche externe Komponenten, beispielsweise Aktoren, geeignet schalten.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der vorliegenden Erfindung, auf welchem die zweite Alternative des Anspruchs 1 beruht, wird auch die Information, welche in dem ungebeugten Licht oder dem in nullter Ordnung gebeugten Licht liegt, zur Auswertung herangezogen. Dies kann mit einfachen Mitteln durch einen bezüglich des Beugungsmusters zentral positionierten Einzeldetektor erreicht werden. Im Vergleich zum Stand der Technik kann bei der Erfindung ein Nachweis, beispielsweise eines Bond-Drahts, mit erheblich einfacheren Mitteln erzielt werden.

Die Erfindung ist aber nicht auf den Nachweis von dünnen Drähten oder Fäden beschränkt. Auch Kanten, beispielsweise von transparenten Objekten, generieren Beugungsmuster, die prinzipiell zum Nachweis solcher Kanten herangezogen werden können. Insbesondere für transparente Objekte ist ein Nachweis der Kante mit Hilfe eines konventionellen Transmissionsverfahrens schwierig, da die relative Intensitätsänderung des Lichts nach dessen Durchtritt durch den transparenten Körper nur klein ist. An der Kante jedoch wird in bekannter Weise das Licht gebeugt und hierbei sind die Signaländerungen erheblich größer, so dass ein Nachweis auf diese Weise deutlich vereinfacht wird. Weiterhin können auch Verunreinigungen in transparenten Materialien nachgewiesen werden. Beispielsweise erfolgt auch an kleinen Bläschen oder sonstigen Herstellungsdefekten eine Lichtbeugung der oben beschriebenen Art, woraus sich wiederum eine entsprechende leicht auswertbare Signaländerung ergibt.

Als Lichtquelle kommen grundsätzlich bekannte Lichtquellen in Betracht. Besonders bevorzugt werden als Lichtquelle eine oder mehrere Laserdioden eingesetzt. Bei dem Detektor oder den Einzeldetektoren kann es sich zweckmäßig um Fotodioden oder sonstige Halbleiter-Fotodetektoren, beispielsweise CCD-Arrays handeln.

Die Steuer- und Auswerteeinheit kann durch einen MikroController gebildet oder Teil eines Mikrocontrollers sein. Ergänzend oder alternativ können auch programmierbare Logikkomponenten, zum Beispiel FPGAs, CPLDs, GALs, verwendet werden.

Bei einer besonders bevorzugten Variante sind genau drei optische Einzeldetektoren vorhanden. Dabei kann ein Nachweis eines Drahts durch Auswertung eines Differenzsignals erfolgen. Hierbei wird der mittlere der Einzeldetektoren verwendet, um das un-

gebeugte Licht oder Licht nullter Beugungsordnung nachzuweisen, und mit den außen liegenden Einzeldetektoren wird Licht der ersten Beugungsordnung nachgewiesen. Demgemäß ist die Steuer- und Auswerteeinheit bevorzugt zum Bilden einer Differenz zwischen einem zur nullten Beugungsordnung und/oder zu ungebeugtem Licht gehörenden Messsignal und einem zu höheren Beugungsordnungen gehörenden Messsignal eingerichtet. Grundsätzlich kann die Steuer- und Auswerteeinheit auch zum Bilden eines Quotienten zwischen einem zur nullten Beugungsordnung und/oder zu ungebeugtem Licht gehörenden Messsignal und einem zu höheren Beugungsordnungen gehörenden Messsignal eingerichtet sein.

Mit der hier beschriebenen Differenzmethode kann auch beispielsweise die Dicke eines Drahts kontrolliert und überwacht werden. Eine bestimmte Drahtdicke generiert ein bestimmtes Differenzsignal, welches eingelernt werden kann. Wenn sich die Dicke des Drahts ändert, also beispielsweise während eines Fertigungsprozesses zunimmt oder abnimmt, wird sich auch das Differenzsignal oder gegebenenfalls der Signalquotient ändern und solch eine änderung kann leicht nachgewiesen werden.

Bei einer weiteren bevorzugten einfachen Variante ist als Mittel zum Ausblenden der nullten Beugungsordnung und/oder von ungebeugtem Licht eine mechanische Blende vorhanden. Beispielsweise kann ein Fotodetektor im entsprechenden Bereich durch eine Lackschicht passiviert sein.

Bei einem weiteren einfachen Beispiel ist der optische Detektor oder einer oder mehrere der optischen Detektoren aus zusammen geschalteten Detektorteilen aufgebaut. Das Mittel zum Ausblenden der nullten Beugungsordnung oder von ungebeugtem Licht wird hierbei insoweit realisiert, als am entsprechenden Ort keine aktive Detektorfläche vorhanden ist. Die Auswertung kann bei diesen Ausführungsbeispielen vereinfacht werden, da weniger Messsignale ausgewertet und verarbeitet werden müssen. Beispielsweise können bei der Variante mit drei Einzeldetektoren die beiden äußeren Detektoren zusammengeschaltet und somit als Detektorteile eines einzigen Detektors angesehen werden. Für diese Variante sind dann nur zwei Signale, nämlich das Messsignal des innen liegenden Einzeldetektors und das kumulierte Messsignal der außen liegenden Einzeldetektoren, auszuwerten.

Das Beugungsmuster erstreckt sich beispielsweise bei einem Draht in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Drahts. Damit ein Draht oder ein Faden auch

dann noch zuverlässig nachgewiesen werden kann, wenn der Draht oder der Faden seine Position gegenüber dem erfindungsgemäßen Sensor geringfügig ändert, insbesondere verkippt, ist es zweckmäßig, wenn der Detektor eine Detektorfläche aufweist, deren Breite im Bereich des Mittels zum Ausblenden von Licht der nullten Beugungsordnung am Kleinsten ist und in Richtung von Auftreffpunkten von Licht höherer Beugungsordnungen zunehmend größer wird. Beispielsweise kann die Detektorfläche eine taillierte Form aufweisen, wobei sich die Taille im Bereich der Blende oder des sonstigen Ausblendmittels befindet. Für die Anspruchsalternative mit mehreren Einzeldetektoren ist im Hinblick auf den vorgenannten Gesichtspunkt bevorzugt, wenn die Einzeldetektoren zum Nachweis von Licht aus höheren Beugungsordnungen jeweils die Form von Kreisringsegmenten aufweisen.

Eine Positionierung des erfindungsgemäßen Sensors bezüglich eines nachzuweisenden oder zu überwachenden Drahts oder Fadens ist besonders einfach möglich, wenn der Sensor in einem gabel- oder U-förmigen Gehäuse untergebracht ist. An den Enden der Schenkel sind dann die Lichtquelle beziehungsweise die Detektoreinheit untergebracht.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Lichtquelle und die Detektoreinheit mechanisch entkoppelt. Beispielsweise können diese Komponenten in mechanisch entkoppelten oder separaten Gehäuseteilen untergebracht sein. Störungen, die durch mechanische Kopplung der Sende- mit der Empfängereinheit übertragen werden, können auf diese Weise reduziert werden. Solche Gehäuse werden auch als Satellitengehäuse bezeichnet.

Die Funktionalität des erfindungsgemäßen Sensors wird weiter erhöht, wenn eine optische Anzeige, insbesondere eine Mehrzahl von verschiedenfarbigen Leuchtdioden, zum Signalisieren von Betriebs- und/oder Schaltzuständen an einen Benutzer vorhanden ist. Beispielsweise können drei Leuchtdioden vorhanden sein, wobei eine grüne Leuchtdiode das ordnungsgemäße Vorhandensein einer Spannungsversorgung und eine rote Leuchtdiode eine Störung signalisiert und wobei eine gelbe Leuchtdiode leuchtet, wenn ein Objekt, beispielsweise ein Draht, im Nachweisbereich erkannt wurde.

Ergänzend oder alternativ hierzu kann auch eine Einrichtung zum akustischen Signalisieren von Betriebs- und/oder Schaltzuständen an einen Benutzer vorhanden sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren erläutert.

Hierin zeigt:

Figur 1: In einer schematischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors;

Figur 2: Das Ausführungsbeispiel aus Figur 1 , wobei sich kein Objekt im

Nachweisbereich befindet;

Figur 3 und 4: Details des Ausführungsbeispiels aus Figur 1 ;

Figur 5: In schematischer Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors;

Figur 6: Den Sensor aus Figur 5, wobei sich kein Objekt im Nachweisbereich befindet;

Figur 7 und 8: Details des Sensors aus Figur 4;

Figuren 9 bis 11 : Schematische Ansichten zur Erläuterung der Beugung von Licht an kleinen Objekten

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors 100 wird mit Bezug auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben. Der Sensor 100 weist als wesentliche Bestandteile eine Lichtquelle 20, eine Detektoreinheit 30 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 60 auf. Die Lichtquelle 20 ist eine Laserdiode 20, die von einer Laserelektronik 22 angesteuert wird. Die Detektoreinheit 30 beinhaltet einen Detektor 40, der die Form eines länglichen Rechtecks aufweist und der in einem Mittenbereich von einer mechanischen Blende 42 abgedeckt ist, sowie einen Verstärker 32 zum Verstärken eines Ausgangssignals des Detektors 40. Das verstärkte Signal 38 wird einer Steuereinheit 68, die Bestandteil der Steuer- und Auswerteeinheit 60 ist, zugeführt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 60 gibt ein Steuersignal 66 an die Laserelektronik 22 und außerdem Schaltsignale 62, 64 an eine externe anzusteuernde Einrichtung 70 ab.

Im gezeigten Beispiel wird der erfindungsgemäße Sensor 100 eingesetzt, um die Zuführung eines Drahts 10 von einer Spule 12 zu einem Automat 14 zu überwachen, mit dem Halbleiterchips in Gehäusen kontaktiert werden. Bei der externen anzusteuernden Ein-

richtung 70 kann es sich beispielsweise um einen Aktor 70 handeln, der bei dem Automaten 14 und/oder den, hier nicht gezeigten, Einrichtungen zum Zuführen des Drahts 10 geeignete Maßnahmen veranlasst, wenn der Draht 10 aus welchen Gründen auch immer abreißt.

Bevor die Arbeitsweise des Sensors 100 im Einzelnen erläutert wird, werden im Zusammenhang mit den Figuren 9 bis 11 einige elementare Prinzipien der Beugung beschrieben.

Wenn in einen Strahlengang, mit welchem ein Schirm beleuchtet wird, ein lichtundurchlässiges Objekt eingeführt wird, erscheinen auf dem Schirm helle und dunkle Bereiche. Die Intensität der Beleuchtung an jedem hellen oder dunklen Punkt des Schirms ist proportional zum Amplitudenquadrat der einfallenden Lichtwelle an diesem Punkt. Die genannten hellen und dunklen Bereiche entstehen durch Beugung, deren grundlegende Phänomene auf Interferenz und dem Superpositionsprinzip beruhen.

Beugung tritt immer dann auf, wenn eine Wellenfront einen Randbereich eines Hindernisses im Strahlengang passiert. Dies kann man sich wie folgt klar machen. Indem die Wellenfront den Randbereich passiert, treten aus einer kleinen Umgebung in der Nähe des Randbereich sekundäre Kugelwellen aus. In Figur 9 fallen ebene Wellen auf einen einzigen Randbereich eines Hindernisses 10, wobei es sich beispielsweise um einen Draht mit einem Durchmesser d handeln kann. Die parallelen Linien deuten Wellenberge der Wellenfront an, die jeweils durch eine Wellenlänge λ beanstandet sind. Der Durchmesser d des Objekts 10 beträgt größenordnungsmäßig wenige Wellenlängen λ. Figur 10 zeigt den Einfall einer Front ebener Welle auf ein kleines Hindernis 10, dessen Breite wiederum von der Größenordnung der Wellenlänge der einfallenden Wellenfront ist. Zu beachten ist, dass die Wellenberge und die Wellentäler der von den Umgebungen der Randbereiche des Objekts 10 ausgehenden sphärischen Wellen an jedem Punkt vor einem Schirm 18 überlappen. Die Amplituden der beiden sekundären Kugelwellen summieren sich an jedem Punkt algebraisch auf, wodurch für jeden Punkt eine neue Amplitude entsteht. Zu beachten ist weiterhin, dass sich die Amplituden der beiden Wellen, nicht aber deren Intensitäten addieren. Dies wird als Superpositionsprinzip bezeichnet. Die Lichtintensität an jedem Punkt ist proportional zum Amplitudenquadrat an diesem Punkt. Man spricht auch davon, dass die beiden Kugelwellen miteinander

interferieren, da die Intensität davon abhängt, wie sich die Amplituden an diesem Punkt addieren.

Hierzu werden zwei Extrembeispiele betrachtet. Bei bestimmten Punkten addiert sich ein Wellenberg auf einen weiteren Wellenberg oder ein Wellental addiert sich zu einem weiteren Wellental, woraus eine insgesamt größere Amplitude, die positiv oder negativ sein kann, resultiert. Die Lichtintensität ist an diesen Punkten hoch, da die Lichtintensität durch das Amplitudenquadrat gegeben ist. Dieser Fall wird als konstruktive Interferenz bezeichnet. Bei bestimmten anderen Punkten addiert sich ein Wellenberg zu einem Wellental, woraus eine kleinere Amplitude entsteht, die grundsätzlich auch nahe oder gleich Null sein kann. Die Lichtintensität an diesem Punkt ist demgemäß fast Null. Dieser Fall wird als destruktive Interferenz bezeichnet. Alle anderen Interferenzeffekte bewegen sich zwischen diesen beiden Extremen. Eine direkte Konsequenz des Super- positions- oder überlagerungsprinzips ist, dass die zu beobachtende Intensität des gebeugten Lichts, welche auf einen Schirm fällt, helle Bereiche, die durch konstruktive Interferenz verursacht sind, und außerdem dunkle, durch destruktive Interferenz bewirkte Bereiche oder Bänder aufweist.

In einem realen Beugungsexperiment weichen die Winkelpositionen der hellen und dunklen Streifen etwas von der einfachen Erwartung ab. Das reale Interferenzmuster entsteht aufgrund einer Superposition von Kugelwellen von allen Punkten außerhalb des Hindernisses und nicht nur aus einer kleinen Umgebung des Randbereichs. Die relative Position und Verteilung dieser hellen und dunklen Bereiche können berechnet werden und hängen ab von der Wellenlänge λ des verwendeten Lichts, der Dimension des Hindernisses und dem Abstand L des Schirms von dem beugenden Hindernis. Dies ist in Figur 11 schematisch angedeutet. Auf dem Schirm 18 beobachtet man zunächst an einer Position PO einen zentralen hellen Bereich, da dort die von den Rändern des Objekts 10 ausgehenden Kugelwellen immer konstruktiv interferieren. Sodann entstehen an Punkten P1 weitere Maxima an denen der Gangunterschied zwischen den Lichtwegen von den Randbereichen des Objekts 10 gerade eine Wellenlänge λ beträgt. Die entsprechenden Strahlen sind hierbei um einen Winkel θ gegeneinander geneigt.

Es wird nun die Arbeitsweise des in Figur 1 gezeigten Sensors 100 unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren 2 bis 4 erläutert. Der fotoempfindliche Detektor 40 wird verwendet, um ein Beugungsmuster 26 nachzuweisen, wohingegen ein zentrales Muster

27 und/oder ungebeugtes Licht 28 unterdrückt wird. Wenn sich der dünne Draht 10, wie in Figur 1 gezeigt, im Strahl 24 befindet, entsteht auf dem Detektor 40 das schematisch angedeutete Beugungsmuster 26. Je länger der Detektor 40 ist, desto mehr Beugungsordnungen können nachgewiesen werden.

Wenn der Draht 10 entfernt wird oder beispielsweise abreißt, verschwindet das Beugungsmuster 26 und es fällt nur noch ungebeugtes Licht 28 auf die Detektoreinheit 30 und wird dort aber von der Blende 42 vom Detektor 40 abgeschirmt. Diese Situation ist in Figur 2 dargestellt. Das Messsignal des Detektors 40 fällt demgemäß bei einem Ll- bergang der Situation aus Figur 1 zur Situation in Figur 2 stark ab und dieser Abfall kann leicht nachgewiesen werden. Beispielsweise können dann die Schaltsignale 62, 64 der Steuereinheit 68 von HIGH auf LOW oder von LOW auf HIGH schalten, um bei dem Aktor 70 die gewünschte Reaktion hervorzurufen.

Details des Detektors 40 sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Aus Figur 3 ist das Beugungsmuster 26 mit dem zentralen hellen Bereich 27 ersichtlich, wohingegen in Figur 4 die Situation aus Figur 2 dargestellt ist, wo nur ungebeugtes Licht 28 auf die zentral angeordnete Blende 42 fällt. Die durch einen Doppelpfeil 43 angedeutete Breite der Blende 42 wird zweckmäßig so gewählt, dass der zentrale helle Bereich 27 möglichst vollständig von der Blende 42 verdeckt wird, das Beugungsmuster 26 aber gleichzeitig möglichst vollständig nachgewiesen werden kann.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass auch ein Draht mit sehr kleinem Durchmesser nachgewiesen werden kann. Der Sensor 100 kann jedoch für Drähte mit größerem Durchmesser eventuell unempfindlich sein, da für solche Drähte das Beugungsmuster weniger breit auf die freie Fläche des Detektors 40 verteilt ist.

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors wird mit Bezug auf die Figuren 5 bis 8 erläutert.

äquivalente Komponenten sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der in den Figuren 5 und 6 dargestellte Sensor 100 unterscheidet sich von dem im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Sensor 100 dadurch, dass statt nur eines Detektors mit einer Blende im Mittenbereich drei Einzeldetektoren 52, 54, 56 vorhanden sind. Der mittlere Einzeldetektor 54 dient dazu, Licht des zentralen hellen

Beugungsbereichs 27 oder ungebeugtes Licht 28 nachzuweisen. Das Licht in dem zentralen hellen Bereich 27 wird auch als Licht nullter Beugungsordnung bezeichnet. Mit den außen liegenden Detektoren 52, 56 kann Licht aus höheren Beugungsordnungen nachgewiesen werden. Die Ausgänge der Einzeldetektoren 52, 56 sind zusammengeschaltet. Das Messsignal des mittigen Einzeldetektors 54 wird von einem einstellbaren Verstärker 84 verstärkt, dessen Ausgangssignal 94 einer Differenzstufe 90, die Bestandteil der Steuer- und Auswerteeinheit 60 ist, zugeführt wird. Einem weiteren Eingang der Differenzstufe 90 wird ein Ausgangssignal 96 eines Verstärkers 86 zugeführt, der das Messsignal der zusammengeschalteten außen liegenden Einzeldetektoren 52, 56 verstärkt. Ein Ausgangssignal 98 der Differenzstufe 90 wird der Steuereinheit 68 zugeführt. Die übrigen Komponenten entsprechen denjenigen mit denselben Bezugszeichen in Figur 1.

Im gezeigten Beispiel sind die Einzeldetektoren 52, 54, 56 mit den Verstärkern 84, 86 und der Differenzstufe 90 in einem Modul 34 integriert.

Die Funktionsweise des in Figur 5 gezeigten Sensors 100 wird mit Bezug auf die weiteren Figuren 6 bis 8 erläutert.

Wenn sich, wie in Figur 5, ein Draht 10 im Lichtstrahl 24 befindet, entsteht, wie zuvor beschrieben, auf den Detektoren ein Beugungsmuster 26, d. h. die außen liegenden Einzeldetektoren 52, 56 liefern ein Messsignal. Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Sensor 100, bei dem Licht der nullten Beugungsordnung 27 gerade von der Blende 42 ausgeblendet wird, wird hier dieses Licht vom mittigen Einzeldetektor 54 nachgewiesen. Der einstellbare Verstärker 84 kann sodann so eingestellt werden, dass das Differenzsignal 98, also die Differenz der Messsignale des mittigen Detektors 54 und der beiden außenliegenden Detektoren 52, 56 einen gewissen Wert einnimmt. Wenn der Draht nun herausgenommen wird, beispielsweise abreißt, wie dies in Figur 6 dargestellt ist, fällt das Differenzsignal 98 nach der Differenzstufe 90 signifikant ab aufgrund des Verschwindens des Beugungsmusters auf den außen liegenden Einzeldetektoren 52, 56. Wiederum kann deshalb die Steuereinheit 68 geeignete Schaltsignale 62, 64 generieren.

Auch dieses Verfahren funktioniert gut für dünne Drähte. Es kann jedoch auch angewendet werden, um dickere Drähte nachzuweisen. In diesem Fall ist das Beugungsmuster aufgrund der Anwesenheit des Drahts im Strahlengang vergleichsweise schwä-

eher. Das ungebeugte Licht wird aber teilweise durch den Draht selbst abgeblockt. Abhängig von der konkreten Position des Drahts würde dann das Signal des mittigen Detektors 54 variieren, wohingegen die Messsignale der außen liegenden Detektoren 54, 56 unverändert blieben. Dementsprechend ergibt sich wiederum eine erhebliche änderung des Differenzsignals 98, der demgemäß auch für dickere Drähte empfindlich ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiger Sensor bereitgestellt, mit welchen insbesondere dünne Drähte nachgewiesen werden können. Beispielsweise werden die erfindungsgemäßen Sensoren eingesetzt, um ein unbeabsichtigtes Abreißen oder einen Fehler beim Zuführen des Drahts zu einem Fertigungsautomat zu überwachen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Bonding-Maschinen, welche eingesetzt werden, um miniaturisierte elektronische Elemente, wie integrierte Schaltkreise oder magnetische Schreib/Lese-Köpfe, wie sie in Festplatten eingesetzt werden, zu kontaktieren.

Anstelle der Strahleneigenschaften des Lichts wird hier die Beugung des Lichts an dem Objekt, beispielsweise dem dünnen Draht, ausgenutzt, die immer dann auftritt, wenn eine Wellenfront einen Wandbereich eines Hindernisses im Strahlengang passiert. Die hierbei festgestellten Signaländerungen sind hervorragend zum Nachweis kleiner Objekte geeignet.

Vorstehend wurde demgemäß insbesondere ein Sensor für dünne Drähte beruhend auf dem Prinzip der Lichtbeugung offenbart, der ein Schalt- oder Alarmsignal bereitstellt, wenn ein Draht oder ein anderes nachzuweisendes Objekt nicht mehr vorhanden ist, sei es durch Abriss oder durch eine Fehlzuführung. Der Sensor besteht in einem Ausführungsbeispiel aus einem Laserkopf, einem elektronischen Nachweismodul und einer Steuereinheit. Der von der Steuereinheit angetriebene Laserkopf generiert einen Laserstrahl, dessen Fokus auf eine undurchsichtige Blende oder Abdeckung oder einen zentralen Einzeldetektor fällt.

Mögliche Anwendungen dieses Sensors umfassen den Kantennachweis von transparenten Objekten, den Nachweis von Verunreinigungen in transparenten Materialien und eine Dickenkontrolle von Materialien mit dem vorbeschriebenen Differenzmodul.