DE202005017518U1 - Tubular endoscope for technical purposes e.g. for inspection of soldering processes and soldering of electronic elements on printed boards, has coaxially aligned pipes in which optical system is party accommodated - Google Patents

Abstract

Tubular endoscope has coaxially aligned pipes, i.e. an internal pipe (1), an external pipe (2) and an intermediate pipe (3), in which an optical system is partly accommodated. The pipes are arranged to overlap each other in longitudinal direction and cooling agent fluid flows through an internal gap (5), which is formed between an internal pipe and an intermediate pipe and partially enclosing the internal pipe. The cooling agent fluid also flows through external gap (4), which is formed between external pipe and the intermediate pipe and partially encloses the intermediate pipe.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft ein technisches Stabendoskop, speziell ein Stabendoskopzur Inspektion von Lötprozessenund Verlötungenelektronischer Bauelemente auf Leiterplatinen. Die rasant fortschreitendeKomplexitätsolcher elektronischer Bauelemente bedingt deren zunehmend steigendeHerstellungskosten. Bei der Bestückungeinzelner Platinen mit mehreren solcher Bauelemente lohnt es sich beiAusfall eines dieser Bauelemente, ein ausgefallenes Bauelement vonder Platine auszulötenund anschließendein neues Bauelement einzulöten.TheThe invention relates to a technical rod endoscope, especially a rod endoscopefor inspection of soldering processesand solderingselectronic components on printed circuit boards. The rapidly advancingcomplexitySuch electronic components causes their increasingly increasingProduction costs. In the assemblySingle boards with several such components are worthwhileFailure of one of these components, a failed component ofto solder the boardand subsequentlyto solder in a new component.

Problematischbei solchen Reparaturlötungensind die erforderlichen hohen Temperaturen. Dies trifft insbesonderebei Verwendung der neuen bleifreien Lote zu. Die erforderlichenhohen Löttemperaturensind jedoch sowohl fürdie Bauelemente als auch fürdie Platinen, die in aller Regel selbst mehrschichtig aufgebautsind, extrem belastend. Zu hohe Temperaturen, die auf solche Struktureneinwirken, führenzu Aufwölbungenund Verwerfungen sowohl in den Bauelementen als auch der Platine,und zwar aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizientender miteinander im Verbund verwendeten Werkstoffe. Die für das Umlöten aufzuwendendenTemperatur-Zeit-Profile müssendaher sehr genau auf den schmalen Arbeitsbereich zwischen der zumfehlerfreien Entlötenund Verlötenerforderlichen hohen Temperatur und der den Schichtstrukturen maximalzuträglichenTemperaturen eingestellt werden.Problematicin such repair brazingare the required high temperatures. This is especially truewhen using the new lead-free solders. The necessaryhigh soldering temperaturesHowever, both are forthe components as well forthe boards, which are usually self-layeredare, extremely stressful. Too high temperatures on such structuresact, leadto bulgesand distortions in both the components and the board,because of the different thermal expansion coefficientsthe materials used together in a composite. The expendable for the re-solderingTemperature-time profiles needtherefore very close to the narrow work area between theerror-free desolderingand solderingrequired high temperature and the layer structures maximumwholesomeTemperatures are set.

Diefür solcheReparaturlötungenerforderliche Wärmewird heute überwiegenddurch Heißgashaubenzugeführt,die überdie auszulötendenoder einzulötendenBauteile gestülptwerden. Dabei erfolgt die exakte Positionierung der Hauben in derRegel mittels eines zentralen und mit Unterdruck beaufschlagtenAnsaugverbinders, der die Heißgashaube inexakt definierter Position auf dem einzulötenden oder auszulötenden Bauteilfixiert. Diese Positionierung erfolgt in der Weise, dass der zurPlatinenoberflächeplanparallel ausgerichtete untere Umfassungsrand der Heißgashaubeeinen Abstand zur Platinenoberflächeeinhält,der im Größenordnungsbereichvon ungefähreinem Millimeter liegt. Zusätzlich wirddie Reparaturbaugruppe von unterhalb der Platine vollflächig miteinem IR-Wärmestrahlererhitzt.Thefor suchReparaturlötungenrequired heatbecomes prevalent todayby hot gas hoodssuppliedthe abovethe ones to be killedor to be killedSlipped componentsbecome. The exact positioning of the hoods takes place in theUsually by means of a central and acted upon by negative pressureAnsaugverbinders, the hot gas hood inexactly defined position on the component to be soldered or solderedfixed. This positioning is done in such a way that theplatinum surfaceplane-parallel aligned lower peripheral edge of the hot gas hooda distance to the board surfacecomply,the order of magnitudeof aboutone millimeter lies. In addition willthe repair assembly from below the board with all overan IR heat radiatorheated.

Umin dieser Umgebung die fürdie Lötprozesseerforderlichen Zeit-Temperatur-Profile optimieren und einhaltenzu können,aber auch um die einzelnen Lötstadienauch unmittelbar verfolgen zu können,werden, soweit möglich,technische Endoskope zur unmittelbaren optischen Inspektion derLötprozesseeingesetzt. Ein solcher Einsatz von herkömmlichen Endoskopen ist jedochaufgrund der hohen Temperaturen des unter der Löthaube austretenden Heißgases nurdort möglich,wo die Platinen nicht all zu dicht bestückt sind und einen relativgroßenAbstand zwischen der Löthaubeund dem Endoskop einzuhalten ermöglichen.Die bekannten, üblicherweisesenkrecht zur Platinenoberflächeangesetzten Endoskope, die sich bei diesen Einsätzen auf bis zu 100°C und darüber erwärmen, sindhier, wie die Praxis zeigt, schnell an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeitgelangt.Aroundin this environment the forthe soldering processesOptimize and maintain required time-temperature profilesto be able tobut also around the individual soldering stagesto be able to follow directlybe, as far as possible,technical endoscopes for direct optical inspection of thesoldering processesused. However, such use of conventional endoscopes isdue to the high temperatures of the hot gas escaping from the topping cap onlypossible there,where the boards are not too densely populated and a relativehugeDistance between the soldering domeand allow the endoscope to comply.The well-known, usuallyperpendicular to the board surfaceattached endoscopes, which heat up to 100 ° C and above in these applicationsHere, as the practice shows, quickly reaching the limits of their performancearrives.

Ausgehendvon diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,ein Stabendoskop fürtechnische Zwecke zu schaffen, das einen Einsatz auch in unmittelbarerNähe heißer Objekte,speziell zur unmittelbaren Beobachtung von Heißgas-Lötungen und Heißgas-Entlötungen,ermöglicht.outgoingFrom this prior art, the invention is based on the objecta staff endoscope forTo create technical purposes, the use also in the immediateNear hot objects,especially for direct observation of hot gas soldering and hot gas desoldering,allows.

DieErfindung löstdiese Aufgabe durch ein Stabendoskop für technische Zwecke, das dieim Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.TheInvention solvesthis task by a rod endoscope for technical purposes, which theHaving mentioned in claim 1 features.

EinAusführungsbeispielder Erfindung ist in der1 in Form eines Funktionsschemasdargestellt.An embodiment of the invention is in the 1 represented in the form of a functional scheme.

Dasgezeigte Endoskop besteht aus drei ineinanderliegend und zueinanderkoaxial ausgerichteten Rohren, nämlicheinem Innenrohr1, einem Außenrohr2 und einemzwischen diesen beiden Rohren angeordneten Zwischenrohr3.Zwischen dem Außenrohr2 unddem Zwischenrohr3 ist ein rohrförmiger Ringspaltraum4 ausgebildet.Entsprechend ist zwischen dem Zwischenrohr3 und dem Innenrohr1 einrohrförmigerRingspaltraum5 definiert.The endoscope shown consists of three mutually coaxial and mutually aligned tubes, namely an inner tube 1 , an outer tube 2 and an intermediate tube arranged between these two tubes 3 , Between the outer tube 2 and the intermediate pipe 3 is a tubular annular gap space 4 educated. Accordingly, between the intermediate pipe 3 and the inner tube 1 a tubular annular gap space 5 Are defined.

ImInnenrohr1 des Stabendoskops ist das optische System desEndoskops als Stablinsensystem12 ausgebildet. Das Innenrohr1 öffnet sichoptisch durch beide stirnseitigen Radialverschlüsse17,18 desZwischenrohres3, die als Hartverlötungen ausgeführt sind,hindurch und durch beide stirnseitigen Radialverschlüsse11,19 desAußenrohres2 hindurchdruckfluiddicht und temperaturbeständig am Kopfende20 zueiner nach Bedarf anschließbaren,hier aber nicht dargestellten und an sich bekannten Okularoptikdes Endoskops, und öffnetsich am axial gegenüberliegenden,ausblickseitigen Fußende desEndoskops mit seiner optischen Achse auf einen Umlenkspiegel13,der äquivalentauch als Umlenkprisma ausgebildet sein kann.In the inner tube 1 of the rod endoscope is the optical system of the endoscope as a rod lens system 12 educated. The inner tube 1 opens optically through both front-side radial seals 17 . 18 of the intermediate pipe 3 , which are designed as Hartverlötungen, through and through both end-side radial seals 11 . 19 of the outer tube 2 through pressure fluid-tight and temperature-resistant at the head end 20 to a connectable as needed, but not shown here and known per se eyepiece optics of the endoscope, and opens at the axially opposite, outlook-side foot of the endoscope with its optical axis to a deflection mirror 13 , which can be equivalently designed as a deflection prism.

Imeinblickseitigen Randbereich des Außenrohres2 ist einim Prinzip handelsüblicherLichtleiteranschluss10 für die Inspektionsfeldbeleuchtungangesetzt. An diesem sind innen Beleuchtungs-Faserlichtleiterbündel9 druckfluidfestangesetzt und in einem oder in mehreren Strängen frei durch den äußeren Ringspaltraum4 hindurchzum ausblickseitigen Radialverschluss11 geführt. Dabeisind diese Lichtleiter vorzugsweise durch Schutzbeschichtungen oderin schlauchartigen Schutzhüllenvor möglicher WeiseunerwünschtenEinwirkungen des unter Überdruck durchden äußeren Ringspaltraum4 gedrückten Kühlmittelfluidsgeschützt.In Einblickseitigen edge region of the outer tube 2 is a commercially available fiber optic connection 10 used for inspection field illumination. At this are in-lighting fiber optic bundles 9 set pressurized fluid and free in one or more strands through the outer annular gap space 4 through to the outlook-side radial closure 11 guided. And these are the lights conductor preferably by protective coatings or in hose-like protective sheaths possibly unwanted effects of under pressure through the outer annular gap space 4 protected coolant fluid protected.

DieBeleuchtungs-Faserlichtleiterbündel9 öffnen sichin der äusserenOberflächedes ausblickseitigen Radialverschlusses11 des Endoskopsin der Weise, dass sie das Beleuchtungslicht jeweils auf einer optischenAchse ausstrahlen, die parallel zur optischen Achse des Stablinsensystems12 imInnenrohr1 des Endoskops ausgerichtet ist, die aber vorzugsweisenicht achsparallel zur optischen Achse15 des vom Inspektionsfeldauf dem Umlenkspiegel aufgenommenen Lichtes ist. Dadurch kann dasAuftreten von Überstrahlungenund überstrahlendengrellen Rflexen im Inspektionsfeld vermieden und ein wesentlichausgeglicheneres, plastischeres Bild vom Inspektionsfeld erhaltenwerden.The lighting fiber optic bundles 9 open in the outer surface of the outward side radial lock 11 of the endoscope in such a way that they emit the illumination light in each case on an optical axis which is parallel to the optical axis of the rod lens system 12 in the inner tube 1 the endoscope is aligned, but preferably not axially parallel to the optical axis 15 is the light received from the inspection field on the deflection mirror light. This avoids the occurrence of glare and overshadowing flash reflexes in the inspection field and provides a much more balanced, more plastic image of the inspection field.

Diebeiden stirnseitigen Radialverschlüsse11,19 desAußenrohres2 sindvorzugsweise unter Verwendung einer ausreichend wärmebeständig aushärtendenenVerguss- oder Klebermasse, insbesondere auf der Basis von Kunststoffen,die vorzugsweise mit keramischen Zuschlägen formuliert ist, hergestellt.Sie sind in großerVielfalt und in rasant verbesserten Qualitäten für die verschiedensten technischenAnwendungen bestimmt und im Handel erhältlich.The two end-side radial seals 11 . 19 of the outer tube 2 are preferably prepared using a sufficiently heat-resistant curing potting or adhesive composition, in particular based on plastics, which is preferably formulated with ceramic additives. They are designed in a wide variety and in rapidly improved qualities for various technical applications and commercially available.

DasKühlmittelfluidist übereinen Einlassanschluss8 durch die Wand des Aussenrohres2 und desInnenrohres1 hindurch in den inneren Ringspaltraum5 hineineindrückbar.Als Kühlmittelkönnen Gaseoder Flüssigkeitenverwendet werden, die bis mindestens 200 C temperaturbeständig sind.Gute Kühlleistungenkönnenmit Druckluft unter einem einlassseitigen Druck von 2,0°C und darüber erhalten werden.The coolant fluid is via an inlet port 8th through the wall of the outer tube 2 and the inner tube 1 through into the inner annular gap space 5 can be pressed into it. As a coolant gases or liquids can be used, which are temperature resistant to at least 200 C. Good cooling performance can be obtained with compressed air under an inlet side pressure of 2.0 ° C and above.

Dasin den Ringraum des Zwischenrohres3 eingedrückte Kühlmittelfluidtritt nach Durchströmen desRingspaltraumes5 durch radial ausgerichtete Drosseldüsen7 hindurchaus dem inneren Ringspaltraum5 aus und strömt in den äusserenRingspaltraum4 ein, der in diesem Bereich eine Vergrößerung16 seineslichten Querschnittes zur Nutzung einer zusätzlichen Entspannungskühlung aufweist.That in the annulus of the intermediate tube 3 indented coolant fluid occurs after flowing through the annular gap 5 through radially aligned throttle nozzles 7 through from the inner annular gap space 5 out and flows into the outer annular gap 4 one that enlarges in this area 16 its clear cross section to use an additional relaxation cooling.

DasKühlmittelfluidkann dann übereinen im Kopfbereich des Außenrohres2 eingesetztenAuslassstutzen8 aus dem Endoskop herausgeführt und abgeleitetwerden. Dabei empfiehlt es sich, selbst bei einer Verwendung vongasförmigenKühlmittelfluiden miteiner äusserenAbleitung des Kühlmittels über ein Schlauch-oder Leitungssystem zu arbeiten, um eine Beeinträchtigung des Inspektionsfeldesdurch im Arbeitbereich ausströmendesKühlmittelgasauszuschließen.The coolant fluid can then via a in the head region of the outer tube 2 used outlet 8th be led out of the endoscope and derived. It is advisable to work even with a use of gaseous coolant fluids with an external discharge of the coolant via a hose or pipe system to preclude an impairment of the inspection field by effluent in the working area coolant gas.

Claims (8)

Translated fromGerman

Stabendoskop für technische Zwecke, gekennzeichnetdurch drei ineinanderliegende und zueinander koaxial ausgerichteteRohre, die sich vom einblickseitigen Kopfende des Endoskops biszum ausblickseitigen Fussende des Endoskops erstrecken, nämlich einInnenrohr (1), ein Außenrohr(2) und ein zwischen diesen angeordnetes Zwischenrohr (3),die zwischen dem Außenrohrund dem Zwischenrohr einen äußeren (4) undzwischen dem Zwischenrohr und dem Innenrohr einen inneren (5),jeweils beidseitig stirnseitig druckfest und fluiddicht verschlossenenrohrförmigen Ringspaltraum(4;5) definieren, wobei sich in den einblickseitigenKopfbereich des inneren Ringspaltraumes (5) des Stabendoskopsein Einlassanschluss (6) für ein durch das Endoskop zuführendes Kühlmittelfluid öffnet, undin dessen ausblickseitigem Fußbereichradial ausgerichtete Drosseldüsen(7) angeordnet sind, durch die hindurch das in den innerenRingspaltraum (5) eindrückbareKühlmittelfluid unterEntspannung in den äußeren Ringspaltraum (4) überströmen kann,in dessen kopfseitigem Endabschnitt eine oder gegebenenfalls mehrereAuslassöffnungenoder Auslassanschlüsse(8) vorgesehen sind, deren Querschnitt so bemessen ist,dass ein Austreten des Kühlmittelfluidsaus dem äußeren Ringspaltraum(4) und damit aus dem Endoskop heraus ohne nennenswertenDruckverlust erfolgen kann; durch ein oder mehrere faseroptischeLichtleiterbündel(9), die übereinen üblichenLichtleiteranschluss (10) an eine externe Lichtquelle anschliessbarsind, fluiddicht durch den einblickseitigen Lichtleiteranschluss(10) in den äußeren Ringspaltraumes(4) eingeführt,durch diesen Raum hindurchgeführtund durch den fußseitigenfluiddichten radialen Abschluss (11) des äußeren Ringspaltraumes(4) hindurch zur Beleuchtung des Inspektionsbereiches herausgeführt sind;und durch ein am fußseitigenEnde eines im Innenrohr (1) des Endoskops angeordnetenoptischen Systems (12) eingebautes und an dieses optischangeschlossenes Umlenkprisma oder einen Umlenkspiegel (13), derdas Stabendoskop fußseitigabschließt.Rod endoscope for technical purposes, characterized by three nested and coaxially aligned tubes extending from the viewing-side head end of the endoscope to the view-side foot end of the endoscope, namely an inner tube ( 1 ), an outer tube ( 2 ) and an intermediate tube ( 3 ), which between the outer tube and the intermediate tube an outer ( 4 ) and between the intermediate tube and the inner tube an inner ( 5 ), each on both sides of the front side pressure-resistant and fluid-tight closed tubular annular gap space ( 4 ; 5 ), wherein in the insight-side head region of the inner annular gap space ( 5 ) of the rod endoscope an inlet port ( 6 ) opens for a to be guided through the endoscope coolant fluid, and in whose ausblickseitigem foot area radially aligned throttle nozzles ( 7 ) are arranged, through which in the inner annular gap space ( 5 ) pressable coolant fluid under relaxation in the outer annular gap space ( 4 ), in the head-side end portion of one or possibly a plurality of outlet openings or outlet ports ( 8th ) are provided, whose cross-section is dimensioned such that leakage of the coolant fluid from the outer annular gap space ( 4 ) and thus can be done out of the endoscope without significant pressure loss; by one or more fiber optic bundles of optical fibers ( 9 ), which are connected via a standard optical fiber connection ( 10 ) can be connected to an external light source, fluid-tight by the inspection-side optical fiber connection ( 10 ) in the outer annular gap space ( 4 ), passed through this space and through the foot-side fluid-tight radial termination ( 11 ) of the outer annular gap space ( 4 ) are led out to illuminate the inspection area; and by a at the foot end of a in the inner tube ( 1 ) of the endoscope arranged optical system ( 12 ) and to this optically connected deflecting prism or a deflecting mirror ( 13 ), which closes the bar endoscope on the foot side.Endoskop nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eineDivergenz im Winkelbereich von 10° bis 80° zwischender oder den parallel zueinander verlaufenden optischen Achsen (14)des am Fuß des Endoskopsaustretenden Beleuchtungslichtes und der ausblickseitigen, in dieMittelebene des zu beobachtenden Spaltraumes gelegten optischenAchse (15) des Umlenkspiegels (13) oder einesUmlenkprismas.Endoscope according to claim 1, characterized by a divergence in the angular range of 10 ° to 80 ° between the or the mutually parallel optical axes ( 14 ) of the illumination light emerging at the base of the endoscope and the outlook-side optical axis (in the center plane of the gap to be observed) ( 15 ) of the deflection mirror ( 13 ) or a deflecting prism.Endoskop nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnetdurch eine parallel zur Mittelachse des Endoskops ausgerichteteoptische Achse des vom Lichtleiter abgestrahlten Beleuchtungslichtes.Endoscope according to one of claims 1 or 2, characterized by an aligned parallel to the central axis of the endoscope optical axis of the light emitted by the light illumination light.Endoskop nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eineauf dem Umlenkprisma oder Umlenkspiegel um 20° bis 40° umgelenkte optische Achse des Endoskops.Endoscope according to claim 3, characterized by aon the deflection prism or deflecting mirror by 20 ° to 40 ° deflected optical axis of the endoscope.Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnetdurch eine Vergrößerung (16)des lichten Querschnitts des äußeren Ringspaltraumes (4)im axialen Bereich der Drosseldüsen(7), die den inneren mit dem äußeren Ringspaltraum (5;4)im Fußbereichdes Endoskops verbinden.Endoscope according to one of claims 1 to 4, characterized by an enlargement ( 16 ) of the clear cross section of the outer annular gap space ( 4 ) in the axial region of the throttle nozzles ( 7 ), the inner and the outer annular gap space ( 5 ; 4 ) in the foot area of the endoscope.Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnetdurch den Einsatz einer unter mindestens 2,0 bar zugeführten Druckluftals Kühlmittelfluid,die übereinen Auslassanschluss (8) aus dem Einsatzfeld des Endoskopsheraus ableitbar ist.Endoscope according to one of claims 1 to 5, characterized by the use of at least 2.0 bar supplied compressed air as the coolant fluid, which via an outlet port ( 8th ) can be derived from the field of use of the endoscope out.Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnetdurch ein optisches System auf der Basis von Stablinsen (12)im Innenrohr (1).Endoscope according to one of claims 1 to 6, characterized by an optical system based on rod lenses ( 12 ) in the inner tube ( 1 ).Endoskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnetdurch einen Schutzschlauch oder Schutzmantel, der die Lichtleiterbündel imBereich des äusserenRingspaltraumes (4) zur Isolation gegenüber dem strömenden Kühlmittelfluid hermetisch umschliesst.Endoscope according to one of claims 1 to 7, characterized by a protective tube or protective sheath, the light guide bundles in the region of the outer annular gap space ( 4 ) hermetically encloses for isolation from the flowing coolant fluid.