KR200326702Y1

KR200326702Y1 - 디스펜서 니들의 3차원 위치좌표를 측정하기 위한 장치

Info

Publication number: KR200326702Y1
Application number: KR20-2003-0010884U
Authority: KR
Inventors: 이구환
Original assignee: 인라인아이티(주)
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2003-09-19
Also published as: KR100510058B1; KR20040063747A

Abstract

본 고안은 디스펜서 니들의 3차원 위치좌표를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 고안의 장치는 일정한 두께를 갖고, 상, 하면을 구비하는 몸체(104)와;상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 x축 방향의 이동을 가이드하기 위한 x축 가이드 홈(102)과; 상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 y축 방향의 이동을 가이드하기 위한 y축 가이드 홈(103)과; 상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 z축 방향의 이동을 가이드하기 위한 z축 가이드 홈(115)과; 상기 x축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 이동하는 니들을 감지하기 위한 x축 감지센서(11)와; 상기 y축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 이동하는 니들을 감지하기 위한 y축 감지센서(11); 및 상기 z축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 수직 하강하는 니들을 감지하기 위한 y축 감지센서(11)를 포함한다.

Description

디스펜서 니들의 3차원 위치좌표를 측정하기 위한 장치{Zig for calibrating the needle of dispenser}

본 고안은 디스펜서 니들의 3차원 위치좌표를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 측정용 지그를 이용해서 디스펜서에 부착된 니들의 3차원 위치좌표(x, y, z)를 구하고, 이 위치좌표를 설정된 기준좌표와 비교하여 그 옵셋을 수정하는 캘리브레이션(calibration) 장치에 관한 것이다.

로봇과 같이 정밀위치제어를 요구하는 기계 기구의 일부, 특히 액체(예, 에폭시)를 정량으로 토출하는 디스펜서를 부착한 로봇을 수리하거나 부품교체를 위해서 분해하고 다시 조립하는 경우, 또는 디스펜서에 부착된 니들을 교체하는 경우에 이전의 조정 상태에서 변동이 생기는 옵셋이 발생하게 된다.

그런데, 이 옵셋이 발생하게 되면, 세심한 제어가 필요한 정밀위치제어에서 제품의 불량이 발생하게 된다.

일 예로, 대한민국 공개 특허 10-1998-019579 호(이하, 579'호)에서 개시하고 있는 종래 기술의 문제점을 살펴보자. 이 579'호는 반도체 패키지 공정에서 발생하는 여러 가지 문제점을 지적하고 있는데, 특히 반도체 패키지 제조공정에서 칩 등을 접착하기 위해 리드 프레임의 상면에 에폭시를 도포하는데 사용되는 디스펜서에서 리드 프레임과 니들간의 간격 불일치로 인해 에폭시의 소량 도포 시에 칩 등의 접착불량이 야기되고, 반대로 에폭시의 과다 도포 시에는 제품의 외관불량을 야기하는 문제점을 지적하고 있다.

또한, 니들의 교체에 따른 문제, 자세히 설명하면 니들은 제조업체로부터 일정한 길이로 반입되는데, 현장에서 작업자들이 임의의 길이로 절단 가공하여 디스펜서에 장착한다. 더욱이 이러한 니들은 매우 작은 직경으로 작업 중 외력 등에 의해 변형되기 쉬울 뿐 아니라 마모가 심해 리드 프레임과의 간격변화가 빈발하므로 자주 교환해 주어야 하며, 작업제품의 변경 시에도 그에 상응하는 니들로 교환해 주어야 한다. 따라서 작업 전 또는 작업 중에 니들을 교환할 경우에는, 리드 프레임과 교환된 니들의 위치가 변화지 않도록 하는 니들의 원점조정이 반드시 필요하게 된다.

종래의 원점 조정은 작업자가 교환된 니들을 수동조작에 의해 하강시켜 리드 프레임 상면에 접촉시키고, 게이지 등을 이용하여 니들의 새로운 좌표를 구한 다음, 이를 원래의 좌표와 비교해서 좌표를 수정한 다음에, 이를 제어기에 입력하는 방식으로 니들의 영점을 조절하여 주었다.

수작업으로 니들의 원점을 조정하기 때문에 작업 중에 오히려 니들이 변형되거나 파손될 우려가 매우 높았다. 특히, 작업자의 감각에 의존해서 영점을 조절하기 때문에, 정확한 측정이 어렵고, 측정값도 작업자마다 달라 일관성 있는 양질의 완제품을 얻기 곤란한 문제가 발생하였다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 고안의 목적은 디스펜서 니들의 정확한 3차원 위치좌표(x,y,z)를 구할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 고안의 다른 목적은 디스펜서의 니들을 교체하거나, 다른 이유로 발생된 옵셋을 정확하게 수정할 수 있는 캘리브레이션 장치를 제공한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 고안의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 고안의 상세한 설명과 함께 본 고안의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 고안은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 고안에 따른 장치의 구성을 도시한 것이다.

도 2a는 본 고안에 따른 측정용 지그의 제 1 실시예를 도시한 것이다.

도 2b는 본 고안에 따른 측정용 지그의 제 2 실시예를 도시한 것이다.

도 3은 본 고안에 따른 동작 제어기의 구성을 도시한 것이다.

도 4는 본 고안의 측정용 지그를 이용해서 니들을 캘리브레이션하는 과정을 도시한 것이다.

*도면의 주요부호에 대한 간단한 설명*

10 : 측정용 지그 20 : 동작제어기 30 : 로봇

40 : 디스펜서(dispenser)

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 디스펜서 니들의 3차원 위치 좌표(x, y, z)를 측정하기 위한 장치는

일정한 두께를 갖고, 상, 하면을 구비하고 있는 몸체(104)와;

상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 x축 방향의 이동을 가이드하기 위한 x축 가이드 홈(102)과;

상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 y축 방향의 이동을 가이드하기 위한 y축 가이드 홈(103)과;

상기 x축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 이동하는 니들을 감지하기 위한 x축 감지센서(11)와;

상기 y축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 이동하는 니들을 감지하기 위한 y축 감지센서(11); 및

상기 몸체의 상면에 설치되어 니들의 끝단부와의 접촉을 센싱함으로써 니들의 z축 좌표를 감지하기 위한 z축 감지센서를 포함한다.

이때, 상기 x축 감지센서 및 y축 감지센서는 발광부와 수광부가 한조를 이루는 광센서로 구성되고, 상기 z축 감지센서는 압전 센서로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안에 따른 다른 양태로서의 디스펜서 니들의 3차원 위치 좌표(x, y, z)를 측정하기 위한 장치는

일정한 두께를 갖고, 상, 하면을 구비하는 몸체(104)와;

상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 z축 방향의 이동을 가이드하기 위한 z축 가이드 홈(115)과;

상기 z축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 수직 하강하는 니들을 감지하기 위한 y축 감지센서(11)를 포함한다.

이때, 상기 x축 감지센서, y축 감지센서 및 z축 감지센서는 모두 발광부와 수광부가 한조를 이루는 광센서로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안의 가이드 홈은 몸체의 상면과 하면이 연통되어 축방향으로 연장되는 슬롯(slot) 형태나 몸체의 상면으로부터 소정 깊이 파여 축방향으로 연장되는 슬릿(slit) 형태가 모두 가능하다.

또한, 상기 x축 가이드 홈과 y축 가이드홈은 서로 연통되게 형성될 수 있으며, 특히 서로 연결되어 "ㄱ"자 형상을 갖는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 본 고안의 캘리브레이션 장치를 도 1에 도시하였는데, 이 장치는 디스펜서(40)가 부착된 로봇(30), 이 로봇의 움직임을 통제하는 동작 제어기(20), 상기 디스펜서(40)에 부착된 니들(41)의 3차원 위치좌표를 센싱하기 위한 측정용 지그(10)로 구성된다.

상기 로봇(30)은 동력을 발생하는 모터와 이 모터의 동력을 전달하는 벨트와 기어 등의 요소로 이루어지는 동력 구동부를 포함해서 구성되고, 상기 동력 구동부의 일단에 상기 디스펜서(40)가 고정 부착된다.

상기 동작 제어기(20)에는 로봇의 동작을 제어하는 각종 프로그램들이 기억장치(미도시)에 저장되고, 이 프로그램에 의해서 동작 제어기(20)는 로봇(30)을 바람직하게 제어해서 디스펜서(40)에 담겨진 액체를 니들(41)을 통해 항상 일정하게 외부로 토출한다.

그리고, 도 2에 도시한 본 고안의 측정용 지그(10)는 니들(41)을 캘리브레이션하는 경우에 이 니들(41)의 3차원 위치좌표(x,y,z)를 센싱하기 위해서 사용된다.

먼저, 도 2a는 본 고안에 따른 측정용 지그의 제 1 실시예를 도시한다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 지그(10)는 몸체(104)와 이 몸체(104)에 형성되는 적어도 하나 이상의 가이드홈(101)으로 구성된다. 상기 가이드홈(101)은 니들(41)을 x축 방향으로 안내시키는 x축 가이드홈(102)과 니들을 y축 방향으로 안내시키는 y축 가이드홈(103)으로 이루어진다.

또한, 상기 x축 가이드 홈(102)의 벽면과 y축 가이드 홈(103)의 벽면에는 각기 x축 감지센서(11) 및 y축 감지센서(12)가 부착되어 있어, 각 방향에서 니들(41)의 움직임을 센싱한다. 바람직하게, 발광부와 수광부를 구비하는 광센서가 상기 x축 및 y축 감지센서(11 및 12)로 사용될 수 있으며, 니들(41)이 이 센서들의 센싱 범위 내에 들어 오면 센서가 온되고, 범위를 벗어난 후에는 다시 오프되도록 동작한다.

상기 가이드홈(101)은 x축 가이드 홈(102)과 y축 가이드 홈(103)이 서로 연통되는 "ㄱ"자형 홈으로 구성되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 x축 가이드 홈(102)과 y축 가이드 홈(103)은 서로 연통되지 않고, 독립적으로 몸체상에 형성될 수도 있다. 또한, 상기 가이드홈(102, 103)은 몸체의 상면과 하면을 관통시킨 슬롯(slot) 형태인 것이 바람직하지만, 슬릿(slit) 형태도 무방하다.

또한, 상기 지그(10)의 몸체 상면(104a)에는 니들(41)의 z축 좌표를 구하기 위한 센서(13)가 부설되는데, 이 센서로는 압전 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 니들(41)을 상기 z축 감지센서(13)의 수직 상방에 위치시킨 다음 니들을 하강시키게 되면, 니들(41)의 끝단부가 z축 감지센서(13)에 접촉되는 순간 센서가 작동된다.

한편, 도 2b는 본 고안에 따른 측정용 지그의 제 2 실시예를 도시하고 있다.

도면에 도시된 바와같이, 본 실시예의 지그(10)는 상기 제 1 실시예의 지그와 실질적으로 그 구성이 동일하다. 다만, 상기 제 1 실시예의 경우는 몸체의 상면(40)에 z축 감지센서(13)를 설치하고 있지만, 본 실시예의 경우는 x축 가이드홈(102) 및 y축 가이드 홈(103)과는 별도로 z축 가이드 홈(115)을 두고, 이 가이드홈(115)의 벽면에 z축 감지센서(13)를 설치한 것이 특징이다.

이때, 상기 z축 감지센서는 발광부와 수광부가 한조를 이루는 광센서인 것이 바람직하다. 또한, 상기 z축 가이드홈(115)은 몸체의 상면(114a)과 하면(114b)을 관통시킨 슬롯(slot) 형태인 것이 바람직하지만, 슬릿(slit) 형태도 무방하다.

따라서, 니들(41)을 상기 z축 가이드홈(113)을 따라 하강시키게 되면, 상기 센서(13)가 니들(41)을 감지하여 온되면서 전기신호를 발생시킨다.

이 측정용 지그(10)는 작업대의 어느 한편에 설치되어, 작업과 함께 캘리브레이션이 가능하도록 한다.

본 고안의 캘리브레이션 장치는 종래 디스펜서가 설치된 로봇 제어 시스템의 동작 중에 니들을 교체하거나, 다른 이유로 인해 옵셋이 발생해서 이를 수정할 필요가 생겼을 때, 상기 측정용 지그(10)를 이용해서 니들(41)의 현재 위치좌표(x,y,z)를 구하고, 이 좌표를 원점좌표(x_o, y_o, z_o)와 비교해서 옵셋값을 연산하고, 이 옵셋값을 보상하기 위한 제어신호를 발생시킨다.

이러한 동작을 수행하기 위해서, 캘리브레이션 장치의 모션을 제어하는 동작 제어기는 도 3과 같이 신호 검출부(21), 오차 수정부(22), 모션 제어부(23)를 포함해서 구성된다.

상기 신호 검출부(21)는 측정용 지그(10)의 센서들(11, 12, 13)로부터 전기적인 신호를 검출해서 이를 수치로 변경하며, 이 수치를 모델링해서 니들의 3차원위치좌표(x, y, z)를 계산한다.

상기 오차 수정부(22)는 구해진 니들의 위치좌표(x, y, z)를 원점 좌표(x_o, y_o, z_o)와 비교해서 니들의 편차(즉, 옵셋값)를 연산한다. 여기에서 상기 원점 좌표(x_o, y_o, z_o)는 이상적인 상태(또는, 초기상태)에서 측정된 니들의 3차원 좌표이다.

상기 모션 제어부(23)는 상기 오차 수정부(22)에서 연산된 옵셋값이 보상되도록 로봇의 움직임을 제어하기 위한 구동 제어신호를 발생시킨다.

도 4는 본 고안의 측정용 지그를 이용해서 디스펜서의 니들을 캘리브레이션하는 과정을 도시한 것이다.

작업자는 니들을 교체(S10)하고, 로봇(30)을 구동시켜 니들(41)을 측정용 지그(10)로 이동시킨다(S20).

측정용 지그(10)에서, 니들은 지그(10)의 가이드 홈(101)으로 안내되어 좌표가 구해지는데(S30), 먼저 니들(41)은 가이드 홈(101)의 x축 방향을 따라 이동하게되며, 이 과정에서 x축 좌표가 구해진다.

동작 제어기(21)는 니들(41)이 위치한 원점(니들의 좌표를 측정할 때 이용되는 기준점)에서 니들(41)을 움직여 x축 가이드 홈(101)의 정방향으로 이동시킨다. 이때 니들(41)은 지면에 대해서 수직된 상태이다. 니들(41)은 가이드 홈(101)에 안내되어 x축의 직선 방향으로 움직이게 되고, 이 때, 니들(41)이 센싱 영역에 들어오게 되면, 센서(11)가 온되면서 전기적 신호를 발생시킨다. 이에 따라, 신호 검출부(21)는 센서가 발생시킨 전기적 신호를 모델링해서 니들의 1차 좌표(x축 좌표)를 구한다.

이후, 1차 좌표(x축 좌표)를 구한 니들(41)의 이동 방향에 대해서 반대 방향으로 니들(41)을 다시 움직여서 상술한 1차 좌표와 동일하게 2차 좌표(x축 좌표)를 구한다. 이렇게 해서 구해진 니들의 1차 x좌표와 2차 x좌표의 차이가 설정된 오차의 범위내이면, 이 두 좌표의 평균으로 최종적인 x좌표를 구한다.

그리고, y좌표도 x좌표와 동일한 방법으로 센서(12)가 니들의 y축 움직임을 센싱함으로써 구해진다.

x 및 y 좌표를 구한 후에, 니들(41)은 지그(10) 위의 소정 높이로 올려지고, 이 위치에서 z좌표가 구해진다.

제1 실시예의 측정용 지그(도 2 a의 지그)를 이용한 경우에, 니들(41)은 지그(10)의 상면에 있는 센서(13)를 향해서 아래로 하강하고, 종국에는 센서(13)와 접하게 된다. 이 때, 센서(13)가 온되면서 전기적 신호가 발생해 신호 검출부(21)로 전송된다. 이에 따라, 신호 검출부(21)는 수신된 전기적 신호를 모델링해서 니들(41)의 z축 좌표를 구하게 된다.

한편, 제2 실시예의 측정용 지그(도 2b의 지그)를 이용한 경우에, 니들(41)은 안내홈(113)과 동일선 상의 위쪽으로 올려지고, 이 원점을 시작으로 아래로 하강해 가이드 홈(113) 안으로 삽입하게 된다. 그리고, 이 니들(41)이 아래로 하강하는 과정에서 센서(13)의 센싱범위 내로 들어 오게 되면, 센서(13)가 온되면서 전기적 신호를 신호 검출부(21)로 발생시켜 z축 좌표를 구하게 된다.

이에 따라, 동작 제어기(20)는 구해진 니들의 위치 좌표(x, y, z)를 원점 좌표(x_o, y_o, z_o)와 비교해서 편차를 구하고, 모션 제어부(23)는 구해진 편차를 이용해서 옵셋이 보정되도록 로봇의 동작을 캘리브레이션한다(S40, S50). 따라서, 니들의 위치가 잘못되더라도 로봇의 움직임을 통해서 동작 중에 쉽사리 옵셋을 수정할 수가 있다.

이상과 같이, 본 고안은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 고안은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 고안의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 고안에 따르면, 디스펜서의 니들을 교체하는데 있어, 짧은 시간에 정확하게 오차를 수정할 수가 있다. 또한, 시간이 적게 들기 때문에 반도체 공정과 같이 시간에 의존하는 공정에서 제품의 불량률을 낮출 수가 있으며, 특히 측정용 지그를사용함으로써 매우 높은 수준의 정확도를 가지면서 니들의 오차를 수정할 수가 있다.

Claims

디스펜서 니들의 3차원 위치 좌표(x, y, z)를 측정하기 위한 장치로서,

일정한 두께를 갖고, 상, 하면을 구비하고 있는 몸체(104)와;

상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 x축 방향의 이동을 가이드하기 위한 x축 가이드 홈(102)과;

상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 y축 방향의 이동을 가이드하기 위한 y축 가이드 홈(103)과;

상기 x축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 이동하는 니들을 감지하기 위한 x축 감지센서(11)와;

상기 y축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 이동하는 니들을 감지하기 위한 y축 감지센서(11); 및

상기 몸체의 상면에 설치되어 니들의 끝단부와의 접촉을 센싱함으로써 니들의 z축 좌표를 감지하기 위한 z축 감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 x축 감지센서 및 y축 감지센서는 발광부와 수광부가 한조를 이루는 광센서로 구성되고, 상기 z축 감지센서는 압전 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
디스펜서 니들의 3차원 위치 좌표(x, y, z)를 측정하기 위한 장치로서,

일정한 두께를 갖고, 상, 하면을 구비하는 몸체(104)와;

상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 x축 방향의 이동을 가이드하기 위한 x축 가이드 홈(102)과;

상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 y축 방향의 이동을 가이드하기 위한 y축 가이드 홈(103)과;

상기 몸체에 형성되고, 상기 니들을 수용하여 니들의 z축 방향의 이동을 가이드하기 위한 z축 가이드 홈(115)과;

상기 x축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 이동하는 니들을 감지하기 위한 x축 감지센서(11)와;

상기 y축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 이동하는 니들을 감지하기 위한 y축 감지센서(11); 및

상기 z축 가이드 홈의 내부 벽면에 설치되어 홈을 따라 수직 하강하는 니들을 감지하기 위한 y축 감지센서(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 x축 감지센서, y축 감지센서 및 z축 감지센서가 모두 발광부와 수광부가 한조를 이루는 광센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 가이드 홈은 몸체의 상면과 하면이 연통되어 축방향으로 연장되는 슬롯(slot) 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 가이드 홈은 몸체의 상면으로부터 소정 깊이로 파여 축방향으로 연장되는 슬릿(slit) 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 x축 가이드 홈과 y축 가이드홈이 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 x축 가이드 홈과 y축 가이드 홈은 서로 연결되어 "ㄱ"자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.