KR19990008578U - 표면실장기의 헤드장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 표면실장기 헤드장치에 관한 것으로, 종래에는 부품을 흡착하고 이를 실장하기 위하여 움직이는 헤드유니트를 구성하는 구성요소가 많을 뿐만 아니라 그 무게가 무겁기 때문에 부품을 실장하기 위하여 헤드유니트가 고속으로 이동할 경우 진동을 유발시켜 부품의 실장 정밀도를 저하시킬 뿐만 아니라 셋틀링 타임도 길어지게 되는 문제점이 있었는 바, 본 고안은 부품의 기능을 통합하여 부품수를 줄임과 더불어 그에 따라 무게를 감소시키고 또한 구조를 간소화함으로써 XY테이블에 의해 구동시 진동을 감소시켜 부품을 실장하는 실장 정밀도를 높일 뿐만 아니라 보다 신속하게 부품을 실장할 수 있게 되고, 또한 헤드유니트의 구조가 간소화되고 XY테이블의 X축프레임의 길이를 줄일 수 있어 전체적인 구조를 소형화할 수 있도록 한 것이다.

Description

표면실장기의 헤드장치

본 고안은 표면실장기에 관한 것으로, 특히 부품을 흡착하고 실장하는 표면실장기의 헤드장치에 관한 것이다.

최근 전기,전자제품의 소형화 추세는 전자부품의 고밀도화, 소형화, 다양화를 유도하고 있다. 따라서 인쇄회로기판(PCB;Printed Circuit Board) 조립생산에 표면실장기술(SMT;Surface Mounting Technology)의 사용이 가속화되고 있다. 상기 표면실장기술은 크게 표면실장부품(SMD;Surface Mounting Device)의 개발과 이 표면실장부품의 조립기술 개발로 분류된다. 이 표면실장부품의 개발은 반도체 기술의 발전에 따라 소형화, 집적화의 추세로 발전하고 있으며, 조립기술은 이러한 부품들의 표면실장에 필요한 정밀조립장비의 개발과 각종 조립장비들의 운용기술의 개발에 치중하고 있다. 표면실장기는 표면실장부품을 인쇄회로기판상에 실장하는 장비로서 표면실장조립장비의 핵심장비이며, Tape, Stick, Tray 형태로 공급되는 각종 표면실장부품을 부품공급기(Feeder)로부터 공급받아 인쇄회로기판상의 실장위치까지 이송하고 인쇄회로기판상에 실장하는 장비이다.

도 1a, 1b는 표면실장기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 표면실장기는 기준 프레임을 이루는 작업테이블(1)과, 이 작업테이블(1)의 일측에 장착되어 표면실장 부품을 공급하는 부품공급기(FEEDER)(2)와, X축프레임(3a)과 Y축프레임(3b)이 구비하여 이루어져 작업위치를 결정하는 XY테이블(3)과, 상기 작업테이블(1)에 설치되어 작업 인쇄회로기판을 반송하는 콘베이어(CONVEYOR)(4)와, 상기 XY테이블(3)에 장착되어 부품공급기(2)에 의해 공급되는 표면실장 부품을 집어 인쇄회로기판에 실장하는 수개의 헤드가 구비된 헤드유니트(5)와, 상기 헤드유니트가 부품을 흡착하여 인쇄회로기판에 실장하기 전에 헤드유니트(5)에 흡착된 부품의 위치를 측정하는 비젼카메라(6)를 포함하여 구성되어 있다.

그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 헤드유니트(5)는 부품이 실제로 흡착되는 노즐바(7)를 구비하여 이루어진 헤드(8)와 상기 헤드의 노즐바(7)를 움직이도록 하는 공압실린더(9) 및 이에 결합된 푸시로드(10)와, 상기 헤드(8)의 일측에 결합되어 헤드(8)에 흡착된 부품의 위치를 보정하는 회전모터(11)를 포함하여 구성되어 있다.

상기한 바와 같은 표면실장기는 표면실장 부품이 실장되는 인쇄회로기판(P)이 콘베이어(4)에 의해 작업공간으로 이송되면 헤드유니트(5)가 XY테이블(3)에 의해 부품이 공급되는 부품공급기(2)로 이동하여 흡착될 부품의 상측에 위치하게 된다. 이어 공압실린더(9)에 의해 푸시로드(10)가 하강함에 따라 동시에 헤드(8)가 하강하여 노즐바(7)가 부품의 상면에 위치하게 되면 진공압이 작용하여 헤드(8)의 노즐바(7)에 부품이 흡착하게 된다. 상기 부품이 흡착된 헤드(8)는 비젼카메라(6)의 위치로 이동하여 비젼카메라(6)에 의해 흡착된 위치가 측정되며, 이 흡착된 위치는 헤드(8)의 센터와 비교되고 그 비교된 편차를 산정하게 된다. 상기 부품이 흡착된 헤드(8)는 그 산정된 편차가 보정되면서 XY테이블(3)에 의해 인쇄회로기판의 실장위치로 이동하여 부품을 흡착하게 된다. 상기 부품의 회전편차는 회전모터(11)에 의해 보정하게 된다.

상기 인쇄회로기판에 부품을 실장하는 표면실장기의 성능을 좌우하는 두가지의 요소는 인쇄회로기판에 부품을 어느 정도 정확하게 실장할 수 있가에 대한 실장의 정확성과 단시간내에 얼마나 많은 부품을 실장할 수 있는가에 대한 실장의 신속성이다. 즉, 표면실장기가 부품을 실장하는 경우 부품을 인쇄회로기판위에 정확하게 실장하기 위해서는 XY테이블(3)의 이송 정밀도가 중요한 요소중의 하나이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 구조는 부품을 흡착하고 이를 실장하기 위하여 움직이는 헤드유니트를 구성하는 구성요소가 많을 뿐만 아니라 그 무게가 무겁기 때문에 부품을 실장하기 위하여 헤드유니트가 고속으로 이동할 경우 진동을 유발시켜 부품의 실장 정밀도를 저하시킬 뿐만 아니라 셋틀링 타임도 길어지게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 구조를 간단하게 할 뿐만 아니라 무게를 감소시킬 수 있도록 한 표면실장기의 헤드장치를 제공함에 있다.

도 1a는 일반적인 표면실장기의 일예를 도시한 평면도,

도 1b는 상기 표면실장기의 정면도,

도 2는 상기 표면실장기의 헤드유니트를 도시한 측단면도,

도 3은 본 고안의 헤드장치를 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

3 ; XY테이블 3a ; X축프레임

3b ; Y축프레임 12 ; 몸체

12a ; 관통공 13 ; 모터고정자

14 ; 모터회전자 15 ; 이동축

16 ; 상부베어링 17 ; 하부베어링

18 ; 원통형센서 19 ; 센서원판

20 ; 엑츄에이터 21 ; 노즐바

22 ; 에어링 24 ; 제1스프링

26 ; 제2스프링 28 ; Z축플레이트

상기한 바와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 X축프레임과 Y축프레임을 구비하여 이루어진 XY테이블의 X축프레임에 결합되어 X축프레임상을 이동함과 더불어 Z축으로 수직 상,하운동하는 Z축플레이트와, 상기 Z축플레이트에 결합되어 부품을 흡착,실장하는 수개의 헤드를 포함하여 구성된 표면실장기의 헤드유니트에 있어서; 상기 헤드는 소정의 내부 체적을 갖으며 상,하면에 소정의 관통공이 형성된 원통형 몸체와, 상기 몸체의 내측 하부에 결합되는 모터고정자와, 상기 모터고정자에 결합되는 모터회전자와, 일측 단부가 상기 몸체 하면 관통공에 돌출되도록 상기 모터회전자에 압입되는 이동축과, 상기 이동축에 소정의 거리를 두고 각각 결합됨과 더불어 몸체의 내부에 결합되어 상기 이동축을 지지하는 상,하부베어링과, 상기 상베어링의 상측에 위치하도록 몸체의 내측에 결합되는 인덕토신의 원리를 이용한 원통형센서 및 상기 이동축의 단부에 결합되는 센서원판과, 상기 몸체의 일측에 결합되어 상기 이동축에 수직이동력을 작용시키는 엑츄에이터와, 상기 이동축의 단부에 결합되어 작용하는 진공압에 의해 부품이 흡착되는 노즐바 및 이에 진공압이 유입되도록 안내하는 에어링과, 상기 엑츄에이터의 일측에 결합되는 제1스프링과, 상기 이동축의 일측 단부에 결합되는 제2스프링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 표면실장기의 헤드장치가 제공된다.

상기 이동축의 단부에 결합되는 센서원판의 상측에 위치하도록 에츄에이터의 일측에는 상기 이동축으로 영향을 차단하며 축방향 힘을 지지하는 스러스트베어링이 결합됨을 특징으로 하는 표면실장기의 헤드장치가 제공된다.

이하, 본 고안의 표면실장기 헤드장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 표면실장기 헤드장치는, 도 3에 도시한 바와 같이, 소정의 내부 체적을 갖으며 상,하면에 소정의 관통공이 형성된 원통형 몸체(12)와, 상기 몸체(12)의 내측 하부에 결합되는 모터고정자(13)와, 상기 모터고정자(13)에 결합되는 모터회전자(14)와, 일측 단부가 상기 몸체(12) 하면 관통공(12a)에 돌출되도록 상기 모터회전자(14)에 압입되는 이동축(15)과, 상기 이동축(15)에 소정의 거리를 두고 각각 결합됨과 더불어 몸체(12)의 내부에 결합되어 상기 이동축(15)을 지지하는 상,하부베어링(16,17)으로 구성된다. 상기 모터회전자(14) 및 모터고정자(13)는 회전모터를 구성하며 상기 모터회전자(14)는 모터고정자(13)보다 길이가 짧게 형성된다. 그리고 상기 상,하부베어링(16,17)은 축방향으로의 운동을 자유롭게 할 수 있도록 볼베어링의 경우 이동축(15)과의 공차를 여유있게 하거나, 리니어베어링을 사용함이 바람직하다.

그리고 상기 상부베어링(16)의 상측에 위치하도록 몸체(12)의 내측에 인덕토신의 원리를 이용한 원통형센서(18) 및 상기 이동축(15)의 단부에 센서원판(19)가 각각 결합된다. 상기 원통형센서(18)는 원통형으로 소정의 길이를 갖도록 형성되며, 상기 센서원판(19)은 상기 원통형센서(18)보다 작은 직경을 갖으며 소정의 두께를 갖도록 형성된다.

그리고 상기 몸체(12)의 일측에 상기 이동축(15)에 수직이동력을 작용시키는 엑츄에이터가(20) 결합되고, 상기 이동축(15)의 단부에 진공압에 의해 부품이 흡착되는 노즐바(21) 및 이에 진공압이 유입되도록 안내하는 에어링(22)이 결합된다. 상기 엑츄에이터(20)는 솔레노이드나 공압실린더 또는 리니어모터 등이 사용될 수 있다. 상기 엑츄에이터(20)의 일측은 상기 몸체(12)의 일측면에 형성된 관통공(12a)에 삽입되며, 이 삽입된 단부에는 스러스트베어링(23)이 결합된다. 상기 스러스트베어링(23)은 소정의 직경을 갖도록 원판형으로 형성됨이 바람직하고 이 스러스트베어링(23)은 상기 센서원판(19)과 대면되게 결합된다. 상기 스러스트베어링(23)이 결합된 엑츄에이터(20)의 일측에 제1스프링(24)이 결합된다. 상기 이동축(15)의 단부에 소정의 직경과 깊이를 갖도록 공기유로(15a)가 형성되며 상기 공기유로(15a)는 외부와 관통된 연결공(15b)이 형성되고, 상기 공기유로(15a)에 노즐바(21)가 결합된다. 상기 에어링(22)의 일측에는 결합시 상기 연결공(15b)과 연통되는 유입공(22a)이 형성된다. 그리고 상기 센서원판(19)이 결합된 이동축(15)의 측부에는 소정의 직경을 갖는 지지판(25)이 결합되며 이 지지판(25)과 상부베어링(16)사이에 위치하도록 이동축(15)에는 제2스프링(26)이 결합된다. 그리고 센서원판(16)과 양측면에 각각 위치하는 스러스트베어링(23)과 지지판(25)사이에는 각각 회전체(27)가 결합됨이 바람직하다.

본 고안의 헤드장치는 헤드유니트에 결합된다. 상기 표면실장기 헤드유니트는 X축프레임(3a)과 Y축프레임(3b)을 구비하여 이루어진 XY테이블(3)의 X축프레임(3a)에 결합되어 X축프레임(3a)상을 이동함과 더불어 Z축으로 수직 상,하운동하는 Z축플레이트(28)를 포함하여 구성되며, 상기 헤드장치는 상기 Z축플레이트(28)에 결합된다.

이하, 본 고안의 표면실장기 헤드장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 부품공급기로부터 부품이 공급되면 XY테이블(3)의 구동에 의해 헤드유니트(5)가 부품이 위치한 곳으로 이동하게 됨과 더불어 공압실린더(2)에 의해 부품의 상측으로 이동하게 된다. 이어 엑츄에이터(20)의 작동에 의해 이동축(15)이 아래로 이동하여 이동축(15)의 단부에 결합된 노즐바(21)가 부품의 상면에 위치하게 되고 이어 유입공(22a)과 연결공(15b)을 통해 진공압이 노즐바(21)에 작용하게 되어 부품을 흡착하게 된다. 상기 부품이 헤드의 노즐바(21)에 흡착되면 엑츄에이터(20)가 원위치하게 되며, 이어 같은 구동 과정으로 노즐바(21)의 중앙위치에 대하여 부품이 흡착된 위치와 부품이 실장될 인쇄회로기판의 위치를 일치시켜 실장하게 된다. 이때 부품의 위치는 XY테이블(3)에 의해 XY축선상의 편차의 위치가 보정되며 또한 회전편차는 센서원판(19) 및 원통형센서(18)의 기준값을 기준으로 하여 회전모터(13,14)가 회전함에 의해 보정된다.

상기한 바와 같이 본 고안은 종래의 노즐바(7), 회전모터(11), 축방향 푸시로드(10) 등의 기능을 일체로 집약한 것으로, 특히 회전모터에 축방향으로 움직일 수 있도록 기능을 추가함은 물론 축방향변위 측정센서와 회전센서를 추가하여 회전 및 축방향구동을 독립적으로 행할 수 있다. 또한 이로 인하여 구조가 간소화될 뿐만 아니라 무게를 감소시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안의 표면실장기 헤드장치는 구조가 간소화되고 그에 따라 무게가 감소됨으로써 XY테이블에 의해 구동시 진동이 감소되어 부품을 실장하는 실장 정밀도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 보다 신속하게 부품을 실장할 수 있게 되고, 또한 헤드유니트의 구조가 간소화되고 XY테이블의 X축프레임의 길이를 줄일 수 있어 전체적인 구조를 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. X축프레임과 Y축프레임을 구비하여 이루어진 XY테이블의 X축프레임에 결합되어 X축프레임상을 이동함과 더불어 Z축으로 수직 상,하운동하는 Z축플레이트와, 상기 Z축플레이트에 결합되어 부품을 흡착,실장하는 수개의 헤드를 포함하여 구성된 표면실장기의 헤드유니트에 있어서; 상기 헤드는 소정의 내부 체적을 갖으며 상,하면에 소정의 관통공이 형성된 원통형 몸체와, 상기 몸체의 내측 하부에 결합되는 모터고정자와, 상기 모터고정자에 결합되는 모터회전자와, 일측 단부가 상기 몸체 하면 관통공에 돌촐되도록 상기 모터고정자에 압입되는 이동축과, 상기 이동축에 소정의 거리를 두고 각각 결합됨과 더불어 몸체의 내부에 결합되어 상기 이동축을 지지하는 상,하부베어링과, 상기 상베어링의 상측에 위치하도록 몸체의 내측에 결합되는 인덕토신의 원리를 이용한 원통형센서 및 상기 이동축의 단부에 결합되는 센서원판과, 상기 몸체의 일측에 결합되어 상기 이동축에 수직이동력을 작용시키는 엑츄에이터와, 상기 이동축의 단부에 결합되어 작용하는 진공압에 의해 부품이 흡착되는 노즐바 및 이에 진공압이 유입되도록 안내하는 에어링과, 상기 엑츄에이터의 일측에 결합되는 제1스프링과, 상기 이동축의 일측 단부에 결합되는 제2스프링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 표면실장기의 헤드장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이동축의 단부에 결합되는 센서원판의 상측에 위치하도록 에츄에이터의 일측에는 상기 이동축으로 영향을 차단하며 축방향 힘을 지지하는 스러스트베어링이 결합됨을 특징으로 하는 표면실장기의 헤드장치.