KR19980054688A

KR19980054688A - 전자부품 표면 실장기에서의 자동 노즐 교환 장치의 위치 보정 방법

Info

Publication number: KR19980054688A
Application number: KR1019960073854A
Authority: KR
Inventors: 김상원
Original assignee: 추호석; 대우중공업 주식회사
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-09-25

Abstract

본 발명은 전자부품 표면실장기에서의 자동 노즐 교환 장치에 관한 것으로 특히, 자동 노즐 교환 장치의 실제 조립된 위치를 비젼 시스템을 이용하여 자동으로 측정하고, 설계치와의 오차를 보상해주는 자동 노즐 교환 장치의 위치 보정 방법에 관한 것으로서, 시스템 셋업시에, 노즐 인덱스 i에 해당하는 기설정된 노즐 위치(x,y)로 카메라를 이동시켜 원시 영상을 획득하고, 기준이되는 교시된 영상(X,Y)과 상기 원시 영상(x,y)을 비교하여 X축편차(ΔX)와 Y축편차(ΔY)를 계산한 다음, 기설정된 노즐 위치를 상기 편차값(ΔX,ΔY)으로 보상하여 보상된 위치(X',Y')를 얻고, 이 위치 (X',Y')를 저장하는 과정을 통해서 즉, 본 발명에 따라 헤드에 부착될 노즐의 위치 편차를 비젼 시스템을 이용하여 미리 계산하고, 작업하고자 하는 실제 위치로 재세팅하므로써, 종래의 정량적인 시행착오 방식에 비해 노즐의 흡장착의 정밀도를 높이고, 노즐 및 헤드의 손상을 방지하는 효과가 있는 것이다.

Description

전자부품 표면 실장기에서의 자동 노즐 교환 장치의 위치 보정 방법

본 발명은 전자부품 표면실장기에서의 자동 노즐 교환 장치에 관한 것으로 특히, 자동 노즐 교환 장치의 실제 조립된 위치를 비젼 시스템을 이용하여 자동으로 측정하고, 설계치와의 오차를 보상해주는 자동 노즐 교환 장치의 위치 보정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 칩 마운터(chip mounter)는 전자 제품을 생산하는 조립라인에 설치되어 베어 PCB상의 특정 위치에 프로그램된 NC데이타에 따라 소정 부품을 자동으로 장착하는 장치로서, 표면실장부품(SMD)의 사용 증가와 생산 자동화의 진척에 따라 널리 사용되고 있는 바, 상기 칩 마운터는 PCB상에 장착될 다수의 부품들을 제공하는 부품공급수단(통상 feeder라고 한다)과, 콘베어 벨트상에 위치하여 베어 PCB에 부품 장착 작업이 이루어지는 XY테이블, 상기 부품공급수단으로부터 부품을 진공 흡착(즉, 취출)한 후 소정의 스테이션을 거쳐 상기 XY테이블에서 PCB상에 부품을 장착하는 헤드부(Head)로 구성되어 있다.

여기서 상기 헤드부는 소정 수의 헤드와, 상기 각 헤드에 설치되어 부품을 흡착하는 소정 수의 노즐들이 구비되어 NC 프로그램된 데이타에 따라 작동되면서 각 스테이션마다 해당 작업을 수행하는 바, 칩 마운터에서 각종 전자 부품을 흡·장착하는 동작은 장착 헤드가 X-Y-Z-θ방향으로 움직이면서 이루어지는 한편, 전자 부품들은 그 크기나 형상이 다양하므로 장작 헤드에서 부품을 직접적으로 흡착하여 접촉하고 있는 노즐(nozzle)은, 각 부품에 상응하는 다양한 종류가 필요하게 된다. 따라서, 이 노즐들을 보관하고, 작업 부품에 따라 자동으로 노즐을 교환해주는 장치가 구비되어야 한다. 이러한 장치를 자동 노즐 교환 장치(automatic nozzle changer : ANC)라고 한다.

자동 노즐 교환 장치의 동작은 장비의 특성에 따라 다르겠지만, 일반적으로 노즐 교환 장치의 형상이나 작동 원리를 도 1을 참조하여 설명하고자 한다.

자동 노즐 교환 장치는 전자부품 표면 실장기로부터 가까운 위치에 설치된 받침대(21)위에 다수개의 노즐(N)을 수용할 수 있도록 된 노즐 공급부(12)가 설치되어 있고, 상기 노즐 공급부(12)의 하단에 고정된 브라켓트(13)에 설치된 구동부(14)에는 셔터부(15)가 연결되어, 상기 구동부(14)로부터 동력을 전달 받아 노즐 공급부(12)상부에서 길이 방향으로 슬라이딩 할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 노즐 공급부(12)상면에는 다양한 형상을 갖는 노즐(N)이 안치될 수 있도록 노즐(N)외형에 맞는 노즐 시이트(nozzle seat:6)가 일정 간격으로 다수개 형성되어 있다. 상기 셔터부(15)의 개폐동작에 따라 헤드(H)에 결합된 노즐(N)을 교환할 수 있는 바, 헤드가 사용중이었던 제 8 노즐(N8)을 노즐 공급부(12)의 제 8노즐시이트(6a)에 내려 놓은 다음, 제 9 노즐시이트(6b)에 보관하고 있던 제 9노즐(N9)로 교환하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 비어 있는 노즐 공급부(12)의 제 8노즐 시이트(6a)에 제 8노즐(N8)을 내려놓기 위해서는 셔터(15)가 열린 상태가 되어 헤드(H)에 결합된 제 8노즐(N8)을 제 8노즐 시이트(6a)에 수직으로 내려놓는데, 이 때 헤드(H)가 내려놓은 직후에 셔터(15)가 닫힘 상태로 되면서, 헤드(H)가 수직으로 상승하고, 노즐(N8)은 셔터(15)에 걸려 더이상 상승하지 못하고, 헤드(H)만 상승하여 제 8노즐(N8)은 헤더(H)로부터 분리되어 노즐 시이트(6a)에 보관되는 것이다.

이와 같이 노즐이 결합되지 않은 헤드(H)는 제 9노즐 시이트(6b)위로 이동하여 노즐 공급부(12)에 보관된 제 9노즐(N9)을 장착하기 위해 제 9노즐 시이트(6b)의 중앙부로 수직 하강하여 제 9노즐(N9)을 삽입하게 되면, 상기 셔터(15)가 다시 열림상태가 되어 헤드(H)가 제 9노즐(N9)을 장착하고 수직 상승하여 제 9 노즐 시이트(6b)로부터 완전히 빠져 나오면 제 9노즐(N9)의 장작이 완료되는 것이다.

이러한 자동 노즐 교환 장치의 위치는 작업 경로에 따른 속도의 최적화를 위해 기종마다 다른 지점(장소)에 위치할 수 있으며, 장비에서 설계 도면의 지시에 따라 정해진 공차의 범위내에서 위치하게 된다.

그런데, 이 노즐 교환 장치의 위치는 기계의 조립, 가공등에 따라 공차범위 내에서 각가 다른 값들을 가지게 된다. 따라서, 초기 기계의 셋업(set-up)시에 이 위치를 정확히 설정해야만, 노즐의 파손이나 마모등의 피해를 줄일 수 있고, 바른 위치에서 부품을 흡·장착하는 것이 가능하게 된다.

그러나, 종래에는 도 2에 도시한 바와 같이, X-Y구동계의 위치를 서보 오프 (servo off)상태에서 이동시키고, 장착축(Z축)을 하강시키는 작업등을 반복시행하여 헤드를 위아래로 움직이면서, 노즐이 잘 장착되는 위치 즉, 노즐 시이트의 중앙부를 찾아내는 시행오차방식을 적용했었다.

이러한 종래의 노즐의 위치를 찾아내는 작업을 방법은 정량화된 방법이 아니므로, 정밀도를 보장할 수 없으며, 작업자로 하여금 반복적 시행착오로 인한 긴 작업시간을 요구하는 문제점이 있었다. 또한, 위치 설정이 정확하지 않으므로, 장착 헤드(head)와 노즐(nozzle)사이의 마찰로 인해 노즐이 마모되는 등 손상이 발생되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 시각인식 장치를 이용하여 자동 노즐 교환장치에 보관된 노즐의 영상을 획득하여 편차를 측정하고, 이를 보상하여 정확한 위치를 설정하므로써, 노즐의 흡장착의 정밀도를 높이고, 노즐의 손상을 방지하는 자동 노즐 교환 장치의 위치 보정 방법에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 자동 노즐 교환 장치의 다수개의 노즐에 대한 설계시 기설정된 위치값(x,y)을 실제 공차범위 내의 위치값(X',Y')으로 보정하는 방법에 있어서, 노즐 인덱스 i를 1로 초기화하는 제 1 단계와; 상기 인덱스 i에 해당하는 기설정된 노즐 위치(x,y)로 카메라를 이동시켜 원시 영상을 획득하는 제 2 단계; 교시된 영상(X,Y)과 상기 제 2 단계에서 획득한 원시 영상(x,y)을 비교하여 X축편차(ΔX)와 Y축편차(ΔY)를 계산하는 제 3 단계; 기설정된 노즐 위치를 상기 제 3 단계에서 획득한 편차값(ΔX,ΔY)으로 보상하여 보상된 위치(X',Y')를 얻는 제 4 단계; 상기 제 4단계의 i번 노즐에 대한 보상된 위치(X',Y')를 저장하는 제 5 단계; 상기 인덱스 i와 노즐 개수(N_num)를 비교하여 상기 노즐 개수가 작으면, 상기 인덱스 i를 1증가시킨 후 상기 제 2 단계부터 반복하여 수행하는 제 6단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 자동 노즐 교환 장치(ANC)의 형상 및 작동 원리를 설명하기 위한 도면,

도 2는 자동 노즐 교환시, 종래의 반복적 위치 수정을 통해 위치를 찾는 작업을 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명에 따라 비젼 시스템을 이용한 자동 노즐 교환 장치(ANC)의 위치를 보정하는 작업을 나타낸 개략도,

도 4는 도 3에 의해 획득한 교시 영상과, 설계상의 위치에서 획득한 원시 영상을 보여주는 도면,

도 5은 본 발명에 따라 비젼 시스템을 이용한 자동 노즐 교환 장치(ANC)의 위치를 보정하는 작업을 나타낸 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 받침대 12 : 노즐 공급부 13 : 브라켓트

14 : 구동부 15 : 셔터부 16 : 노즐시이트

N : 노즐 H : 헤드 30 : 교시용 카메라

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따라 비젼 시스템을 이용한 자동 노즐 교환 장치의 위치를 보정하는 작업을 나타낸 개략도이고, 도 4는 도 3에 의해 획득한 교시 영상과, 설계상의 위치에서 획득한 영상을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 노즐이 부착되는 다수개의 헤드로 이루어진 헤드부(Head)에 CCD카메라(30)가 부착되어 있고, 헤드부 아래에는 다수개의 다양한 노즐(N)들이 보관되어 있는 노즐 공급부를 포함한 자동 노즐 교환 장치(ANC)가 도시되어 있다. 상기 카메라가 설계시 기설정된 ANC의 노즐 위치로 이동하면서, 상면에서 본 노즐의 원시 영상을 획득하고, 이렇게 획득한 원시 영상과 교시된 영상을 비교하여 X,Y 편차를 구하는 것이다. 이 때, 두 영상을 비교하는 방법으로는 정규 상관도(Normalized correlation)에 의한 템플리트 매칭(template matching)방법을 사용할 수 있다.

예를 들어, 도 4의 (a)와 같이 교시된 영상은 노즐의 정중심이 중앙에 위치에 있다고 하자. 이제, 설계당시에 기설정된 i 번 노즐 위치로 XY구동부에 의해 카메라를 이동시키고, 그 위치에서 획득한 영상을 원시 영상이라 하고, 이때 얻은 원시 영상이 도 4의 (b)와 같이 얻어졌다면, 이는 기설정된 i번째 노즐의 X,Y 위치에서는 노즐과 상기 노즐을 부착하려는 헤더의 장착축(Z축)위치가 일치하지 않는다.

따라서, 이를 보정하기 위해 (a)교시 영상과 (b)의 원시 영상을 템플리트 매칭시켜 비교하여 X축 방향으로의 수평 오차(ΔX), Y축 방향으로의 수직 오차(ΔY)를 측정하고 이를 자동으로 보정해주므로써, 헤더가 노즐을 정위치에서 흡·장착하도록 하는 것이 본 발명의 목적이다.

이어서, 도 5은 본 발명에 따라 비젼 시스템을 이용한 자동 노즐 교환 장치의 위치를 보정하는 작업을 나타낸 흐름도로서, 시스템의 초기화시 자동 노즐 교환장치의 위치를 자동으로 보상하여 설정하는 과정을 보여주고 있다.

제 1 단계(S1)에서는 노즐 공급부에 보관되어 있는 노즐 수를 카운팅하는 인덱스 i를 1로 초기화 시키고, 제 2 단계(S2)에서는 CCD 카메라를 상기 인덱스 i에 해당하는 노즐 위치로 이동시킨다. 이때 이동된 노즐 위치는, 장비가 설계될 당시의 기설정된 고정된 위치(x좌표, y좌표)이며, 현 위치에서의 상기 카메라로 획득된 영원시 영상에 해당한다.(S3) 제 3 단계(S4)에서는 기준이 되는 교시 영상(X,Y)과 제 2 단계에서 얻은 원시 영상(x,y)을 템플리트 매칭으로 비교하여 교시 영상의 위치로부터 X축으로 빗나간 X축 편차(ΔX), Y축으로 빗나간 Y축 편차(ΔY)를 계산한다.

이제 제 4 단계(S5)에서는 기설정된 i번째 노즐의 원시 위치(x,y)에다가 상기 제 3 단계에서 획득한 X편차(ΔX), Y편차(ΔY)를 보상하여 보정된 위치(X',Y')를 얻은 후, i번 노즐 위치에 대한 보정된 위치(X',Y')를 저장한다.

상기와 같이 노즐의 위치를 보정하는 과정은 노즐 수만큼 반복 수행되는데, 이것은 교환하고자 하는 노즐 개수보다 인덱스가 크거나 같으면, 종료하고, 인덱스가 작으면, 상기 인덱스 i를 1증가시킨 후, 상기 제 2 단계부터 반복하여 수행하므로써, 실제 작업의 자동 노즐 교환 장치의 위치가 재설정되는 것이다.

이상과 같이 재설정된 위치로 해더가 이동하면서 노즐의 흡·장착이 수행되면서, 노즐 교환 작업이 이루어지는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따라 헤드에 부착될 노즐의 위치편차를 를 비젼 시스템을 이용하여 미리 계산하고, 작업하고자 하는 실제 위치로 재세팅하므로써 노즐의 흡장착의 정밀도를 높이고, 노즐 및 헤드의 손상을 방지하는 효과가 있는 것이다.

Claims

비젼 시스템을 구비하고 있는 자동 노즐 교환 장치에서 다수개의 노즐에 대한 기설정된 위치값(x,y)을 실제 공차범위 내의 위치값(X',Y')으로 보정하는 방법에 있어서,

노즐 인덱스 i를 1로 초기화하는 제 1 단계(S1)와;

상기 인덱스 i에 해당하는 기설정된 노즐 위치(x,y)로 카메라를 이동시켜 원시 영상을 획득하는 제 2 단계(S2,S3);

교시된 영상(X,Y)과 상기 제 2 단계에서 획득한 원시 영상(x,y)을 비교하여 X축편차(ΔX)와 Y축편차(ΔY)를 계산하는 제 3 단계(S4);

기설정된 노즐 위치를 상기 제 3 단계에서 획득한 편차값(ΔX,ΔY)으로 보상하여 보상된 위치(X',Y')를 얻는 제 4 단계(S5);

상기 제 4단계의 i번 노즐에 대한 보상된 위치(X',Y')를 저장하는 제 5 단계(S5);

상기 인덱스 i와 노즐 개수(N_num)를 비교하여 상기 노즐 개수가 작으면, 상기 인덱스 i를 1증가시킨 후 상기 제 2 단계부터 반복하여 수행하는 제 6단계(S6)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 표면 실장기에서의 자동 노즐 교환 장치의 위치 보정 방법.