KR100355898B1 - 부품의 방향ㆍ위치 식별, 부품의 공면성 시험 및 부품의 결합부 분리 시험용 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부품(3)의 방향ㆍ위치, 부품의 공면성 및 부품의 결합부(2) 분리 시험용 장치 및 방법에 관한 것이다. 부품(3)이 인쇄회로기판 조립장치내에 설치되기 전에, 동일한 높이(공면성)로 위치하는지 및 충분한 거리로 떨어져 있는지(분리)에 관해 시험되어야만 한다. 공지된 방법에서, 결합부(2)는 국부 분해능 검출장치(5)상에 연속적으로 이미징된다. 검출장치는 광원(1)의 직접 반사에 의해 조사된다. 결합부(2)를 조사하기 위한 편광된 광의 사용 및 이미지의 빔 경로내에 광분석기(7)의 사용이 직접 반사를 억제하고 이미징을 위한 확산 반사만을 인도하는 것을 가능케 한다. 본 발명은 또한 인쇄회로기판 장치에 관한 것이다.

Description

부품의 방향ㆍ위치 식별, 부품의 공면성 시험 및 부품의 결합부 분리 시험용 장치 및 방법 {METHOD AND DEVICE FOR DETECTING THE POSITION AND/OR FOR TESTING COPLANARITY AND/OR TESTING THE SEPARATION OF CONNECTIONS OF COMPONENTS}

SMD(Surface Mounted Device; 표면 장착 장치) 부품이 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판에 자동적으로 조립될 때, 개별 부품은 장착 헤드에 의해 매거진(magazine) 또는 공급장치로부터 제거되어, 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판상에 미리 설정된 방향 및 위치로 위치된다. 매거진 또는 공급장치의 픽-업 위치 내 부품이 수 밀리미터의 방향 또는 위치 공차를 가지지만 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판상에 고정밀도로 위치해야 하기 때문에, 자동적인 방향 및 위치 식별과 수정이 필요하다. 게다가, 특히 다수의 구멍을 가진 SMD 부품의 경우, 분리 및 공면성(coplanarity)을 검사할 필요가 있다. 즉, 결합부가 균일한 높이로 위치하는지를 검사할 필요가 있다. 이러한 검사는 또한, 예컨대 SMD 부품의 생산시 품질 제어로서 수행되어야만 한다.

부품 결합부의 방향ㆍ위치 식별 및 분리 시험을 위해 공지된 장치는 부품 또는 부품의 일부를 광역 CCD 카메라상에 이미징하는 대물렌즈를 사용하고, 부품 결합부의 방향ㆍ위치 및 결합부의 분리를 측정하는 디지털 이미지 처리를 이용한다. 이 경우, 직접적인 섬광은 CCD 카메라의 과도-노출을 야기하고, 그 결과 분해능이 감소된다.

미국특허 제 5,452,080호에는 부품 결합부의 공면성 측정에 사용되는 방법이 개시되어 있다. 이 경우, 결합부의 전체 열(row)은 부품의 일측벽을 따라 그리고 다음으로 결합부의 열을 따라 광원을 배치시킴으로써 검출장치상에 동시에 이미징된다. 검사가 가능한 한 빠르게 수행되도록 하기 위해, 상기 특허는 동시에 조사(illumination)되고 이미징되는 결합부의 반대쪽 열을 제공한다. 부품의 반대면을 이미징하는 개별 광 경로 사이의 상호 간섭을 억제하기 위해, 2개의 광 경로가 서로에 대해 수직으로 편광됨으로써 상호 분리된다. 결합부가 전방-조사 방법을 사용하여 검사된다면, 사용된 편광 필터는 이 경우 결합부의 직접 섬광이 검출되도록 결합되어야만 하고, 이는 설명된 검출장치의 과구동을 야기한다.

공면성 측정을 위한 삼각측량 방법이 미국특허 제 5,440,391호에 공지되어 있고, SMD 부품 결합부의 높이는 두 방향의 광을 결합부에 조사하고 CCD 카메라를 사용하여 결합부에 의해 비춰진 두 그림자를 검출함으로써 측정된다. 결합부의 높이는 카메라에 결합된 이미지 평가 유니트에 의해 이로부터 측정된다. 만일 공면성의 불일치가 수용할 수 없을 정도이고 인쇄회로기판상에 위치할 때 결합부가 모두 접촉을 형성하지는 않았다면, 결함 부품은 이러한 방식으로 식별될 수 있고 장착 처리로부터 제거된다. 하지만, 이러한 방법은 예를 들면, 부품 하부에 위치하는 결합부와 같이 광에 의해 조사되지 않은 결합부를 시험하는데는 적합하지 않은데, 그 이유는 부품에 의해 그림자지기 때문이다.

상술된 방법과는 다른 방법이 또한 공지되어 있는데, 이러한 방법에서는 결합부상의 광의 확산반사가 결합부의 공면성 및 분리를 결정하기 위해 그림자 대신에 사용된다. 이 경우, 결합부는 수직 입사광에 의해 조사되고 광학 이미징 장치에 의해 위치-분해능 검출장치상에 이미징된다. 이 경우, 이미징 광 경로는 수직 입사광과 0도가 아닌 각을 이루어, 결합부의 높이가 삼각측량에 의해 결정될 수 있도록 한다. 게다가, 이는 검출장치로 집적 반사된 광빔의 영향을 감소시킨다. 이 경우 결합부의 높이에서의 변화는 검출장치상의 이미징 위치에 변화를 야기하는데, 이는 다음의 이미지 평가 유니트에 의해 식별된다. 부품 결합부의 열을 따른 스캐닝 이동은 모든 결합부가 이미징되록 한다. 하지만, 결합부의 상이한 표면 특성 때문에, 확산반사에 추가하여 비교적 높은 강도의 직접반사가 또한 검출장치에 도달하고, 그 결과 검출장치가 부분적으로 과도-노출된다.

더욱이, 실제 방사 중심으로부터 떨어져서 주로 발생하는 직접 섬광은 검출장치의 수평 분해능을 감소시킬 수 있다. 두 효과는 분리 시험을 위해 결합부 사이의 이격(space)을 검출하는 것이 더이상 신뢰성 없다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 목적은 검출장치와 결합부 사이의 광 경로내에 광분석기를 배치시키므로써 직접 섬광을 억제하여 검출장치의 과구동을 방지하는 부품의 방향ㆍ위치, 부품의 공면성 및 부품의 결합부 분리 시험을 위한 장치와 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 청구범위 제 1항에 개시된 방법 및 청구범위 제 3항에 따른 특징을 가진 장치에 의해 구현된다.

결합부를 조사하기 위한 편광된 광의 사용 및 광 경로내 광분석기의 조립은 설계의 관점에서 쉽게 얻어질 수 있다. 이하의 설명에서, (광학에서 일반적인 바와 같이) 광분석기는 편광에 의존하는 투과도를 가진 광부품을 의미한다. 예를 들면, 편광 필터가 광분석기로서 사용된다. 원리적으로 동일한 방식으로 구성되고 편광되지 않은 광으로부터 편광된 광을 발생시키는 편광기와는 대조적으로, 광분석기는 이미 편광된 광을 분석하는데 사용된다. 이 경우, 직접 섬광은 확산반사와는 대조적으로 편광 방향으로 고정되고, 이에 따라 광 경로내에 광분석기를 결합시킴으로써 억제될 수 있다. 이는 검출장치가 직접 섬광에 의해 과구동되는 것을 방지한다.

본 발명의 바람직한 실시예가 종속항에 개시된다.

청구범위 제 4항에 청구된 바와 같이 광원으로서 레이저를 사용하는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 레이저 광은 이미 선형-편광된 상태이기 때문에 편광된 광을 발생시키기 위한 어떠한 추가적인 설계의 복잡성이 요구되지 않기 때문이다.

청구범위 제 9항에 청구된 광분석기의 회전가능한 배치는 직접 섬광의 완화가 바람직한 방식으로 조정되도록 한다.

본 발명은 이하에서 도면을 참조로 한 실시예를 통해 상세히 설명된다.

본 발명은 부품의 방향ㆍ위치 식별, 부품의 공면성 시험 및 부품의 결합부 분리 시험용 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 광원으로서 레이저를 구비하는 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.

도 2는 부품의 16개의 결합부의 높이 위치에 대하여 광분석기를 사용하지 않은 기록 처리를 도시한다.

도 3은 부품의 16개의 결합부의 높이 위치에 대하여 광분석기를 사용한 기록 처리를 도시한다.

도 4는 광원으로서 발광 다이오드를 사용하는 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.

도 1은 광원(1)으로부터의 편광된 광이 부품(3)의 결합부(2)를 수직으로 입사하여 조사하는 방법 및 결합부(2)가 광학 이미징 장치(4)(예를 들면, 수렴렌즈)에 의해 위치-분해능 검출장치(5)상에 이미징되는 방법을 도시한다. 검출장치(5)가 광원(1)과 결합부(2)의 동일한 측면상에 배치되는 이러한 이미징은 전방-조사라 불린다. 열(row)의 형태의 광검출기 배치는 예를 들면, 검출장치(5)로서 사용하기에 적합하고, 이미징 광 경로에 수직으로 정렬하여 여러가지 높이의 결합부(2)가 상이한 검출기에 의해 검출되도록 한다. 이미징 광 경로는 이 경우 수직 입사광에 대해 대략 30°로 시프팅되어, 직접 섬광에 의한 과도노출을 감소시키도록 한다. 이미지 평가 유니트(6)는 이미지의 위치를 계산하고, 이에 의해 결합부(2)의 높이가 측정된다. 편광 필터가 결합부(2)와 검출장치(5) 사이의 제 2 광 경로내 광분석기(7)로서 배치되고 결합부(2)로부터 직접반사된 광을 전혀 또는 거의 투과하지 않도록 정렬한다. 이는 광분석기(7)를 사용하지 않은 측정 결과를 도시한 도 2의 예와 같이, 검출장치(5)를 과구동시키는 것을 방지한다.

부품(3)의 16개의 결합부(2)는 결합부(2)의 배치 방향(8)으로 스캐닝하고, 동시에 1000개의 측정점에서 이미지의 위치(H)를 기록한다. 이 경우 H = 0 mm 는 최적의 정렬을 의미한다. 검출장치(5)는 이 경우 직접 섬광에 의해 과구동되어, 결합부의 이미지(10)뿐만 아니라 결합부 사이의 이격의 이미지(11)도 위치(H)를 시뮬레이팅하고, 이러한 위치의 크기는 결합부(2)의 이미지(10)의 위치(H)에 대응한다. 따라서, 결합부(2)의 이미지를 분해하는 것은 불가능하고, 어떠한 분리 시험 즉, 결합부(2) 사이의 거리 측정도 불가능하게 된다.

이와는 대조적으로, 도 3은 검출장치(5)의 결합부(2) 사이의 제 2 광 경로내에 광분석기(7)를 이용한 해당 측정 결과를 도시한다. 직접 섬광을 억제함으로써, 검출장치(5)는 과구동되지 않는 한편, 확산반사가 검출장치(5)에 도달하여, 광분석기(7)를 통해 상이한 편광 방향에 기초한 이미지를 발생시키고 평가를 위해 사용되도록 한다. 결합부(2)의 이미지(10)는 결합부 사이의 이격 이미지(11)에 의해 서로 완전하게 분리되고, 이에 따라 분리 시험이 가능해 진다. 도 3은 또한 (측정점 400 내지 450에 인접하는) 8번째 및 9번째 결합부의 공면성 결여를 도 2보다 명확하게 도시하고, 그 결과 공면성 시험 또한 간단해진다.

레이저가 광원(1)으로서 특히 적합한데, 그 이유는 레이저는 이미 선형-편광된 광을 전송하기 때문에, 광원(1)과 결합부(2) 사이의 제 1 광 경로내에 편광기로서 어떠한 추가적인 편광 필터도 필요로 하지 않기 때문이다. 그 외의 경우에는, 발광 다이오드 및 편광기에 의해 편광된 광이 발생될 수 있다.

이 경우 광분석기(7)는 이미지의 광축에 평행한 축 주위를 회전할 수 있도록 장착되고, 직접 섬광을 최적으로 완화시키도록 설정된다.

도 4는 방향ㆍ위치 식별을 위한 장치를 도시한다. 광원으로서 발광 다이오드(LED)(12)를 사용하며, 발광 다이오드의 방출광은 발광 다이오드(12)와 부품(3) 사이의 제 1 광 경로내에 위치한 편광기(13)에 의해 선형-편광되어, 부품(3) 또는 적어도 부품(3)의 일부가 조사되고, 광학 이미징 장치(4)를 통해 검출장치인 광역 CCD 카메라(14)상에 이미징된다. 이미지 평가 유니트(6)가 방향ㆍ위치 식별을 평가하기 위해 CCD 카메라(14)에 결합된다. CCD 카메라(14)를 과구동시킬 수 있는 직접 섬광을 억제하기 위해, 광분석기(7)가 이미징 광 경로내에 위치한다.

Claims (9)

1. 부품(3)의 방향ㆍ위치 식별, 부품의 공면성 시험 및 부품의 결합부(2) 분리 시험 방법으로서,

   상기 결합부가 전방-조사를 이용하여 제 1 광 경로를 통해서 선형-편광된 광으로 조사되는 단계;

   상기 선형-편광된 광에 대하여 상기 결합부에서 제 2 광 경로로 확산반사 및 직접반사가 일어나는 단계;

   상기 결합부의 확산반사는 결합부의 이미징을 위하여 사용되며, 상기 결합부의 직접반사는 이미징을 위한 광분석기로서의 편광필터에 의해 억제되는 단계; 및

   상기 결합부의 이미지를 이용하여 부품의 방향ㆍ위치 식별, 부품의 공면성 시험 및 부품의 분리 시험이 수행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 결합부(2)의 열(row)은 상기 개별 결합부(2) 이미지의 연속하는 열에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 부품(3)의 방향ㆍ위치 식별, 부품의 공면성 시험 및 부품의 결합부(2) 분리 시험용 장치로서,

   광원, 위치-분해능 검출장치, 광분석기 및 이미지 평가 유니트를 구비하며,

   상기 광원은 상기 부품의 결합부를 연속적으로 조사하는데, 상기 광원의 광은 선형-평광된 광으로서 제 1 광 경로를 따라서 상기 부품의 결합부에 조사되어 제 2 광 경로를 따라서 상기 부품의 결합부로부터 직접반사되고,

   상기 위치-분해능 검출장치는 제 2 광 경로상에 위치하여, 상기 부품의 결합부의 이미지를 검출하여 평가 유니트에 전송하고,

   상기 광분석기는 평가를 위해 이용되는 상기 부품의 결합부의 이미지를 수신하기 위하여 제 2 광 경로상의 상기 부품의 결합부와 상기 검출장치 사이에 배치되어, 직접반사된 광을 억제하고 확산반사된 광만 상기 검출장치에 도달하게 하며,

   상기 이미지 평가 유니트는 상기 검출장치에 접속되어, 상기 이미지에 의해 상기 부품의 결합부의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 광원(1)으로서 레이저가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   편광기가 상기 광원(1)과 상기 결합부(2) 사이의 상기 광 경로에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 광원(1)으로서 적어도 하나의 발광 다이오드가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 3항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 검출장치(5)로서 광검출기가 상기 이미징의 광 경로에 수직으로 열지어 위치하여, 올바르게 정렬되지 않은 결합부(2)의 이미지 및 올바르게 정렬된 결합부(2)의 이미지가 상이한 광검출기에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 3항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 검출장치로서 광역 CCD 카메라(14)가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 3항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광분석기(7)는 이미지의 광축에 평행한 축 주위를 회전할 수 있도록 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.