KR101864325B1 - Chip mounter and method for designing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부품 실장기 및 부품 실장기의 설계 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장기는, 수평의 제1방향으로 연장되는 빔과, 상기 빔의 제1측면에 결합되고 상기 제1방향으로 연장되는 리니어 모터 레일과, 상기 리니어 모터 레일에 상기 제1방향으로 직선 이동 가능하게 결합되는 부품 픽업 헤드를 구비하며, 상기 빔은 상기 제1방향으로 연장되게 형성되며 상기 빔의 상면/하면 및 상기 제1측면에 반대편 측면을 형성하는 질량부와, 상기 질량부의 내측에 형성되며 상기 제1방향으로 연장되게 형성되는 중공을 구비하며, 상기 빔의 중공은 상기 빔의 제1측면으로 개방되어 상기 리니어 모터 레일에 직접 접한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a component manufacturing method and a component manufacturing method. A component mounting machine according to an embodiment of the present invention includes a beam extending in a first horizontal direction, a linear motor rail coupled to a first side of the beam and extending in the first direction, And a part pickup head linearly movably coupled in a first direction, the beam having a mass part formed to extend in the first direction and forming an upper surface / lower surface of the beam and an opposite surface to the first surface, And a hollow formed inside the mass portion and extending in the first direction, the hollow of the beam being opened to the first side of the beam and directly contacting the linear motor rail.
Description
본 발명은 부품 실장기 및 이의 설계 방법에 관련된 것이다. The present invention relates to a component assembly and a method for designing the same.
부품 실장기(chip mounter)는 반도체 부품을 집어서 인쇄 회로 기판 위에 부착시키는 표면 실장 장치로서 전자 제품의 제조 공정에 널리 사용되고 있다. 최근 들어 반도체 부품의 고집적 소형화와 단위 시간당 실장 부품수 향상의 요구로 인하여, 고속 및 고정밀 위치 제어가 가능한 부품 실장기의 개발이 중요해 지고 있다. A chip mounter is a surface mount device that picks up semiconductor components and attaches them to a printed circuit board, and is widely used in the manufacturing process of electronic products. 2. Description of the Related Art In recent years, due to the demand for miniaturization of semiconductor components and increase in the number of parts to be mounted per unit time, development of component parts capable of high-speed and high-precision position control has become important.
부품 실장기 시스템의 제어 성능은 부품 실장기의 프레임의 동적 특성과 밀접한 관련성을 가진다. 예를 들어 부품 실장기의 목표 제어 대역 내에 고유 주파수가 위치하는 경우에는 부품 실장기 시스템의 제어 성능이 저하될 수 있다. 따라서 부품 실장기 시스템의 제어 성능을 향상시키기 위해서는 고유치를 고려한 부품 실장기의 프레임 설계가 필요하다고 할 수 있다. The control performance of the component system is closely related to the dynamic characteristics of the frame of the component part. For example, if the natural frequencies are located within the target control band of the component realm, the control performance of the component real-time system may deteriorate. Therefore, to improve the control performance of the component real-time system, it is necessary to design the frame of the component body considering the eigenvalue.
그런데 기존의 부품 실장기의 프레임에 기반하여 보강재 추가, 부재의 두께 혹은 형상을 변경하는 방법으로 프레임의 설계를 변경하는 경우에는, 시스템의 성능 개선 효과가 보장되기 어렵고 반복적인 해석 및 테스트가 요구되어 개발 기간 및 개발 비용이 증가될 수 있다.However, when the design of the frame is changed by adding the stiffener and changing the thickness or shape of the member based on the existing frame of the component body, the performance improvement effect of the system is hard to be guaranteed and repetitive analysis and testing are required Development period and development cost can be increased.
본 발명의 일 측면은 정적 강성 및 동적 강성이 우수하며, 부품 실장기의 고속/고정밀 제어에 유리한 부품 실장기 및 그러한 부품 실장기의 설계 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다. An aspect of the present invention is to provide a component having excellent static and dynamic rigidity and favorable for high-speed / high-precision control of a component body and a method for designing such a component.
본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장기는, 수평의 제1방향으로 연장되는 빔과, 상기 빔의 제1측면에 결합되고 상기 제1방향으로 연장되는 리니어 모터 레일과, 상기 리니어 모터 레일에 상기 제1방향으로 직선 이동 가능하게 결합되는 부품 픽업 헤드를 구비하며, 상기 빔은 상기 제1방향으로 연장되게 형성되며 상기 빔의 상면/하면 및 상기 제1측면에 반대편 측면을 형성하는 질량부와, 상기 질량부의 내측에 형성되며 상기 제1방향으로 연장되게 형성되는 중공을 구비하며, 상기 빔의 중공은 상기 빔의 제1측면으로 개방되어 상기 리니어 모터 레일에 직접 접한다. A component mounting machine according to an embodiment of the present invention includes a beam extending in a first horizontal direction, a linear motor rail coupled to a first side of the beam and extending in the first direction, And a part pickup head linearly movably coupled in a first direction, the beam having a mass part formed to extend in the first direction and forming an upper surface / lower surface of the beam and an opposite surface to the first surface, And a hollow formed inside the mass portion and extending in the first direction, the hollow of the beam being opened to the first side of the beam and directly contacting the linear motor rail.
또한 상기 부품 실장기에서 상기 빔의 중공과 접하는 상기 빔의 질량부의 내면은 곡면으로 형성될 수 있다.Further, the inner surface of the mass portion of the beam in contact with the hollow of the beam in the component body may be formed as a curved surface.
또한 상기 빔의 중공은 그의 길이 방향의 양 단부 측의 단면적이 그의 중심부의 단면적보다 작은 형태로 형성될 수 있다.Also, the hollow of the beam may be formed in such a shape that the cross-sectional area at both end sides in the longitudinal direction thereof is smaller than the cross-sectional area at the center thereof.
또한 상기 빔의 중공은 그의 중심부에서 상기 리니어 모터 레일에 근접할수록 그 수직 방향의 폭이 감소되는 형태로 형성될 수 있다.In addition, the hollow of the beam may be formed in a shape such that the width of the hollow of the beam decreases in a direction perpendicular to the linear motor rail.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품 실장기는, 수평의 제1방향으로 연장되는 빔과, 상기 빔의 제1측면에 결합되고 상기 제1방향으로 연장되는 리니어 모터 레일과, 상기 리니어 모터 레일에 상기 제1방향으로 직선 이동 가능하게 결합되는 부품 픽업 헤드를 구비하며, 상기 빔은 상기 제1방향으로 연장되게 형성되는 질량부와, 상기 질량부의 내측에 형성되며 상기 빔 보다 짧은 길이로 상기 제1방향으로 연장되게 형성되며 상기 빔의 제1측면 및 상기 제1측면의 반대편의 제2측면으로 개방되며 상기 제1측면으로 형성되는 개구가 상기 제2측면으로 형성되는 개구보다 작은 형태의 중공을 구비한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a component mounting machine including a beam extending in a first horizontal direction, a linear motor rail coupled to a first side of the beam and extending in the first direction, And a part pick-up head which is linearly movably coupled in the first direction, wherein the beam has a mass part formed so as to extend in the first direction, and a part pickup head formed on the inside of the mass part, And an opening formed in the first side surface is open to a second side surface opposite the first side surface and has a hollow shape smaller than an opening formed in the second side surface do.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부품 실장기의 설계 방법은, 부품 픽업 헤드가 직선 이동 가능하게 장착되는 빔을 구비하는 부품 실장기의 설계 방법으로서, 상기 빔의 적어도 하나의 고유 주파수의 역수의 가중 합산에 대응되는 목적 함수가 연산 장치에 입력되는 (a) 단계와, 상기 빔의 임의의 형상에 대응되는 상기 목적 함수가 연산장치에 의해서 산출되는 (b) 단계와, 상기 빔의 형상이 변경되고 변경된 상기 빔의 형상에 대응되는 상기 목적 함수가 연산 장치에 의해서 산출되는 (c) 단계와, 상기 (c) 단계를 반복하여 미리 정해진 빔의 체적 또는 중량 조건 내에서 상기 목적 함수를 최소로 하는 상기 빔의 형상이 상기 연산 장치에 의해서 결정되는 (d) 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of designing a component yarn or a component having a beam to which a component pickup head is linearly movably mounted, the method comprising the steps of: (A) inputting an objective function corresponding to a weighted summation of the beam into an arithmetic unit, (b) calculating the objective function corresponding to an arbitrary shape of the beam by an arithmetic unit, and (C) calculating an objective function corresponding to a shape of the beam changed and changed by an arithmetic unit; and (c) repeating the step (c) to minimize the objective function within a predetermined beam volume or weight condition (D) in which the shape of the beam is determined by the computing device.
또한 상기 목적 함수에는 상기 빔의 적어도 하나의 고유 주파수의 역수와 함께 상기 빔의 자중에 의한 변형 에너지도 가중 합산될 수 있다.Also, the objective function may be weighted by the inverse of the at least one natural frequency of the beam and the strain energy due to the weight of the beam.
본 발명의 일 측면에 따른 부품 실장기는 정적/동적이 우수하여 고속/고정밀 제어에 유리하다. 또한 본 발명의 다른 측면에 따른 부품 실장기의 설계 방법은 그러한 부품 실장기를 효과적으로 설계할 수 있다.The component mounting machine according to one aspect of the present invention is excellent in static / dynamic and is advantageous for high-speed / high-precision control. Further, the method of designing a component body according to another aspect of the present invention can effectively design such a component mounting machine.
도 1은 종래의 갠트리형 부품 실장기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 갠트리형 부품 실장기의 X 빔 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 X 빔 모듈의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 측면에 따른 부품 실장기의 설계 방법을 개략적으로 설명한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장기의 설계 방법이 적용하고자 하는 갠트리형 부품 실장기의 X 빔 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 X 빔 모듈의 개략적인 단면도로, 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 방법이 적용되는 단면을 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장기의 설계 방법이 컴퓨터 상에서 수행되는 과정을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장기의 X 빔 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 X 빔 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 여러 형태의 부품 실장기의 X 빔 모듈의 단면을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장기의 X 빔 모듈의 다른 변형예이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장기의 X 빔 모듈의 또 다른 변형예이며, 도 13은 도 12의 X 빔 모듈의 개략적인 평면도이다. 1 is a perspective view schematically showing a conventional gantry type component mounting machine.
Fig. 2 is a perspective view schematically showing an X-ray beam module of a conventional gantry-type part body.
FIG. 3 is a schematic view of a cross section of the X-beam module of FIG. 2. FIG.
4 is a flowchart schematically illustrating a method of designing a component yarn according to an aspect of the present invention.
5 is a perspective view schematically showing an X-ray beam module of a gantry-type part body to which a method of designing a component body according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the X-Beam module of FIG. 5, illustrating a cross-section to which a design method according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 7 is a flowchart schematically illustrating a process of designing a component manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view schematically showing an X-ray beam module of a component body according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a schematic cross-sectional view of the X-beam module of Figure 8;
10a to 10d show cross sections of X-beam modules of various types of component fabrics.
11 is another modification of the X-ray module of the component body according to the embodiment of the present invention.
Figure 12 is yet another variation of the X-ray beam module of a component assembly according to an embodiment of the present invention, and Figure 13 is a schematic plan view of the X-beam module of Figure 12;
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일부 실시예에 대해서 설명한다. 첨부된 도면에 있어서 동일한 부재 번호가 부여된 부재는 실질적으로 동일한 부재임을 의미하므로 이러한 부재에 대한 중복적인 설명은 생략될 수 있다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, like reference numerals denote substantially identical members, so redundant explanations of these members can be omitted.
도 1은 일반적인 갠트리형 부품 실장기를 개략적으로 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view schematically showing a general gantry type component mounting machine.
도 1을 참조하면, 겐트리형 부품 실장기(1)는 픽업 헤드(400)와, 이를 X 방향 및 Y 방향으로 수평 이동시키기 위한 XY 스테이지를 구비한다. Referring to FIG. 1, the gentle-
픽업 헤드(400)는 부품을 집거나 내려놓기 위한 흡착 노즐(405)을 구비한다. 흡착 노즐(405)은 진공으로 부품을 흡착하며, 흡착된 부품을 들어올리거나 내려놓을 수 있도록 승강 가능하게 배치된다. The
XY 스테이지(10)는 픽업 헤드(400)가 고정된 픽업 헤드 지지부(410)를 지지하며, 베이스 프레임(100), Y 리니어 모터 레일(200), X 빔 모듈(300)을 구비한다. The XY
베이스 프레임(100)은 Y 리니어 모터 레일(200)을 지지하며, XY 스테이지(10)의 구동 시에도 안정적으로 위치가 고정되도록, 타 구조물에 고정 설치되거나 큰 중량을 가지도록 설계될 수 있다.The
Y 리니어 모터 레일(200)은 베이스 프레임(100)에 결합되며, Y 방향으로 연장되게 형성된다. Y 리니어 모터 레일(200)은 Y 방향으로 연장되게 배치되는 레일부(210)와, Y 방향으로 연장되게 배치되는 리니어 모터의 스테이터부(220)를 구비한다. Y 리니어 모터 레일(200)은 평행하게 배치되는 한 쌍으로 이루어질 수 있다. The Y
X 빔 모듈(300)은 X 방향으로 연장되게 형성되고, Y 리니어 모터 레일(200)을 따라 Y 방향으로 직선 이동이 가능하도록 Y 리니어 모터 레일(200)의 레일부(210)에 결합된다. The
도 2는 종래의 갠트리형 부품 실장기의 X 빔 모듈의 일례를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 도 2의 X 빔 모듈의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 X 빔 모듈(300a)은 Y 리니어 모터 레일(200)의 레일부(210)에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되고, Y 리니어 모터 레일(200)의 스테이터부(220)에 대응되는 로터부(420)를 구비한다. 따라서 X 빔 모듈(300a)은 리니어 모터의 구동에 따라서 Y 방향으로 위치가 변동될 수 있다. X 빔 모듈(300a)에는 X 리니어 모터 레일이 설치된다. X 리니어 모터 레일은 X 방향으로 연장되게 배치되는 레일부(310) 및 리니어 모터의 스테이터부(320)를 구비한다. X 리니어 모터 레일의 레일부(310)에는 픽업 헤드 지지부(410)가 슬라이딩 이동이 가능하게 결합되고, 픽업 헤드 지지부(410)에는 픽업 헤드(400a)가 고정 결합된다. 픽업 헤드 지지부(410)에는 리니어 모터의 로터부(420)가 X 빔 모듈(300a)의 리니어 모터의 스테이터부(320)에 대응되게 설치된다. 따라서 리니어 모터가 작동하면 X 빔 모듈(300a)에 결합된 픽업 헤드(400)가 X 방향으로 위치 변경될 수 있다. FIG. 2 is a schematic view showing an example of an X-ray beam module of a conventional gantry type component body, and FIG. 3 is a view schematically showing a cross section of the X-ray beam module shown in FIG. 2 and 3, a
이처럼 XY 스테이지(10)의 X 빔 모듈(300)은 Y 방향으로 직선 이동이 가능하고 픽업 헤드(400)는 X 빔 모듈(300)에 대해서 X 방향으로 직선 이동 가능하게 배치되므로, 픽업 헤드(400)는 X 방향 및 Y 방향으로 위치 제어될 수 있다.Since the
한편, 부품 실장기(1)의 XY 스테이지(10)는 픽업 헤드(400)의 고속/고정밀 위치 제어를 위해서 넓은 제어 대역폭이 요구되는데, XY 스테이지(10)의 프레임의 고유치가 제어 대역폭에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어 제어 대역폭 내에 공진이 발생하면 시스템이 불안정해질 수 있다. 반면 이러한 문제를 해결하기 위해 저주파 대역에서 공진 필터를 사용할 경우에는 시스템의 제어 응답이 느려지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 부품 실장기(1)의 프레임의 설계함에 있어서는 고유치의 고려가 필요하다.
A wide control bandwidth is required for the high-speed / high-precision position control of the
도 4는 부품 실장기의 XY 스테이지의 고속 및 고정밀 위치 제어를 위하여 착안된 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장기의 설계 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 4 is a flowchart schematically illustrating a method of designing a component yarn according to an embodiment of the present invention, which is aimed at high-speed and high-precision position control of an XY stage of a component yarn.
도 4를 참조하면 본 실시예의 부품 실장기의 설계 방법은, 부품 실장기의 XY 스테이지를 유한 요소 모델링을 통하여 주파수 응답 해석을 수행하고(S10), 목표 주파수 대역에 영향을 미치는 공진점이 있는지를 파악한다(S20). 주파수 응답 해석과 시험을 통하여, 도 1의 형태를 가지는 부품 실장기의 경우에 고속/고정밀 위치 제어에 큰 영향을 주는 공진 모드는 X 빔 모듈의 상하 굽힘 모드(bending mode)인 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 4, in the method of designing a component orchest of the present embodiment, a frequency response analysis is performed through finite element modeling of an XY stage of a component body orchestage (S10), and it is determined whether there is a resonance point affecting a target frequency band (S20). Through the frequency response analysis and the test, it was confirmed that the resonance mode which greatly influences the high-speed / high-precision position control in the case of the component body having the shape of FIG. 1 is the bending mode of the X-beam module.
XY 스테이지의 목표 제어 대역 내의 공진 모드가 파악되면, XY 스테이지의 설계 영역을 결정한다(S30). 도 5는 본 실시예의 설계 방법을 적용하고자 하는 갠트리형 부품 실장기의 X 빔 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 X 빔 모듈의 단면 및 최적화 설계 영역을 도시한 도면이다. 도 5 및 도 6에 있어서 모델링의 단순화를 위하여 픽업 헤드를 단순화한 더미 헤드(401)가 배치된다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 최적 설계의 대상이 되는 X 빔 모듈(300b)은 X 빔(301)과, 이의 Y 방향을 바라보는 일 측면(3011)에 배치되는 X 리니어 모터 레일(303)을 구비한다. 본 실시예에서는 고속/고정밀 위치 제어에 X 빔 모듈(300b)의 상하 굽힘 공진 모드가 큰 영향을 미친다는 점을 고려하여, X 빔 모듈(300b)의 단면을 동강성 강화 최적 설계의 대상으로 하였으며, 그 중에서도 특히, 도 6에서 도시된 것처럼 X 리니어 모터 레일(303)을 제외한 X 빔(301)의 단면 영역을 최적 설계의 대상으로 선정하였다. When the resonance mode in the target control band of the XY stage is grasped, a design area of the XY stage is determined (S30). FIG. 5 is a perspective view schematically showing an X-ray beam module of a gantry-type component body to which the design method of the present embodiment is applied, and FIG. 6 is a view showing an X-ray beam module and an optimized design region of FIG. 5 and 6, a
최적 설계의 대상 영역이 결정되면, 설계 영역에 대한 최적 설계 문제의 정식화를 수행한다(S40). 본 실시예에서는 최적 설계 문제를 풀기 위한 방법으로서 위상 최적 설계 방법(topology optimization)을 사용하였다. 최적 설계 문제를 위한 정식화는 다음과 같이 수행될 수 있다. Once the target area of the optimum design is determined, the optimal design problem for the design area is formulated (S40). In this embodiment, a topology optimization method is used as a method for solving the optimum design problem. The formulation for the optimal design problem can be performed as follows.
구속 조건 : (여기서 me는 설계 영역에서의 각 요소들의 질량, M0는 제한 총 질량)Constraint: (Where m e is the mass of each element in the design domain, M 0 is the total mass of restriction)
수학식 1로 표현되는 목적 함수는 자중에 의한 X 빔 모듈(300b)의 변형 에너지와 여러 특정 고유치의 역수에 가중치를 부여하여 합산한 값에 대응되는 값이다. 자중에 의한 변형은 부품 실장기의 제어 성능에 직접적으로 영향을 미치지는 않을 수 있으나, 큰 변형이 발생될 경우 픽업 헤드가 기울어져 부품 장착 불량이 발생할 수 있다. 본 실시예에서는 변형 에너지를 유발하는 하중으로서 X 빔 모듈(300b)의 자중을 들었으나 더미 헤드(401)의 동하중, 리니어 모터의 로터부(420)와 스테이터부(320) 간의 인력 및 척력에 의한 하중 및 리니어 모터에서 발생하는 열에 의한 열적 변형에 의한 하중이 추가적으로 고려될 수도 있다. The objective function expressed by Equation (1) is a value corresponding to the sum of the strain energy of the
상기와 같이 설계된 목적 함수는 X 빔 모듈(300b)의 변형이 클수록, 그리고 X 빔 모듈(300b)의 고유치가 작을수록 증가하는 경향을 갖게 된다. 따라서 주어진 질량 구속 조건 내에서 이를 최소화하는 X 빔(301)의 단면을 찾음으로써 우수한 동강성 확보를 위한 최적의 X 빔(301)의 형상을 설계할 수 있다. The objective function designed as described above has a tendency to increase as the deformation of the
최적 설계 문제의 정식화가 이루어지면, 최적화 문제 해석이 수행되고 이로부터 설계 개선안이 도출된다(S50). 본 실시예에서는 최적화 문제의 설계 변수로는 설계 영역 내의 각 유한 요소의 밀도 값이 이용되었고, 목적 함수는 앞서 언급한 수학식 1의 목적 함수가 이용되었다. Once the optimal design problem is formulated, an optimization problem analysis is performed and a design improvement plan is derived from this (S50). In this embodiment, the density values of the finite elements in the design region are used as design variables for the optimization problem, and the objective function of
구속 조건 하에서 목적 함수를 최소로 하는 X 빔(301)의 단면 형상을 찾기 위하여 반복 연산(iteration)이 수행되는데, 이는 컴퓨터와 같은 전자 연산 장치에 의해서 수행된다. 도 7은 본 실시예의 부품 실장기의 최적화 설계 방법이 컴퓨터에서 수행되는 것을 개략적으로 도시한 흐름도이다. An iteration is performed to find the cross-sectional shape of the X-beam 301 that minimizes the objective function under constraint, which is performed by an electronic computing device such as a computer. Fig. 7 is a flowchart schematically showing that a method for optimizing a component industry of the present embodiment is performed in a computer.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 부품 실장기 X 빔(301)의 최적화 설계 방법은 컴퓨터에 목적 함수가 입력되는 단계(S51), X 빔의 초기 단면 형상이 입력되는 단계(S52), X 빔의 초기 단면 형상에 따른 목적 함수 값이 산출되는 단계(S53), X 빔의 단면 형상이 변경되는 단계(S54), 변경된 X 빔의 단면 형상에 따른 목적 함수 값이 산출되는 단계(S55), 목적 함수가 최소값에 수렴하는지가 판정되는 단계(S56) 및 목적 함수가 최소값에 수렴하는 경우에 X 빔의 최적 단면 형상을 출력하는 단계(S57)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the method for optimizing a
목적 함수가 입력되는 단계(S51)는 앞서 정의한 수학식 1의 목적 함수 및 구속 조건이 컴퓨터에 입력되어 저장되는 단계이다. In the step S51 in which the objective function is input, the objective function and the constraint condition of the equation (1) defined above are input to the computer and stored.
목적 함수의 입력과 함께 X 빔(301)의 초기 단면 형상이 입력된다. X 빔(301)의 초기 단면의 형상은 단면이 완전하게 가득한 형태 등과 같은 임의로 형태로 설정될 수 있다. X 빔(301)의 초기 단면 형상의 입력은 목적 함수의 입력 이전 또는 이후에 이루어져도 무방하다. The initial cross-sectional shape of the
컴퓨터에 입력된 X 빔(301)의 초기 단면 및 목적 함수를 이용하여, X 빔의 초기 단면 형상에 대응되는 목적 함수의 값이 산출된다(S53). 일반적으로, 임의로 정해진 초기 단면은 최적의 단면 형상이 아니므로 목적 함수도 최소값에 해당하지 않아 목적 함수를 최소화하는 최적의 단면 형상을 찾을 필요가 있다. The value of the objective function corresponding to the initial cross-sectional shape of the X-beam is calculated using the initial cross-section and the objective function of the
목적 함수를 최소화하는 X 빔(301)의 단면을 찾기 위하여 X 빔(301)의 단면이 초기 단면 형상으로부터 변형되고(S54), 변형된 X 빔(301)의 단면에 따른 목적 함수가 산출된다. X 빔(301)의 단면 형상의 변형을 모사하기 위한 방법으로는, 위상 최적화 기법에 따라 설계 영역의 유한 요소들의 기하학적 형태는 그대로 둔 상태로 각 유한 요소의 밀도 및 탄성 계수 등의 물성을 이산적으로 변동시키는 방법이 이용된다.The cross section of the
상기의 과정을 계속적으로 반복하면서 목적 함수의 값이 최소값에 수렴하였는지가 판정된다(S56). 목적 함수가 최소값에 수렴하였는지를 판별하는 방법으로는 목적 함수 값의 변동 량이 미리 정해진 문턱 값(threshold)의 범위 내에 있는지를 판단하는 방법이 이용될 수 있다. 목적 함수가 최소값에 수렴하지 않은 것으로 판정되면 X 빔의 단면을 변경하는 단계(S54)가 재차 수행된다. 한편 목적 함수가 최소값에 수렴한 것으로 판정되면 반복 연산을 중지하고 목적 함수의 최소값이 도출된 X 빔(301)의 단면의 형상이 최적의 단면 형상으로 채택되어 출력된다. It is determined whether the value of the objective function has converged to the minimum value while continuously repeating the above process (S56). As a method of determining whether the objective function has converged to the minimum value, a method of determining whether the variation amount of the objective function value is within a predetermined threshold range can be used. If it is determined that the objective function does not converge to the minimum value, the step of changing the cross section of the X beam (S54) is performed again. On the other hand, when it is determined that the objective function converges to the minimum value, the iterative calculation is stopped and the shape of the cross section of the
상기의 방법으로 부품 실장기 XY 스테이지의 X 빔 단면의 최적 설계를 구현하기 위하여 상용 소프트웨어인 Altair Engineering 사의 Optistruct™이 이용될 수 있다. In order to realize the optimum design of the X-beam section of the component XY stage by the above method, commercially available software, Optistruct ™ from Altair Engineering Co., Ltd., can be used.
도 8은 본 실시예의 최적 설계 해석에 의해 도출된 갠트리형 부품 실장기의 X 빔 모듈을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 9은 도 8의 X 빔의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9의 X 빔 모듈은 자중에 의한 정적 변형과 3개의 고유 모드를 고려한 목적 함수를 이용한 위상 최적화 방법으로 도출된 것이다. FIG. 8 is a view schematically showing an X-ray beam module of a gantry-type part body derived by the optimum design analysis of this embodiment, and FIG. 9 is a view schematically showing a cross section of the X-beam of FIG. The X-beam module of FIGS. 8 and 9 is derived from a phase optimization method using an objective function considering static deformation by self weight and three eigenmodes.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예의 최적 설계 방법으로 도출된 부품 실장기의 XY 스테이지의 X 빔 모듈(300b)의 X 빔(301)은 일정한 단면의 형상을 가지고 X 방향으로 연장되는 질량부(3015)와, 그 질량부(3015)의 내측에 형성되며 X 리니어 모터 레일(303)이 결합되는 X 빔(301)의 측면(3011)으로 열린 중공(3013)을 구비한다. 8 and 9, the
더욱 구체적으로 질량부(3015)는 X 빔(301)의 측면(3011)에 결합되는 X 리니어 모터 레일(303)에 접하고 Z 방향에 수직하게 배치되는 상측 플레이트(3012) 및 하측 플레이트(3014)와, 상/하측 플레이트(3012,3014)를 연결하며 Y 방향에 수직되게 배치되는 측면 플레이트(3016)를 구비한다. X 빔(301)의 상측 플레이트(3012), 하측 플레이트(3014) 및 측면 플레이트(3016)는 연속된 일체로 형성되며, 그 외면이 평면 형상으로 형성되는 반면, 그 내측면은 곡면으로 형성되어 서로 연속되게 연결된다. 중공(3013)은 상측 플레이트(3012), 하측 플레이트(3014) 및 측면 플레이트(3016)의 사이에 형성되어 X 방향으로 연장된 형상을 가지며, 측면 플레이트(3016)의 반대편으로 개방되어 X 리니어 모터 레일(303)에 직접 접한다.More specifically, the
상측 플레이트(3012)와 하측 플레이트(3014)의 단부, 즉 X 리니어 모터 레일(303)에 접촉되는 부분에는 X 빔(301)의 중공의 내측으로 돌출된 돌출부(3018,3019)가 형성되며, 이로 인해서 X 빔(301)의 중공(3013)은 X 빔(301)의 측면(3011) 쪽으로 개방된 부분이 좁고 그 내측이 넓은 형태로 이루어진다. 돌출부(3018,3019) 역시 X 빔(301)의 내측의 곡면과 완만한 곡선으로 연속되게 연결된다.
X 빔(301)의 측면(3011)에 결합되는 X 리니어 모터 레일(303)은 X 빔(301)과 직접 결합되는 베이스 플레이트(3031)와, 베이스 플레이트(3031)의 상하 양측으로 돌출되는 레일 지지부(3033)와, 레일 지지부(3033)의 단부에 배치되는 레일부(310)를 구비한다. 또한 베이스 플레이트(3031)의 한 쌍의 레일 지지부(3033) 사이에는 리니어 모터의 스테이터부(320)가 배치된다. The X
X 리니어 모터 레일(303)의 레일부(310)에는 더미 헤드(401)가 장착되는 픽업 헤드 지지부(410)가 슬라이딩 이동 가능하게 결합된다. 픽업 헤드 지지부(410)에는 리니어 모터의 로터부(420)가 장착되고 그 로터부(420)는 X 리니어 모터 레일(303)에 설치된 리니어 모터의 스테이터부(320)와 함께 리니어 모터를 이룬다. 더미 헤드(401)는 실제로 부품 실장기를 제작함에 있어서는 픽업 헤드로 교체된다. A pick-up
상기와 같이 도출된 X 빔 모듈(300b)에 대한 성능 평가를 위해서 다른 일반적인 X 빔 모듈과의 비교 분석을 수행하였다. In order to evaluate the performance of the
다음의 표 1은 도 2의 부품 실장기의 X 빔 모듈(300a)과 본 실시예의 X 빔 모듈(300b)에 대하여 성능 평가를 수행한 것이다. The following Table 1 shows the performance evaluation of the
상기의 표 1에서 보듯이 최적화 모델은 기존의 부품 실장기의 X 빔 모듈(300a)에 비해서 정적 강성 및 동적 강성이 향상되었음을 알 수 있다. As shown in Table 1, it can be seen that the optimization model has improved static and dynamic stiffness compared to the conventional
부품 실장기의 X 빔 모듈의 단면은 도 2의 부품 실장기의 X 빔 모듈(300a)의 형상 이외의 다른 다양한 형태로 설계될 수 있으므로, 설계자의 통상적인 직관에 따른 다른 단면 형상의 X 빔 모듈과 본 실시예의 X 빔 모듈에 대해서도 성능 평가를 수행하였다.Since the cross section of the X-ray beam module of the component body can be designed in various forms other than the shape of the
도 10a 내지 도 10c는 설계자의 직관에 따라 설계된 일반적인 형태의 X 빔 모듈의 단면을 도시한 것이며, 도 10d는 본 실시예에서 도출된 X 빔 모듈의 단면을 도시한 도면이다. 10A to 10C are cross-sectional views of a general form of an X-ray beam module designed according to a designer's intuition, and FIG. 10D is a cross-sectional view of an X-ray beam module obtained in this embodiment.
도 10a 내지 도 10d에 도시된 형태의 단면을 가지는 X 빔 모듈(300a-1, 300a-2,300a-3,300b)에 대한 수치해석을 수행한 결과 다음의 표 2과 같은 결과를 얻었다. 아래의 표 2에 있어서, case 1은 도 10a의 X 빔 모듈, case 2는 도 10b의 X 빔 모듈, case 3는 도 10c의 X 빔 모듈의 성능 평가 결과를 나타낸다.As a result of performing numerical analysis on the
상기의 성능 평과 결과로부터 본 실시예의 X 빔 모듈(300b)이 다른 형태의 X 빔 모듈(300a-1,300a-2,300a-3)에 비해서 정적 변위가 작음은 물론, 고유치도 높음을 알 수 있다. 따라서 본 실시예의 X 빔 모듈(300b)의 경우는 정적 변위가 작아 v픽업 헤드의 기울어짐을 효과적으로 억제할 수 있고, 고유치가 높게 형성되어 부품 실장기의 제어 대역폭을 더욱 넓게 할 수 있다. 따라서 본 실시예의 X 빔 모듈을 가지는 부품 실장기는 고속/고정밀 제어에 더욱 유리할 수 있다. 본 실시예의 X 빔 모듈이 설계자의 직관에 의한 일반적인 모델에 비해서 정적/동적 강성이 모두 증가되는 현상은, X 빔(301)의 질량이 그 중심으로부터 최대한 멀리 떨어져 위치됨으로써, 질량 제한 조건 하에서 X 빔의 단면 2차 모멘트 및 비틀림 모멘트가 상대적으로 형성될 수 있기 때문으로 파악된다. From the performance evaluation results, it can be seen that the
또한 본 실시예의 X 빔(301)은 구조가 단순하기 때문에, 부품 실장기의 X 빔 모듈의 제작 용이성 측면에서도 우수한 장점을 가져, 제작 원가의 절감에도 유리함을 알 수 있다.Also, since the
상기의 실시예의 최적화 설계 방법 및 이에 따라 제작되는 부품 실장기 XY 스테이지의 X 빔 모듈은 X 빔의 기하학적 형상에 제약을 가하거나 그러한 제약을 제거함으로써 다소 간의 변경이 가능하다. The optimization design method of the above embodiment and the X-ray beam module of the component-mounted XY stage manufactured in accordance with this embodiment can be changed somewhat by restricting or eliminating the geometric shape of the X-beam.
도 11은 X 빔 모듈의 일 변형예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11의 X 빔 모듈의 X 빔은 최적화 정식화에 있어서 목적 함수로서 고유치만을 고려한 식을 사용하고 체적 구속 조건을 사용한 최적화 결과물이다. 11 is a view schematically showing a modification of the X-beam module. The X-beam of the X-beam module shown in Fig. 11 is an optimization result using the equation using only the eigenvalue as an objective function in the optimization formulation and using the volume constraint condition.
도 11을 참조하면 본 변형예의 X 빔 모듈(300c)의 X 빔(305)도 도 8의 X 빔과 마찬가지로 상부 플레이트(3052), 하부 플레이트(3054) 및 측면 플레이트(3056)를 구비하는 질량부와, 질량부의 내측에 형성되되 X 리니어 모터 레일(303) 측으로 개방된 중공(3053)을 구비한다. 본 변형예의 X 빔(305)도 일정한 단면을 가지며 X 방향으로 연장된 형태로 형성되고, 그 내측면은 완만한 곡면으로 형성된다. 다만 본 변형예의 X 빔(305)은 상부 플레이트(3052)와 측면 플레이트(3056)의 외측 결합부(3057) 및 하부 플레이트(3054)와 측면 플레이트(3056)의 외측 결합부(3057)는 수직한 면으로 형성되지 않고 X 빔의 중심으로 인입되게 형성될 수 있다. 11, the
본 변형예의 X 빔 모듈(300c)도 동강성이 우수하므로 부품 실장기 시스템의 제어 대역폭을 넓게 할 수 있고, 그에 따라 부품 실장기의 고속/고정밀 제어에 유리하다.The
도 12는 X 빔 모듈의 또 다른 변형예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 12의 X 빔 모듈의 X 빔은 단면이 일정한 형태로 나타나기 위한 필터 조건을 사용하지 않고, 고유치만을 고려한 목적 함수를 이용한 최적화 결과물이다. 12 is a view schematically showing another modification of the X-beam module. The X-beam of the X-beam module of FIG. 12 is an optimization result using an objective function considering only the eigenvalue, without using a filter condition for the section to appear as a constant shape.
도 12를 참조하면 본 변형예의 X 빔 모듈(300d)의 X 빔(307)도 X 방향으로 연장된 질량부와 질량부의 내측에 형성되며 X 리니어 모터 레일이 결합되는 측면(3071) 및 X 리니어 모터 레일의 반대편 측면(3077)으로 트여진 중공(3073)을 구비한다. 본 변형예의 X 빔은 일정한 단면 조건이라는 필터 조건을 부여하지 않은 상태로 최적화를 수행하였기 때문에 X 빔(307)의 질량부가 X 방향으로 단면 형상에 변화가 있다. 더욱 구체적으로 본 변형예의 X 빔(307)은 질량부 내측의 중공(3073)이 X 빔(307)의 단부까지 이르지 않는 정도의 길이로 X 방향으로 연장되고, 그 단부 측의 단면적이 가운데 측의 단면적에 비해서 작은 형태로 형성된다. 또한 본 변형예의 중공(3073)은 X 리니어 모터 레일(303)이 결합되는 X 빔의 일 측면(3071)의 개구보다 그 반대편 측면(3077)의 개구가 더 큰 형태로 형성된다. 즉 중공(3073)은 X 리니어 모터 레일(303)이 결합되는 X 빔의 측면(3071)에서 그 반대편 측면(3077)으로 가면서 확대되는 형상을 가진다.12, the
본 변형예의 X 빔 모듈(300d)도 동강성이 우수하므로 부품 실장기 시스템의 제어 대역폭을 넓게 할 수 있고, 그에 따라 부품 실장기의 고속/고정밀 제어에 유리하다.The
이상 본 발명의 일부 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 형태로 구체화될 수있다. While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.
1 ... 부품 실장기
10 ... XY 스테이지
100 ... 베이스 프레임
200 ... Y 리니어 모터 레일
300,300a,300b,300c ... X 빔 모듈
301,305, 307 ... X 빔
303 ... X 리니어 모터 레일
400 ... 픽업 헤드
401 ... 더미 헤드1 ... parts industry
10 ... XY stage
100 ... base frame
200 ... Y Linear motor rails
300, 300a, 300b, 300c ... X beam module
301,305, 307 ... X beam
303 ... X linear motor rails
400 ... pick-up head
401 ... dummy head
Claims (6)
상기 빔의 제1측면에 결합되고, 상기 제1방향으로 연장되는 리니어 모터 레일과,
상기 리니어 모터 레일에 상기 제1방향으로 직선 이동 가능하게 결합되는 부품 픽업 헤드를 구비하며,
상기 빔은,
상기 제1방향으로 연장되게 형성되는 질량부와,
상기 질량부의 내측에 형성되며, 상기 빔 보다 짧은 길이로 상기 제1방향으로 연장되게 형성되며, 상기 빔의 제1측면 및 상기 제1측면의 반대편의 제2측면으로 개방되며, 상기 제1측면으로 형성되는 개구가 상기 제2측면으로 형성되는 개구보다 작은 형태의 중공을 구비하는,
부품 실장기. A beam extending in a first horizontal direction,
A linear motor rail coupled to a first side of the beam and extending in the first direction,
And a component pickup head linearly movably coupled to the linear motor rail in the first direction,
The beam,
A mass portion formed to extend in the first direction,
A first side of the beam and a second side opposite to the first side, the first side being formed in the mass portion and extending in the first direction to a length shorter than the beam, Wherein the opening formed has a shape that is smaller than the opening formed by the second side,
Parts production.
(a) 상기 빔의 적어도 하나의 고유 주파수의 역수의 가중 합산에 대응되는 목적 함수가 연산 장치에 입력되는 단계;
(b) 상기 빔의 임의의 형상에 대응되는 상기 목적 함수가 연산장치에 의해서 산출되는 단계;
(c) 상기 빔의 형상이 변경되고, 변경된 상기 빔의 형상에 대응되는 상기 목적 함수가 연산 장치에 의해서 산출되는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계를 반복하여, 미리 정해진 빔의 체적 또는 중량 조건 내에서 상기 목적 함수를 최소로 하는 상기 빔의 형상이 상기 연산 장치에 의해서 결정되는 단계;를 포함하는 부품 실장기의 설계 방법.A method of designing a component shaft having a beam to which a component pickup head is linearly movably mounted,
(a) inputting an objective function corresponding to a weighted summation of reciprocals of at least one natural frequency of the beam to a computing device;
(b) calculating the objective function corresponding to an arbitrary shape of the beam by an arithmetic unit;
(c) the shape of the beam is changed, and the objective function corresponding to the changed shape of the beam is calculated by the computing device; And
and (d) repeating the step (c), wherein the shape of the beam that minimizes the objective function within a predetermined beam volume or weight condition is determined by the computing device Design method.
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JP4843751B2 (en) | 2010-03-29 | 2011-12-21 | パナソニック株式会社 | Component mounting equipment |
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