KR20010014308A - 컴포넌트의 대상물 에지부가 위치하는 높이를 측정하는방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴포넌트의 대상물 에지부가 자동 컴포넌트 장착 기계내에 위치하는 높이를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 공지된 장치는 자동 컴포넌트 장착기계내 컴포넌트(1)상의 단자(2)의 동일 평탄성을 검사하기 위해 삼각측량법을 사용한다. 이 경우 레이저 광의 사용은 강하고 바람직하지 않은 표면 민감성을 야기한다. 쉐도우-캐스팅 방법의 경우, 단자(2)는 단자(2)가 정확하게 위치할 때에만 센서(7)상에 뚜렷하게 이미징된다. 대상물 에지부(단자)(2)는 평행광으로 조사되고 센서(7)상의 렌즈(6)의 도움으로 이미징된다. 텔레센트릭 이미징에 의해, 대상물 에지부(2)의 쉐도우의 뚜렷한 이미지가 대상물 에지부가 시준기(5)와 렌즈(6) 사이의 영역에 위치할 때에도 센서(7)상에서 얻어진다.

Description

컴포넌트의 대상물 에지부가 위치하는 높이를 측정하는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE HEIGHT AT WHICH OBJECT EDGES OF COMPONENTS ARE POSITIONED}

표면 장착 장치(SMD)의 컴포넌트가 인쇄 회로 기판 또는 세라믹 기판상에 장착될 때, 개별 컴포넌트는 장착 헤드의 도움으로 매거진 또는 공급 장치로부터 제거되고 다음으로 인쇄 회로 기판 또는 세라믹 기판상에 소정 위치로 위치한다. 매거진 또는 공급 장치의 픽업 위치의 컴포넌트가 대략 1밀리미터의 위치상 공차를 가지지만 인쇄 회로 기판 또는 세라믹 기판상에서 높은 정확도로 위치하여야만 하기 때문에, 자동 위치 검출 및 보정의 필요성이 있다. 게다가, 특히 다극성 SMD 컴포넌트의 경우 이격과 동일 평탄성 즉, 단자의 균일한 높이 위치를 검사할 필요가 있다. 이러한 검사는 또한 예를 들면, SMD 컴포넌트를 제조할 때 품질 조절로서 수행된다.

위치의 검출과 컴포넌트의 단자의 이격을 검사하기 위한 공지된 방법은 컴포넌트 또는 평탄한 CCD 카메라상의 컴포넌트의 부분을 이미징하는 렌즈를 사용하고, 디지털 이미지 처리에 의해 컴포넌트 단자의 위치 및 단자의 이격을 결정한다.

동일 평탄성의 측정을 위해, 미국특허 5 440 391에는 SMD 컴포넌트의 단자가 위치하는 높이가 단자가 두 방향으로부터의 레이저에 의해 조사(illuminate)된다는 점으로 결정되는 삼각측량법에 관해 개시되어 있고, 단자의 두 캐스트(cast) 쉐도우가 CCD 카메라로 검출된다. 단자가 위치하는 높이는 카메라의 하류에 결합된 이미지 평가 유니트에서 결정된다. 모든 단자가 인쇄 회로 기판상에 장착될 때 접촉부를 형성하는 것은 아니라는 효과를 가진 동일 평탄성에서 허용할 수 없는 편차를 가지는 경우, 결함을 가진 컴포넌트가 이러한 방식으로 식별되고 장착 공정으로부터 제거되는 것이 가능하다. 이러한 방법의 문제점은 단자 표면의 특성에 대한 레이저광의 고감도 반사이고, 이는 측정시 에러를 유발한다.

컴포넌트의 동일 평탄성을 측정하기 위한 쉐도우-캐스팅 방법은 WO 93/19577에 개시되어 있다, 이 경우, 단자는 투과광으로 조사되고, SMD 컴포넌트의 단자 단부의 쉐도우 이미지가 센서에 투사된다. 이미지의 광학축은 수평으로 배치된 대상물에 대해 90°와 같지 않은 소정 각을 가진다. 단자가 위치하는 높이는 이러한 각도, 센서로부터의 단자의 이격 및 센서상의 쉐도우 이미지의 위치로부터 계산될 수 있다. 이러한 방법으로, 단자의 쉐도우의 뚜렷하지 않은 이미지가 변화하는 컴포넌트의 크기 때문에 센서상에 형성되고, 이로써 장치내에서 컴포넌트의 위치가 변한다. 더욱이, 이 경우 센서상의 쉐도우의 위치는 컴포넌트가 센서로부터 먼 거리에 위치할 때 변위되고, 이에 따라 컴포넌트가 위치하는 높이를 계산하는 것이 어렵게 된다.

미국특허 4 875 779에는 컴포넌트상의 단자의 동일 평탄성을 특정하기 위한 이미징 방법에 관해 개시되어 있다. 이를 위해, 단자는 기준면상에 장착되고 장착 영역이 조사된다. 결함을 가진 동일 평탄성의 경우, 기준면과 단자 사이에 갭이 형성되고, 이러한 갭은 센서상에 이미징되고 동일 평탄성을 결정하기 위해 하류에 결합된 이미지 평가 유니트내에서 평가된다. 기준면에 장착됨으로써 장착 공정에서의 바람직하지 않은 시간 손실을 야기하고, 또한, 기준면의 처리는 예를 들면, 장착 헤드상에 복잡하고 고가인 구조물을 야기한다. 더욱이, 약간의 초점 심도만이 센서상의 소정 이미징에 의해 구현될 수 있고, 그 결과 다른 크기의 컴포넌트는 측정 이전에 고가의 비용을 들여 최적 이미징 포인트에 위치시켜야만 한다.

본 발명은 컴포넌트의 대상물 에지부가 위치하는 높이를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 방법을 수행하는 장치의 개략 단면도이고, 단자가 두 개의 다른 각으로 조사된다.

도 2는 본 발명의 방법을 수행하는 장치의 단면도이고, 단자가 하나의 광원으로만 조사된다.

도 3은 본 발명의 방법을 수행하는 장치의 평면도이고, 하나의 광원만을 가진다.

도 4는 동일 평탄성을 측정하기 위한 센서의 개략 단면도이다.

본 발명의 목적은 다른 크기의 컴포넌트에 대해 삼각측량법의 표면 민감성을 나타냄없이 평가될 수 있는 단자의 쉐도우 이미지를 형성하는 컴포넌트상의 단자의 동일 평탄성을 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1과 청구항 10의 특징에 따른 방법 및 장치에 의해 이루어진다.

본 발명에 따른 방법에 의해, 컴포넌트의 단자의 쉐도우는 단자의 위치가 렌즈와 시준기 사이의 소정 영역에서 변하는 경우에도 계산될 수 있는 방식으로 센서상에 바람직하게 이미징된다. 공지된 직접 쉐도우-캐스팅 방법에서, 컴포넌트가 센서에 직접 인접하여 위치할 때 평가될 수 있는 뚜렷한 쉐도우가 얻어진다. 단자가 허용 영역내에서 센서로부터 제거될 때 평가하기에 충분히 뚜렷한 이미지가 남겨진다. 이러한 영역의 길이는 본 발명에 따른 방법에 의한 크기의 두 배 정도인데, 그 이유는 평가될 수 있는 쉐도우의 이미지가 형성되는 영역이 최적의 이미징 포인트로부터 센서로부터 멀어지고 그리고 센서 방향으로 연장하기 때문이다. 결과적으로, 다른 크기의 컴포넌트가 측정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 사용하는 추가의 장점은 주어진 텔레센트릭(telecentric) 이미징이 사용될 때, 센서상의 이미지 쉐도우의 위치가 단자가 최적 이미징 포인트로부터 거리를 두고 이격하여 위치할 때에 변하지 않는다는 것이다.

추가의 장점은 종속항에 개요되어 있다. 따라서, 예를 들어 선택된 텔레센트릭 이미징에 의해 센서상에서 확장되는 방식으로 단자를 이미징하는 것이 가능하고, 그 결과 매우 작은 구조물일지라도 적절하게 분석하는 것이 가능하다.

더욱이, 청구항 14에 개시되어 있듯이, 센서와 컴포넌트 사이의 본 발명에 따른 큰 이격으로 인해 예를 들어 먼지로부터의 큰 독립성을 얻기 위해 주변의 영향으로부터 센서를 갭슐화하는 것이 가능하다는 장점을 가진다. 광학축의 방향으로 광을 투과하는 캡슐상의 오염물은 이미징 특성을 약간 방해한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 통해 상세히 설명된다.

대상물 수평선(3) 방향으로 위치하는 다수의 단자(2)를 가진 컴포넌트(1)가 조사되고 이미징되는 방법이 도 1에 도시된다. 광원(4)으로부터 방출된 빔은 이 경우 시준기(5)에 의해 예를 들면, 컴포넌트(1)의 단자(2)를 조사하는 평행광으로 변환된다. 렌즈(6)는 라인 센서(7)상의 단자(2)의 쉐도우를 이미징한다. 대상물 수평선(3)에 대해 각 α로의 이러한 조사에 추가하여, 대상물 수평선(3)에 대해 제 2 각 β로 추가로 조사된다. 이 경우, 제 2 광원(10)으로부터 방출되는 빔 또한 제 2 시준기(11)에 의해 평행광으로 변환되고, 단자(2)는 제 2 렌즈(12)에 의해 제 2 센서(13)상에 이미징된다. 이미지 평가 유니트(도시 안됨)로, 라인 센서(7)와 제 2 라인 센서(13)상의 이미지가 추가로 처리되어 단자(2)가 위치하는 높이가 계산될 수 있도록 한다. 더욱이, 이러한 방법을 사용하여 센서(7) 및 제 2 센서(13)로부터 단자(2)의 거리를 결정하는 것이 가능하다.

도 2는 대상물 수평선(3)과 광학축 사이가 작은 각(대략 10°)인 경우 한 번의 조사만으로도 가능한 방법을 도시한다. 이 경우, 광원(4)으로부터 방출되는 광 또한 시준기(5)에 의해 평행광으로 변환되고, 단자(2)의 쉐도우가 라인(6)에 의해 라인 센서(7)상에 이미징된다. 작은 각은 단자(2)가 위치하는 변화된 높이가 센서(7)상의 변화된 높이로 변환되도록 한다. 모든 단자(2)를 측정하기 위해, 컴포넌트(1)의 위치가 도 3에 도시된 바와 같이 광학축에 대해 변위되고, 이는 컴포넌트 또는 조사 장치를 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 이미징될 단자(2)상의 이러한 대상물 에지부가 렌즈(6)와 시준기(5) 사이의 최적 이미징 포인트에 위치하지 않는다면, 넓은 밝은/어두운 전이부가 센서(7)상의 쉐도우의 에지부로서 형성된다. 밝은/어두운 전이부의 평균 밝기가 검출되기 위한 수직 위치가 본 발명에 따른 방법에서 무시할 수 있을 만큼 변하지만, 최적 이미징 포인트로부터 단자(2)의 거리의 함수로서 수행된다.

이러한 방법을 수행하기 위한 장치는 예시를 위해 도 4에 도시된다. 이러한 장치는 예를 들면, 품질 검사를 위해 자동 컴포넌트 장착 기계 혹은 장치내 또는 자동 컴포넌트 장착 기계내 장착 헤드상의 분리 스테이션으로서 부착될 수 있다. 광원(4)(예를 들면, 적외선-방출 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드)이 하우징(15)내에 위치하고, 광원의 빔은 시준기(5)에 의해 평행광으로 변환된다. 광은 거울(17)에 의해 편향되어, 장착 헤드(도시 안됨)의 흡입 피펫(18)상에 고정된 컴포넌트(1)의 단자(2)를 조사하고, 라인 센서(7)상의 단자(2)의 쉐도우를 이미징하는 렌즈(6)상의 추가의 거울(17)에 의해 편향된다. 이미지 평가 유니트(14)가 라인 센서(7)의 하류에 결합되고, 이로써 단자(2)가 위치하는 높이를 결정하는 것이 가능해진다. 라인 센서(7) 대신에, 위치-민감 센서(PSD)(7)를 사용하는 것이 가능하다. 라인 센서(7)는 광학축 방향으로 광을 투과하도록 설계된 추가의 캡슐에 의해 주변 환경(먼지, 오염물)으로부터 보호될 수 있다. 광에 대해 투과적인 캡슐상의 오염물에 의한 이미징의 품질의 손상은 직접 쉐도우-캐스팅 방법에 비해 무시할 수 있을 만큼이다.

장치는 드라이브(도시 안됨)에 의해 이동되는 하우징(15)내에 위치하여, 행내에 위치하는 컴포넌트의 모든 단자(2)가 라인 센서상에서 연속적으로 이미징되고 동일 평탄성의 검사가 이미지 평가 유니트(14)내에서 수행되도록 한다.

광학축에 대해 수직인 컴포넌트(1)의 수평 이동 또한 단자(7)의 상호 거리가 측정될 수 있도록 하고, 이에 따라 소위 이격 검사가 수행될 수 있게 된다. 장치는 단자(2)가 렌즈(6)와 시준기(5) (각각의 경우 초점길이는 80mm) 사이에 26mm 길이의 영역내에 위치할 때 대략 6㎛의 높이를 결정하는데 있어서 4σ 정확도를 제공한다. 이에 따라, 다른 크기(일반적으로 6mm 내지 60mm)의 컴포넌트의 단자가 이러한 장치내에 위치하는 높이를 복잡한 조정없이 결정하는 것이 가능하다. 단자(2)가 위치하여 이들의 쉐도우가 계산될 수 있는 방식으로 이미징되도록 하는 영역의 크기는 쉐도우-캐스팅 방법과 비교하여 크기가 두 배이다. 컴포넌트(1)는 최적 이미징 위치로부터 센서(7) 방향 그리고 센서(7)로부터 멀어지는 방향으로 이동될 수 있고, 이는 센서(7)상에 컴포넌트(1)가 곧바로 위치하기 때문에 직접 쉐도우-캐스팅 방법의 경우 불가능한 것이다.

Claims (18)

1. 컴포넌트(1)의 대상물(2) 에지부가 위치하는 높이를 측정하는 방법에 있어서,

   상기 대상물 에지부(2)는 적어도 하나의 광원(4)의 평행광빔에 의해 조사되며,

   상기 대상물의 에지부(2)의 쉐도우는 센서(7)상의 렌즈에 의해 텔레센트릭하게 이미징되고,

   상기 대상물의 에지부(2)가 위치하는 높이는 상기 센서(7)의 하류에 결합된 이미지 평가 유니트(14)내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 대상물 에지부는 상기 컴포넌트(1)의 단자(2)의 에지부이고, 상기 단자(2)의 동일 평탄성은 상기 방법을 사용하여 검사되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 평행광빔은 상기 광원(4)과 상기 대상물 에지부(2) 사이의 빔 경로내에 배치된 시준기(5)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 광빔과 상기 컴포넌트의 대상물 수평선(3)사이의 작은 각에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 컴포넌트(1)의 상기 대상물 에지부(2)의 추가의 쉐도우 이미지가 제 2 시준기(11)에 의한 광원(10)으로부터의 평행광으로 조사되고, 제 2 센서(13)상의 제 2 렌즈(12)에 의해 이미징되며, 상기 컴포넌트(1)의 상기 대상물 수평선(3)과 개별 광빔 사이의 각(α, β)은 다르고, 상기 대상물 에지부(2)가 위치하는 높이는 상기 이미지 평가 유니트(14)내의 상기 센서(7, 13)상의 두 이미지로부터 검사되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 센서(7)로부터의 상기 대상물 에지부(2)의 거리가 추가로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 컴포넌트(1)의 위치는 다른 대상물 에지부(2)를 측정하기 위해 광학축에 대해 변하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 대상물 에지부(2) 사이의 이격이 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 대상물 에지부(2)의 쉐도우는 상기 센서(7)상에서 확장 방식으로 이미징되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 대상물 에지부(2)를 조사하기 위한 적어도 하나의 광원(4) 및 하류에 결합된 이미지 평가 유니트(14)를 가진 적어도 하나의 센서(7)를 포함하며 컴포넌트(1)의 상기 대상물 에지부(2)가 위치하는 높이를 측정하는 장치에 있어서,

    적어도 하나의 시준기(5) 및 적어도 하나의 렌즈(6)가 빔 경로내에 위치하여 상기 컴포넌트(1)의 상기 대상물 에지부(2)가 평행광으로 조사되도록 하고, 상기 대상물 에지부(2)의 쉐도우가 상기 센서(7)상에서 텔레센트릭하게 이미징되는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 제 2 광원(10), 제 2 시준기(11), 제 2 렌즈(12) 및 상기 이미지 평가 유니트(14)에 결합되는 제 2 센서(13)가 상기 대상물 에지부(2)가 제 2 방향으로부터 조사되고 이미징되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 장치는 하우징(15)내에 수용되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 10 항, 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 하우징(15)은 상기 센서(7)상의 상기 컴포넌트(1)의 다른 대상물 에지부(2)를 이미징하기 위해 상기 컴포넌트(1)에 대한 상기 장치의 위치를 변화시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 10 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서(7) 주위에 상기 광학축 방향으로 광을 투과하는 캡슐이 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 10 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서(7)는 상기 광학축에 수직으로 위치하고 상기 대상물 에지부(2)에 수직으로 위치하는 라인 센서인 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 10 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서(7)는 상기 광학축에 수직으로 위치하며 상기 대상물 에지부(2)에 수직으로 위치하는 위치-민감 검출기(PSD)인 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 10 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원(4)은 적외선-방출 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 10 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원(4)은 적외선-방출 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 장치.