KR19980057551A

KR19980057551A - 표면 실장 장치에서의 장착축 편심오차 보정 방법

Info

Publication number: KR19980057551A
Application number: KR1019960076846A
Authority: KR
Inventors: 황준하
Original assignee: 추호석; 대우중공업 주식회사
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1998-09-25

Abstract

본 발명은 전자 부품 표면 실장 장치에서의 전자부품 장착시 발생하는 오차를 보정하는 방법에 관한 것으로, 특히 전자 부품을 흡장착하는 헤더부의 노즐 회전 궤적에 따른 위치 좌표를 비젼시스템을 이용하여 룩업 테이블화하여, 부품 장착시에 헤더부와 PCB기판간의 회전 중심에서 벗어난 편심오차를 보상하도록 한 장착축 편심오차 보정 방법에 관한 것으로서, 장착부인 헤더와 노즐이 조립된 상태에서, 헤더를 회전 시켜 가면서 노즐이 이동하는 중심 위치 및 회전시의 편차를 계산하여 각각의 회전 각도에서 발생된 편차를 저장해두고, 부품을 흡작한 후, PCB 기판에 노즐을 회전시키면서 장착할 경우에 미리 저장해 둔 편차값을 이용하는 것이다. 이상과 같은 발명은 헤드와 노즐에서 발생한 장작축의 편심오차로 인한 회전각에 따른 틀어짐량을 비젼 시스템을 이용하여 미리 측정하여 이를 시스템의 데이터로서 활용하므로써, 부품을 회전 시켜 장착할 경우 편심 오차에 비례하여 커지던 장착시의 오차를 제거하여 정확한 위치에 전자부품을 장착할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

표면 실장 장치에서의 장착축 편심오차 보정 방법( A method of compensating Run-Out of Z axis in chip mounter )

본 발명은 전자 부품 표면 실장 장치에서의 전자부품 장착시 발생하는 오차를 보정하는 방법에 관한 것으로, 특히 전자 부품을 흡장착하는 헤더부의 노즐 회전 궤적에 따른 위치 좌표를 비젼시스템을 이용하여 룩업 테이블화하여, 부품 장착시에 헤더부와 PCB기판간의 회전 중심에서 벗어난 편심오차를 룩업 테이블의 좌표를 이용하여 자동 보상하도록 한 장착축 편심오차 보정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 표면 실장 장치(칩 마운터라고도 함)는 전자부품을 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)의 표면위에 고정밀도로 장착하는 자동화 기기로서, 예를들면 전자부품으로서의 칩의 경우에 칩의 종류에 따라 장착시의 허용 위치 오차가 0.1mm 이내 일 정도로 위치 정밀도의 보장을 필요로 하는 기기이다.

그러나, 전자부품을 흡·장착 하기위해 이동하는 헤드와 헤드에 부착되어 전자부품을 흡작하는 노즐로 구성된 장착부는 노즐에 전자부품이 흡착될 때 트레이 공급장치등의 부품 공급장치의 오차, 흡착지점 교시(敎示)시의 오차등으로 일정한 양의 오차가 항상 존재하고, 이러한 흡착시의 오차로 인해 헤드의 회전 중심과 전자부품의 회전중심간의 수평 편차, 수직편차 및 회전각도의 틀어짐이 나타난다.

이에 대해 정밀한 기계부품의 선정, 정확한 조립등 기계적인 방법을 통해 요구되는 정밀도를 만족시키는 것은 한계가 있으므로, 여러모로 더욱 많은 연구가 되어 왔다.

종래의 표면 실장 장치에서의 전자 부품 위치 보정방법은 CCD(Charge-Coupled Device)카메라를 센서로 이용하는 시각 인식 장치를 통해 흡착시의 위치 보정작업을 수행하게 되는 데, 이 방법은 상기 시각 인식 장치가 영상처리를 통해 전자부품의 흡착시 헤드의 회전중심과 부품의 중심사이의 틀어진 수평 편차, 수직 편차 및 회전 각도등의 틀어짐 량을 계산하고, 화소(pixel)단위의 영상 좌표와 mm 단위의 기계 좌표와의 수치적인 계산을 수행하여 오퍼레이팅 시스템(이하 O/S라 함)으로 리턴해주므로써, 구동부인 헤드가 상기 틀어짐량에 대한 보정량 명령을 받아 구동된다.

그러나, 전자부품을 흡착한 상태인 헤드의 회전 중심을 이동시켜 전자부품의 회전중심에 일치시킨 후, 회전에 따른 위치 보정을 수행하는 것은 불가능하므로, 헤드와 전자부품간의 회전 중심차에 의한 x방향으로의 수평 오차 및 y 방향으로의 수직 오차가 항상 존재하게 된다.

흡착시 오차를 고찰하기 위해 도 1을 참조하면 전자부품 흡착시 헤드와 전자부품, 예를들면 칩의 위치가 도시되어 있으며, 헤드의 회전 중심(Ph)인 기준 위치에 대해 x 방향으로의 수평편차는 Δx로, y방향으로의 수직 편차를 Δy로, 그리고 회전각도는 Δ1 로 표시되어 있고, Pc는 부품의 회전중심을 표시한다.

이어서, 도 2 는 장작축에 편심오차가 발생된 조립 상태를 보여주는 개략도로서, 부품의 장착각 θ를 수정하기 위하여 부품 흡착축 Z축을 회전축 R축으로 하여 Δθ 만큼 회전 시킬 때, 도 2와 같이 헤드와 노즐의 Z축의 조립 상태가 PCB의 수평면과 정확히 직교하지 않고, 편심오차가 발생하였다면, Z 축의 끝단은 원형이 아닌 타원형의 궤적을 그리므로 이로인해, 장착위치 X,Y 좌표의 오차가 발생되는 것이다. 이렇게 발생된 편심오차는 칩 및 헤드의 회전 중심의 차이를 야기시키고, 이로 인해 발생된 오차를 도 3에 도시하였다.

도 3에서 도면 부호 Ph는 헤드의 회전 중심이고, Pc는 칩의 회전중심이고, Pc0g는 회전에 따른 위치 보정 후의 칩의 회전 중심이고, S는 칩의 회전중심(Pc)에 대해 Δ1 각도로 회전했을 때 Sr은 위치 보정후의 칩의 회전 중심(Pc')에 대해 회전했을 때 칩의 위치이다. 도 2 에서 칩을 흡착하고 있는 헤드를 회전시시키면 칩은 S의 위치가 아니고, Sr의 위치로 이동하게 되므로, 실제로는 x 방향으로의 실제 수평편차 Δx0h와 y방향으로의 실제 수직편차 Δy' 만큼의 틀어짐이 발생한다.

따라서, 시각 인식 장치에서 장착축의 편심오차(Run-Out)가 발생했음에도 불구하고, 흡착시 기준 위치에 대해 수직편차와 수평편차에 대한 보정량만을 그대로 O/S에 리턴하게 되면, 칩 장착시에 X 방향으로의 수평 오차x(=Δx'-Δx)와 y 방향으로 수직 오차y(=Δy'-Δy)가 또 발생하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 비젼 시스템의 교시용 카메라를 이용하여 회전 각도에 따라 발생한 x축 편차, y축 편차에 대한 데이터를 미리 저장하였다가, 부품 장착시에 상기 데이터를 이용하여 편심 오차에 따른 장착위치의 오차를 보상하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 다수개의 노즐중 하나를 선택하는 노즐 인덱스 i 를 1로 초기화하고, 회전 각도에 따른 위치 Xj, Yj를 나타내는 인덱스 j를 0으로 초기화하는 제 1 단계와; 헤더부를 구동시켜 i번째 노즐을 고정 카메라로 이동시키고, 현재의 위치를 Xr, Yr으로 저장하는 제 2 단계; 상기 노즐의 회전 각도 θ를 0°로 고정 시킨 상태에서 획득한 영상을 저장하여 교시하는 제 3 단계; 노즐의 현 회전 각도에 소정의 각도를 더하여 회전 각도를 갱신시키는 제 4 단계; 상기 제 4단계 이후, 갱신된 회전 각도에서 획득한 원시 영상과, 상기 제 3단계에서 획득한 교시 영상을 비교하여 현재 노즐의 중심 위치(X_j, Y_j)및 편차(ΔX_j, ΔY_j)를 저장하는 제 5 단계; 상기 갱신된 회전 각도가 360°인지를 판단하는 제 6단계; 상기 제 6단계의 판단결과, 회전 각도 360°가 아니면 상기 인덱스 j를 1증가시켜 상기 제 4 단계부터 반복 수행하는 한편, 회전 각도가 360°이면 상기 노즐 인덱스를 1증가 시키고, 상기 제 2 단계부터 반복 수행하는 제 7 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 헤드와 노즐에서 발생한 장작축의 편심오차로 인한 회전각에 따른 틀어짐량을 미리 측정하여, 편심 오차에 비례하여 커지던 장착시의 오차를 제거하여 정확한 위치에 전자부품을 장착할 수 있는 것이다.

도 1 은 전자부품 흡착시 헤드와 전자부품의 위치 관계를 도시한 개략도,

도 2 는 장작축에 편심오차가 발생된 조립 상태를 보여주는 개략도,

도 3 은 전자부품 및 헤드의 회전 중심의 차이에 따른 오차 발생을 도시한 개략도,

도 4 는 본 발명에 따라 노즐이 회전되면서 발생하는 편심오차를 보상하기 위한 X, Y축 편차를 보여주는 도면,

도 5 는 본 발명에 따라 편심오차로 인해 회전 각도에 따라 발생한 X, Y축 편차를 구하여 룩업 테이블을 작성하는 과정을 보인 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

H: 헤 드 N: 노즐

Ph: 헤드의 회전 중심 Pc: 칩의 회전중심

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

도 4는는 본 발명에 따라 노즐이 회전되면서 발생하는 편심오차를 보상하기 위한 X, Y축 편차를 보여주는 도면이고, 도 5 는 본 발명에 따라 편심오차로 인해 회전 각도에 따라 발생한 X, Y축 편차를 구하여 룩업 테이블을 작성하는 과정을 보인 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 전자 부품을 흡착하기 전의 헤드(H)에 노즐(N)을 부착한 장착부에서, 회전 각도 θ를 0°로 한 상태에서 교시용 카메라를 통해 획득한 (a)노즐 영상은 기준이 되는 교시 영상이며, 이때의 중심 좌표는 X_r, Y_r이다. 그리고, 장착부의 회전 각도 θ를 90°로 한 상태에서 교시용 카메라를 통해 획득한 (b)노즐 영상은 비교의 대상이 되는 원시 영상이며, 이때의 중심 좌표는 X_j, Y_j이다. 이때 상기 두 영상을 템플리트 매칭(template matching)방법으로 비교하여 얻어지는 x축 편차(ΔX)는 X_j-X_r이고, y축 편차(ΔY)는 Y_j-Y_r에 해당한다.

이렇게 회전 각도에 따라 발생하는 x,y 축 편차값을 미리 측정하여 룩업 테이블을 형성한 다음, 장착시에 상기 룩업 테이블의 편차값들로 위치보정을 실시하게 되면, 편심오차로 인해 발생가능 했던 오차를 방지 할 수 있는 것이다.

이어서, 도 5를 참조하여 룩업 테이블을 생성하는 과정은 다음과 같다. 다수개의 노즐중 하나를 선택하는 노즐 인덱스 i 를 1로 초기화하고, 회전 각도에 따른 위치 Xj, Yj를 나타내는 인덱스 j를 0으로 초기화한 후(S1), 헤더부를 구동시켜 i번째 노즐을 고정 카메라로 이동시키고, 현재의 위치를 X_r, Y_r으로 저장한다.(S2) 상기 헤더부의 장착축 Z축을 회전축 R축으로 삼고, 회전 각도 θ를 0°로 고정 시킨 상태에서 상기 고정 카메라를 통해 획득한 노즐 영상을 교시 영상으로 하여 이를 저장한다.(S3)

이제, 회전축 R축을 중심으로 회전 각도 0°에서 소정의 각도(45°)로 회전 시킨후(S4), 갱신된 회전 각도에서 카메라를 통해 획득한 원시 영상과 상기 교시 영상을 템플리트 매칭방법으로 비교하여 X편차 ΔX_j= X_j- X_r, Y편차 ΔY_j= Y_j- Y_r를 계산하여, 갱신된 회전 각도에서 현재 노즐의 위치(X_j, Y_j) 및, 상기 X, Y편차(ΔX_j,ΔY_j)를 룩업 테이블에 저장한다.(S5) 이와 같이 회전 각도를 갱신시키면서, 회전 각도가 360°가 될 때 각 회전 각도에서 얻은 노즐의 위치와 편차값들을 룩업 테이블에 저장하는 것이다.(S6, S7)

첫번째 노즐의 형상에 대한 자료를 저장한 후에, 상기 헤더부를 구동시켜 다음 노즐을 고정된 카메라로 이동시킨 후, 상기와같은 동작을 반복하여, 모든 노즐에 대한 회전 각도에 따른 노즐의 위치 및 편차를 계산하여 저장한다.(S8, S9)

이상에서 서술된 것은 모든 점에서 단순한 예시에 불과한 것이고, 이를 가지고 한정적으로 해석해서는 안되며, 단지 본 발명의 진정한 정신 및 범위내에 존재하는 변형에는 모두 본 발명의 청구범위에 속하는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 헤드와 노즐에서 발생한 장작축의 편심오차로 인한 회전각에 따른 틀어짐량을 비젼 시스템을 이용하여 미리 측정하여 이를 시스템의 데이터로서 활용하므로써, 부품을 회전 시켜 장착할 경우 편심 오차에 비례하여 커지던 장착시의 오차를 제거하여 정확한 위치에 전자부품을 장착할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

노즐에 진공흡착된 부품을 소정 스테이션으로 이동시킨 후 모터의 동작에 따라 노즐을 회전시켜 부품의 자세를 인식한 후 소정의 절차에 따라 편차를 구하여 이를 보정할 수 있도록 된 비젼 시스템을 구비한 표면 실장 장치에 있어서,

다수개의 노즐중 하나를 선택하는 노즐 인덱스 i 를 1로 초기화하고, 회전 각도에 따른 위치 Xj, Yj를 나타내는 인덱스 j를 0으로 초기화하는 제 1 단계(S1)와; 헤더부를 구동시켜 i번째 노즐을 고정 카메라로 이동시키고, 현재의 위치를 Xr, Yr으로 저장하는 제 2 단계(S2);

상기 노즐의 회전 각도 θ를 0°로 고정 시킨 상태에서 획득한 영상을 저장하여 교시하는 제 3 단계(S3);

노즐의 현 회전 각도에 소정의 각도를 더하여 회전 각도를 갱신시키는 제 4 단계(S4);

상기 제 4단계 이후, 갱신된 회전 각도에서 획득한 원시 영상과, 상기 제 3단계에서 획득한 교시 영상을 비교하여 현재 노즐의 중심 위치(Xj, Yj) 및 편차 (ΔXj, ΔYj)를 저장하는 제 5 단계(S5);

상기 갱신된 회전 각도가 360°인지를 판단하는 제 6단계(S6);

기 제 6단계의 판단결과, 회전 각도 360°가 아니면 상기 인덱스 j를 1증가시켜 상기 제 4 단계부터 반복 수행하는 한편, 회전 각도가 360°이면 상기 노즐 인덱스를 1증가 시키고, 상기 제 2 단계부터 반복 수행하는 제 7 단계(S7∼S9)를 포함하여 구성되는 표면 실장 장치에서의 장착축 편심오차 보정 방법.