JP2012099792A - 部品吸着検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】側面映像を利用して部品の正常吸着可否を検査する装置および方法を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による部品吸着検査装置は、部品を吸着する少なくとも一つのノズルを具備するヘッド部と、前記ヘッド部に具備されたノズルおよび前記ノズルに吸着された部品の側面映像を獲得する側面撮影部と、前記側面撮影部が獲得した前記側面映像を分析して獲得した部品の厚さおよび位置情報に基づいて前記ノズルに吸着された部品の正常吸着可否を判断する吸着判断部とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、部品吸着検査装置および方法に関するものであって、より詳細には側面映像を利用して部品の正常吸着可否を検査する装置および方法に関するものである。

高速表面実装機の部品実装品質を確保するための多様な機能が実現されている。特に部品の吸着と装着状態を点検して予想される不良状態を事前に点検して正確に実装されるようにする機能が多様な方法で実現されているが、大きくは空圧を利用した方法と映像を利用した方法に区分される。

空圧を利用した方法はノズルの状態、部品の吸着可否、基準空圧の不安定性などを理由に假性不良の頻度が高いため、最近では映像を利用した方法を使用する傾向にある。

従来の映像を利用する方法はノズルの直下部に位置して映像を獲得し、獲得されたノズルの映像を使用して部品の実際の吸着可否を判断するものであって、この方法はノズルチップの摩耗状態や部品の形状によって正確な判断が困難な場合が発生する。

特に、入力された部品のサイズや位置に対する初期値のみで部品の吸着状態を判断するため、部品の公差、照明の状態、その他外乱の要因によって初期値のみで正確に部品の吸着可否を診断することは難しい。

韓国特許出願公開第２００６−００４６２５０号明細書

本発明は、前記問題点を解決するためのものであり、側面にカメラを設置して部品の側面映像を獲得し、これを分析して部品の正常吸着可否を判断する部品吸着検査装置および方法を提供する。

また、部品の正常吸着可否を判断する基礎になる基準値を、移動平均（ｍｏｖｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ）を適用してリアルタイムでアップデートし、部品の実際値に収束させて部品の正常吸着可否を判断する部品吸着検査装置および方法を提供する。

本発明が解決しようとする課題らは以上で言及した課題に制限されず、言及されていないさらなる課題は次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。

前記課題を達成するための本発明の一実施態様による部品吸着検査装置は、部品を吸着する少なくとも一つのノズルを具備するヘッド部と、前記ヘッド部に具備されたノズルおよび前記ノズルに吸着された部品の側面映像を獲得する側面撮影部と、前記側面撮影部が獲得した前記側面映像を分析し、獲得した部品の厚さおよび位置情報に基づいて前記ノズルに吸着された部品の正常吸着可否を判断する吸着判断部とを含む。

前記課題を達成するための本発明の一実施態様による部品吸着検査方法は、ノズルを利用して部品を吸着するステップと、前記ノズルおよび前記ノズルに吸着された部品の側面映像を獲得するステップと、前記側面映像を分析して部品の厚さおよび位置情報を獲得するステップと、前記獲得した部品の厚さおよび位置情報に基づいて前記ノズルに吸着された部品の正常吸着可否を判断するステップとを含む。

本発明のその他具体的な内容は詳細な説明および図面に含まれている。

本発明によれば、側面で部品を撮像して分析し、ノズルチップの摩耗状態や部品の形状などの影響を受けず、部品の正確な吸着可否を判断することができる。

また、部品の正常吸着可否を判断する基準になる基準値を、移動平均（ｍｏｖｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ）を適用してリアルタイムでアップデートし、吸着が進行されても基準値を部品の実際値に収束させて常時最適化された基準値を利用することができる。

部品を吸着するノズルおよびノズルに吸着された部品の側面図である。 ノズルに吸着された部品の座標とノズルの位置を図示する図である 本発明の一実施形態による部品吸着検査装置の概略的な構成図である。 高速表面実装機に側面撮影部が装着された部品吸着検査装置の底面図である。 高速表面実装機に側面撮影部が装着された部品吸着検査装置の側面図である。 本発明に適用される移動平均（ｍｏｖｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ）の概略的な概念図である。 ノズルに吸着する部品の形状を図示する図である。 本発明の一実施形態による部品吸着検査方法の順序図である。 移動平均が適用された部品吸着検査方法の順序図である。 移動平均を適用して基準値を再計算する方法の順序図である。

本発明の利点、特徴、およびそれらを実現する方法は、添付される図面と共に後述する実施形態の詳細な説明を参照することによって明確になるであろう。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる多様な形態で実現することができ、本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるように、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に対し発明の範囲を完全に開示するために提供するものであり、本発明は特許請求の範囲の記載によってのみ定義される。明細書全体にかけて、同一参照符号は同一構成要素を指称する。

第１、第２等が、多様な素子、構成要素および／またはセクションを説明するために使用される。しかしながら、これら素子、構成要素および／またはセクションは、これらの用語によって限定されないことはもちろんである。これらの用語は単に一つの素子、構成要素、またはセクションを他の素子、構成要素、またはセクションと区別するために使用されるものである。したがって、以下で言及される第１素子、第１構成要素、または第１セクションは、本発明の技術的思想内で第２素子、第２構成要素、または第２セクションであり得ることはもちろんである。

本明細書で使用される用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で、単数形は文言に特別に言及しない限り複数形も含む。本明細書において「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「作られている（ｍａｄｅ ｏｆ）」を使用した場合は、言及された構成要素、段層、動作および素子は、一つ以上の他の構成要素、段層、動作および／または素子の存在または追加を排除するものではない。

特に定義されなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学的用語を含む）は本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に共通に理解できる意味で使用され得るものである。また一般的に使用される辞典に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り理想的にまたは過度に解釈されない。

以下、本発明について添付する図面を参照して詳細に説明する。

図１は、部品を吸着するノズルおよびノズルに吸着された部品の側面図である。

図１の（ａ）は部品が吸着されていないノズル１１のみの形状であって、基準高さモデリングの基礎となる。図１の（ｂ）ないし（ｄ）はノズルに不安定に部品が吸着された場合を図示するものであって、このような状態で実装すれば品質の問題が発生する。

図２は、ノズルに吸着された部品の座標とノズルの位置を図示する図である。

一般的に部品の吸着状態を判断するために基本的にいくつかのパラメータが必要である。このようなパラメータは、ノズルチップの位置情報（Ｙｎ）、部品の位置情報（Ｘｃ、Ｙｃ）および部品の厚さ（ｔ）である。しかし、本発明では部品の厚さ（ｔ）の情報を利用して部品の正常吸着可否を判断する。

図３は、本発明の一実施形態による部品吸着検査装置の概略的な構成図である。

部品吸着検査装置１は、フレーム３に連結されたヘッド部１０、側面撮影部２０および吸着判断部３０を含む。また、下面撮影部２２、照明部４０およびディスプレイ部５０をさらに含んでもよい。

ヘッド部１０は部品５を吸着する少なくとも一つのノズル１１を具備する。ヘッド部１０は円形または四角形の形状を有してもよく、部品５を吸着するために回転しながら上下左右に移動することができる。ノズル１１はヘッド部１０に一定に配置されてもよく、スピンドルによって支持されてヘッド部１０に連結される。

側面撮影部２０はヘッド部１０に具備されるノズル１１および前記ノズル１１に吸着された部品５の側面を撮像して映像を獲得する。部品吸着検査装置１の側面撮影部２０はノズル１１チップの水平位置に位置し、ノズル１１および部品５の側面映像を獲得することができる。そして、側面映像を分析して部品５の厚さ（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、ねじれ角度および位置情報などを獲得することができる。

下面撮影部２２はヘッド部１０の直下部に位置して部品５およびノズル１１の下面を撮像し、部品５の下面映像を分析して部品５の長さ（ｌｅｎｇｔｈ）、幅（ｗｉｄｔｈ）、ねじれ角度および位置情報などを獲得することができる。

側面撮影部２０および下面撮影部２２はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサを採用してもよい。

吸着判断部３０は側面撮影部２０が撮像して獲得した側面映像を分析し、ノズル１１に吸着された部品５の正常吸着可否を判断する。吸着判断部３０の詳細な機能は後述する。

照明部４０はヘッド部１０に具備されたノズル１１および前記ノズル１１に吸着された部品５の側面に光を照射する。照明部４０の一例として発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子を採用してもよい。

ディスプレイ部５０は側面撮影部２０が獲得した部品５の側面映像を表示する。もちろん、下面撮影部２２が部品５の下面映像を表示できることは当然である。

図４は、高速表面実装機に側面撮影部が装着された部品吸着検査装置の底面図である。図５は、高速表面実装機に側面撮影部が装着された部品吸着検査装置の側面図である。

高速表面実装機のフレーム３に連結されたヘッド部１０は一例として円形の形状を有し、多数のノズル１１を具備している。

ヘッド部１０の側面に側面撮影部２０が位置してノズル１１およびノズル１１に吸着する部品を撮像する。このとき、側面撮影部２０はヘッド部１０の移動に合わせて前後または左右に移動することができる。

図４および図５に図示する基準撮影部２５は印刷回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）を撮像するものであって、印刷回路基板に実装される部品が正確に実装されたのかを確認する。

図４および図５は、側面撮影部２０のレイアウトを図示するための図であって、吸着判断部３０、下面撮影部２２、照明部４０およびディスプレイ部５０は具体的に図示していない。

以下、吸着判断部３０の詳細な機能を調べる。

吸着判断部３０は、側面撮影部２０から側面映像を獲得し、これを分析して、部品５の厚さおよび位置情報を獲得し、前記部品５の厚さが移動平均（ｍｏｖｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ）を適用して再計算される基準値から所定の誤差範囲内にあるとき、正常吸着と判断する。

部品の定格厚さ（Ｔｎ）を入力し、最大許容誤差（ＴＭ）と最小許容誤差（Ｔｍ）を定義し、実際にノズル１１に吸着する部品５の厚さ（Ｔｒ）が最大許容誤差と最小許容誤差との範囲内にあるかを検査して正常吸着可否を判断することもできる。

しかしながら、この場合、初めからＴｎとＴｒとの間にオフセットが発生し、生産が持続すると共に、照明の状態、部品の公差、その他外乱などの要因により部品の実際厚さは少しずつ変形され、生産現場では假性不良発生回収が増加する問題が発生し得るため、初期値Ｔｎの代りに移動平均を適用して再計算される基準値を利用する。

移動平均は傾向の変動が分かるように区間を移動しながら求める平均であり、例えば、直近６日間の株価から最も古い株価の代りに今日の株価を入れて新しい６日間の株価平均を求める場合をいう。したがって、移動平均が適用されるので基準値は生産が進行されても持続的にアップデートされる。

図６に図示する移動平均の概略的な概念図を参照して本発明に適用される移動平均について説明する。

図６に図示する一組の水平点線は初期に設定された初期値Ｔｎを基準にして誤差の許容範囲内に入る部品のみを正常と判断し、このとき基準値は変わらず、初期値が基準値として維持される。これによって、正常吸着を異常吸着と判断したり、異常吸着を正常吸着と誤判断したりすることもある。

しかし、部品の吸着が一定時間進行された後、側面撮影により獲得した部品の厚さと初期値に基づいて第１基準値を設定することができる。そして、生産をするあいだの側面撮影により獲得した部品の厚さと前記第１基準値に基づいて第２基準値を設定することができる。このような方法で継続して基準値の更新が行われ部品の吸着可否の誤判断が減る。

移動平均を使用するために必要なパラメータは区間の範囲、すなわち平均を計算するための部品の個数である母数および部品別に適用される加重値である。ここで、加重値は最近獲得された部品の厚さに対する加重値であるほどその加重値がさらに大きい値で適用されることができる。

移動平均を利用してｉ番目の部品に適用される基準値は次の式１のとおりである。

ここで、Ａ（ｉ）はｉ番目の部品に適用される基準値、Ｎは母数のサイズ、Ｗ（ｉ）はｉ番目の部品に適用される加重値、Ｔ（ｉ）はｉ番目の部品の厚さを示す。

母数のサイズは任意に決めることができるが、部品の実装速度を考慮すると、２０程度が適当であり、母数が２０である場合の加重値は同一に定義して用いてもよい。

例えば、母数のサイズが２０であり、加重値を１とすると、下の式２によってｉ番目の部品に適用される基準値Ａ（ｉ）が求められる。

吸着判断部３０はｉ番目の部品の厚さＴ（ｉ）が基準値Ａ（ｉ）から所定の誤差範囲内にあるとき正常吸着と判断する。

正常吸着を判断する基準値が変わっても部品の厚さに対する限界を定めておくことにより正常吸着可否に対する誤判断の可能性をさらに減らすことができる。

一般的に吸着する部品５の幅（ｗｉｄｔｈ）と厚さ（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）の比率は０．５程度である。

図７にノズルに吸着する部品５の長さ（ｌｅｎｇｔｈ）、幅（ｗｉｄｔｈ）および厚さ（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）が定義されており、部品の幅と厚さの比率をアスペクト比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ）で定義することができる。

したがって、部品５の厚さの変化を前記アスペクト比に制限することができる。これによって、吸着判断部３０は部品の幅および厚さの比率、すなわちアスペクト比が０．１〜０．９から外れる場合、移動平均を利用して基準値を再計算せず、直ちに異常吸着と判断することができる。

また、部品５の最大／最小値を定義してこの範囲から外れる場合、無条件に異常吸着と判断することができる。したがって、吸着判断部３０は部品５の厚さが初期値Ｔｎの０．５倍以下または２倍以上である場合、移動平均を利用して基準値を再計算せず、直ちに異常吸着と判断することができる。

図８は、本発明の一実施形態による部品吸着検査方法の順序図である。

ノズル１１を利用して部品５を吸着し（Ｓ８１０）、ノズル１１およびノズル１１に吸着された部品５の側面映像を獲得し（Ｓ８２０）、側面映像を分析してノズル１１に吸着された部品５が正常に吸着されたのかを判断する（Ｓ８３０）。正常に吸着された部品５のみが印刷回路基板に実装される。

図９は、移動平均が適用された部品吸着検査方法の詳細順序図である。

ノズル１１を利用して部品５を吸着し（Ｓ９１０）、ノズル１１およびノズル１１に吸着した部品５の側面映像を獲得し（Ｓ９２０）、獲得された側面映像を分析して部品５の厚さおよび位置情報を獲得する（Ｓ９３０）。部品５の側面映像を分析することにより部品５の厚さおよび位置情報外に部品５のねじれ角度などを獲得することもできる。

部品５の厚さ情報が多数獲得されれば、これに基づいて移動平均を適用して部品の正常吸着を判断する基準になる基準値を計算（Ｓ９４０）することができる。基準値を計算する詳細過程は後述する。

正常吸着を判断する対象部品５の厚さが基準値から所定の誤差範囲内にあるとき、正常吸着と判断し（Ｓ９５０）、正常吸着と判断された部品５は印刷回路基板に実装される。

ここで、基準値は、部品５の厚さ、移動平均が適用される部品の個数および部品別に適用される加重値に基づいて計算することができる。前述したように、移動平均は傾向の変動が分かるように区間を移動しながら求める平均であり、移動平均を適用するために部品の個数である母数および部品別に適用される加重値を必要とし、これに加え、対象になる部品５の厚さが利用される（式１を参照）。

図１０には、移動平均を適用して部品の正常吸着を判断する基準になる基準値を計算（Ｓ９４０）するステップの詳細な順序が図示されている。

基準値を計算するために部品の定格厚さを初期値（Ｔｎ）として入力する（Ｓ９４１）。

初期値に基づいて部品５の正常吸着可否を所定の生産時間のあいだ判断し、特定母数（部品の個数）と加重値を選択して移動平均を適用する（Ｓ９４２）。このとき、部品５の厚さが正常吸着と判断されたもののみが移動平均の計算に適用される。

移動平均を適用して基準値Ａ（ｉ）が算出される（Ｓ９４３）。このとき前述した式１が初期値を利用する場合、下記の式４のとおりである。

すなわち、最初に母数Ｎの生産を行うあいだ初期値が基準値の役割をし、以後の母数Ｎ＋１〜２Ｎの生産を行うあいだ初期値から求めた基準値が正常吸着可否を判断する基準になる。

基準値Ａ（ｉ）を利用して部品５が正常吸着と判断されれば移動平均を再適用して基準値を更新（Ｙｅｓ）し、前記部品が異常吸着と判断されれば前記基準値をそのまま利用（Ｎｏ）する（Ｓ９４４）。

したがって、最初の基準値の計算にのみ初期値を利用し、２番目の基準値からは初期値を利用せず、基準値の更新が自動で行われることが分かる。

側面映像を獲得するとき（Ｓ８２０，Ｓ９２０）ノズルの下面に設置された撮影装置から下面映像を獲得することもできる。下面映像の分析から部品５の長さ、幅、ねじれ角度および位置情報を獲得することができることは前述したとおりである。

したがって、部品の正常吸着可否を判断するとき、側面映像を分析して部品の厚さを獲得し、下面映像を分析して部品の幅を獲得する。一般的な部品の幅および厚さの比率は０．５程度であるため、リアルタイムに更新される基準値の誤差による誤判断を減らすため、獲得された部品の幅および厚さの比率が０．１〜０．９の範囲から外れた場合、直ちに異常吸着と判断することができる。

また、部品の正常吸着可否を判断するとき、側面映像を分析して部品の厚さを獲得して部品の厚さが部品の厚さ初期値の０．５〜２の範囲から外れた場合、直ちに異常吸着と判断することもできる。

以上添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、上記実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的でないものと理解しなければならない。

１０ ヘッド部
１１ ノズル
２０ 側面撮影部
２２ 下面撮影部
２５ 基準撮影部
３０ 吸着判断部
４０ 照明部
５０ ディスプレイ部

Claims (14)

1. 部品を吸着する少なくとも一つのノズルを具備するヘッド部と、
   前記ヘッド部に具備されたノズルおよび前記ノズルに吸着された部品の側面映像を獲得する側面撮影部と、
   前記側面撮影部が獲得した前記側面映像を分析し、獲得した部品の厚さおよび位置情報に基づいて前記ノズルに吸着された部品の正常吸着可否を判断する吸着判断部と
   を含む部品吸着検査装置。
2. 前記ヘッド部に具備されたノズルおよび前記ノズルに吸着された部品の側面に光を照射する照明部をさらに含む請求項１に記載の部品吸着検査装置。
3. 前記側面撮影部が獲得した映像を表示するディスプレイ部をさらに含む請求項１に記載の部品吸着検査装置。
4. 前記吸着判断部は、
   前記部品の厚さが移動平均を適用して再計算される基準値から所定の誤差範囲内にあるとき、正常吸着と判断する請求項１に記載の部品吸着検査装置。
5. 前記ノズルに吸着された部品の下面映像を獲得する下面撮影部をさらに含む請求項４に記載の部品吸着検査装置。
6. 前記吸着判断部は、
   上記下面映像を分析して部品の長さ、幅および位置情報を獲得し、
   前記部品の幅および厚さの比率が０．１〜０．９から外れる場合、異常吸着と判断する請求項５に記載の部品吸着検査装置。
7. 前記吸着判断部は、
   前記部品の厚さが、最初設定された初期値の０．５倍以下または２倍以上である場合、異常吸着と判断する請求項４に記載の部品吸着検査装置。
8. ノズルを利用して部品を吸着するステップと、
   前記ノズルおよび前記ノズルに吸着された部品の側面映像を獲得するステップと、
   前記側面映像を分析して部品の厚さおよび位置情報を獲得するステップと、
   前記獲得した部品の厚さおよび位置情報に基づいて前記ノズルに吸着された部品の正常吸着可否を判断するステップと
   を含む部品吸着検査方法。
9. 前記部品の正常吸着可否を判断するステップは、
   移動平均を適用して基準値を再計算するステップと、
   前記部品の厚さが前記基準値から所定の誤差範囲内にあるとき、正常吸着と判断するステップと
   を含む請求項８に記載の部品吸着検査方法。
10. 前記基準値は、前記部品の厚さ、移動平均が適用される部品の個数および部品別に適用される加重値に基づいて再計算される請求項９に記載の部品吸着検査方法。
11. 前記基準値を再計算するステップは、
    初期値が入力されるステップと、
    前記初期値に基づいて移動平均を適用するステップと、
    前記移動平均から算出された基準値を利用して前記部品が正常吸着と判断されれば前記移動平均を再適用して基準値を更新し、前記部品が異常吸着と判断されれば前記基準値をそのまま利用するステップと
    を含む請求項９に記載の部品吸着検査方法。
12. 前記側面映像を獲得するステップは、
    前記ノズルに吸着された部品の下面映像を獲得するステップをさらに含む請求項８に記載の部品吸着検査方法。
13. 前記部品の正常吸着可否を判断するステップは、
    前記側面映像を分析して部品の厚さを獲得し、上記下面映像を分析して部品の幅を獲得し、
    前記獲得された部品の幅および厚さの比率が０．１〜０．９の範囲から外れた場合、異常吸着と判断する請求項１２に記載の部品吸着検査方法。
14. 前記部品の正常吸着可否を判断するステップは、
    前記側面映像を分析して部品の厚さを獲得し、
    前記部品の厚さが、部品の厚さ初期値の０．５〜２の範囲から外れた場合、異常吸着と判断する請求項８に記載の部品吸着検査方法。