KR20010043895A

KR20010043895A - 기판의 1차원적인 위치 지정 및 위치 검출를 위한 방법 및장치

Info

Publication number: KR20010043895A
Application number: KR1020007013397A
Authority: KR
Inventors: 요제프 바커
Original assignee: 칼 하인쯔 호르닝어; 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2001-05-25
Also published as: KR100381800B1; DE19823938C1; US6168003B1

Abstract

지금 까지는, 들고-놓기 로봇에서 운반되는 기판들이 초음파 또는 반사광 센서의 도움으로 검출되고, 1차원 운반이 정지되며, 상기 기판은 상기 기판(1)의 위치를 인식하기 위해 기계적으로 삽입가능한 정지 장치에 대항하여 운반된다. 상기 정지 장치의 고정 위치 때문에, 서로 다른 크기를 갖는 기판들(1)은 항상 최적의 어셈블리 경로 또는 짧은 어셈블리 시간들에 대해 반드시 적합하지만은 않은 위치에 정지된다. 상기 어셈블리 영역(x)내의 운반된 기판(1)의 위치는 상기 어셈블리 영역(x)위의 자유로이 위치 지정될 수 있는 센서 영역(13)과 함께 센서(10)에 의해 결정될 수 있다. 상기 센서(10)는 상기 어셈블리 영역(x)의 소정의 제동 위치(x1)에서 소정의 기판 특징부(9)를 검출하고, 1차원 운반은 정지되어 상기 특징부(9)를 갖는 기판은 어셈블리 위치(x2)에 안정되게 된다. 상기 센서(10)는 어셈블리 위치(x2)에 놓이게 되는 기판의 특징부(9)를 측정하고, 상기 측정된 위치를 기초로하여 기판 상에 정렬된 조정 마크(15)의 위치를 결정한다. 상기 표시는 상기 어셈블리 헤드(4)상에 위치한 조정 센서(14)로 정확히 측정된다.

Description

기판의 1차원적인 위치 지정 및 위치 검출를 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR LINEAR POSITIONING AND POSITION DETECTION OF A SUBSTRATE}

기판(예컨대, 인쇄회로기판(PCB) 또는 세라믹 기판들)과 컴포넌트(예컨대, 표면장착장치(SMD) 컴포넌트, SMD = surface mounted device 또는 볼 그리드 어레이(BGA) = ball-grid arrays)를 자동 조립하는데 있어서, 상기 개개의 컴포넌트들은 어셈블리 헤드에 의해 매거진(magazine) 또는 공급 장치로부터 제거되고 기판상의 소정 위치로 위치 지정된다. 이 경우에, 상기 기판들은 매거진으로부터 제거되고, 두 개의 대향면 상으로 유도되어 1차원 운반수단의 도움으로 들고-놓기 로봇으로 운반된다. 정밀한 조립을 위해, 상기 운반 방향으로의 PCB의 위치를 정확히 알 필요가 있다.

종래에 공개되지 않은 초기의 독일 특허 출원 DE 197 38 922 A1은 리드프레임과 집적 회로를 조립하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 이 경우에, 고정 검출기 유닛이, 조립하기 전에 상기 집적 회로의 위치 및/또는 상기 리드 프레임의 위치를 기록하는데 사용된다. 그러한 검출 유닛의 도움으로 이미 제동된 후에는 상기 PCB의 위치는 검출될 수 있지만, 상기 PCB를 제동시키는 방법은 제시할 수 없다.

GB 2 150 098 A는 기판을 전기적 컴포넌트와 조립하기 위한 기계를 개시하고 있는데, 상기 기판들은 어셈블리 위치에서 기계적 정지 장치에 의해 정지되고, 신축 가능하게(망원경식으로) 이동될 수 있고 상기 기판의 홀과 맞물리는 핀들에 의해 보다 정확하게 위치 지정되며, 그 다음 클램핑 수단에 의해 보다 정확한 위치에 고정된다. 상기 기계적인 정지 장치에 대해 반대로 이동할 때의 갑작스런 제동은 이미 조립된 컴포넌트를 바람직하지 못하게 이동시킬 수 있다. 추가적으로, 상기 핀들로 더 정확한 위치 지정을 하는 것은 종종 연결부 간에 좁은 간격을 갖는 컴포넌트의 어셈블리 프로세스에 불충분했다.

DE 43 25 565는 제1포인트에서 제2포인트로 리드프레임을 운반하기 위한 방법 및 장치를 개시하는데, 상기 리드프레임은 우선 제1포인트를 지나 제1위치에서 제동되고, 클램핑 메카니즘에 고정된다. 그 다음 상기 고정된 상태에서 처리 공간으로 이동되고, 거기서 프로세싱되어 상기 고정된 상태에서 제2포인트로 이동된다. 센서들에 의해 각 고정 포인트까지 수행되었는지가 검출된다. 제1위치 및 프로세싱 공간에서 두번 정지시키면, 상기 프로세싱 공간에서 한번 정지시키는 것과 비교할 때 바람직하지 못한 시간의 낭비가 있게 된다. 추가적으로, 상기 프로세싱 공간에서, 상기 리드프레임의 실제적인 위치에 대한 어떠한 추가적인 검출도 수행되지 않는데, 이것은 무엇보다도 컴포넌트가 연결들 사이에 매우 좁은 간격을 갖는 경우에 특히 부정확하다.

DE 36 30 178 A1는 PCB 조립에도 사용될 수 있는 컴퓨터로 제어되는 어셈블리 장치를 개시한다. 이 경우에, 상기 PCB는 운반 스테이션에서 각 작업 스테이션으로 이동되는 제품 운송기 상에 놓여진다. 이 경우에, 광 센서는 제품 운송기를 검출하고, 상기 제품 운송기는 조정핀에 의해 더 정확하게 위치 지정된다. 하지만 제동 작업 그 자체에 대해서는 추가적인 설명은 없다. 상기 조정핀을 사용하여 위치지정을 하는 것은 어느 범위에 있어서는 너무 부정확하다.

또한, PCB를 검출하기 위해, 예컨대, 초음파 반사 센서가 사용되는데, 이 센서는 운반된 PCB를 검출한다. 상기 1차원 운반은 제동되고, 상기 기판은 삽입가능한 기계적 정지 장치에 반대 방향으로 저속으로 이동된다. 상기 초음속 반사 센서 대신에, 때로는 반사 광센서가 사용되기도 한다. 다양한 PCB 또는 세라믹 기판들은 이 경우에 사용되는 빛에 대해 서로 다른 투과도를 나타내며, 서로 다른 반사 특성을 나타낸다. 그러므로, 사용되는 초음파 반사 센서 또는 반사 광센서들이 모든 기판들에 대해서 사용될 수는 없다. 또한, 이 방법에 있어서, 모든 기판들이 영구 고정된 기계적 정지 장치와 반대 방향으로 이동되어, 어느 정도까지 상기 어셈블리 헤드는 예컨대 상기 공급 장치의 위치를 기초로 소형의 기판의 경우에 필요한 것보다 상대적으로 긴 운송 경로 이상 이동되어야 한다. 또한, 상기 기계적 정지 장치에 의해 갑작스럽게 제동되면, 상기 기판들은 이미 조합된 컴포넌트가 미끄러질 수도 있는 가속도를 받게 된다.

본 발명은 들고-놓기 로봇(pick-and-place robot)의 어셈블리 영역내에 1차원적으로 기판을 위치지정하고 그 위치를 검출하기 위한 방법 및 상기 방법을 구현하기 위한 장치에 관련된 것이다.

도 1은, 들고-놓기 로봇을 향해 이동되고 있는 기판과 함께 상기 들고-놓기 로봇의 개략적 측면도.

도 2는 PCB의 기판 특징부는 제동 위치에서 검출되는 것을 도시하는 들고-놓기 로봇의 개략적 측면도.

도 3은 제동된 기판이 어셈블리 위치에서 보다 정확하게 측정되고 있는 들고-놓기 로봇의 개략적 측면도.

그러므로, 본 발명은 기판들을 그 재료 및 그 공간 범위에 관계없이 상기 어셈블리 헤드를 가진 최소 이동 경로가 필요하도록, 들기-놓기 로봇에 기판을 위치 지정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 제1항의 특징부를 갖는 방법 및 청구항 제4항의 특징을 갖는 방법을 구현하는 장치로 달성된다.

기본적으로 상기 들고-놓기(pick-and-place) 로봇의 어셈블리 영역을 커버할 센서 범위를 갖는 센서를 사용하여, 모든 어셈블리 영역의 기판 위치를 결정할 수 있다. 상기 센서는 처음에는 상기 어셈블리 영역으로 운반되는 기판이 제동 위치에서 상기 센서에 의해 검출되도록 정렬된다. 검출를 위해, 예컨대 상기 기판의 앞쪽 에지, 상기 기판상의 소정 위치에 제공되는 바코드 또는 상기 기판 또는 상기 기판 상의 불명한 위치에 있는 다른 연결부(패드)와 같은 소정의 기판 특징부들이 사용된다. 상기 센서가 상기 기판 특징부를 검출한 뒤에는, 상기 1차원 운반은 제동되고, 상기 기판은 어셈블리 위치에 놓이게 된다. 상기 센서가 상기 어셈블리 위치에서 상기 기판 특징부들의 위치를 검출하고, 그 결과 상기 기판의 위치를 알 수 있게 된다.

제2항에 따르면, 상기 어셈블리 위치에서의 상기 기판 특징부 위치의 결정은 보다 정확한 위치 결정을 위해 상기 기판에 적용되는 조정 마크 영역으로 광학 조정 센서를 이동시키는데 사용되어 유리하다.

제3항에 따르면, 상기 방법은 상기 기판의 전면 에지부가 상기 기판 특징부로 검출되므로써 특히 간단히 구성된다.

제5항에 따른 광학 센서를 사용하므로써, 전면 에지부 또는 바 코드같은 서로 다른 기판 특징부들은 간단히 검출될 수 있다.

제6항에 따른 장치의 보다 바람직한 실시예에서, 상기 센서는 상기 기판 위로 이동될 수 있는 어셈블리 헤드에 단단히 연결되어, 상기 센서 및 상기 센서 영역은 상기 운반 경로 중 자유로이 선택가능한 제동 위치에 설정될 수 있도록 한다.

제7항에 따른 배치는 특히 바람직하며, 조정 마크를 검출하기 위한 어셈블리 헤드 상에 통상의 방법으로 위치된 상기 조정 센서는 상기 기판 특징부를 검출하기 위한 센서로서 사용되고, 이것은 추가 센서에 대한 비용을 절약해 준다.

제7항에 따른 위로 향한 광원의 배열은 상기 어셈블리 헤드 상의 간단한 광학 센서가 상기 기판 특징부들을 검출하는데 사용되도록 한다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은 기판(1;예컨대 PCB 또는 세라믹 기판)이 들고-놓기 로봇의 1차원 운반 장치(2)상에서 상기 운반 방향(3)으로 이동되는 방식을 도시한다. 들고-놓기 로봇의 어셈블리 영역은 x로 표시된다. 이 예에서, 다수의 흡입 피펫(5)을 위한 고정 장치(6), 센서(10) 및 조정 센서(14)가 xy 방향으로 이동될 수 있는 어셈블리 헤드(4)에 고정된다. 상기 흡입 피펫들(5)이 공급장치(미도시)로부터 부품들(미도시)을 픽업하여 이러한 부품들을 상기 기판(1)상에 위치시키는데 사용된다. 상기 1차원 운반 장치(2), 조정 센서(14), 어셈블리 헤드(4) 및 센서(10)는 제어 장치(7)에 연결된다. 이 경우에, 상기 센서(10)는 광학 센서로 구성되며, 검출기(11) 및 자유로이 선택가능한 제동 위치(x1)에 위치한 센서 영역(13)을 가진 광학 결상기(12)를 갖는다. 바람직하게는 상기 모든 어셈블리 영역(x)까지 퍼지는 고정 광원(8), 특히 백색광원은 상기 1차원 운반 장치(2) 밑에 있고 상기 기판(1)을 아래 방향에서 비춘다. 여기서, 예컨대 컷아웃을 갖는 기판들을 검출해내기 위해, 주로 1차원 범위를 갖는 광원들 및 영역을 부분적으로 커버하도록 구성된 광원들이 사용된다. 상기 기판의 정확한 위치 지정을 위해, 조정 마크(15)가 상기 기판(1)상에 제공된다.

도 2는 기판 특징부(9)로서 상기 기판(1) 전면 에지부가 센서(10)에 의해 상기 제동 위치(x1)에서 검출되는 과정을 도시한다. 상기 1차원 운반 장치(2)는 제어 장치(7)에 의해 제동되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 특징부(9)를 갖는 기판이 어셈블리 위치(x2)에서 정지되도록 한다. 상기 어셈블리 위치(x2)를 정확하게 검출하기 위해, 상기 센서(10)와 센서 영역(13)은 xy방향으로 이동할 수 있는 어셈블리 헤드(4)를 이용하여 어셈블리 위치(x2)까지 이동되고, 상기 기판(1)의 정확한 위치를 측정한다. 이 위치 측정값을 기초로 하여, 상기 기판(1)상의 상기 조정 마크(15)의 위치가 계산되고 상기 조정 센서(14)는 상기 조정 마크(15) 위로 이동될 수 있으며, 이것으로 상기 기판(1)의 매우 정확한 위치 검출이 가능하다. 상기 기판(1)의 위치를 정확하게 검출할 수 있다는 것은 상기 기판(1)이 부품들과 매우 정확하게 조립될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 들고-놓기 로봇의 기판(1)의 수평 가이드 때문에, 상기 운반 방향(3)에서의 정확한 위치 검출은 상기 위치 측정을 위해 충분하다.

이 방법을 사용하므로써, 상기 기판 크기에 따라, 짧은 어셈블리 경로에서 기판(1)의 위치는 최적화되어, 어셈블리 시간은 단축시키되, 높은 어셈블리 생산 성능이 달성될 수 있다.

Claims

기판(1)을 1차원적으로 위치 지정하고, 1차원 운반 장치(2)에 의한 들고-놓기 로봇(pick-and-place)의 어셈블리 영역 내 위치를 검출하기 위한 방법에 있어서,

상기 기판(1)을 향하는 센서 영역(13)이 상기 어셈블리 영역(x)내에서 상기 기판(1)의 특징부(9)의 운반 경로 상의 자유로이 선택가능한 제동 위치(x1)에 설정되는 단계;

상기 기판 특징부(9)가 상기 제동 위치(x1)를 통과한 후, 상기 1차원 운반 장치(2)가 어셈블리 위치(x2)에 도달할 때까지 소정의 방식으로 제동되는 단계; 및

상기 1차원 운반 장치(2)가 제동된 후, 상기 센서 영역(13)이 정지된 상기 기판(1)의 상기 특징부(9)의 어셈블리 위치(x2)로 근접하게 설정되고, 위치 검출을 위해 상기 정지된 기판 특징부(9)의 어셈블리 위치(x2)가 검출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 1차원적 위치 지정 및 검출 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 정지된 기판 특징부(9)에 대한 위치 데이터를 사용하여, 광학 조정 센서(14)가 조정 마크(15) 영역으로 이동되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 1차원적 위치 지정 및 검출 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은 상기 기판 특징부(9)로서 상기 기판(1)의 전면 에지부가 상기 센서(10)에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는 기판의 1차원적 위치 지정 및 검출 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여, 기판(1)을 1차원적으로 위치 지정하고 그 위치를 검출하기 위한 장치에 있어서,

상기 기판(1)을 운반하기 위한 1차원 운반 장치(2);

센서 영역(13)이 상기 기판(1)의 특징부(9)의 운반 경로상의 자유로이 선택가능한 제동 위치(x1)로 설정되는 센서 영역(13)을 가진 센서(10); 및

상기 기판 특징부들이 어셈블리 위치(x2)에 위치하도록 상기 1차원 운반 장치(2) 및 상기 센서(10)에 연결되며, 상기 1차원 운반 장치(2)를 제동시키고 정지시키는 제어 장치(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 1차원적 위치 지정 및 검출 장치.
제4항에 있어서, 상기 센서(10)는 광학 센서(11,12)로 구성된 것을 특징으로 하는 기판의 1차원적 위치 지정 및 검출 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 센서(10)는 상기 들고-놓기 로봇에 속해 있으며, 상기 기판(1) 위로 이동될 수 있는 어셈블리 헤드(4)에 고정 연결된 것을 특징으로 하는 기판의 1차원적 위치 지정 및 검출 장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어셈블리 헤드(4)상에 있는 조정 센서(14)는 상기 기판 특징부(9)를 검출하기 위한 센서(10)로 사용되는 것을 특징으로 하는 기판의 1차원적 위치 지정 및 검출 장치.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(1) 아래에 고정되어 있고 위로 향하는 광원(8)이 서로 다른 기판(1) 특징부(9)의 모든 자유로이 선택가능한 위치 지정 영역을 비추는 것을 특징으로 하는 기판의 1차원적 위치 지정 및 검출 장치.