KR20040058023A - 모듈형 조명 디바이스를 포함하는, 시각적 위치탐지(컴포넌트, 기판)를 위한 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 기반 모듈(110)과 부가 광 모듈(120a)을 포함하는 모듈형 광센서 디바이스(100)에 관한 것이다. 부가 광 모듈(120a)은 광학 기반 모듈상에 배치될 수 있으며 다른 부가 광 모듈(120b)에 의하여 대체될 수 있다. 부가 광 모듈들(120a, 120b)은 서로 다른 조명 특성을 갖는다. 탐지될 물체의 종류에 따라, 조명각도와 조명광의 스펙트럼 분포가 적절하도록 부가 광 모듈들(120a, 120b)이 선택될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 광학 기반 모듈(110)은 인터페이스(131)을 통해 부가 광 모듈들(120a, 120b)에 연결되어, 각 경우 사용된 부가 광 모듈들(120a, 120b)이 중앙 제어 유닛에 의해 확인될 수 있음으로써 부가 광 모듈들(120a, 120b)을 교체할 때 더이상 광센서 디바이스(100)의 캘리브레이션을 실행할 필요가 없다.

Description

모듈형 조명 디바이스를 포함하는, 시각적 위치 탐지(컴포넌트, 기판)를 위한 센서{SENSOR FOR THE VISUAL POSITION DETECTION(COMPONENT, SUBSTRATE) COMPRISING A MODULAR LIGHTING DEVICE}
오늘날, 자동적으로 기판들 또는 인쇄회로기판에 컴포넌트들을 장착하는 공정은 통상적으로 이른바 자동 픽-플레이스(pick-and-place) 기계에 의하여 수행된다. 이 상황에서, 컴포넌트들은 하나의 컴포넌트 공급 디바이스에서 조립 헤드(assembly head)를 거쳐 인쇄회로기판상의 장착위치로 이송된다. 이하의 '컴포넌트'라는 용어는 모든 장착가능 소자들, 특히 전자 컴포넌트들, 전기기계 컴포넌트들, 전기적 및 기계적 접촉을 위한 커넥터들 및 플러그-인 커넥터들, 그리고 스크리닝 플레이트(screening plate)들을 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 장착가능 소자들에는, 예를 들어, 다이(die)들 또는 특히 웨이퍼가 구조화되고 커팅된 후에 최종 컴포넌트들을 제조하기 위해 추가적으로 처리되는 반도체 웨이퍼의 개별적인 부분들을 포함한다.
특히 최근에 컴포넌트가 계속해서 소형화되는 결과로, 정확한 장착공정은 장착될 컴포넌트와 그 컴포넌트가 장착되어질 인쇄회로기판 양자 모두의 정확한 위치 측정에 좌우된다. 또한, 큰 장착용량에 대한 요구조건을 충족시키기 위하여, 장착공정은 정확하면서도 신속하게 실행되어야만 한다. 이러한 요구사항은 컴포넌트들 및/또는 기판들을 탐지하는 광학수단을 사용함으로써 충족될 수 있다.
이러한 유형의 광학 탐지 설비는, 예를 들어, 기계적으로 결함있거나 손상된 컴포넌트들의 탐지를 가능하게 하여 장착공정에 영향을 미치는 장애들의 발생가능성을 상당히 감소시킬 수 있다. 또한, 광학 탐지 설비는 장착된 컴포넌트 및/또는 인쇄회로기판의 위치를 정확하게 확인하여, 고도로 정밀한 장착공정과 관련하여 요구되는 중요한 필요조건들이 충족될 수 있게 할 수 있다.
예를 들어, 인쇄회로기판에 적용되며 광센서 디바이스에 의해 탐지될 수 있는 마스킹(masking)들이 인쇄회로기판의 위치를 정확히 탐지하기 위해 사용된다. 인쇄회로기판에 사용된 재료에 따라, 비교적 어두운 배경상의 밝은 마스킹들 또는 비교적 밝은 배경상의 어두운 마스킹들이 마스킹 목적으로 채택된다.
그러나, 컴포넌트 및/또는 기판의 정확한 탐지를 위해서는 각각의 경우 조명 각도, 다시 말해 조명광(illumination light)이 문제가 되는 물체를 조명하는 각도에 대하여, 그리고 조명광의 스펙트럼 분포(spectral distribution)에 대하여 탐지되어질 물체들에 매칭되는 조명수단이 요구된다. 이러한 이유에서, 다수의 서로 다른 기판들 및/또는 컴포넌트들에 대하여 물체들에 대한 시각적 탐지를 가능하게 하는 가장 적절한 조명을 생성시키는 조명 시스템과 함께 센서 디바이스가 발전해왔다.
따라서, 예를 들어 1이상의 광원들, 불투명한 분리벽들 및 미러(mirror)들을 포함하는 US 5,469,294호로부터 조명시스템이 공지된다. 광원은 발광 다이오드(LED)들과 넓은 스펙트럼범위에서 발산하는 백열 램프들을 모두 포함한다. 어두운 배경상의 밝은 물체들 및 밝은 배경상의 어두운 물체들 모두에 대한 향상된 인지도를 성취하기 위하여, 암시야(dark-field) 조명 시스템들(조명은 필수적으로 카메라의 광축과 평행하다)과 명시야(bright-field) 조명 시스템들(조명은 필수적으로 카메라의 광축과 수직을 이룬다)이 제공된다.
조명 디바이스는 각각 서로 다른 스펙트럼영역에서 발광하는 다수의 조명 유닛을 포함하는 WO 99/20093으로부터 공지된다. 상기 조명 유닛들은 그 세기와 관련하여 개별적으로 변화될 수 있다. 그 결과, 여러 명도(lightness)의 배경에 대해 여러 물체들 또는 마스킹들이 사용되는 경우 충분한 정도의 명암대비를 보증하는 기능을 하는, 다양한 스펙트럼 분포를 갖는 조명이 성취된다.
상기 언급된 조명 시스템들은 그 복잡성의 결과로 많은 제조비용이 소모되며 각 경우에 요구되는 조명을 설정하는 것과 관련하여 사용하기 어렵다는 단점을 갖는다. 상기 언급된 조명 디바이스들에 관한 또다른 단점은 그 조명 디바이스들이 모든 컴포넌트들 또는 인쇄회로기판들에 대해 적절한 것은 아니라는 점이다. 따라서, 다른 인쇄회로기판 및/또는 컴포넌트들에 대해 적합하지 않은 조명 디바이스를 사용하는 경우에는, 특정 응용예에 적절한 조명 설정을 성취하기 위하여 자동 픽-플레이스 기계가 적절히 수정되어야만 한다. 이러한 유형의 수정은 통상적으로 조명 장치에 대한 재-캘리브레이션(re-calibration)을 요구하며, 또한 항상 자동 픽-플레이스 기계에 대하여 관련 추가비용과 중단시간을 야기함으로써, 제조라인의 집적 장착성능을 저하시킨다.
본 발명은 광센서 디바이스와 관련되며, 또한 물체에 대한 시각적 탐지를 위한, 특히 컴포넌트들 및/또는 기판들을 인지하고 점검하기 위한 위치 탐지를 위한 광센서 디바이스의 개별적 컴포넌트들과 관련된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제 1 부가 광 모듈을 갖는 광 센서 디바이스를 도시하며,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 제 2 부가 광 모듈를 갖는 광 센서 디바이스를 도시한다.
본 발명의 목적은 물체에 대한 시각적 탐지를 위한 광 센서 디바이스를 형성하는 것인바, 상기 센서 디바이스는 사용하기 간단하고 탐지될 다수의 물체들에 적절하다. 또한, 본 발명의 목적은 상기 광센서 디바이스의 개별 컴포넌트의 실시예를 형성하는 것이다.
상기 목적은 제 1 항에 따른 광센서 디바이스, 제 11 항에 따른 광기반 모듈 그리고 제 12 항에 따른 부가 광 모듈에 의하여 성취된다.
본 발명은 모듈에 기초하여 구성된 광센서 디바이스를 사용함으로써, 거의 모든 적용예에 대하여, 다시 말해 정확하고 신속한 장착을 위하여 인쇄회로기판에 컴포넌트들을 자동 설치하는 목적을 위하여 탐지되는 거의 모든 물체에 대하여 탐지 목적들을 위해 요구되는 적절하고 유용한 조명을 만드는 것이 가능하다는 지식에 기초한다.
제 2 항에 따른 본 발명의 유리한 실시예에 따라, 광학 기반 모듈은 추가적으로 제 2 조명 유닛을 포함한다. 스펙트럼 분포 및 상기 제 2 조명 유닛에 의하여 발광된 조명각도가 모든 적용예들의 많은 부분, 예를 들어 이 상황에서 상상할 수 있는 모든 물체들 중 80%가 탐지될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 광학 기반 모듈은 비용효율적으로 제조될 수 있으며, 따라서 자동 픽-플레이스 기계의 기본 비용을 절감하는데 공헌한다. 광학 기반 모듈만을 사용해서는 탐지될 수 없는 물체들을 탐지해야 하는 상황에서는, 탐지될 물체들과 그들 각각의 배경들에 대해 특정 조명 설비를 이용가능하게 하는 부가 광 모듈이 사용될 수 있다. 따라서, 여러 부가 광 모듈이 제공될 수 있으며, 예를 들어, 특정 적용예 모두를 커버하는 부가 광 모듈이 제공될 수 있다. 이러한 방법으로, 자동 픽-플레이스 기계의 사용자는 센서 디바이스의 제조자 또는 자동 픽-플레이스 기계의 제조자로부터 특정 응용에 요구되는 부가 광 모듈들을 구입할 수 있다.
청구범위 제 3 항 및 제 4 항에 따른 광센서 디바이스는 여러 조명 각도 또는 여러 스펙트럼 분포를 선택함으로써, 신뢰성 있게 물체들을 탐지를 하기에 적합한 광으로 탐지될 물체들과 그 앞에 상기 탐지될 물체가 위치하는 배경들의 모든 가능한 조합들이 조명될 수 있다는 장점을 갖는다. 광학 기반 모듈 또는 부가 광 모듈과 관련된 각각의 조명 유닛은 다수의 여러 스펙트럼범위에서 발광할 수 있음이 주목되어야 한다.
제 7 항에 따른 본 발명의 실시예에 따라, 부가 광 모듈이 광학 기반 모듈에 기계적으로 고정될 수 있다. 이는 부가 광 모듈을 고정시키기 위하여 별도의 고정 디바이스를 제공할 필요가 없으며, 그리고 부가 광 모듈이 광학 기반 모듈에 대하여 항상 공간적으로 고정된 위치에 배치된다는 장점을 갖는다.
제 9 항에 따른 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 부가 광 모듈이 인터페이스에 의하여 광학 기반 모듈에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 유리하게도, 상기 인터페이스는 부가 광 모듈이 그 인터페이스에 의하여 접촉되도록설계될 수 있다. 상기 접촉은 부가 광 모듈내에 배치되는 조명 유닛들에 전력을 공급하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 인터페이스에 의한 광학 기반 모듈과 부가 광 모듈의 연결의 또하나의 장점은 조명 특성, 다시 말해 조명의 조명각도와 스펙트럼 분포가 상기 인터페이스에 의하여 광학 기반 모듈과 부가 광 모듈에 연결되는 제어 유닛에 의하여 집중적으로 결정될 수 있다는 점이다.
제 10 항에 따라, 광학 기반 모듈과 부가 광 모듈 사이의 인터페이스는, 부가 광 모듈 또는 그 부가 광 모듈에 의한 조명 유형이 상기 인터페이스를 통해 전송되는 테이터에 기반하여 확인될 수 있도록 설계된다. 따라서, 부가 광 모듈의 조명 특성이 알려지면, 인터페이스를 통해 전송되는 데이터를 사용하여 광 센서 디바이스에 대한 캘리브레이션이 자동적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 추가적인 장점들과 특징들은 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명에서부터 나타날 것이다.
도 1은 광학 기반 모듈(110)과 부가 광 모듈(120a)을 갖는 모듈형 기초상에 구성된 광센서 디바이스(100)을 도시한다. 광센서 디바이스(100)의 사용으로, 탐지될 표면이 참조번호(140)으로 표시되는 작업평면에 있는 물체들을 탐지할 수 있다. 광학 기반 모듈(110)은 조명 소자들(114), 예를 들어 렌즈(113)을 포함하는 이미지화 광학 시스템(imaging optical system)(112) 및 CCD 카메라(111)를 포함한다. 이미지화 광학 시스템(112)은 탐지될 물체(미도시)를 CCD 카메라(111)으로 영상화한다. 이미지화 광학 시스템(112)은 도 1에서 개략적으로만 도시되며, 예를 들어 렌즈들, 빔 스플리터(beam splitter)들 및/또는 미러들과 같은 다수의 광학소자들을 포함할 수 있음을 주목해야 한다. 마찬가지로, 조명 소자들(114)에 더하여 광학 기반 모듈은 작업평면(140)에 위치하는 물체(미도시)를 직·간접적으로 조명하는 조명소자들을 추가적으로 가질 수 있음을 주목해야 한다.
부가 광 모듈(120a)은, 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 조명 소자들(114)과는 다른 각도에서 작업평면(140)에 위치한 물체(미도시)를 조명하는 조명 소자들(121a)를 갖는다. 또한, 조명 소자들(121a)에 의하여 발산되는 빛은 광학 기반 모듈(110)의 조명 소자들(114)에 의해 발산되는 빛과는 다른 스펙트럼 분포를 나타낸다. 이 시점에서, 마찬가지로 도 1의 부가 광 모듈(120a)은 단지 개략적으로만 도시되며, 예를 들어 추가적인 조명 소자들, 이미지화 광학 시스템들, 빔 스플리터들 및 또는 미러들과 같은 광학 컴포넌트들을 추가적으로 포함할 수 있음을 주목해야 한다. 도 1에서 도시된 실시예에 따라, 부가 광 모듈(120a)이 광학 기반 모듈(110)상에 장착된다. 부가 광 모듈(120a)을 장착하는 경우, 광학 기반 모듈(110)과 부가 광 모듈(120a) 사이의 인터페이스(131)를 통해 접촉이 이루어진다. 도 1에서 도시된 실시예에 따라, 상기 인터페이스는 베이스 플레이트(baseplate)(130) 상에 위치되는바, 상기 베이스 플레이트에 광학 기반 모듈(110) 및 부가 광 모듈(120a)가 모두 고정된다.
도 1에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라, 부가 광 모듈(120a) 유형 또는 부가 광 모듈(120a)에 의하여 제공되는 조명의 유형에 대한 특징을 나타내는 데이터가 인터페이스(131)를 통해 전송될 수 있다. 따라서, 조명은 도시되지 않은 중앙 제어 유닛에 의하여 광학 기반 모듈(110)과 부가 광 모듈(120a)을 통해 결정될 수 있으며, 따라서 각 적용예에 대한 최적의 조명이 스펙트럼 분포 및 각분포(angular distribution)와 관련하여 생성될 수 있다.
도 2는 다른 부가 광 모듈(120b)이 광학 기반 모듈(110)상에 장착된다는 점에서 도 1에서 도시된 광센서 디바이스(100)과 구별되는 광센서 디바이스(100a)를 도시한다. 도 2의 참조번호들이 도 1의 참조번호들과 매칭되는한, 상기 도 2의 참조번호들은 센서 디바이스(100a)와 센서 디바이스(100) 양자에서 동일한 형태인 개별 컴포넌트들을 나타낸다.
부가 광 모듈(120b)은 작업평면(140)에 위치한 물체(미도시)를 조명하는 조명 소자들(121b)을 갖는다. 이러한 상황에서, 조명 각도, 조명의 스펙트럼 분포 및 조명 소자들(121a)과 탐지될 물체 사이의 거리가 상이하다는 점에서 부가 광 모듈(120b)에 의하여 생성되는 조명은 부가 광 모듈(120a)에 의해 생성되는 조명과 다르다.
도 2의 부가 광 모듈(120b)은 단지 개략적으로만 도시되며 조명 소자들(121b) 외에 추가적인 조명 소자들, 이미지화 광학 시스템, 빔 스플리터들또는 미러들을 더 포함할 수 있다 .
요약하면, 본 발명은 광학 기반 모듈(110)과 부가 광 모듈(120a)을 갖는 모듈형 기반상에 구성되는 광센서 디바이스(100)을 생성시킨다. 부가 광 모듈(120a)은 광학 기반 모듈상에 위치될 수 있으며 다른 부가 광 모듈(120b)로 대체될 수 있다. 부가 광 모듈들(120a, 120b)은 서로 다른 조명 특성을 갖는다는 특징이 있다. 이러한 방법으로, 탐지될 물체의 유형에 따라, 조명각도 및 조명광의 스펙트럼 분포에 있어서 적절한 부가 광 모듈들(120a, 120b)이 선택될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 광학 기반 모듈(110)은 인터페이스(131)을 통해 부가 광 모듈들(120a, 120b)에 연결되어, 각 경우 사용된 부가 광 모듈들(120a, 120b)이 중앙 제어 유닛에 의해 확인될 수 있음으로써 부가 광 모듈들(120a, 120b)을 교체할 때 더이상 광센서 디바이스(100)의 캘리브레이션을 실행할 필요가 없다.

Claims (12)

  1. 물체를 시각적으로 탐지하기 위한, 특히 컴포넌트들 및/또는 기판들 위치탐지 및/또는 인지 또는 점검을 위한 광 센서 디바이스로서,
    ·광 탐지기
    ·상기 광 탐지기 상에 탐지될 물체에 대한 측정 영역을 이미지화하는 이미지화 광학 시스템(imaging optical system), 및
    ·상기 측정 영역을 조명하는 제 1 조명 유닛(lighting unit)을 포함하며,
    - 상기 광 탐지기 및 상기 이미지화 광학 시스템은 광학 기반 모듈에 배치되고,
    - 상기 제 1 조명 유닛은 부가 광 모듈(supplementary optical module)에 배치되며, 그리고
    - 상기 부가 광 모듈은 상기 광학 기반 모듈상에 가역적인(reversible) 방법으로 장착될 수 있는, 광센서 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 기반 모듈은 추가적으로 상기 측정 영역을 조명하는 제 2 조명 유닛을 포함하는, 광센서 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 조명 유닛들은 탐지될 물체가 상기 제 1 조명 유닛에 의한 경우와는 다른 각도로부터 제 2 조명 유닛에 의하여 조명되도록 구성되는, 광센서 디바이스.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 조명 유닛은 제 1 스펙트럼 영역에서 발광하고 상기 제 2 조명 유닛은 제 2 스펙트럼 영역에서 발광하는, 광센서 디바이스.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제 1 조명 유닛 및 또는 상기 제 2 조명 유닛은 적어도 하나의 발광 다이오드를 갖는, 광센서 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 광 탐지기는 CCD 카메라인, 광센서 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 부가 광 모듈은 상기 광학 기반 모듈에 기계적으로 고정될 수 있는, 광센서 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 부가 광 모듈은 상기 광학 기반 모듈상에 장착될 수 있는, 광센서 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 부가 광 모듈은 인터페이스에 의하여 상기 광학 기반 모듈에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있는, 광센서 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 인터페이스는 상기 부가 광 모듈 및/또는 상기 부가 광 모듈에 의하여 제공되는 조명 유형의 특징을 나타내는 데이터가 상기 인터페이스를 통해 전송될 수 있도록 설계되는, 광센서 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 따른 광 센서 디바이스에 사용하기 위한 광학 기반 모듈로서,
    ·상기 광학 기반 모듈이 상기 부가 광 모듈에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있도록 하는 인터페이스를 구비하는, 광학 기반 모듈.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 따른 광센서 디바이스에 사용하기 위한 부가 광 모듈로서,
    ·상기 광학 기반 모듈이 상기 부가 광 모듈에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있도록 하는 인터페이스를 구비하는, 부가 광 모듈.
KR10-2004-7009297A 2001-12-18 2002-12-13 모듈형 조명 디바이스를 포함하는, 시각적 위치탐지(컴포넌트, 기판)를 위한 센서 KR20040058023A (ko)

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