KR100509451B1

KR100509451B1 - 폐회로를 이용한 초정밀 지그 제작 장치

Info

Publication number: KR100509451B1
Application number: KR10-2003-0002130A
Authority: KR
Inventors: 신태명
Original assignee: 신태명
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2005-08-22
Also published as: KR20040065019A

Abstract

본 발명은 지그 제작 장치에 관한 것으로, 특히 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)(PCB) 패널의 구멍과 지그의 고정 핀을 아주 정밀하게 정렬시키는 폐회로를 이용한 초정밀 지그 제작 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 지그 제작 장치(101)는 비전 카메라(272)를 통해 전달되는 정보를 표시하는 비디오 모니터(110); 비전 카메라(272), 키 패드(170) 및 컴퓨터(200)로부터 전달된 PCB 패널의 구멍(7)과 지그의 고정 핀(276)의 위치 정보를 받아서 비디오 모니터(110)로 전달하거나 또는 조정하는 I/O 인터페이스 및 정렬 알고리즘(140); PCB 패널에 대한 거버 데이터의 구멍 수치 데이터를 저장하는 컴퓨터(200); PCB 패널의 구멍(7)과 지그의 고정 핀(276)을 정밀하게 정렬시키는 자동 정렬 유닛(260); 및 상기 컴퓨터(200)와 상기 자동 정렬 유닛(260)을 제어하는 제어기 테이블(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐회로를 이용한 초정밀 지그 제작 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING HIGH PRECISION JIG USING CLOSED LOOP CONTROL}

도 1은 종래의 (PCB) 패널에서 불량 PCB을 교체하기 위한 방법을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다. 도 1에는 4개의 어레이, 즉 4개의 PCB 단품(2)으로 구성된 PCB 패널(3)이 도시되어 있다. 4개의 PCB 단품 중 좌측에서 두번째 PCB 단품(2')이 불량이라고 가정하고, 불량인 PCB 단품(2')을 PCB 패널(3)로부터 제거한 다음 PCB 패널(3)을 지그(100)에 결합한다. 그리고, 그 제거된 부분에 양품의 PCB 단품(21)을 삽입 결합한다.

여기서, 지그(100)는 지그 판(1)에 다수의 고정 핀(6)을 맞추어 고정시킨 것으로, 절단된 양품의 PCB 패널(21)의 다수의 구멍(7)이 다수의 고정 핀(6)에 결합되어 PCB 패널(3)이 지그(100)와 고정 결합된다. 이와 같이 고정된 상태에서 불량의 PCB 단품(2')이 제거된 자리에 양품의 PCB 단품(21)이 교체되어 고정되며, 이 때 양품의 PCB 단품(21)에 형성된 구멍(7)에 지그의 고정 핀(6)이 삽입되어 고정된다. 이처럼 교체된 PCB 단품(21)의 위치는 지그의 고정 핀(6)에 의해 불량인 PCB 단품(2')의 위치에 정렬된다.

그러나, 상술한 바와 같이 PCB 단품의 구멍과 지그의 고정 핀을 결합하는 방법은 다음과 같은 문제점을 갖는다.

즉, 정밀한 지그 제작을 위해, 원하는 위치에 구멍을 뚫을 수 있는 고가의 드릴 장치가 필요하고 또한 PCB 패널내의 구멍에 맞출 정밀한 고정 핀이 주문되어야 한다. 그리고, 이러한 지그의 정밀성에는 한계가 있다는 것이다. 지그의 정밀성은 드릴 장치의 핀이 들어갈 구멍의 위치와 두께를 얼마나 정밀하게 맞추는 가에 있다. 특히, 정밀한 드릴 장치를 사용하여 지그 판 또는 이와 유사한 판에 구멍을 뚫을 때 스핀들의 드릴 비트는 매우 정밀한 구멍을 뚫지 못한다. 이것은 지그 판쪽에서 보았을 때, 구멍은 드릴 장치에 의해 수동으로 뚫어지게 되며, 그 결과 지그는 드릴 장치의 정밀도에 의존하게 되어 실제로 만족할 만한 정밀도를 갖지 못한다. 또한, 드릴로 낸 구멍에 핀을 나무 망치 등으로 박을 때 정확하게 베크라이트 판과 수직으로 핀이 정렬된다는 보장이 없다. 이렇게 제작된 지그는 고정 핀이 정확하게 원하는 위치에 정렬이 되었는지를 3차원 측정기로 측정한다. 한편, 지그의 위치가 정확하게 정렬되기 위해서는 지그의 정밀도가 수 마이크론 단위까지 요구되어야 한다. 이 과정에서 고정 핀들이 하나 또는 여러 개가 원하는 위치에 정렬되어 있지 않을 경우 이 지그는 버려지게 되고 처음부터 이러한 과정을 핀들이 원하는 위치에 정렬된 지그가 나올 때까지 지그 제작을 반복적으로 수행되어야만 하는 문제점이 있다. 이러한 지그 제작 방식은 개회로(open loop) 지그 제작 방식이라 할 수 있다. 또한, 이러한 지그 제작 방식은 지그 판쪽에서 보면 구멍이 드릴 머신의 정밀도 또는 드릴에 의해 내어진 구멍에 핀을 박을 때 사람의 정밀도에 의존되는 것이기 때문에 수동적(passive)인 지그 제작 방식이라 할 수 있다. 현재의 PCB 기판은 상술한 바와 같이 그 보다 좋은 정밀도를 필요로 하기 때문에, 상술한 개회로 방식으로 제작된 지그를 사용하여 위치를 정렬하는 경우에, PCB 패널의 구멍과 지그의 고정 핀을 정밀하게 위치 정렬을 하지 못하고 원하는 고정밀도의 지그를 제작하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 그 목적은 PCB 패널 중에서 불량 단품을 교체하는 공정에서, 양품 PCB의 교체를 위한 위치 정렬을 하기 위한 지그를 제작하는 데 있어, 종래의 개회로 방식으로 수동적(passive)으로 만들어진 지그와 그 제작 방식을 사용하지 않고 비전 카메라를 이용한 전자적인 자동 위치 정렬 유닛을 가지고 PCB 패널의 구멍과 지그의 고정 핀을 정확하게 정렬시키기 위한 폐회로 방식으로 능동적(active)인 지그 제작 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 지그 제작 장치에 있어서,

상기 지그 제작 장치(101)는 비전 카메라(272)를 통해 전달되는 정보를 표시하는 비디오 모니터(110); 비전 카메라(272), 키 패드(170) 및 컴퓨터(200)로부터 전달된 PCB 패널의 구멍(7)과 지그의 고정 핀(276)의 위치 정보를 받아서 비디오 모니터(110)로 전달하거나 또는 조정하는 I/O 인터페이스 및 정렬 알고리즘(140); PCB 패널에 대한 거버 데이터의 구멍 수치 데이터를 저장하는 컴퓨터(200); PCB 패널의 구멍(7)과 지그의 고정 핀(276)을 정밀하게 정렬시키는 자동 정렬 유닛(260); 상기 컴퓨터(200)와 상기 자동 정렬 유닛(260)을 제어하는 제어기 테이블(230)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자동 정렬 유닛(260)은 베클라이트 판(262); 상기 지그 판(262)의 네 모서리 안쪽에 4개의 지지대(264)를 삽입하여 고정 수단(266)에 의해 체결되고 이 지지대(264)를 삽입 고정시킨 석정반(268); 상기 석정반(268)의 일측 단부와 브릿지(270)를 사용하여 결합된 비전 카메라(272); 상기 지그 판(262)의 홈(273)에 접착제(274)로 채워져 고정된 고정 핀(276); 상기 석정반(268)의 상부면에 배치되어 있는 모터 스테이지(278); 및 상기 모터 스테이지(278)의 상부에 고정되어 상기 고정 핀(276)을 잡고 있는 그리퍼(gripper)(280)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지그 판(262)의 홈(273)은 상기 고정 핀(276)의 폭보다 더 넓은 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 PCB 패널과 지그의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 지그 제작 장치의 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 자동 정렬 유닛의 정면도이다.

도 2는 접착제(274)로 고정된 지그(100)의 고정 핀(6)을 나타낸 것으로 도 1과의 차이점이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지그 제작 장치는, 비디오 모니터(110), 자동 정렬 유닛(260), 컴퓨터(200), I/O 인터페이스 및 정렬 알고리즘(140), 및 제어기 테이블(230)로 구성된다.

상기 비디오 모니터(110)는 비전 카메라(272)를 통해 전달되는 정보를 표시하며, 상기 자동 정렬 유닛(260)은 PCB 패널의 거버 데이터에서 읽혀진 PCB 패널의 구멍(7)의 정확한 구멍 위치에 지그 판(262)의 홈(273)안에 고정 핀(276)을 정밀하게 정렬시키며, 상기 컴퓨터(200)에는 PCB 패널에 대한 거버 데이터(Gerber data) 또는 드로잉 데이터(drawing data)에서 읽혀진 PCB 패널의 구멍(7)에 해당되는 위치의 수치 데이터가 저장되며, 상기 I/O 인터페이스 및 정렬 알고리즘(140)은 비전 카메라(272), 키 패드(170) 및 컴퓨터(200)로부터 전달된 PCB 패널의 구멍(7)과 지그의 고정 핀(276)의 위치 정보를 받아서 비디오 모니터(110)로 전달하거나 또는 조정하고, 상기 제어기 테이블(230)은 자동 정렬 유닛(260)과 컴퓨터(200)를 제어한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지그 제작 장치(101)의 작동을 설명하면 다음과 같다.

우선, 석정반(268)상에 X, Y, Z 축을 움직이는 모터 스테이지(278)를 고정시킨다. 여기서, 석정반(268)은 온도 변화에 신축성을 적게 하는 역할을 하며, 이와 유사한 기초 판이 사용될 수도 있다. 상기 모터 스테이지(278) 상에는 고정 핀(276)을 정확하게 수직으로 잡고 있는 그리퍼(gripper)(280)를 부착시킨다. 고정 핀(276)의 지름은 거버 데이터에서 읽혀진 PCB 패널의 구멍(7)의 지름보다 약간 작은 것을 채택한다.

또한, 브릿지(270)를 사용하여 석정반(268)의 일측 단부와 비전 카메라(272)를 고정시킨 다음 수동으로 이동할 수 있게 한다.

이어서, 고정 핀(276)의 길이보다 다소 작은 두께의 지그 판(262)을 준비하여 드릴 장치로 거버 데이터에서 읽혀진 PCB 패널의 구멍(7)의 지름보다 큰 홈(273)을 지그 판(262)에 뚫는다. 여기서, 지그 판(262)은 베클라이트 판, 또는 일정한 편평도(flatness)를 갖는 PCB 패널보다 크기가 넓은 판이 사용될 수 있다. 또한, 상기 홈(273)의 크기는 접착제(274)를 사용하여 고정 핀(276)을 고정시킬 수 있도록 상기 고정 핀(276)보다 더 커야 한다.

그 다음, 지그 판(262)은 도 4에 도시된 바와 같이 석정반(268)위에 4개 또는 그 이상의 지지대(264)를 설치하여 지그 판(262)과 단단히 고정시킨다.

그리고, 모터 스테이지(278)는 지그 판(262) 하부에서 X, Y, Z 축을 이동할 수 있게 한다. 그 다음, 그리퍼(280)에 고정 핀(276)을 수직으로 물려 놓고, 컴퓨터(200)에 저장된 거버 데이터를 사용하여 상기 모터 스테이지(278)를 거버 데이터에서 읽혀진 PCB 패널(3)의 하나의 구멍(7) 위치로 X, Y 축을 이동시켜서 정확하게 위치시킨다. 그리고, 정확한 X, Y 축 위치에 있게 한 다음, Z 축 방향으로 모터 스테이지(278)를 움직여 고정 핀(276)이 지그 판(262) 아래로부터 윗면을 지나 PCB 패널의 두께 이상으로 올라가게 한다. 그 다음, 고정 핀(276)의 위치가 원하는 위치에 있는지를 확인하기 위해, 지그 판(262) 위쪽에 있는 비전 카메라(272)는 홈(273) 위로 올라온 고정 핀(276)의 위치 정보를 컴퓨터(200)에 보내면 컴퓨터(200)는 PCB 패널의 거버 데이터에서 읽혀진 구멍(7)에 해당되는 위치와 비전 카메라(272)에서 들어온 고정 핀(276)의 위치를 비교하여 편차를 계산하고, 그 편차 벡터 만큼의 반대 벡터로 모터 스테이지(278)를 이동시켜서 원하는 위치에 고정 핀(276)을 위치시킨다. 여기서 비전 카메라(272) 대신에 리니어 스케일을 써서 현재의 고정 핀(276)의 위치를 알 수도 있다. 리니어 스케일에서 읽혀진 현재의 고정 핀(276)의 위치를 컴퓨터(200)에 보내지게 되어 위치에 대한 편차 벡터를 계산하여 고정 핀(276)의 위치를 보정하는 것은 앞에 상술한 바와 같이 비전 카메라(272)가 고정 핀(276)의 현재 위치한 정보를 아는 역할과 같다. 앞에서 상술한 바와 같이 이러한 편차를 비교하여 고정 핀(276)의 위치를 정렬하는 작업은 작업자가 원하는 매우 적은 에러 편차내로 들어올 때까지 모터 스테이지(278)를 계속 이동할 수 있도록 컴퓨터 프로그램되어 있다. 이러한 위치 정렬이 끝나면, 고정 핀(276)을 포함한 홈(273) 하부에 테이프 또는 그 홈(273)을 접착 물질로 막는다. 그 다음, 강력 시멘트 또는 접착제(274)를 상기 홈(273)에 채워넣는다. 이것은 홈(273)내에 삽입되어 있는 고정 핀(276)을 지그 판(262)에서 단단히 고정하기 위한 것이다. 그리고, 상기 접착제(274)의 높이는 지그 판(262)의 높이와 같게 하거나 또는 보다 작게 한다.

이어서, 시멘트 또는 접착제(274)가 단단히 굳어지면, 지그 판(262)아래의 그리퍼(280)에 물린 고정 핀(276)을 풀어서 모터 스테이지(278)를 다음 홈으로 이동시켜서 그리퍼(280)로 하여금 새로운 고정 핀을 잡게 한다. 다음 홈에서도 마찬가지로 동일한 방법이 사용된다. 사용자는 계속해서 홈의 갯수에 맞추어 고정 핀을 고정시킨다. 이러한 과정은 비전 카메라를 이용하여 고정 핀이 원하는 위치에 들어올 때까지 에러 편차를 보정하는 폐회로(closed loop) 제어를 이용한 능동형의 지그 제작 장치라 할 수 있다.

본 발명은 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업자가 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 폐회로를 이용한 초정밀 지그 제작 장치는 비전 카메라를 이용한 전자식 폐회로(closed loop) 자동 정렬 유닛을 사용함으로써 원하는 정밀도의 능동형 지그를 제작할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 PCB 패널과 지그에 대해 개략적으로 도시된 분해 사시도이며,

도 2는 본 발명에 따른 PCB 패널과 지그의 분해 사시도이며,

도 3은 본 발명에 따른 폐회로를 이용한 초정밀 지그 제작 장치의 블록도이고,

도 4는 본 발명에 따른 자동 정렬 유닛의 정면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

101; 지그 제작 장치 110; 비디오 모니터

140; I/O 인터페이스 및 알고리즘 170; 키 패드

200; 컴퓨터 230; 제어기 테이블

260; 자동 정렬 유닛 262; 지그 판

268; 석정반 270; 브릿지

272; 비전 카메라 273; 홈

274; 접착제 276; 고정 핀

278; 모터 스테이지 280; 그리퍼

Claims

지그 제작 장치에 있어서,

상기 지그 제작 장치(101)는

비전 카메라(272)를 통해 전달되는 정보를 표시하는 비디오 모니터(110);

비전 카메라(272), 키 패드(170) 및 컴퓨터(200)로부터 전달된 PCB 패널의 구멍(7)과 지그의 고정 핀(276)의 위치 정보를 받아서 비디오 모니터(110)로 전달하거나 또는 조정하는 I/O 인터페이스 및 정렬 알고리즘(140);

PCB 패널에 대한 거버 데이터의 구멍 수치 데이터를 저장하는 컴퓨터(200);

지그 판(262), 상기 지그 판(262)의 네 모서리 안쪽에 4개의 지지대(264)를 삽입하여 고정 수단(266)에 의해 체결되고 이 지지대(264)를 삽입 고정시킨 석정반(268), 상기 석정반(268)의 일측 단부와 브릿지(270)를 사용하여 결합된 비전 카메라(272), 상기 지그 판(262)의 홈(273)에 접착제(274)로 채워져 고정된 고정 핀(276),상기 석정반(268)의 상부면에 배치되어 있는 모터 스테이지(278), 및 상기 모터 스테이지(278)의 상부에 고정되어 상기 고정 핀(276)을 잡고 있는 그리퍼(280)으로 구성되어, PCB 패널의 구멍(7)과 지그의 고정 핀(276)을 정밀하게 정렬시키는 자동 정렬 유닛(260); 및

상기 컴퓨터(200)와 상기 자동 정렬 유닛(260)을 제어하는 제어기 테이블(230)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐회로를 이용한 초정밀 지그 제작 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 지그 판(262)의 홈(273)은 상기 고정 핀(276)의 폭 보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 폐회로를 이용한 초정밀 지그 제작 장치.