KR0140663B1 - Sensing device for spreaded solder shape of pcb - Google Patents
Sensing device for spreaded solder shape of pcbInfo
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Abstract
본 발명은 PCB조립공정에서 솔더 패스트의 도포상태를 비접촉식 3차원정보측정방식으로 고속 감지할 수 있도록 한 PCB의 솔더 도포형상 감지장치에 관한 것으로, 특히 PCB(5)의 상부에서 슬리트 광(8,9)을 주사하는 레이저 비임 발생기(1)(2)와, 상기 레이저 비임 발생기(1)(2)에서 발생된 비임을 PCB(5]상에서 직각방향의 슬리트광(8)(9)이 이루어지도록 확장 반사하는 회전거울을 구비한 갈바노 미러(3)(4)와, 비임을 확장하는 비임확장기(A)와, 비임슬리터발생장치(B)로 구성되는 다중 슬리트 패턴 투명기와, PCB(5)의 영상을 가로 및 세로방향에서 영상을 취득하는 카메라(13)(14)로 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a device for detecting solder coating shape of a PCB that enables high-speed detection of a solder paste coating state in a PCB assembly process by a non-contact three-dimensional information measuring method. Laser beam generator (1) (2) scanning 9, and the beams generated by the laser beam generator (1) (2) are slit light (8) (9) at right angles on the PCB (5). A galvano mirror (3) (4) having a rotating mirror that extends and reflects to a large extent, a beam expander (A) for expanding the beam, and a beam slitter generator (B), and It is characterized by consisting of cameras 13 and 14 for acquiring an image in (5) in the horizontal and vertical directions.
Description
제1도는 종래 PCB의 솔더 도포형상 감지장치도1 is a solder coating shape detection device of a conventional PCB
제2도는 본 발명 솔더 도포형상 감지장치의 구성도2 is a block diagram of the solder coating shape detection apparatus of the present invention
제3도는 본 발명중 다중 슬리트 패턴 투명기의 측면도3 is a side view of the multi-slit pattern transparent device of the present invention
제4도 및 제5도는 다중 슬리트 패턴 투명기의 비임 투영상태도4 and 5 are beam projection states of a multi-slit pattern transparent apparatus
제6도는 본 발명 장치의 블럭 구성도6 is a block diagram of an apparatus of the present invention
제7도는 본 발명 방법을 설명하기 위한 플오우챠트7 is a flow chart for explaining the method of the present invention
제8도와 제9도는 솔더 도포 형상감지장치의 X-Y 좌표계8 and 9 show the X-Y coordinate system of the solder coating shape sensing apparatus.
제10도는 본 발명 솔더 도포 형상감지장치의 슬리트광 히스토그램10 is a slit light histogram of the solder coating shape sensing apparatus of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1,2:레이저비임 발생기 3,4:갈바노 미러1,2: laser beam generator 3,4: galvano mirror
5:PCB 8,9:슬리트광5: PCB 8, 9: Slit light
13,14:카메라 A:비임확장기13, 14: camera A: beam expander
B:비임슬리터 C:다중 슬리트 광B: Beam slitter C: Multiple slits
본 발명은 인쇄회로기판(PCB)의 솔더 도포형상 감지방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 PCB 조립공정에서 솔더 패스트(Solder Paste)의 도포상태를 비접촉식 3차원 정보측정 방식으로 고속 감지할 수 있도록 한 PCB의 솔더 도포형상 감지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting a solder coating shape of a printed circuit board (PCB) and a device thereof, and in particular, to enable a high speed detection of a solder paste by a non-contact three-dimensional information measuring method in a PCB assembly process. It relates to a solder coating shape detection device of the PCB.
현재 IC 제조기술의 발달과 합께 PCB상의 위치하는 SMT 기술도 매우 발달하여 부품의 밀도가 높아지고, IC의 리드 폭이 세밀해지고 있다.With the development of IC manufacturing technology, SMT technology located on the PCB has also been developed so that the density of components is increased and the IC lead width is getting finer.
따라서, PCB 조립검사는 부품 장착후 리플로우(reflow)를 통한 납땜상태 및 장착상태 검사보다도 장착하기 전에 솔더 크리임의 형상검사와 장착의 고정밀도에 더욱 치중하여야 한다.Therefore, PCB assembly inspection should focus more on the shape inspection of the solder frame and the high precision of the mounting than the solder state and the mounting state inspection through reflow after component mounting.
그러므로, 상기 솔더 패스트의 형상검사 및 도포상태의 검사를 위한 3차원 측정기술이 개발되고 있으며, 이러한 3차원 측정기술은 PCB 조립상태 검사에 매우 널리 이용되고 있다.Therefore, a three-dimensional measurement technique for the shape inspection and inspection of the coating state of the solder fast has been developed, and this three-dimensional measurement technique is very widely used for PCB assembly state inspection.
즉, 상기 SMT 기술의 급속한 발달과 함께 육안으로 솔더 패스트의 도포상태나 형상을 검사하는 방법에서 광학의 센서를 사용하여 기계의 힘으로 고정밀하게 검사할수 있게 되었다.That is, with the rapid development of the SMT technology, it is possible to inspect with high precision by the force of the machine by using the optical sensor in the method of visually checking the application state or shape of the solder fast.
이러한 솔더 패스트 검사에는 일반적으로 널리 사용되는 기법이 포인트 비임을 주사하여 PSD를 통한 거리측정으로 패스트의 3차원 형상을 얻는 방법이 있는데, 이와같은 방법은 검사기간이 많이 걸리게 되고, 또 공간보호화 패턴을 이용하는데 정보취득시간은 빠른 반면에 광학 구성이 복잡해지게 된다.In this solder fast inspection method, a widely used technique is to scan a point beam and obtain a fast three-dimensional shape by distance measurement through a PSD. Such a method takes a long inspection time, and a space protection pattern. The information acquisition time is fast while the optical configuration is complicated.
제1도는 포인트 비임을 주사하여 삼각측량법에 의하여 정보를 취득하는 방법을 사용하는 종래 PCB의 솔더 도포형상 감지장치를 나타낸 것으로써, 레이저포인트 비임(1)이 렌즈(2)를 통과하여 PCB 위의 솔더 패스트에 반사된 후, 수광렌즈(4)를 거쳐 위치감지장치(5)에 반응하게 되고, 상기 위치 감지장치(5)의 수광위치에 따라 솔더 패스트의 높이가 삼각측량법에 의해 구해진다.FIG. 1 shows a solder-coated shape sensing device of a conventional PCB using a method of scanning a point beam to obtain information by triangulation, wherein a laser point beam 1 passes through a lens 2 and is placed on the PCB. After being reflected by the solder fast, it reacts with the position sensing device 5 via the light receiving lens 4, and the height of the solder fast is determined by triangulation according to the light receiving position of the position sensing device 5.
이와같이 삼각측량법에 구해진 솔더 패스트 높이는 X축 방향과 Y축 방향에 따라 PCB(6)의Thus, the solder fast height obtained by triangulation is determined by the PCB 6 along the X and Y axes.
검사부분을 스캔하여 3차원 정보를 얻은후 솔더 패스트의 형상검사를 하게 된다.The inspection part is scanned and three-dimensional information is obtained and then the shape of solder fast is inspected.
그러나, 이와같은 포인트 비임의 삼각측정방식은 광원이 점광원이기 때문에 필요한 검사영역의 전체정보를 얻기 위해서는 X축과 또한 Y축으로 센서가 이동해야 하는 단점이 있다.However, the triangulation method of such a point beam has a disadvantage that the sensor must be moved along the X axis and also the Y axis in order to obtain the entire information of the required inspection area because the light source is a point light source.
또, X-Y의 이동에 의한 시간으로 3차원 정보취득의 시간이 매우 많이 걸리게 된다.In addition, the time taken for X-Y movement takes a very long time to acquire three-dimensional information.
그러므로 인 라인(IN-LINE)으로 솔더 패스트를 검사하기에는 무리가 따르게 되는 문제점을 가지고 있었다.Therefore, there was a problem that it was too difficult to check the solder fast in-line.
본 발명의 목적은 광원으로 포인트 비임을 사용하지 않고, 다중 슬리트 광을 사용하여 X축과 Y축 방향의 세밀한 정보를 취득하는 3차원 정보취득을 보다 빠르게 감지할수 있는 솔더 도포형상 감지를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a solder coating shape detection that can more quickly detect the three-dimensional information acquisition to obtain detailed information in the X-axis and Y-axis direction using multiple slit light without using a point beam as a light source. have.
상기의 목적은 다중의 슬리트광을 주사하는 한쌍의 주사기와, 한쌍의 주사광을 검출하는 한쌍의 갈바노 미러로 구비시키므로써 달성할 수 있다.The above object can be achieved by providing a pair of syringes for scanning multiple slits and a pair of galvano mirrors for detecting a pair of scanning lights.
이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명 솔더 도포형상 감지장치를 나타낸 것으로, PCB(5)의 상부에서 슬리트광(8,9)을 주사하는 레이저 비임 발생기(1)(2)와, 상기 레이저 비임 발생기(1)(2)에서 발생되 비임을 PCB(5)상에서 직각방향의 슬리트광(8)(9)이 이루어지도록 확장 반사하는 회전거울을 구비한 갈바너 미러(3)(4)와, 비임을 확장하는 비임확장기(A)와, 비임슬리트발생장치(B)로 구성되는 다중 슬리트 패턴투명기와, PCB(5)의 영상을 가로 및 세로방향에서 영상을 취득하는 카메라(13)(14)로 구성된 것을 특징으로 한다.2 shows a solder coating shape detection device of the present invention, which includes a laser beam generator (1) (2) for scanning the slit light (8, 9) from the upper part of the PCB (5), and the laser beam generator (1) ( 2) a galvanic mirror (3) (4) having a rotating mirror that extends and reflects a beam generated at the right angle on the PCB (5) to be made on the PCB (5), and a beam expander (2) (A), a multi-slit pattern transparent apparatus comprising a beam slitting generator (B), and a camera (13) (14) for acquiring images of the PCB (5) in the horizontal and vertical directions. It is done.
제3도는 상기 다중 슬리트 패턴투명기의 측면도로서, 비임을 확장하는 비임확장기(A)와, 다중으로 비임을 분사하는 다중 비임슬리터(B)로 구성되어 다중슬리트광(C)을 발생시킴을 나타낸 것이다.3 is a side view of the multi-slit pattern transparent machine, which is composed of a beam expander (A) for expanding the beam and multiple beam slitter (B) for spraying the beam in multiple to generate a multi-slit light (C) It is shown.
제4도 및 제5도는 본 발명중 다중 슬리트 패턴 투명기의 비임 투영상태를 보인 것으로써, 상기 PCB(5)위에 도포된 솔더 패스트(5')에 세로 및 가로 방향으로 다중 슬리트광(8)(9)이 투영되는 것을 보인 것이다.4 and 5 show the beam projection state of the multi-slit pattern transparent device according to the present invention, wherein the multi-slit light 8 in the vertical and horizontal directions is applied to the solder paste 5 'applied on the PCB 5. (9) is projected.
제6도는 본 발명 솔더 도포형상 감지장치의 전반적인 제어기능을 수행하는 하드웨어의 블럭도를 나타낸 것으로서, 슬리트 비임을 스캔하는 갈바노 미러(3)(4)는 각각 콘트롤러(15)(16)를 통해 시스템버스(22)에 연결되고, 상기 시스템버스(22)는 시스템의 전반적인 제어기능을 수행하는 CPU(19)에 의해 제어를 받는다.6 is a block diagram of hardware for performing the overall control function of the solder-coated shape sensing device of the present invention, and the galvano mirrors 3 and 4 scanning the slits beams are respectively controlled by the controllers 15 and 16. It is connected to the system bus 22 through the system bus 22 is controlled by the CPU 19 that performs the overall control function of the system.
그리고, 영상을 취득하는 카메라(13)(14)에 의하여 촬영된 영상은 이미지그래버(17), 프리 프로세서(18)에 의하여 각각 슬리트 비임의 라인을 추출하도록 구성된다.The image photographed by the cameras 13 and 14 acquiring the image is configured to extract lines of the slits beams by the image grabber 17 and the preprocessor 18, respectively.
상기 이미지그래버(17)와 프리 프로세서(18)는 비디오버스(23)에 연결되어 데이타의 처리가 고속으로 이루어지도록 구성된다.The image grabber 17 and the preprocessor 18 are connected to the video bus 23 so as to process data at a high speed.
상기 CPU(19)에서 얻어진 3차원 정보는 다양한 분석을 위하여 그래픽(20)과 모니터(21)에 출력되도록 구성하여서 된 것이다.The three-dimensional information obtained by the CPU 19 is configured to be output to the graphic 20 and the monitor 21 for various analysis.
제7도는 본 발명 솔더 도포형상 감지방법을 나타낸 플로우챠트로써, 이 검사 영역이 X방향이면 X축 방향검사 영역의 주사를 시작하여 다중 슬리트광의 영상을 취득하고 슬리트 라인을 추출하면 3차원 정보로 변환하는 과정을 반복 수행하고, Y방향이면 Y축 방향검사 영역의 주사를 시작하여 다중 슬리트광의 영상을 취득하고 슬리트 라인을 추출하면 3차원 정보로 변환하는 과정을 반복 수행하여, PCB(5)상의 솔더 패스트 특징 추출을 완료하고 상태검사 및 분석을 완료하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.7 is a flowchart showing the solder coating shape detection method of the present invention. When the inspection region is in the X direction, scanning of the X-axis inspection region is started to acquire an image of multiple slit light and extract the slit line. Repeat the process of converting to. In Y direction, scanning of Y-axis direction inspection area is started to acquire images of multi-slit light, and when the slitting line is extracted, the process of converting to 3D information is repeatedly performed. 5) It is characterized by consisting of the process of completing the extraction of the solder fast features of the phase and completes the state inspection and analysis.
제8도와 제9도는 솔더 도포형상 감지장치의 X-Y 좌표계를 나타낸 것이며, 제10도는 본 발명 솔더 도포형상 감지장치의 슬리트광에 대한 히스토그램을 나타낸 것이다.8 and 9 show an X-Y coordinate system of the solder coating shape sensor, and FIG. 10 shows a histogram of the slit light of the solder coating shape sensing device of the present invention.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effects of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, PCB(5) 조립검사에서 솔더 패스트의 상태검사는 다른 검사기보다도 측정범위가 매우 작다.First, in the PCB 5 assembly inspection, the state of solder fast inspection is much smaller than that of other inspection machines.
따라서, FOV(FIELD OF VIEW)도 작아지고 솔더 패드의 상태에 따라 세밀한 정보취득을 해야 하므로 PCB(5)의 CAD 데이타를 다운로드 받아서 전체 PCB의 검사영역을 블럭별 분류하여 검사영역을 설정해야 한다.Therefore, FOV (FIELD OF VIEW) is also reduced and detailed information must be acquired according to the state of the solder pad. Therefore, CAD data of the PCB 5 must be downloaded and the inspection area of the entire PCB must be classified by block to set the inspection area.
제7도의 ⓐⓑⓒ과정은 전체 데이타 획득시간의 대부분을 차지하는 부분으로 검사기의 검사시간에 절대적인 영향을 미친다.The process of ⓐⓑⓒ of FIG. 7 takes a large part of the total data acquisition time and has an absolute influence on the inspection time of the inspector.
따라서 본 발명은 상기 ⓐⓑⓒ의 과정을 제6도의 프리 프로세서(18)와 이미지 그래버(17)에서 처리할 수 있게 하였다.Therefore, the present invention enables the process of ⓐⓑⓒ to be processed in the preprocessor 18 and the image grabber 17 of FIG.
상기 프리 프로세서(18)는 이미지 그래버(17)에서 획득한 영상을 비디오버스(23)를 통해서 고속으로 처리한다.The preprocessor 18 processes the image acquired by the image grabber 17 at high speed through the video bus 23.
제6도의 프리 프로세서외 기능을 지니는데 획득된 다중슬리트의 영상에서 각각의 슬리트 중심점을 찾게 된다.Each of the slit centers is found in the multi-slit image obtained with the pre-processor function of FIG. 6.
제10도는 다중슬리트의 영상에서 그 슬리트의 히스토그램(a)을 나타낸다.10 shows the histogram a of the slit in the image of the multi-slit.
상기 히스토그램(a)에서 나타난 바와 같이 각각의 슬리트는 중심이 높은 가우션 분포를 지니고 있어 이 분포를 따라서 곡선 픽팅을 하여 곡선의 최고점을 찾는 기능을 지니게 된다.As shown in the histogram (a), each of the slits has a Gaussian distribution having a high center, and has a function of finding the highest point of the curve by performing curve picking along this distribution.
따라서 픽셜 단위의 계산이 아니고, 서브픽셜 단위의 계산을 하게 되어 고분해능의 정보를 추출하게 된다.Therefore, instead of calculating the unit of the facial unit, the unit of the sub-pixel unit is used to extract high resolution information.
제10도의 (b)는 각 이미지의 수평라인 그래이 레벨 값인데, 이 수평라인의 정보는 수평주파수와 동기를 맞추어 각각 카메라(13,14)에서 들어오며 이 신호는 이미지 그래버(17)와 프리 프로세서(18)에서 3개의 중심점 즉, 최고점이 찾아지고 이 정보는 메모리에 기억된다.(B) of FIG. 10 is a horizontal line gray level value of each image, and the information of the horizontal line is inputted from the cameras 13 and 14 in synchronization with the horizontal frequency, and this signal is transmitted to the image grabber 17 and the preprocessor. In (18) three center points, that is, the highest point, are found and this information is stored in the memory.
이렇게 한장 영상의 라인정보의 획득이 끝나면 CPU(19)에서 이 데이터를 처리하여 3차원 정보를 변환한다.When the line information of a single image is thus obtained, the CPU 19 processes the data to convert three-dimensional information.
즉 제7도에 도시한 바와 같이 이 검사 영역은 X방향과 Y방향의 2가지 스캔 방향의 정보와 스캔범위로 이루어진다.That is, as shown in FIG. 7, this inspection area is composed of information and a scan range in two scan directions, the X direction and the Y direction.
제8도의 경우에서와 같이 QFP의 리드 패스트의 검사는 X방향과 Y방향의 2가지 측정모드로 측정을 한다.As in the case of FIG. 8, the inspection of the lead fast of the QFP is performed in two measurement modes, the X direction and the Y direction.
QFP의 IC 위쪽의 리드는 길이의 직각방향으로 스캔을 하고, 보다 고분해능의 정보를 얻기 위하여 제9도에서와 같이 전의 스캔라인과 겹치도록 이동시키면 세밀한 데이타를 얻을수 있다.Leads on the top of the QFP's IC can be scanned at right angles in length and moved to overlap the previous scan line as shown in Figure 9 to obtain higher resolution information.
어느 한쪽 방향으로 시작된 스캔은 일정한 슬리트의 수만큼 이동하여 다음영역을 계속 측정한다.A scan started in either direction moves by a certain number of slits and continues to measure the next area.
이 측정은 슬리트의 영상 취득이 되면, 제6도의 프리 프로세서(18)에서 슬리트의 변이량을 측정하기 위하여 라인 추출이 이루어지고 난 뒤, 이 각 라인 3차원 정보로 변환된다.When the image of the slits is acquired, the line extraction is performed in order to measure the amount of variation of the slits in the preprocessor 18 of FIG. 6, and then each line is converted into three-dimensional information.
제8도의 경우를 보면, 이 수평방향의 슬리트는 제2도의 레이저비임 발생기(1)와 갈바노 미러(4)로 구성되어 생긴 슬리트광(8)이다.In the case of FIG. 8, the slits in the horizontal direction are the slits light 8 formed by the laser beam generator 1 and the galvano mirror 4 in FIG.
그리고 제8도의 왼족 리드는 제2도의 레이저 비임 발생기(1)와 갈바노미러(4)를 통한 슬리트광(8)으로 주사를 하면 제5도에서 보는 바와같이 솔더 패드부분에 정보가 희박해진다.When the left leg lead of FIG. 8 is scanned by the laser beam generator 1 and the slit light 8 through the galvano mirror 4 of FIG. 8, the information on the solder pad portion is thinned as shown in FIG.
그러므로 축의 방향을 바꾸어 제2도의 레이저 비임 발생기(2]와 갈바노 미러(3)으로 이루어지는 슬리트광(9)을 사용하여야 고분해능의 정보를 얻을수 있다.Therefore, high resolution information can be obtained only by using the slit light 9 composed of the laser beam generator 2 and the galvano mirror 3 shown in FIG.
그래서 제7도에서와 같이 검사영역에 따라 1축 또는 2축의 스캔이 필요하게 된다.Thus, as shown in FIG. 7, one or two axes of scanning are required depending on the inspection area.
이렇게 구해진 3차원 정보를 이용하여 솔더 패스트의 부피, 높이, 위치 등을 추출하여 기존의 정보와 비교 분석하여 형상을 검사하게 되는 것이다.Using the three-dimensional information obtained in this way, the volume, height and position of the solder paste are extracted and compared with the existing information to examine the shape.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광원으로 포인트 비임을 사용하지 않고 다중 슬리트광을 사용하기 때문에 3차원 정보 회득시간이 빠르게 되고, 또 각 쌍의 주사와 갈바노 미러는 PCB상의 솔더 패스트 검사영역내에서 X축 검사 방향과 Y축 검사 방향으로 각각 주사하게 되므로, 모드형태의 솔더 패스트에 대한 세밀한 데이타를 얻을 수 있으며, 주사구 동부로 두개의 갈바노 미러를 사용하기 때문에 카메라 영상취득의 샘플링시간과 함께 빠른 시간내에 정보취득이 가능한 것이다.As described above, according to the present invention, since the multi-slit light is used without using the point beam as the light source, the 3D information acquisition time is increased, and each pair of scanning and galvano mirrors has a solder fast inspection area on the PCB. Since scanning is performed in the X-axis inspection direction and Y-axis inspection direction respectively, detailed data on the mode of solder fast can be obtained, and sampling time of camera image acquisition is achieved by using two galvano mirrors to the east of the injection hole. In addition, information can be obtained in a short time.
Claims (1)
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20120118 Year of fee payment: 15 |
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