KR20030097121A - 부품 실장기용 위치인식장치 - Google Patents

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KR20030097121A
KR20030097121A KR1020020034289A KR20020034289A KR20030097121A KR 20030097121 A KR20030097121 A KR 20030097121A KR 1020020034289 A KR1020020034289 A KR 1020020034289A KR 20020034289 A KR20020034289 A KR 20020034289A KR 20030097121 A KR20030097121 A KR 20030097121A
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Abstract

본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치는, 부품을 진공 흡착할 수 있는 진공흡착노즐과, 상기 흡착된 부품의 측면에 광을 조사할 수 있도록 상기 진공흡착노즐의 일측에 위치한 측면광원과, 상기 부품의 측면 그림자를 검출할 수 있도록 진공흡착노즐의 타측에 위치한 그림자 검출소자와, 상기 부품의 상면에 광을 조사할 수 있도록 진공흡착노즐의 상방에 위치한 후방 조명을 구비하여 된 헤드부;
상기 부품의 저면을 촬상할 수 있도록 상기 헤드부의 아래에 위치한 영상인식 카메라; 및
상기 부품의 저면에 광을 조사할 수 있도록 상기 영상인식 카메라 측에 위치한 전방 조명;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

부품 실장기용 위치인식장치{Apparatus for recognizing component used for component mounter}
본 발명은 표면실장기에서 반도체 패키지 등의 부품의 위치를 인식하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 종류의 부품의 위치를 인식할 수 있는 개선된 헤드부를 갖는 부품 실장기용 위치인식장치에 관한 것이다.
표면실장기는 인쇄회로기판(PCB)에 반도체 패키지 등의 부품을 장착하는 작업을 수행하는 장치이다. 상기 부품을 소정 위치에 정확히 장착하기 위해서는 부품 공급부로부터 공급된 부품을 상기 기판에 장착하기 전에 부품의 흡착상태 및 중심위치를 정확히 확인해야 할 필요가 있는데 이에 사용되는 것이 부품 위치인식장치이다. 부품 실장기용 위치인식장치의 위치인식 방식으로는 소위 비젼 인식(vision recognition) 방식과 측면 조사 방식이 알려져 있다.
비젼 인식 방식은 CCD(charge-coupled device) 카메라를 칩 마운터 본체의 소정 부위에 설치하고, 부품을 흡착한 노즐을 구비한 헤드부를 CCD 카메라가 설치된 장소로 이동시켜, CCD 카메라에 의해 부품의 흡착상태 및 중심위치를 검출하는 방식이다. 그러나, 상기 방식은 헤드부가 부품의 정렬을 위해 CCD 카메라가 설치된 장소로 일단 이동해야 하므로, 그에 따른 소요시간이 수반되고, 그것은 결국 부품 장착시까지의 최종 소요시간을 증대시키는 문제가 있다.
측면 조사 방식은 상기한 비젼 인식 방식에 따른 문제점에 대한 대책으로 개발된 것으로, 미국 특허번호 5,278,634의 발명 등에서 개시되어 있다.
도 1은 상기 측면 조사 방식에 의한 종래의 부품 위치인식장치에 대한 개략적인 구성을 도시한 사시도로서, 도면을 참조하면, 종래의 부품 위치인식장치는 측면 광원(30)과, 상기 광원(30)으로부터의 입사광을 평행광으로 만들어 출사하는 콜리메이팅(collimating) 렌즈(35)와, 상기 콜리메이팅 렌즈(35)를 통한 평행광이 부품(1)에 조사(照射)되어 형성된 부품(1)의 그림자를 감지하는 라인 CCD(40)를 구비하여 구성되며, 점선으로 도시된 것은 헤드부 하우징(50)을 나타낸다.
이상과 같은 종래의 부품 위치인식장치에 의한 측면 조사 방식은 측면 광원(30)으로부터의 광을 콜리메이팅 렌즈(35)에 의해 평행광화하여 부품(1)에 비추고, 이때 부품(1)을 흡착한 진공흡착노즐(20)을 Z축을 중심으로 회전시키면서 그로 인해 생기는 그림자의 변화를 라인 CCD(40)에 의해 감지함으로써 부품(1)의 흡착상태(각도 틀어짐) 및 중심 위치(X,Y 좌표)를 검출하여 부품(1)의 픽업 에러(pick up error)값을 계산하는 방식이다. 그러나 상기 측면 조사 방식은 다수의 리드가 있거나 비대칭적인 형상을 갖는 등 복잡한 형상의 부품의 경우 정확도가 떨어져 적용할 수 없는 문제점이 있다.
이에 따라 비젼 인식 방식 수행을 위한 헤드부 및 측면 조사 방식 수행을 위한 헤드부를 별도로 구비하여 부품의 위치를 인식하는 표면실장기가 공지되어 있다. 그러나 이러한 방식은 복수의 헤드부를 구비해야 하므로 장치가 복잡하고 고가일 수 밖에 없어 작업 비용이 상승하는 문제점이 여전히 남는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 하나의 헤드부만으로 비젼 인식 방식 및 측면 조사 방식의 위치정렬을 모두 수행할 수 있는 부품 위치인식장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 이로 인해 위치인식 작업의 비용이 감소될 수 있는 부품 위치인식장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 부품 실장기용 위치인식장치의 일 예를 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치의 개략적인 단면도.
도 3는 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치에서 후방 조명을 켜고 영상인식 카메라로 부품을 촬상한 때 모니터에 나타나는 영상을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치에서 전방 조명을 켜고 영상인식 카메라로 부품을 촬상한 때 모니터에 나타나는 영상을 도시한 도면.
도 5은 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치에 있어서 확산판이 설치된 진공흡착노즐에 부품이 흡착된 모습을 개략적으로 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100 ...부품 실장기용 위치인식장치110 ...헤드부
120 ...진공흡착노즐125 ...확산판
130 ...측면 광원135 ...콜리메이팅 렌즈
140 ...라인 CCD150 ...헤드부 하우징
160 ...후방 조명170 ...녹색 필터
180 ...전방 조명190 ...CCD 카메라
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치는, 부품을 진공 흡착할 수 있는 진공흡착노즐과, 상기 흡착된 부품의 측면에 광을 조사할 수 있도록 상기 진공흡착노즐의 일측에 위치한 측면광원과, 상기 부품의 측면 그림자를 검출할 수 있도록 진공흡착노즐의 타측에 위치한 그림자 검출소자와, 상기 부품의 상면에 광을 조사할 수 있도록 진공흡착노즐의 상방에 위치한 후방 조명을 구비하여 된 헤드부;
상기 부품의 저면을 촬상할 수 있도록 상기 헤드부의 아래에 위치한 영상인식 카메라; 및
상기 부품의 저면에 광을 조사할 수 있도록 상기 영상인식 카메라 측에 위치한 전방 조명;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치에 있어서, 상기 진공흡착노즐의 외주면에는 확산판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치에 있어서, 상기 전방 조명은 적색광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치에 있어서, 상기 후방 조명과 진공흡착노즐 사이에 녹색 필터가 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서 상기 녹색 필터는 투명한 녹색 아크릴판인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서 상기 후방 조명은 전계발광소자를 광원으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에서 상기 후방 조명은 발광 다이오드를 광원으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치에 있어서, 상기 헤드부의 측면 광원은 레이져광을 조사하며, 상기 그림자 검출소자는 라인 CCD인 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치의 개략적인 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치(100)는 부품(210)을 진공의 힘으로 흡착할 수 있는 진공흡착노즐(120)과, 상기한 측면 조사 방식의 위치정렬을 수행하기 위해 상기 노즐(120)의 일 측방에 위치한 측면 광원(130)과, 콜리메이팅 렌즈(135) 및 그림자 검출소자(140)를 구비하는 헤드부(110)를 구비한다. 점선으로 도시된 것은 헤드부 하우징(150)을 나타낸다. 바람직한 일 구현예에서 상기 측면 광원(130)은 레이져광을 조사하며, 그림자 검출소자(140)는 라인 CCD가 채용된다.
상기한 구성요소들에 의한 측면 조사 방식의 위치정렬 과정을 개략적으로 살펴보면, 상기 측면 광원(130)으로부터의 광을 콜리메이팅 렌즈(135)에 의해 평행광화하여 부품(210)에 비춘다. 이와 함께 부품(210)을 흡착한 진공흡착노즐(120)을 Z축을 중심으로 고속 회전시키면서 그로 인해 생기는 그림자의 변화를 그림자 검출소자(140)에 의해 감지한다. 이를 통해 검출된 부품(210)의 흡착상태를 나타내는 데이타를 소정의 기준치와 비교하여 부품(210)의 픽업 에러(pick up error) 여부와 그 크기를 계산할 수 있다. 이러한 측면 조사 방식은 대칭적이고 그 형태가 비교적 단순한 부품에 적용 가능하다.
형태가 비대칭적이거나 다수의 리드를 구비하는 등 복잡한 형태를 갖는 부품의 인식을 위해 본 발명은 비젼 인식 방식의 위치정렬을 수행할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 부품 실장기용 위치인식장치(100)는 상기한 진공흡착노즐(120)과, 상기 노즐(120)의 아래에서 노즐(120)에 흡착된 부품(210)의 저면을 촬상할 수 있는 영상인식 카메라(190)와, 상기 부품(210)의 저면에 광을 조사하여 촬상을 돕는 전방 조명(180)과, 상기 부품(210)의 상면에 광을 조사하여 촬상을 돕는 후방 조명(160) 및 후방 조명광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 필터(170)를 구비한다. 상기 후방 조명(160) 및 녹색 필터(170)가 헤드부(110)에 설치되므로 하나의 헤드부(110)에 의해 상기한 두 종류의 부품 인식이 가능하다. 바람직한 일 구현예에서, 상기 노즐(120)의 외주면에는 노즐(120)의 광 반사에 의한 촬상 방해를 억제하기 위한 확산판(125)이 구비된다.
바람직한 일 구현예에서 상기 영상인식 카메라(190)에는 CCD 카메라가, 상기 전방 조명(180)에는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 광화이버가 채용된다.상기 전방 조명(180)은 적색광을 부품(210)에 조사하여 상기 카메라(190)의 촬상을 돕는 것으로, 이것이 상기 카메라(190)의 렌즈 중심축(191)상에 있으면 오히려 촬상을 방해하므로 상기 중심축(191)으로부터 소정 거리 이격되어 배열된다.
일 구현예에서 후방 조명(160)을 위해서는 EL(electroluminescence)이 채용될 수 있다. EL이란 반도체 내의 일렉트론(electron)과 홀(hole)이 외부에서 걸리는 전기장에 의해 형성된 전기적 여기상태에서 바닥상태로 떨어지는 과정을 통해 광을 발하는 현상을 말하는데, 이에 의한 발광소자를 전계발광소자라 한다. 상기 전계발광소자는 얇은 평판 형태로 할 수 있어 많은 공간을 점유함이 없이 헤드 하우징(150)의 일면에 부착될 수 있으며, 상기 노즐(120)에 흡착된 부품(210)을 향해 Z축 방향으로 평행한 광을 조사할 수 있어 바람직하다. 다른 바람직한 일 구현예에 따르면 발광 다이오드가 광원으로 채용될 수도 있다.
상기 후방 조명(160)에 인접한 아래에는 상기 후방 조명광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 필터(170)가 개재된다. 녹색은 전방 조명(180)의 적색광과 보색 관계에 있는 색으로 영상인식 카메라(190)에 의한 촬상 화면의 콘트라스트를 높여주는 역할을 한다. 바람직한 일 구현예에서 상기 녹색 필터(170)에는 투명한 녹색 아크릴판이 채용될 수 있다.
진공흡착노즐(120)은 진공 형성을 위해 헤드부 하우징(150)의 일면에서 Z축 방향 아래로 연장되는 속이 빈 노즐관(122)과 연결된다. 상기 노즐관(122)은 부품(210)을 픽업(pick-up)하기 위한 Z축 방향 상하 운동, 및 상기한 측면 조사 방식에 의한 위치정렬을 위한 Z축 중심의 회전 운동이 가능하다. 노즐관(122)이 돌출되어 나오는 하우징의 일면에 장착되는 후방 조명(160) 및 녹색 필터(170)는 상기 노즐관(122)의 운동이 방해되지 않도록 배열되어야만 한다.
상기한 구성을 갖는 부품 위치정렬장치(100)의 비젼 인식에 의한 부품 인식 작용을 설명하면, 진공흡착노즐(120)이 하강하여 부품(210)을 진공흡착하고, 소정의 이동 수단(미도시)을 구비한 헤드부(110)가 상기 부품(210)을 영상인식 카메라(190)의 렌즈 중심축상으로 이동시킨다. 상기 이동된 부품(210)은 그 유형에 따라 후방 조명(160)을 조사하여 영상인식 카메라(190)에 의해 촬상하거나, 전방 조명(180)을 조사하여 촬상할 수 있다. 이러한 방법으로 촬상된 영상과 소정의 기준이 되는 영상을 비교하여 부품이 진공흡착노즐(120)에 흡착될 때의 픽업 에러(pick-up error)가 계산될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치에 있어서 부품에 따라 조명을 달리하여 영상인식 카메라로 촬상한 화면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에서 진공흡착노즐(120)에 흡착된 부품이 소위 QFP(Quad Flat Package,220)일 때를 도시한 것으로, QFP는 걸윙(gull wing) 형상의 리드(221)를 다수 개 구비하여 복잡한 형태를 가지므로 비젼 인식 방식에 의해 인식되는 것이 바람직하다. 상기 리드들(221)은 QFP(220)의 측면를 따라 외부로 돌출되어 있어 도시된 바와 같이 QFP(220)의 저면 실루엣을 규칙적인 요철형으로 보이도록 하며, 영상인식 카메라(도 2의 190)를 통해 촬상된 상기 리드(221)들의 화면상의 위치를 통해 픽업 에러 여부 및 그 크기가 파악될 수 있다. 상기한 바와 같이 부품의 실루엣을 파악하여 비젼 인식을 해야 하는 경우에는 도 2의 후방 조명(160)만을 온(on)하여 상기 카메라(190)를 통해 촬상하는 것이 바람직하다. 그리하면 도 3에서와 같이 부품(220)의 외부는 밝게 촬영되고 조명광이 비춰지지 않는 부품(220)의 저면 내부는 어둡게 촬영되어 복잡한 실루엣이 명확하게 나타날 수 있고, 상기 부품(220)의 정확한 픽업 위치파악이 가능하다.
도 4는 도 2에서 진공흡착노즐(120)에 흡착된 부품이 소위 BGA(Ball Grid Array) 패키지(230)일 때를 도시한 것으로, BGA 패키지는 그 저면에 외부 단자의 역할을 하는 솔더 볼(231)을 다수 개 구비하여 복잡한 형태를 가지므로 비젼 인식 방식에 의해 인식되는 것이 바람직하다. 상기 솔더 볼(231)은 BGA 패키지(230)의 저면에 규칙적으로 배열되어 있어, 영상인식 카메라(도 2의 190)를 통해 촬상한 화면으로부터 이들의 위치를 파악하여 소정의 기준 영상과 비교하면 부품 픽업시의 에러 여부 및 에러의 크기가 파악될 수 있다. 이와 같이 부품의 실루엣 내부의 형상을 파악하여 비젼 인식을 해야 하는 경우에는, 도 2의 후방 조명(160)을 오프(off)하고 전방 조명(180)만을 온(on)하여 상기 카메라(190)를 통해 촬상하는 것이 바람직하다. 그리하면 도 4에서와 같이 부품(230) 저면의 실루엣 내부의 형상이 볼록한 솔더 볼(231) 부분은 밝게, 솔더 볼 사이의 오목한 부분은 어둡게 촬영되어 상기 솔더 볼(231)을 통한 정확한 픽업 위치 파악이 가능하다.
한편 상기 부품(230)의 실루엣 외부는, 전방 조명(도 2의 180)에서 조사된 적색광이 보색 관계에 있는 녹색 필터(170)에서 흡수되어 영상인식 카메라(190)에 촬영되지 못하므로 화면상에서 어둡게 나타난다. 이에 의해 모니터 화면상의부품(230) 내부와 배경과의 명암 차이에 의한 콘트라스트가 높아져서 정확한 위치파악을 돕는다.
도 2를 다시 참조하면 본 발명의 부품 위치인식장치는 진공흡착노즐(120)의 외주면에 확산판(125)이 설치되어 있으며, 도 5에는 상기한 확산판이 설치된 진공흡착노즐에 부품이 흡착된 모습을 개략적으로 도시한 단면도가 개시된다.
상기 확산판(125)은 이를 통과하는 광을 확산시켜 번쩍거림을 방지하고 은은하게 보이게 하는 것으로 진공흡착노즐(120)의 외주면상으로 돌출된 가장자리(121)보다 아래에 위치된다. 확산판(125)은 도 5에서와 같이 크기가 작거나 좁고 긴 형태를 갖는 커넥터 등의 부품(240)을 비젼 인식하는데 특히 유용하다. 확산판(125)이 없는 경우 전방 조명 또는 후방 조명(도 2의 180,160)에 의해 광을 조사하면 금속제의 노즐 가장자리(121)가 조명광을 반사하여 번쩍거림이 발생하며, 이 번쩍거림이 영상인식 카메라(도 2의 190)에 그대로 촬상될 경우 부품(240)의 실루엣을 불명확하게 하여 정확한 위치인식을 방해할 수 있기 때문이다.
본 발명은 확산판(125)을 도입하여 모니터상에서 노즐 가장자리(121)의 번쩍거림이 나타나는 것을 방지하고, 부품(240)과 노즐 가장자리(121)의 실루엣이 명확히 구분될 수 있도록 한다. 다만, 진공흡착노즐(120)의 형태는 다양한 변형이 가능하므로 노즐의 가장자리(121)와 확산판(125)의 설치 위치도 도 5에서 도시된 바에 한하지 않음을 잘 알 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 부품 실장기용 위치인식장치는 다음과 같은효과를 갖는다.
첫째, 하나의 헤드부만으로 비젼 인식 방식 및 측면 조사 방식의 위치인식을 모두 수행할 수 있어 장치의 구성을 단순화할 수 있고, 이로 인해 부품 위치인식 작업의 비용이 감소될 수 있다.
둘째, 복잡한 형태의 부품에 대해서도 높은 콘트라스트의 촬상 화면을 제공할 수 있어 부품의 비젼 인식의 정확도를 향상시킬 수 있다.
셋째, 조명광에 의해 반사되어 부품흡착노즐의 가장자리의 번쩍거림이 화면에 촬상되는 것을 방지함으로써 작은 크기의 부품에 대해서도 정확한 비젼 인식이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 부품을 진공 흡착할 수 있는 진공흡착노즐과, 상기 흡착된 부품의 측면에 광을 조사할 수 있도록 상기 진공흡착노즐의 일측에 위치한 측면광원과, 상기 부품의 측면 그림자를 검출할 수 있도록 진공흡착노즐의 타측에 위치한 그림자 검출소자와, 상기 부품의 상면에 광을 조사할 수 있도록 진공흡착노즐의 상방에 위치한 후방 조명을 구비하여 된 헤드부;
    상기 부품의 저면을 촬상할 수 있도록 상기 헤드부의 아래에 위치한 영상인식 카메라; 및
    상기 부품의 저면에 광을 조사할 수 있도록 상기 영상인식 카메라 측에 위치한 전방 조명;을 구비하는 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 위치인식장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공흡착노즐의 외주면에는 확산확산 설치되는 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 위치인식장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전방 조명은 적색광을 조사하는 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 위치인식장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 후방 조명과 진공흡착노즐 사이에 녹색 필터가 위치하는 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 위치인식장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 녹색 필터는 투명한 녹색 아크릴판인 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 위치인식장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 후방 조명은 전계발광소자를 광원으로 하는 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 위치인식장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 후방 조명은 발광 다이오드를 광원으로 하는 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 위치인식장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드부의 측면 광원은 레이져광을 조사하며, 상기 그림자 검출소자는 라인 CCD인 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 위치인식장치.
KR1020020034289A 2002-06-19 2002-06-19 부품 실장기용 위치인식장치 KR20030097121A (ko)

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CN113329613A (zh) * 2021-06-16 2021-08-31 武汉纺织大学 一种贴片机吸嘴检测系统及方法

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