KR100287787B1 - 부품위치정렬장치및이를이용한정렬방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡착수단으로 전자 부품을 흡착하고, 상기 부품의 소정부에 설치되는 광원으로부터 광을 조사하여 광원으로부터 발산된 광을 산란판에 의하여 산란시키고, 이 산란광을 부품의 측면에 조사하여 생성된 영상을 렌즈군으로 결상하여 결상된 부품의 측면 영상을 광검출기로 검출하는 것을 포함하는 부품위치정렬 장치 및 이를 이용한 정렬방법에 관한 것이다.

Description

부품위치정렬 장치 및 이를 이용한 정렬방법{Apparatus and method for determining the positon of a component}

본 발명은 부품위치정렬 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 픽업 장치에 의하여 픽업되어 인쇄회로기판에 실장되는 부품의 정렬상태를 측정하는 구조와 방법이 개선된 부품위치정렬 장치와 이를 이용한 정렬방법에 관한 것이다.

통상적으로 칩 마운터와 같은 표면 실장기(surface mounting device)는 소형의 전자 부품을 인쇄회로기판에 실장하는 장치이다. 이것은 부품공급장치를 통하여 공급되는 부품을 픽업 장치(pick-up tool)에 의하여 픽업한 다음, 기판이송장치에 의하여 이송된 인쇄회로기판상에 실장가능하게 한다.

픽업 장치는 그 일단부에 회전 및 승강운동가능한 헤더부의 단부에 진공으로 흡착가능한 노즐이 마련되어 있어서, 전자 부품을 진공으로 흡착하고, X,Y축 프레임상에 직선왕복운동하여 부품이 장착되는 지점에 도달한 다음 인쇄회로기판상에 실장하게 된다.

이와같이 전자 부품을 인쇄회로기판상에 실장하기 위해서는 인쇄회로기판의 부품장착부의 기준점과 전자 부품의 중심을 정확하게 일치시키는 정렬 과정이 무엇보다 중요하다. 이러한 부품의 위치정렬 방법에는 비전 시스템(vision system)을 이용하거나, 광의 회절 현상을 이용하는 방법 등이 있다.

비전 시스템을 이용하는 경우에는 부품이 실장될 인쇄회로기판을 카메라로 촬상한 다음, 그 영상을 컴퓨터에 입력한다. 그리고, 모니터에 디스플레이되는 인쇄회로기판의 기준점과, 동일한 형태의 템플릿 패턴(template pattern)을 설정하여 상호 매칭을 시도하여 일치하는 곳의 중심을 찾아 실장하는 방식이다.

그런데, 상기 방식은 노즐에 흡착된 부품을 픽업한 후 정렬을 위하여 비전 시스템이 있는 영역으로 이동시켜야 하는 번거로움이 있고, 반도체 칩에 설치되는 다수개의 리이드 등에 의하여 이송과정의 방해를 받을 수 있다.

이러한 점을 방지하기 위하여 미국 특허 5,559,727호 등에서는 비전 시스템을 이용하지 않고, 픽업 장치의 헤더부 단부에 설치된 노즐에 전자 부품을 흡착하고 상기 부품에 광을 조사하여 직접적으로 전자 부품의 위치를 결정하는 방식을 채택하고 있다.

상기 특허에서 부품위치를 결정하는 방법은 부품의 측면에 광을 조사하고, 이 광으로 인하여 생성되는 그림자를 전하결합소자(CCD,charge-coupled device)로서 검출하는 방식이다.

즉, 부품의 측면에 광을 조사하게 되면, 부품으로 인하여 광원이 설치된 반대쪽에는 그림자가 생기게 된다. 이때, 픽업 장치를 소정 각도 회전시키게 되면, 부품에 대한 그림자 폭의 변화가 발생하게 된다. 이 그림자의 변화를 제어기로 해석하면 부품의 위치 좌표와 각도 좌표를 결정할 수 있다.

그런데, 종래의 기술에 따르면, 부품의 위치 좌표 및 각도 좌표의 값을 얻기 위해서는 광원으로부터 발생되는 광을 평행광으로 변환시킨 뒤 부품의 측면으로 조사시켜야 한다. 부품에 조사되는 광이 완전한 평행광이 아니라면, 전자 부품의 그림자 변화폭을 정확하게 검출하는 것이 불가능하여 부품의 정확한 크기도 판단할 수 없다. 따라서, 종래의 부품위치정렬 장치는 평행광을 만드는 장치가 반드시 필요하여 구조가 복잡하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 인쇄회로기판상에 전자 부품이 실장되기 전에 부품의 위치 좌표 및 각도 좌표를 측정하여 정확한 위치에서 실장이 가능하도록 구조와 방법이 개선된 부품위치정렬 장치와 이를 이용한 정렬방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품위치정렬 장치의 정면도,

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 부품위치정렬 장치의 평면도,

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 부품위치정렬 장치의 평면도,

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 부품위치정렬 장치의 평면도,

도 6은 본 발명에 따른 검출된 부품의 영상 폭을 도시한 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 검출된 부품의 크기 변화를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10,30,40,50. 부품위치정렬장치 11. 헤더부

12. 노즐 13. 전자부품

14,34,44,54. 광원 14a,34a,44a,54a. 광원

15,35,45,55. 산란판 16,36,46,56. 렌즈군

17,37,47,57. 광검출기

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 부품위치정렬 장치 및 이를 이용한 정렬방법은,

부품의 소정부에 설치되어 광을 조사하는 광원; 상기 부품의 일측에 설치되어 상기 광원으로부터 발산된 광을 산란시키는 산란판; 상기 부품의 측면에 조사된 산란광으로부터 영상을 결상하는 렌즈군; 및 상기 렌즈군에 인접하게 설치되어 부품의 측면 영상을 검출하기 위한 검출소자;를 포함한다.

또한, 상기 광원은 부품의 상하부중 어느 한곳에 위치하고, 상기 부품을 중심으로 가상의 수평축상에서 상호 대향되는 위치에 산란판과 렌즈군이 각각 위치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광원은 발광소자 내지 레이저 다이오드이거나, 발광소자 내지 레이저 다이오드중 어느 하나와 광파이버가 커플링된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면,

흡착수단으로 전자부품을 흡착하는 단계; 상기 부품의 소정부에 설치되는 광원으로부터 광을 조사하는 단계; 상기 광원으로부터 발산된 광을 산란판에 조사하여 산란광을 생성하는 단계; 상기 산란광이 부품의 측면에 조사되고, 이로부터 생성되는 부품의 측면 영상을 렌즈군으로 결상하는 단계; 및 상기 결상된 부품의 측면 영상을 광검출기로 검출하는 단계;를 포함한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 부품위치정렬 장치 및 이를 이용한 부품위치정렬 방법을 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품위치정렬 장치(10)의 정면도이고, 도 2는 도 1의 평면도를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 부품위치정렬 장치(10)에는 픽업 장치에 설치된 헤더부(11)가 마련된다. 회전 및 승강 운동이 가능한 상기 헤더부(11)의 단부에는 노즐(12)이 장착된다. 상기 노즐(12)은 반도체 칩과 같은 소형의 전자 부품(13)을 진공으로 흡착할 수 있다.

그리고, 상기 부품(13)의 상부에는 광(14a)을 조사하는 광원(14)이 설치된다. 상기 광원(14)으로는 레이저 다이오드(laser diode), 발광소자(light-emitting diode)나, 상기 레이저 다이오드, 발광소자중 어느 하나와 광화이버(optical fiber)가 커플링된 것중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 부품(13)의 일측에는 상기 광원(14)으로부터 조사된 광(14a)을 산란시키는 산란판(15)이 설치된다. 그리고, 상기 부품(13)을 기준으로 산란판(15)과 대향되는 지점에는 산란된 광을 집속하는 렌즈군(16)이 설치되고, 상기 렌즈군(16)에 인접하게는 광검출기(17), 바람직하게는 전하결합소자(CCD,charge-coupled device)가 위치한다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 광검출기(17)로부터 검출된 광을 해석하는 제어기가 구비된다.

한편, 상기 도 1에 도시된 부품위치정렬 장치(10)와 비교시 부품(13)을 기준으로 광원, 산란판, 렌즈군이 각기 다른 위치에 설치되어 부품위치정렬이 가능할 수도 있다.

즉, 도 3에 도시된 것처럼, 부품위치정렬 장치(30)는 노즐(12)에 의하여 진공으로 흡착된 부품(13)의 전방부쪽으로 광(34a)을 조사하는 광원(34)이 설치된다. 그리고, 상기 부품(13)과 광원(34) 사이에는 광원(34)으로부터 조사된 광(34a)을 산란시키는 산란판(35)이 설치된다. 이때, 상기 산란판(35)으로는 광을 투과시키는 투과형 산란판을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 광원(34)을 중심으로 가상의 수직축상에서 산란판(35)과 대향되는 지점에는 산란된 광을 집속하는 렌즈군(36)이 설치되고, 상기 렌즈군(36)과 인접하게는 광검출기(37)가 위치한다. 그리고, 상기 광검출기(37)로부터 검출된 광을 해석하는 제어기(미도시)가 구비된다.

도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 부품위치정렬 장치(40)이다. 이 경우에는 부품(13)의 양 측면부로부터 광(44a)이 발산되도록 광원(44)과 산란판(45)이 설치된다. 즉, 노즐(12)에 의하여 흡착가능한 부품(13)의 측면부에는 광(44a)을 조사하는 광원(44)이 설치된다. 상기 부품(13)과 광원(44)의 사이에는 상기 광원(34)으로부터 조사된 광(44a)을 산란시키는 투과형 산란판(45)이 위치한다. 이때, 상기 부품(13)의 양 측면부에 복수개의 광원(44)과 산란판(45)을 각각 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 가상의 수직축상에서 상기 부품(13)을 기준으로 광원(44) 및 산란판(45)이 위치하였다면, 상기 부품으로 인하여 산란된 광을 집속하는 렌즈군(46)은 수직축과 직교하는 수평축상에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 렌즈군(46)과 인접하게는 광검출기(47)가 위치한다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만 광검출기(47)로부터 검출된 광을 해석하는 제어기가 구비된다.

도 5은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 부품위치정렬 장치(50)를 도시한 것이다.

이 경우에는 노즐(12)에 의하여 흡착된 부품(13)을 기준으로 가상의 수평축상에서 상호 대향되는 위치에 광원(54), 산란판(55), 렌즈군(56)이 위치하게 된다. 즉, 부품(13)이 일방향에는 광(54a)을 조사하는 광원(54)이 설치되고, 상기 부품(13)과 광원(54) 사이에는 광(54a)이 투과가능한 투과형 산란판(55)이 설치된다.

또한, 상기 부품(13)의 타방향에는 부품(13)으로 인하여 산란된 광을 집속가능한 렌즈군(56)이 설치되고, 상기 렌즈군(56)과 인접하게는 광검출기(57)가 위치한다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만 상기 광검출기(57)로부터 검출된 광을 해석하는 제어기가 구비된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 부품위치정렬 방법을 도 1에 도시된 부품위치정렬 장치(10)을 참조하여 설명하고자 한다.

우선, 상기 노즐(12)에 흡착된 전자 부품(13)의 상부에 위치된 광원(14)으로부터 발산된 광(14a)이 산란판(15)에 조사된다. 상기 산란판(15)은 투명 재질의 고분자 재료로 제조되어 있으며, 상기 광(14a)을 부품(13)의 측면으로 난반사시킨다.

부품(13)에 대하여 산란된 광(14a)은 렌즈군(16)에 의하여 집속된다. 이 렌즈군(16)을 통과한 광(14a)은 광검출기(17)로 검출되고, 산란된 광(14a)의 강도 변화는 제어기의 신호처리과정을 통하여 처리한다.

여기서, 상기 부품(13)의 각도 좌표값은 상기 노즐(12)을 구동시키는 헤더부(11)와 결합된 부호기(미도시,encoder)로부터 θ에 대한 신호를 얻고, 이 신호와 광검출기(17)의 영상신호를 동기화시켜서 부품(13)의 회전에 대한 측정값을 추출하여 구하게 된다.

반면에, 부품(13)의 위치 좌표값은 노즐(12)의 중심과 부품(13)의 중심 좌표와의 차이를 측정해서 구한다. 즉, 상기 부품(13)을 노즐(12)에 흡착하기 전에 노즐(12)의 영상을 광검출기(17)로 검출하여 중심 좌표값을 구한 다음, 부품(13)을 흡착한 상태에서 상기 언급한 방법을 수행하여 부품(13)의 중심 좌표를 구한다. 이렇게 얻어진 상기 좌표값들을 비교하여 위치 좌표값의 추출이 가능하다.

이때, 상기 광검출기(17)에서 검출된 정렬신호는 상기 부품(13)에 의하여 산란된 광(14a)의 강도 분포와 동일한 패턴을 가진다.

광검출기(17)에 의하여 검출된 부품(13)에 대한 정보를 분석하면 도 6에 도시된 바와 같다. 여기서, 그래프의 가로축은 광검출기(17)의 픽셀 수를 나타낸 것이고, 세로축은 산란된 광(14a)의 강도이다.

그래프를 참조하면, 부품(13)의 측면으로 광(14a)이 조사시, 산란 현상으로 인하여 부품(13)에 투사된 빛의 강도는 현저하게 저하됨을 알 수 있다. 즉, 임의로강도의 초기치를 설정할 때, 이로부터 부(-)의 방향으로 일정 구역의 곡선을 형성하고 있다. 이 영역 A는 부품(13) 측면으로 산란된 광(14a)으로 인한 부품(13)의 영상 폭에 해당된다. 이러한 부품을 일정 방향으로 회전시키면, 부품(13)의 영상 크기가 변화가 생긴다.

도 7은 이러한 부품(13)의 크기 변화를 도시한 것이다.

여기서, 가로축은 부품(13)이 회전되는 각도이고, 세로축은 픽셀 수를 나타낸다. 그래프를 살펴보면, 부품(13)이 회전시 광검출기(17)로부터 검출되는 파형은 산란된 광(14a)으로 인하여 그 폭의 변화가 생긴다. 이때, 서로 다른 회전되는 위치에서 검출되는 두 곡선간의 간격인 픽셀간의 간격 차이가 광검출기(17)로부터 검출된 부품(13)의 측면 영상 크기이다.

즉, 부품(13)의 형상이 직사각형이라 가정한다면, 그래프에 표시된 B가 부품(13)의 좁은 쪽의 크기를 나타낸 것이고, C가 부품(13)의 넓은 쪽의 크기를 나타낸다. 이에 따라, 부품(13)의 위치가 B 또는 C 일때의 중심점의 좌표를 구하여 구하여 부품(13)의 위치 정보를 얻을 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명의 부품위치정렬장치 및 이를 이용한 정렬방법은 조사되는 빛을 산란시켜 부품의 측면 영상을 검출하고, 이로부터 부품의 위치 좌표 및 각도 좌표를 구할 수 있다. 따라서, 부품의 정렬을 정확하게 할 수 있는 정보를 제공한다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 광원;

   상기 광원으로부터 발산된 광을 부품의 측면을 향해 산란시키는 산란판;

   상기 부품을 경유한 산란광을 결상시키는 렌즈군; 및

   상기 렌즈군에 의해 결상된 광을 수광하여 상기 부품의 측면영상을 검출하는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품위치정렬장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광원은 상기 부품의 상부에 설치되고, 상기 산란판은 상기 부품의 일측에 설치되고, 상기 렌즈군과 광검출기는 상기 부품의 타측에 설치되는 것을 특징으로 하는 부품위치정렬장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 산란판, 광원, 렌즈군 및 광검출기가 상기 부품의 일측에 순차적으로 모두 배치된 것을 특징으로 하는 부품위치정렬장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 부품의 측면부측으로 광원과 산란판이 순차적으로 적어도 하나 이상 설치되고, 상기 렌즈군과 광검출기는 상기 부품을 중심으로 상기 광원과 수직이 되도록 배치된 것을 특징으로 하는 부품위치정렬장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 광원과 산란판은 상기 부품의 일측에 설치되고, 상기 렌즈군과 광검출기는 상기 부품의 타측에 설치된 것을 특징으로 하는 부품위치정렬장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 산란판은 상기 광원으로부터 조사된 광을 상기 부품의 측면으로 투과 또는 반사시키는 투과형 산란판 또는 반사형 산란판인 것을 특징으로 하는 부품위치정렬장치.
7. 전자부품을 픽업하는 단계;

   광원으로부터 방출된 광을 산란판으로 산란시켜 상기 부품의 측면으로 조사하는 단계; 및

   상기 산란광에 의한 부품의 측면영상을 결상하기 위하여 상기 부품을 임의의 각도로 회전시키면서 측면영상을 렌즈군으로 결상시켜 광검출기로 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품정렬방법.