KR102329463B1 - 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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KR102329463B1
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 유휴 상태에서 헤드를 등속도로 운동시키는 제1 단계와, 헤드의 속도, 위치 및 헤드에 가해지는 힘을 감지하여 저장하는 제2 단계와, 제1 단계 및 제2 단계를 4회 반복적으로 수행하는 제3 단계와, 헤드의 속도를 vn, 헤드의 위치를 xn, 헤드에 가해지는 힘을 Fn(n은 1 내지 4의 자연수)이라고 할 때(n은 1 내지 4의 자연수)이라고 할 때, 수학식
Figure 112015091242648-pat00006
을 통해 점성 계수(coefficient of viscosity, c), 정지마찰계수(coefficient of static friction, cs), 스프링 상수(spring constant, k) 및 헤드의 초기위치(x0)를 산출하는 제4 단계를 포함하는 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 방법을 제공한다.

Description

부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템 및 방법{System and method for sensing dynamic characteristics of device mounting head}
본 발명의 실시예들은 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
부품 실장기는 회로 기판 상에 반도체 칩과 같은 부품을 실장하는 장치이다. 이때, 부품 실장기는 회로 기판을 컨베이어 등을 통하여 이송시키면서 외부로부터 부품을 픽업하여 회로 기판 상에 배치하여 실장할 수 있다.
이러한 부품 실장기는 부품을 픽업 및 실장하는 헤드와, 부품 및 회로 기판 등의 위치를 감지하는 위치감지부가 있어 부품과 회로 기판, 헤드의 위치를 정밀하게 제어함으로써 부품이 정확한 위치에 실장되도록 할 수 있다.
한편, 헤드는 서보 모터에 의해 구동되며, 헤드의 운동 경로를 정의하는 가이드와, 헤드를 고정하는 고정부에 의해 구속될 수 있다. 이때, 헤드의 운동은 가이드 면과의 마찰과 고정부와의 탄성 및 감쇠와 같은 동적 특성에 의해 해석될 수 있다.
일반적으로, 헤드는 장시간 동안 반복적으로 운동하며, 이로 인해 헤드의 마찰, 탄성 및 감쇠의 특성이 변할 수 있다. 헤드의 마찰, 탄성 및 감쇠의 특성이 변하게 되면, 헤드를 구동하는 서보계(servo-system)의 응답성이 초기상태와 다르게 변할 수 있으며, 이에 따라 부품 실장 공정 중 부품 실장의 정밀도가 저하될 수 있다.
이러한 헤드의 마찰, 탄성 및 감쇠와 같은 동적특성 변화의 원인을 분석하는 것은 현실적으로 어려워, 헤드의 성능 변화가 감지될 경우 단순히 부품을 교체하는 방법으로 문제를 해결할 수 밖에 없었다.
한편, 한국 등록특허공보 1091916호에는, 부품 실장기용 헤드 어셈블리의 일 예가 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지가 용이한 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것을 주된 과제로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유휴 상태에서 헤드를 등속도로 운동시키는 제1 단계와, 헤드의 속도, 위치 및 헤드에 가해지는 힘을 감지하여 저장하는 제2 단계와, 제1 단계 및 제2 단계를 4회 반복적으로 수행하는 제3 단계와, 헤드의 속도를 vn, 헤드의 위치를 xn, 헤드에 가해지는 힘을 Fn(n은 1 내지 4의 자연수)이라고 할 때(n은 1 내지 4의 자연수)이라고 할 때, 수학식
Figure 112015091242648-pat00001
을 통해 점성 계수(coefficient of viscosity, c), 정지마찰계수(coefficient of static friction, cs), 스프링 상수(spring constant, k) 및 헤드의 초기위치(x0)를 산출하는 제4 단계를 포함하는 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 방법을 제공한다.
여기서, 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 각각의 최소 임계값과 최대 임계값을 기설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제4 단계를 통해 산출되는 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수가 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 중 하나 이상의 최소 임계값의 미만일 경우 또는 최대 임계값을 초과할 경우, 에러가 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 다른 측면에 따르면, 유휴 상태에서 헤드를 등속도로 운동시키는 헤드 구동부와, 헤드의 속도를 감지하는 속도 감지부와, 헤드의 위치를 감지하는 위치 감지부와, 헤드에 가해지는 힘을 감지하는 힘 감지부를 포함하는 감지부와, 헤드의 속도, 위치 및 헤드에 가해지는 힘의 값을 저장하는 저장부와, 헤드를 4회 등속도 운동시켜 감지한 헤드의 속도를 vn, 헤드의 위치를 xn, 헤드에 가해지는 힘을 Fn(n은 1 내지 4의 자연수)이라고 할 때, 수학식
Figure 112015091242648-pat00002
을 통해 점성 계수(coefficient of viscosity, c), 정지마찰계수(coefficient of static friction, cs), 스프링 상수(spring constant, k) 및 헤드의 초기위치(x0)를 산출하는 연산부를 포함하는 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템을 제공한다.
여기서, 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 각각의 최소 임계값과 최대 임계값을 기설정하는 입력부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 연산부에서 산출되는 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수가 입력부에서 기설정된 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 중 하나 이상의 최소 임계값의 미만일 경우 또는 최대 임계값을 초과하는 경우, 에러가 발생한 것으로 판단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템 및 방법은, 부품 실장기를 분해하지 않고도 부품 실장기 헤드의 동적특성을 용이하게 감지할 수 있는 구조 및 방법을 제공함으로써, 부품 실장기 헤드의 유지 및 보수를 용이하게 수행할 수 있으며, 나아가 부품 실장의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 부품 실장기 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 부품 실장기 헤드에 인가되는 힘을 간략히 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 관한 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 부품 실장기 헤드의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 부품 실장기 헤드에 인가되는 힘을 간략히 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 헤드 시스템(10)은 헤드(11), 가이드부(12), 지지부(13), 탄성부(14), 감쇠부(15)를 포함할 수 있다. 이러한 헤드 시스템(10)의 구성은 일 예시로써, 특히 도 1에 도시된 헤드 시스템(10)의 구성은 헤드 시스템(10)의 동역학적 모델링을 위해 간략하게 나타낸 것이다.
예를 들어, 탄성부(14)와 감쇠부(15)와 같은 구성요소는 스프링이나 댐퍼와 같은 부품으로 헤드 시스템(10)에 포함될 수도 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 헤드 시스템(10)은 스프링과 댐퍼를 구비하지 않고도 소정의 탄성력과 감쇠력을 갖도록 구성될 수 있으며, 따라서 헤드 시스템(10)은 탄성부(14)와 감쇠부(15)를 포함하여 헤드(11)가 가이드부(12) 및 지지부(13)에 대해 소정의 탄성력과 감쇠력을 갖고 운동할 수 있다.
헤드(11)는 가이드부(12)에 상하 운동 가능하도록 설치된다. 헤드(11)의 상하 운동에 따라, 헤드(11)와 헤드(11)를 구속하는 지지부(13) 사이에는 소정의 탄성력과 감쇠력이 가해질 수 있다. 한편, 도면에 나타나지는 않았으나 헤드 시스템(10)은 헤드(11)의 상하 운동을 위한 힘을 제공하는 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1에 나타난 헤드 시스템(10)은 도 2에 나타난 도면과 같이 동역학적으로 모델링될 수 있다. 도 2는 헤드(11)에 가해지는 각종 힘들을 나타낸 도면으로, 힘의 크기와 방향을 벡터로 모델링한 모습을 나타낸다.
상세히, 헤드(11)의 하측 방향으로는 자중(mg)과 구동부로부터 가해지는 힘(Fn)을 합한 힘이 가해지고, 헤드(11)의 상측 방향으로는 마찰력(cssign(vn)), 탄성력(k(xn-x0)), 감쇠력(cvn)이 가해진다. 따라서, 이러한 힘들의 평형 방정식(equilibrium equation)은 다음과 같이 세워질 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015091242648-pat00003
(n은 1 내지 4의 자연수)
이하, 수학식 1 및 도 3을 참조하여 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템(20)은 헤드 구동부(100), 감지부(200), 저장부(300), 연산부(400), 입력부(500) 및 제어부(600)를 포함할 수 있다.
헤드 구동부(100)는 부품 실장기가 유휴 상태일 때, 부품 실장기의 헤드(도 1의 11 참조)를 상하로 등속도 운동시킬 수 있다. 예를 들어, 헤드 구동부(100)는 리니어 모터일 수 있다.
감지부(200)는 헤드(11)의 속도를 감지하는 속도 감지부(210)와, 헤드(11)의 위치를 감지하는 위치 감지부(220)와, 헤드(11)에 가해지는 힘을 감지하는 힘 감지부(230)를 포함할 수 있다. 이러한 감지부(200)는 도면에 나타나지는 않았으나, 엔코더(encoder)나, 또는 속도 센서(speed sensor), 위치 센서(position sensor), 힘 센서(force sensor)와 같은 센서로 구성될 수 있다.
저장부(300)는 상기 감지부(200)에서 감지된 헤드(11)의 속도, 위치 및 힘의 정보를 저장할 수 있다. 후술하겠으나, 부품 실장기 헤드의 동적특성을 감지하기 위해 헤드(11)는 총 4회의 등속도 운동을 수행하게 된다. 즉, 저장부(300)는 전술한 수학식 1에서, 헤드(11)의 속도(v1, v2, v3, v4), 위치(x1, x2, x3, x4) 및 힘(F1, F2, F3, F4)의 값을 저장할 수 있다.
다음으로, 연산부(400)는 저장부(300)에 저장된 헤드(11)의 속도(v1, v2, v3, v4), 위치(x1, x2, x3, x4) 및 힘(F1, F2, F3, F4)의 값을 수학식 1에 대입하여, 점성 계수(coefficient of viscosity, c), 정지마찰계수(coefficient of static friction, cs), 스프링 상수(spring constant, k) 및 헤드의 초기위치(x0)를 산출할 수 있다.
한편, 입력부(500)는 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 각각의 최소 임계값과 최대 임계값을 기설정하여 저장할 수 있다.
제어부(600)는 연산부(400)에서 산출되는 헤드 시스템의 상기 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수가 입력부(500)에서 기설정된 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 중 하나 이상의 최소 임계값의 미만일 경우 또는 최대 임계값을 초과하는 경우, 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상세히, 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수는 부품 실장기 헤드의 동적특성을 나타내는 지표이다. 부품의 교체가 이루어지지 않는 한 장시간 반복 구동되는 부품 실장기 헤드의 특성 상, 헤드 시스템의 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수는 지속적으로 변화한다. 이렇게 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수가 변하게 되면, 헤드 시스템의 동적특성이 변하게 되고, 이에 따라 부품 실장의 정밀성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수의 최소 임계값과 최대 임계값을 작업자가 입력부(500)에 기설정하고, 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 중 하나 이상이 기설정된 범위를 벗어나는 경우에는 제어부(600)에서 에러를 발생시켜 헤드 시스템의 가동을 중지함으로써, 부품 실장 불량율을 낮출 수 있다.
전술한 구성을 갖는 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템(20)을 이용하면, 부품 실장기 헤드를 분해하지 않고도 자동으로 장치의 이상점을 파악할 수 있으며, 이를 통해 설비를 중지 및 교체 함으로써 부품 실장 불량율을 낮추는 동시에 부품 실장의 정밀성을 개선할 수 있다.
이하, 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 관한 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 작업자는 헤드 시스템의 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 각각의 최소 임계값과 최대 임계값을 입력부(500)에 입력할 수 있다(S401).
다음으로, 헤드 시스템의 유휴 상태에서 헤드(11)를 등속도로 운동시킨다(S402). 그리고 감지부(200)로부터 감지된 헤드(11)의 속도, 위치 및 힘을 저장부(300)에 저장한다(S403). 그리고, 헤드(11)를 등속도로 운동시키는 단계(S402)와 각각의 등속도 운동에서의 헤드(11)의 속도, 위치 및 힘을 저장부(300)에 저장하는 단계(S403)를 총 4회 반복한다.
다음으로, 저장부(300)에 저장된 헤드(11)의 속도(v1, v2, v3, v4), 위치(x1, x2, x3, x4) 및 힘(F1, F2, F3, F4)의 값은 연산부(400)로 전달되며, 연산부(400)는 헤드(11)의 속도(v1, v2, v3, v4), 위치(x1, x2, x3, x4) 및 힘(F1, F2, F3, F4)의 값을 전술한 수학식 1에 대입하여, 점성 계수, 정지마찰계수, 스프링 상수 및 헤드의 초기위치를 산출한다(S404).
연산부(400)에서 산출된 헤드 시스템의 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 값은 제어부(600)로 전달되며, 제어부(600)는 입력부(500)에서 전달받은 기설정된 헤드 세스템의 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 각각의 최소 임계값 및 최대 임계값과, 연산부(400)에서 산출된 헤드 시스템의 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 값을 비교한다(S405).
다음으로, 연산부(400)에서 산출된 헤드 시스템의 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 값 중 하나 이상이 입력부(500)에서 기설정된 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 각각의 최소 임계값의 미만일 경우, 또는 최대 임계값을 초과하는지 여부를 판단한다(S406).
만약, 헤드 시스템의 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 값 중 하나 이상이 기설정된 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수의 최소 임계값과 최대 임계값의 범위를 벗어나는 경우, 에러가 발생한 것으로 판단한다(S407).
한편, 헤드 시스템의 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수 값이 모두 기설정된 점성 계수, 정지마찰계수 및 스프링 상수의 최소 임계값과 최대 임계값의 범위 내에 존재할 경우에는, 헤드 시스템이 정상적으로 작동하는 것으로 간주하여 헤드 시스템의 구동을 재개한다.
전술한 단계들로 부품 실장기 헤드의 동적특성을 감지하게 되면, 부품 실장 품질 문제가 발생하기 이전에, 부품 실장기를 분해하지 않고도 부품 실장기 헤드의 동적특성에 문제점이 있는지의 여부를 사전에 파악할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점일 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 헤드 시스템
11: 헤드
12: 가이드부
13: 지지부
14: 탄성부
15: 감쇠부
20: 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템
100: 구동부
200: 감지부
210: 속도 감지부
220: 위치 감지부
230: 힘 감지부
300: 저장부
400: 연산부
500: 입력부
600: 제어부

Claims (6)

  1. 유휴 상태에서 헤드를 등속도로 운동시키는 제1 단계;
    상기 헤드의 속도, 위치 및 상기 헤드에 가해지는 힘을 감지하여 저장하는 제2 단계;
    상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 4회 반복적으로 수행하는 제3 단계; 및
    상기 헤드의 속도를 vn, 상기 헤드의 위치를 xn, 상기 헤드에 가해지는 힘을 Fn(n은 1 내지 4의 자연수)이라고 할 때, 수학식
    Figure 112015091242648-pat00004
    을 통해 점성 계수(coefficient of viscosity, c), 정지마찰계수(coefficient of static friction, cs), 스프링 상수(spring constant, k) 및 상기 헤드의 초기위치(x0)를 산출하는 제4 단계;를 포함하는, 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단계를 수행하기 전에, 상기 점성 계수, 상기 정지마찰계수 및 상기 스프링 상수 각각의 최소 임계값과 최대 임계값을 기설정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제4 단계를 통해 산출되는 상기 점성 계수, 상기 정지마찰계수 및 상기 스프링 상수가 상기 점성 계수, 상기 정지마찰계수 및 상기 스프링 상수 중 하나 이상의 상기 최소 임계값의 미만일 경우 또는 상기 최대 임계값을 초과할 경우, 에러가 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는, 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 방법.
  3. 삭제
  4. 유휴 상태에서 헤드를 등속도로 운동시키는 헤드 구동부;
    상기 헤드의 속도를 감지하는 속도 감지부와, 상기 헤드의 위치를 감지하는 위치 감지부와, 상기 헤드에 가해지는 힘을 감지하는 힘 감지부를 포함하는 감지부;
    상기 헤드의 속도, 위치 및 상기 헤드에 가해지는 힘의 값을 저장하는 저장부;
    상기 헤드를 4회 등속도 운동시켜 감지한 상기 헤드의 속도를 vn, 상기 헤드의 위치를 xn, 상기 헤드에 가해지는 힘을 Fn(n은 1 내지 4의 자연수)이라고 할 때, 수학식
    Figure 112015091242648-pat00005
    을 통해 점성 계수(coefficient of viscosity, c), 정지마찰계수(coefficient of static friction, cs), 스프링 상수(spring constant, k) 및 상기 헤드의 초기위치(x0)를 산출하는 연산부;를 포함하는, 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 점성 계수, 상기 정지마찰계수 및 상기 스프링 상수 각각의 최소 임계값과 최대 임계값을 기설정하는 입력부를 더 포함하며,
    상기 연산부에서 산출되는 상기 점성 계수, 상기 정지마찰계수 및 상기 스프링 상수가 상기 입력부에서 기설정된 상기 점성 계수, 상기 정지마찰계수 및 상기 스프링 상수 중 하나 이상의 상기 최소 임계값의 미만일 경우 또는 상기 최대 임계값을 초과하는 경우, 에러가 발생한 것으로 판단하는 제어부를 더 포함하는, 부품 실장기 헤드의 동적특성 감지 시스템.
  6. 삭제
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