KR100912726B1 - 로드셀타입 픽업헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판에 반도체 소자와 같은 전자부품을 실정하는 픽업 헤드에 관한 것이다.

본 발명은 이러한 픽업헤드 로드셀감지부를 구성함으로써 각종 표면 실장의 전자부품을 진공 흡착하여 PCB에 실장 시에 전자부품에 최적의 압력으로 실장 함으로서 실장에 따른 전자부품의 파손, 실장 불량 방지로 신뢰도를 극대화할 수 있는 로드셀 타입 픽업헤드를 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 전자부품을 진공 발생에 의해 흡착하는 제1 볼스플라인의 제1 스플라인축의 상부에 로드셀감지부를 구성하여 전자부품의 실장에 따른 접촉 압력(하중)을 로드셀이 감지하여 그 검출값을 제어부가 제어함으로써 전자부품에 따라서 그 접촉압력(하중)을 최적의 접촉하중으로 제어할 수 있도록 한 것에 그 특징이 있다.

픽업헤드, 로드셀, 스트레인게이지, 접촉압력(하중), 볼스플라인

Description

로드셀타입 픽업헤드{LOAD CELL TYPE PICKUP HEAD}

도 1은 본 발명의 사시도.

도 2는 도 1의 반 단면 사시도.

도 3은 본 발명의 단면도.

도 4는 도 3의 상부 발췌 확대도.

도 5는 도 4의 "F" 부 발췌 확대도

도 6은 도 3의 하부 발췌 확대도.

도 7은 본 발명의 평면도.

도 8 및 도 9는 본 발명의 요부구성의 작동도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10: 메인플레이트 20: 보디

30: 에어포켓 40: 제1 볼스플라인

41: 제1 스플라인축 45: 제1 외통

50: 회전지지체 60: 로드셀감지부

61: 하부 베어링하우징 62: 상부 베어링하우징

63: 압축스프링 65: 제2 볼스플라인

66: 제2 스플라인축 67: 제2 외통

68: 로드셀 69: 스트레인게이지

본 발명은 픽 업 헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각종 표면 실장의 전자부품을 진공 흡착하여 PCB에 실장 시에 전자부품에 따라서 그 접촉압력을 로드셀의 감지력으로 제어할 수 있도록 구성하여 전자부품의 실장에 적합한 압력의 실장에 의한 전자부품의 파손, 실장 불량 방지로 실장장치의 신뢰도를 극대화할 수 있는 로드셀 타입 픽업헤드에 관한 것이다.

최근에 이르러 전자부품의 고밀도화, 초소형화가 급속하게 발전하고 있으며, 이러한 전기, 전자부품에 사용되는 인쇄회로기판(PCB)의 조립생산에 따른 표면실장기술(SMT: Surface Mounting Technology)도 이에 대응하여 가속화되고 있는 실정이다.

이러한 표면 실장기술에는 표면실장기를 이용하고 있으며, 이러한 표면실장기(SMD: Surface Mounting Device)는 실장부품을 공급하는 피더부와, 작업위치를 결정하는 X-Y이송부와, 작업할 인쇄회로기판(PCB)을 반송하는 컨베이어부와, 상기 피더부의 피더에 이송된 실장부품을 픽업하여 PCB에 실장하는 헤드부로 구성되고 있으며, 본 발명의 범주는 상기 헤드부의 핵심장비인 픽업헤드에 속한다.

이러한 픽업헤드는 각종 표면 실장부품을 피더로부터 공급받아 PCB에 실장하 는 장비를 말한다.

이러한 픽업헤드는 실장부품을 공급하는 부품공급기(피더)의 위치를 이동하여 진공력으로 전자부품(칩)을 흡착 픽업한 다음에 다시 PCB상의 실장위치로 이동 하강하여 상기 PCB상에 일정 압력으로 접촉한 상태에서 진공력을 제거하고 장착한 후 다시 이동하여 이송 구비된 전자부품을 상기와 같은 동작에 의해 반복작업을 수행하도록 되어 있다.

따라서, 프로그램화된 제어에 의해 반복적인 이동에 따른 오작동이 없어야 하고, 피더로부터의 칩의 흡착과 PCB 상의 공급 장착의 정밀도가 보장되어야 한다.

특히, 고속의 표면실장기에 있어서는 동력전달이 정확하고 반복이동 및 회전동작에 따른 에러공급라인(배선)의 처리가 중요하다.

그리하여 본 출원인은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 해소한 픽업헤드에 대하여 선출원하여 특허등록 제567553호(2006년 3월 29일 등록)로 선출원한 바 있다.

이러한 본 출원인의 선출원 기술은 진공 흡착원인 에어의 흡출을 위한 에어라인을 간소화하여 장치 운용에 따른 편리성 및 오동작의 극소화, 전자부품의 장착을 위한 위치제어 구동원이 직결형의 간소 구성 및 회전량 제어의 정밀성, 전자부품의 픽업동작에 따른 완충(쿠션) 거리의 조정이 가능하여 전자부품의 종류에 따른 픽업 동작시에 손상을 최대한 방지할 수 있도록 하였다.

그러나 이러한 본 출원인의 선출원 기술은 전자부품의 픽업 및 장착동작에 따른 전자부품의 접촉력과 완충 정도가 흡착플러그를 조립한 제1 볼스플라인의 제1 스플라인축의 승강 거리 및 전자부품의 장착에 따른 완충력을 완충스프링과 조절와셔에 의해 제공되고 있다.

따라서, 전자부품의 종류에 따라서 적당한 픽업 및 장착에 따른 접촉력의 조절을 위해 그 전자부품에 적합한 조절와셔를 세팅하여야함으로써 작업성이 떨어지는 단점과 단지 조절와셔의 두께에 의해 제공됨으로써 정밀성이 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 본 출원인의 선출원 기술에서 지적된 단점을 극복하기 위해 연구 개발된 것으로서,

본 발명은 하중을 가하면 그 크기에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 힘 변환기의 총칭인 로드셀의 검출값을 제어부가 제어함으로써 진공 흡착된 전자부품을 PCB에 실장시에 전자부품에 따라서 그 접촉압력(하중)을 최적의 접촉하중으로 제어할 수 있어 전자부품의 파손, 장착의 정밀도를 극대화할 수 있어 장치의 신뢰도를 극대화할 수 있는 로드셀 타입 픽업헤드를 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 승강 작동하는 제1 스플라인축과, 이 제1 스플라인축의 회전을 제어하는 제1 외통으로 구성된 제1 볼스플라인과, 이 제1 볼스플라인의 제1 외통을 지지하는 회전지지체와, 이 회전지지체의 회전동작을 제공하는 서보모타의 구성요소를 구비하여 상기 회전지지체는 보디에 의해 지지가 됨과 동시에 상기 제1 스플라인축은 내부에 진공통로를 관통하여 상기 보디 내부에 지지가 되는 에어포켓에 의해 승강구간이 기밀유지로 연통 설치되고, 상기 에어포켓의 내부는 상기 보디의 연결관로로 연결되어 이 연결관로는 에어공급수단과 연결라인으로 연결된 구성을 포함하고.

상기 제1 볼스플라인의 제1 스플라인축은 로드셀감지부와 연결되어 상기 제1 스플라인축의 접촉에 따른 그 압력(하중)을 로드셀이 감지하여 그 검출값을 제어부가 제어함으로써 진공 흡착된 전자부품을 PCB에 실장 시에 그 접촉압력(하중)을 최적의 접촉하중으로 제어할 수 있도록 한 것에 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 상세한 구성을 살펴본다.

첨부한 도 1의 사시도와 도 2의 일부 분해 및 반단면 사시도를 참조하면,

본 발명의 픽업헤드는 상기한 본 출원인의 선등록 기술의 구성요소인 표면실장기에 볼트 등과 같은 체결부재로 조립되는 메인플레이트(10)와, 이 메인플레이트의 전방 하측에 조립되는 보디(20)와, 이 보디의 내부 전방에 장착되는 에어포켓(30)과, 수직방향으로 승강 및 회전동작이 가능한 제1 볼스플라인(40)과, 이 제1 볼스플라인을 지지하고 회전을 연결하는 회전지지체(50)와, 상기 회전지지체(50)의 연동풀리(51)와 타이밍 벨트(B)로 연결된 구동풀리(71)를 축 결합한 회전 구동원의 서보모타(70)의 구성요소를 포함한다.

도 3 내지 도 7을 더욱 참조하면, 메인플레이트(10)는 상부절곡판(10a)과 사각공(10c)을 관통한 하부절곡판(10b)이 일체 형성된 L형 판체로서, 상부절곡판(10a)에는 모터블록이 볼트부재(B/T)로 체결되어 이에 상기 서보모터(70)가 결합하고, 하부절곡판(10b)은 상기 보디(20)의 상부가 사각공(10c)에 관통결합한 상태로 볼트부재(B/T)로 체결된다.

보디(20)는 플랜지(20a)를 돌출하고 양측면과 전면을 수평방향으로 일정공간을 관통하여 내부공간을 형성한 직육면체 블록체로서, 내부공간의 수직방향의 상부에 단턱을 갖는 단차공(22)이 형성되고, 이 단차공의 중심 수직선상으로 하측면에 축공(23)을 형성하였으며, 후측면에는 연결관로(21)를 관통하여 연결라인(101)에 의해 에어흡입수단(100)과 연결되고 제어부(C/B)에 의해 공기의 흡입동작을 온/오프하도록 되어 있다.

이러한 보디(20)는 상기 메인플레이트(10)의 하부절곡판(10b)에 관통 형성된 사각공(10c)에 상부를 관통하여 플랜지(20a)를 하부절곡판(10b)에 밀착한 상태에서 4개의 볼트부재(B/T)의 체결에 의해 조립된다.

그리고 상기 보디(20)의 내부 공간에는 수직방향으로 에어실(31)이 관통되고, 이 에어실의 수평방향으로 연통 되는 입출통로(31a)를 갖는 에어포켓(30)이 안착 되되, 상기 입출 통로(31a)는 상기 보디(20)의 연결관로(21)에 연통하여 오링(O/R)과 같은 기밀재에 의해 기밀 상태로 설치된다.

상기 제1 볼스플라인(40)은 승강 작동이 가능한 제1 스플라인축(41)과, 이 제1 스플라인축의 승강 지지 및 회전을 단속하는 제1 외통(45)이 구성되며, 상기 제1 스플라인축(41)은 내부 길이방향으로 진공통로(42)가 관통되고 중앙부분에서 직교하여 흡출공(43)이 관통된다.

이때, 상기 제1 스플라인축(41)의 흡출공(43)은 상기 에어포켓(30)에 형성된 에어실(31)의 내측에 위치하여 상, 하측이 기밀상태로 관통하여 승강 자재로 설치되며, 상기 제1 외통(45)은 상기 보디(20)의 상측면에 설치되는 회전지지체(50)에 지지 설치된다.

상기 에어포켓(30)의 에어실(31)은 상, 하부에 결합하는 기밀링(33)(35)에 의해 상기 스플라인축(41)의 승강 시에도 기밀이 유지된다.

또한, 상기 제1 볼스플라인(40)을 구성하는 제1 스플라인축(41)의 하부는 상기 보디(20)의 축공(23)에 결합한 부시(44)를 관통하여 일정거리를 돌출하여 그 단부에 흡착플러그(47)를 결합하고, 상부에는 상기 회전지지체(50)와 로드셀감지부(60)와 연결된다.

상기 회전지지체(50)는 상기 서보모타(70)의 구동풀리(71)에 타이밍벨트(B)로 연결되어 연동하는 연동풀리(51)와, 이 연동풀리를 결합하고 상기 제1 볼스플라인(40)의 제1 외통(45)에 동기회전하도록 고정결합된 풀리하우징(52)과, 이 풀리하우징의 외측에서 회전을 지지하도록 상기 보디(20)의 상면에 결합하는 한 쌍의 베어링(53)과, 이들 베어링의 상부 이탈을 차단하도록 보디(20)의 상면에서 볼트부재(B/T)로 체결된 커버(54)와, 상기 풀리하우징(52)의 하부에 나사결합으로 조립되어 상기 하부베어링(53)을 지지하는 지지너트(55)로 구성된다.

도 4 및 도 5를 발췌도에 도시된 바와 같이, 상기 로드셀감지부(60)는 본 발 명이 선등록 기술에서 없던 특징적인 기술로 상기 제1 볼스프라인(40)의 제1 스플라인축(41)의 상부에 연결구성되어 상기 제1 스플라인축(41)의 접촉(픽업)에 따른 그 압력(하중)을 로드셀(68)이 감지하여 그 검출값을 제어부(C/B)가 제어함으로써 진공 흡착된 전자부품(E/C)을 PCB에 실장 시에 전자부품에 따라서 그 접촉압력(하중)을 최적의 접촉하중으로 제어할 수 있다.

이러한 로드셀감지부(60)는 상기 제1 스플라인축(41)의 상단에 결합하는 하부베어링하우징(61)과, 이 베어링하우징의 상부에 일정간격 이격 설치된 상부 베어링하우징(62)과, 이들의 베어링하우징 사이에 탄지되는 압축스프링(63)과, 상기 상부 베어링하우징(62)에 제2 스플라인축(66)의 하부를 결합하고 상기 보디(20)의 상부 네 곳에 지지결합된 지지축(67)에 의해 일정간격 이격 설치된 지지블록(64)에 제2 외통(67)을 결합한 제2 볼스플라인(65)과, 이 제2 볼스플라인의 제2 스플라인축(66) 상부와 스트레인게이지(69)가 상기 압축스프링(63)의 탄발력에 의하여 접속된 상태로 상기 지지블록(64)의 상부에 볼트(B/T) 체결로 조립된 로드셀(68)로 구성 된다.

이때, 상기 압축스프링(63)은 하중에 대해 휨 변형이 작고 강도가 높은 사각스프링으로 구성됨이 바람직하고, 상기 하부 베어링하우징(62)은 상기 압축스프링(63)의 탄발력(수축 후 신장)에 의해 제1 볼스프라인(40)의 제1 외통(45)에 가해지는 충격을 방지하고자 고무재의 완충댐퍼(63a)를 제1 외통(45)의 상부에 개재된 상태로 제1 스플라인축(41)과 결합한다.

도면 중 미설명부호로서, 72는 서보모터(70)의 모터축(70a)의 동력을 전달하는 커플링을, 73은 구동풀리(71)를 상기 회전지지체(50)의 연동풀리(51)와 동일한 수평위치에 연장하기 위한 베어링축을, 75는 상기 서보모터(70)의 회전각을 감지하는 센서휠을, 76은 상기 구동풀리(71)와 연동풀리(51)를 연동하는 타이밍벨트(B)를 지지하여 텐션을 유지하도록 지지축(67)에 설치된 텐션풀리를 도시한 것이다.

이러한 본 발명의 픽업헤드는 통상의 로봇수단에 메인플레이트(10)를 조립하고 로봇수단의 제어부(C/B)에 의해 X-Y-Z축으로 전체 이동 제어되고, 본 발명의 작동은 먼저, 공기흡입수단(콤프레셔)(100)의 제어에 의해 상기 보디(20)의 연결관로(21)에 연결된 연결라인(101)을 통하여 흡입하게 된다.

이러한 과정에서 에어포켓(30)의 입출통로(31a)를 통한 에어실(31)의 내부 공기를 흡입하게 된다.

따라서 상기 에어실(31) 내에서 제1 스플라인축(41)의 흡출공(43)을 통하여 진공관로(42)에 발생하는 부압에 의해 하단의 흡착플러그(47)로 전자부품(E/C)을 흡착한 다음 상승 이동하여 인쇄회로 기판의 실장위치에 하강하고, 상기 에어흡입수단(100)이 제어부(C/B)에 의해 에어흡입을 제거하여 흡착상태를 해제하고 실장하게 된다.

이때, 본 발명은 서보모터(70)의 회전각을 센서휠(75)의 감지 제어에 의해 구동풀리(71)와 타이밍벨트(B)로 연동하는 회전지지체(50)의 연동풀리(51)의 회전각을 제어하여 그 제어에 의한 제1 볼스플라인(40)의 제1 외통(45)을 회전하여 연 동함으로써 상기 제1 스플라인축(41)의 흡착플러그(47)에 흡착된 전자부품(E/C)의 실장각도를 조정하여 실장하게 된다.

이러한 작동은 본 발명의 선등록 기술과 동일함으로 상세한 설명은 생략한다.

이러한 전자부품(E/C)의 실장 시에는 각 전자부품의 특성을 고려하여 그 실장력의 제어가 매우 중요하다.

즉, 본 발명의 특징은 이러한 전자부품의 실장에 따른 그 장착력의 정밀제어가 가능하도록 로드셀감지부(60)을 구성한 것이다.

즉, 도 8과 같이, 전술한 작동 순서로 전자부품(E/C)을 흡착플러그(47)에 흡착하여 실장할 인쇄회로기판(PCB)에 이동하게 된다.

이러한 상태에서 도 9와 같이, 인쇄회로기판(PCB)에 하강하게 된다.

물론 상기 전자부품(E/C)은 제어부(C/B)의 제어에 의해 서보모터(70)의 각도제어로 실장각도를 갖고 하강하게 된다.

이렇게 하강한 전자부품(E/C)은 소정의 압력으로 인쇄회로기판(PCB)에 접촉하게 된다.

이러한 접촉력은 스프라인축(41)을 상승하게 되고, 이러한 상승에 의해 본 발명의 로드셀감지부(60)의 압축스프링(63)을 압축하면서 완충 됨과 동시에 그 반발력이 상부 베어링하우징(62)에 연결된 제2 스플라인축(66)을 상승하게 된다.

이렇게 상승하는 제2 스플라인축(66)은 로드셀(68)의 스트레인게이지(69)에 하중(접촉력)을 가하여 변형하게 되고, 그 크기에 비례하여 발생되는 전기적 출력 이 제어부(C/B)에 전달되어 세팅된 하중값에 의해 하강력을 제어하게 된다.

따라서, 본 발명은 실장 되는 전자부품의 종류에 구애없이 그 전자부품(E/C)의 실장압력을 미리 제어부에 세팅하여 실장 시에 파손과 같은 손상을 방지할 수 있어 매우 편리하고 사용에 따른 인쇄회로기판의 실장 불량을 없앨 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 본 출원인의 선등록 기술을 개선하여 하중을 가하면 그 크기에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 힘 변환기의 총칭인 로드셀의 검출값을 제어부가 제어함으로써 진공 흡착된 전자부품을 PCB에 실장시에 전자부품에 따라서 그 접촉압력(하중)을 최적의 접촉하중으로 제어할 수 있어 전자부품의 파손, 장착의 정밀도를 극대화할 수 있어 장치의 신뢰도 높이는 효과가 제공된다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 전자부품의 흡착플러그를 갖고 승강 작동하는 제1 스플라인축과, 상기 스플라인축의 회전을 제어하는 제1 외통으로 구성된 제1 볼스플라인과, 상기 제1 볼스플라인의 제1 외통을 지지하는 회전지지체와, 상기 회전지지체의 회전동작을 제공하는 서보모타의 구성요소를 구비하여 상기 회전지지체는 보디에 의해 지지됨과 동시에 상기 제1 스플라인축은 내부에 진공통로를 관통하여 상기 보디 내부에 지지가 되는 에어포켓에 의해 승강구간이 기밀유지로 연통 설치되고, 상기 에어포켓의 내부는 상기 보디의 연결관로로 연결되어 상기 연결관로는 에어공급수단과 연결라인으로 연결되되, 상기 제1 볼스플라인의 제1 스플라인축은 로드셀감지부와 연결되어 상기 제1 스플라인축의 접촉에 따른 그 압력(하중)을 로드셀이 감지하여 그 검출값을 제어부가 제어함으로써 진공 흡착된 전자부품을 PCB에 실장 시에 그 접촉압력(하중)을 최적의 접촉하중으로 제어할 수 있도록 구성된 픽업헤드에 있어서,

   상기 로드셀감지부는,

   상기 흡착플러그를 갖는 제1 스플라인축의 상단에 결합하는 하부베어링하우징;

   상기 베어링하우징의 상부에 일정간격 이격 설치된 상부 베어링하우징;

   상기 상, 하부베어링하우징 사이에 탄지되는 압축스프링;

   상기 상부 베어링하우징에 제2 스플라인축의 하부를 결합하고 상기 보디의 상부 네 곳에 지지결합된 지지축에 의해 일정간격 이격 설치된 지지블록에 제2 외통을 결합한 제2 볼스플라인;

   상기 제2 볼스플라인의 제2 스플라인축 상부와 스트레인게이지가 상기 압축스프링의 탄발력에 의하여 접속된 상태로 상기 지지블록의 상부에 조립된 로드셀;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 로드셀 타입 픽업헤드.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하부 베어링하우징은 압축스프링의 탄발력(수축 후 신장)에 의해 제1 볼스프라인의 제1 외통에 가해지는 충격을 방지하고자 고무재의 완충댐퍼를 상기 제1 외통의 상부에 개재된 상태로 제1 스플라인축과 결합 구성된 것을 특징으로 하는 로드셀 타입 픽업헤드.

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