KR20080054387A

KR20080054387A - 가공물 검사 장치

Info

Publication number: KR20080054387A
Application number: KR1020087006450A
Authority: KR
Inventors: 맨프레드 슈미트바우어; 마이클 크레치머; 제롤드 슈타우딩거
Original assignee: 아이저 ＆ 파트너 오에쿠
Priority date: 2005-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-06-17
Also published as: AT502410A4; ATE427647T1; EP1920646B1; CN101283637A; WO2007019596A2; DE502006003345D1; US20090207243A1; DK1920646T3; AT502410B1; WO2007019596A3; EP1920646A2

Abstract

본 발명은 가공물(6), 특히 회로 카드를 검사하기 위한 것으로, 상기 가공물(6)과 기계적으로 맞물릴 수 있으며 가공물 평면에서 상기 가공물(6)에 대하여 이동 가능한 측정 헤드(2)에 클램핑된 툴(tool)(3), 및 상기 측정 헤드(2)를 제어하기 위한 광학 관찰 기구(optical observation device)를 포함하는 장치에 관한 것이다. 상기 광학 관찰 기구는, 상기 측정 헤드(2)에 부착되며 상기 가공물 평면(6a)에 대하여 실질적으로 직각인 광학축(5a)을 가지는 카메라(5)로서 구현되어, 간단하고, 신속하며, 신뢰적인 측정이 이루어질 수 있다. 상기 축은 가공물 평면(6a)에 대하여 실질적으로 직각이며, 상기 툴(3)의 상기 카메라(5)의 광학축(5a)으로부터의 거리인 기계적인 오프셋(mechanical offset)을 결정하는 교정 기구(calibration device)가 제공된다. 본 발명은 또한 상기 장치를 이용하여 수행될 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

가공물 검사 장치 {DEVICE FOR EXAMINING WORKPIECES}

본 발명은 가공물, 특히 회로 카드를 검사하기 위한 것으로, 가공물 평면에서 가공물에 대하여 이동 가능한 측정 헤드에 클램핑된 검사 툴, 및 상기 측정 헤드를 제어하기 위한 광학 관찰 기구를 포함하는 장치에 관한 것이다.

회로 카드 또는 다른 전자 부품의 제조에서는 납땜 결합부의 품질 시험이 빈번하게 요구된다. 이것은, 마이크로프로세서와 카드 상의 대응하는 지점의 접촉을 검사하는 것으로서, 연결선 밑에 예를 들면 작은 훅(hook)의 형상인 툴을 삽입하고, 그 다음 훅을 이용하여 연결선을 파열시켜서 하는 검사를 포함한다. 연결선을 파열시키기 위해 필요한 힘이 측정되고 이 힘은 납땜 결합부의 품질의 척도이다. 검사될 가공물 및 툴은 당연히 모두 매우 작으며, 그 움직임은 매우 정밀하게 제어되어야 하기 때문에 검사가 어렵다. 마찬가지로, 가공물은 비파괴 방식으로 검사될 수도 있다.

본드 테스터(bond tester)라고 하는 장치가 공지되어 있으며, 이를 통해 전술한 검사가 수행될 수 있다. 이러한 과정에서, 툴은, 대응하는 측정을 수행할 수 있기 위해 가공물에 대하여 이동될 수 있도록 측정 헤드 상에 배치된다. 제어는 가공물을 관찰하고 있는 작업자 및 상기 장치에 부착된 현미경을 통한 툴에 의해 이루어진다. 이러한 조작은, 대응하는 연결선 아래의 정확한 위치에 툴이 삽입되는지 여부에 따라 측정의 정확도가 좌우되기 때문에, 고도의 숙련이 요구되며 에러가 유발되기 쉽다. 또한, 이 검사는 시간 소모적이므로 비용이 많이 들어간다.

이제까지는 측정 헤드에 대한 툴의 선단의 상대 위치가 약간 변화되어도 원하는 정밀도를 가질 수 없기 때문에 툴에 대한 측정 헤드의 효율적인 자동 제어가 이루어질 수 없었다. 이러한 변화는, 한편으로는 툴이 필연적으로 힘 측정 기구를 통해 측정 헤드에 연결되기 때문에 불가피하하게 움직임을 발생한다는 사실에 기인한다. 또한, 툴은 그 치수에 비해 하중을 많이 받으며 측정 중에 약간 변형될 수 있으며, 이로 인해 추가의 불안정 요소 및 공차를 가지게 된다.

DE 199 15 052 A에는 3차원 표면 구조의 검사를 위한 광학 검사 장치가 기재되어 있다. 카메라 또는 광센서가 교정 눈금(calibrating mark)에 의해 교정되어, 예를 들어 광센서의 해상도에 대한 특성 변수가 얻어질 수 있게 된다. 툴의 위치에 관한 정보는 얻을 수 없다.

본 발명의 목적은, 측정 프로세스가 자동으로 수행될 수 있도록, 전술한 장치를 개선하는 것으로, 위치 정밀도를 증대시켜서 측정을 보다 신뢰적이 되도록 하면서 보다 신속하고 비용이 저렴한 측정을 할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 가공물을 보다 신뢰적이고, 신속하며, 비용이 저렴하게 검사할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이들 목적은, 광학 관찰 기구가, 측정 헤드에 부착되며 가공물 평면에 대하여 실질적으로 직각인 광학축을 가지는 카메라로서 구현되고, 툴의 카메라의 광학축으로부터의 거리인 기계적인 오프셋(mechanical offset)을 결정하도록 교정 기구가 제공되는 것에 의해 달성된다.

본 발명에서는, 측정 헤드의 이동이 가공물을 향하는 카메라에 의해 제어되며 따라서 가공물에 관한 측정 헤드의 정확한 위치를 설정할 수 있다는 것이 중요한 점이다. 이 경우, 종래 기술과의 기본적인 차이점은, 카메라가 툴의 가공물과의 맞물림 과정을 필수적으로 관찰하는 것이 아니라 단지 포지셔닝을 위한 역할을 한다는 것이다. 이것은, 작은 화상 각도를 갖고 이에 따라 해상도가 높은 카메라에 의해서만 높은 정밀도가 얻어질 수 있기 때문에 중요하여, 카메라의 설계 조건은 툴이 직접 관찰되는 것을 방지하도록 한다. 교정 기구가 툴의 위치를 검출하는 교정에 의한 측정을 선행하는 것에 의해, 측정 헤드에 관한 툴의 선단의 위치가, 전술한 부정확성, 공차, 또는 소성변형에 의해 시간의 경과에 따라 약간 변화하는 것도 허용된다. 교정 과정이 수행되면, 카메라에 관한 툴의 선단의 정확한 상대 위치가 확인되기 때문에, 측정 헤드는 그에 따라 툴의 확실한 결합을 얻도록 이동될 수 있다.

측정 헤드에 대하여 이동 가능한 측정 헤드에 대한 이전 및 이후의 모든 설명은, 가공물이 고정되고 측정 헤드가 이동 가능하다는 가정 및 측정 헤드가 고정되고 가공물이 이동 가능하다는 가정 모두를 포함한다. 이 경우, 이동은, 예를 들어 플로터(plotter)에서 작성되는 것과 같은 좌표 테이블의 형태 그 자체로 공지된 방식으로 수행된다.

교정 기구에 대하여 특히 바람직한 복수의 변형을 제안한다. 제1 변형은, 교정 기구가 측정 헤드에 대하여 이동 가능한 추가의 카메라로서 구현되고, 추가의 카메라는 툴 및 측정 헤드의 기준점이 추가의 카메라에 의해 검출될 수 있도록 배향 가능한 것이다. 교정 과정에서, 측정 헤드는 툴이 추가의 카메라의 검출 범위에 들어가도록 이동된다. 측정 헤드에 부착된 기준점을 검출함으로써, 카메라에 대한 가공물의 위치를 설정하는 것이 가능하다. 기준점은 예를 들어 카메라의 렌즈에 부착될 수 있거나, 렌즈 자체가 기준점으로서 검출될 수 있다. 원칙적으로, 추가의 카메라가 적절하게 구현되는 경우, 거리 또는 상대 위치를 결정하기 위해 툴 및 기준점을 동시에 검출하는 것이 가능하다. 그러나, 검출이 순차적으로 수행되는 것이 특히 바람직하며, 측정 헤드가 이동되기 전에 툴의 선단이 먼저 추가의 카메라의 광학축으로 이동되어, 추가의 카메라의 광학축에도 기준점이 위치되도록 한다. 측정 헤드의 이동 경로를 결정하면 정확한 상대 위치가 정의될 수 있다. 또한, 기준점을 먼저 위치시키고 이어서 툴의 선단을 위치시키는 것도 물론 가능하다.

대안적인 교정 기구는 가공물 옆의 적절한 위치에 배치되는 프리즘(prism)에 의해 형성된다. 이 경우, 프리즘은, 카메라가 툴의 선단을 향하도록 카메라의 광학축이 180도에 걸쳐 편향되도록 구현된다. 그리고 확인된 프리즘의 치수 및 광학적 특성에 의해 카메라와 툴의 선단 사이의 상대 위치가 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 변형은, 교정 기구가 가공물용 리셉터클의 개구부로서 구현되어 이 개구부에 툴이 삽입될 수 있고, 카메라가 개구부를 광학적으로 검출할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우 교정 과정은, 측정 헤드의 대응되는 이동 결과로서 툴이 교정용 개구부에 삽입되어 측정 헤드의 위치가 정확하게 설정될 수 있도록 수행된다. 전술한 방법과 마찬가지로, 이것은, 툴이 삽입되면 카메라가 추가의 기준점을 검출하여 교정용 개구부에 대한 위치가 확인되고 이로부터 기계적인 오프셋이 정확하게 결정되는 방법, 아니면 툴의 선단이 교정용 개구부에 삽입되면 측정 헤드의 대응되는 이동이 바람직한 방식으로 수행되어 교정용 개구부 자체를 검출 범위로 이동시키는 방법 어느 것으로 수행될 수 있다. 툴이 교정용 개구부에 대한 삽입 운동을 제어하도록 구현되는 측정 기구를 가지는 경우에는 특히 정밀한 교정이 이루어질 수 있다. 교정용 개구부가 원뿔형으로 구현되는 것도 이와 관련하여 바람직하다.

본 발명에 따른 장치의 특히 바람직한 변형에서는, 인장력 검출 장치를 통해 측정 헤드에 고정되는 훅으로서 구현되는 툴이 제공된다. 이 경우에 인장력 검출 장치는, 검사될 연결부를 파괴하기 위해 필요한 힘을 나타내는 신호를 생성한다.

사용 위치에서 가공물 평면이 실질적으로 수평이고 툴이 수직으로 이동될 수 있도록 측정 헤드에 배치되면 특히 바람직하다.

또한, 툴이 측정 헤드와 관련하여 회전 가능하도록 배치되면 특히 바람직하다. 이로 인해 각각의 접점의 배향에 관계없이 검사 과정이 수행될 수 있다.

장치의 자동화와 관련하여, 장치가 툴을 자동으로 이동시키도록 화상 인식 기구를 구비하면 특히 바람직하다. 이로 인해, 접점이 검사될 전자 부품의 외형이 확실한 제어가 가능하도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 가공물 검사 방법에 관한 것으로,

- 가공물을 클램핑하는 단계;

- 상기 가공물에 장착되는 측정 헤드에 툴을 제공하는 단계;

- 광학 관찰 기구에 의해 안내되는 상기 가공물의 검사 지점으로 상기 툴을 안내하는 단계; 및

- 상기 가공물의 검사 지점에서 측정을 실행하는 단계

를 포함한다.

본 발명에 따르면, 이 방법은, 상기 툴이, 상기 가공물에 대하여 상기 툴과 함께 이동 가능한 카메라에 의해 안내되고, 상기 툴에 대한 상기 카메라의 위치가 교정 기구에 의해 검출되는 것을 특징으로 한다. 이러한 유형의 방법은, 공지된 장치를 이용하여 수행되는 공지된 방법에 비해 보다 정밀하고 보다 신뢰적이며 보다 비용이 적게 소요된다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 제1 변형의 개략적인 측면도이다.

도 2 및 도 3은 도 1과 유사한, 다른 변형의 개략도이다.

이하, 첨부도면을 참조한 예시적 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 장치는 측정이 수행될 가공물(6)용 리셉터클(1)을 포함하고, 가공물(6)은 가공물 평면(6a)에 배치된다. 훅 형태의 툴(3)은 인장력 검출 장 치(4)를 통해 측정 헤드(2)에 현수되어 있다. 또한, 검출 범위를 참조부호 11로 나타낸 카메라(5)는 측정 헤드(2)에 고정되어 있다. 기계적인 오프셋은 툴(3)과 카메라(5)의 축(5a)의 거리로서 정의된다. 리셉터클(5)에는 위쪽으로 향하는 검출 콘(detection cone)(12)을 가지는 추가의 카메라(7)가 고정되어 있으며, 이 검출 콘(12)에는 툴(3) 및 카메라(5), 즉 측정 헤드(2)에 부착되어 있는 기준점(15)들이 모두 삽입된다.

이제, 측정 헤드(2)가 이동함에 따라, 카메라(5)의 축(5a)이 기준점(15)의 도움을 받아 축(7a)과 정렬되기 전에, 툴(3)이 먼저 추가의 카메라(7)의 광학 축(7a)을 향해 배향되는 방식으로 교정 과정이 수행될 수 있다. 이것은, 축(5a)과 축(7a) 사이의 광학적 오프셋(s)이, 추가의 카메라(7)의 축(7a)이 툴(3)을 향해 배향되도록 결정된다는 것을 의미한다. 이 경우, 기계적인 오프셋(d)과 광학적 오프셋(s)이 일치되어, 툴(3)과 카메라(5)의 광학 축(5a) 사이의 상대 위치가 정확하게 결정될 수 있게 된다. 이어서, 측정 헤드(2)가, 화상 인식 소프트웨어를 이용하여 가공물(6)이 검출되고 개별 측정 지점이 확인 및 선택되도록 이동된다. 기계적인 오프셋(d)의 정확한 인식을 통해, 툴(3)은 대응 지점을 향해 정확하게 이동될 수 있다. 본 발명의 방법을 수행할 때, 한번의 교정 후에 복수의 측정 과정을 수행하는 것이 가능하며, 기계적인 오프셋(d)은 변화하지 않고 유지되는 것으로 가정한다. 특정 회수의 측정 과정 또는 심지어 한 번의 측정 과정 후에 기계적인 오프셋(d)이 바람직하게 못하게 변화되는 경우, 대응되는 회수의 측정 과정 후에 교정이 반복되어야 하며, 극단적인 경우, 매번의 측정 과정 전에 교정이 행해져야 한 다.

도 2의 변형에서는, 카메라(5)가 광학 프리즘(8) 쪽을 향하고 광학 프리즘(8)은 카메라(5)의 빔(11)을 편향시켜 11a에서 빔(11)을 툴(3)의 선단 쪽으로 향하게 하는 것에 의해, 교정이 이루어진다.

도 3의 변형에서는, 교정 중에 툴(3)이 교정용 개구부(9) 쪽으로 하강되도록 측정 헤드가 이동되는 것에 의해, 교정이 이루어진다. 교정용 개구부(9)의 축(9a)과 툴(3)이 배치된 축(3a)의 정확한 일치가 이루어지도록 하기 위해, 인장력 검출 장치(4)에 스트레인 게이지(strain gauge)와 같은 센서가 사용된다. 이 경우, 기계적인 오프셋(d)은 카메라(5)가 추가의 기준점(14)의 위치를 결정함으로써 결정될 수 있으며, 교정용 개구부(9)에 대한 상대 위치는 알고 있는 것이다. 그러나, 툴(3)이 교정용 개구부(9)에 삽입되면, 카메라(5)의 축(5a)이 교정용 개구부(9)의 축(9a)과 정렬되도록 측정 헤드(2)를 추가로 변위시키는 것도 가능하다. 이 경우, 추가의 기준점(14)은 필요하지 않다.

본 발명에 따른 장치에 의하면, 측정 방법이 신속하고, 신뢰적이며 정확하게 이루어질 수 있다. 각각의 측정값은 에러 코딩(error coding)과 함께 기록되고 최소값과 최대값 및 표준편차(Cpk)를 이용하여 통계적으로 사정된다. 파괴 검사는 비파괴 검사로 대체될 수도 있으며, 이 경우 각각의 접합을 시험하는 힘은 한정된다. 시험 과정은 전자동으로 진행되며 소프트웨어를 이용하여 기록된다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 인간공학적의 매우 콤팩트한 디자인 및 놀라울 만큼 간단한 조작성을 갖는다.

Claims

가공물(6), 특히 회로 카드를 검사하기 위한 것으로, 상기 가공물(6)과 기계적으로 맞물릴 수 있으며 가공물 평면에서 상기 가공물(6)에 대하여 이동 가능한 측정 헤드(2)에 클램핑된 툴(tool)(3), 및 상기 측정 헤드(2)를 제어하기 위한 광학 관찰 기구(optical observation device)를 포함하는 장치에 있어서,

상기 광학 관찰 기구는, 상기 측정 헤드(2)에 부착되며 상기 가공물 평면(6a)에 대하여 실질적으로 직각인 광학축(5a)을 가지는 카메라(5)이며,

상기 툴(3)의 상기 카메라(5)의 광학축(5a)으로부터의 거리인 기계적인 오프셋(mechanical offset)을 결정하는 교정 기구(calibration device)가 제공되는,

가공물 검사 장치.
제1항에 있어서,

상기 교정 기구는, 상기 측정 헤드(2)에 대하여 이동 가능하며, 상기 툴(3) 및 상기 측정 헤드(2)의 기준점(15)을 검출할 수 있도록 배향될 수 있는, 추가의 카메라(7)인, 가공물 검사 장치.
제2항에 있어서,

상기 추가의 카메라(7)의 광학축(7a)은, 상기 광학 관찰 기구인 상기 카메라(5)의 광학축(5a)과 평행하게 배향되는, 가공물 검사 장치.
제1항에 있어서,

상기 교정 기구는 광학 프리즘(8)이며, 상기 광학 프리즘(8)을 통해 상기 카메라(5)가 툴(3)을 관찰할 수 있는, 가공물 검사 장치.
제1항에 있어서,

상기 교정 기구는 상기 가공물(6)용 리셉터클(1)의 교정용 개구부(9)이고, 상기 교정용 개구부(9)에 상기 툴(3)이 삽입될 수 있으며, 상기 카메라(5)는 상기 교정용 개구부(9)를 광학적으로 검출할 수 있는, 가공물 검사 장치.
제5항에 있어서,

상기 툴(3)은, 상기 교정용 개구부(9)로의 삽입 운동을 제어하기 위해 구현된 측정 기구(4)를 가지는, 가공물 검사 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,

상기 교정용 개구부(9)는 위쪽이 원뿔형으로 확장되도록 형성된, 가공물 검사 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 툴(3)은, 인장력 검출 기구(4)를 통해 상기 측정 헤드(2)에 고정되는 훅(hook)인, 가공물 검사 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가공물 평면(6a)은 상기 가공물 검사 장치의 사용 포지션에서 실질적으로 수평하고, 상기 툴(3)은 수직으로 이동 가능하도록 상기 측정 헤드(2)에 배치되는, 가공물 검사 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 툴(3)은 상기 측정 헤드(2)에 대하여 회전 가능하도록 배치되는, 가공물 검사 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가공물 검사 장치는, 상기 툴(3)의 자동 이동을 위해 화상 인식 기구에 기반한 컨트롤러를 구비하는, 가공물 검사 장치.
- 가공물(6)을 클램핑하는 단계;

- 상기 가공물(6)에 장착되는 측정 헤드(2)에 툴(3)을 제공하는 단계;

- 광학 관찰 기구에 의해 안내되는 상기 가공물(6)의 검사 지점으로 상기 툴(3)을 안내하는 단계; 및

- 상기 가공물(6)의 검사 지점에서 측정을 실행하는 단계

를 포함하는, 가공물 검사 방법에 있어서,

상기 툴(3)은 상기 가공물(6)에 대하여 상기 툴(3)과 함께 이동 가능한 카메라(5)에 의해 안내되고, 상기 툴(3)에 대한 상기 카메라(5)의 위치가 교정 기구(7, 8, 9)에 의해 검출되는,

가공물 검사 방법.
제12항에 있어서,

각각의 측정 전에 교정 단계를 실행하는, 가공물 검사 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 툴(3)은 회전 가능하게 장착되고,

상기 가공물 평면(6a)에 대하여 실질적으로 직각인 축에 대한 상기 툴(3)의 다양한 각도 위치에서 교정이 실행되는,

가공물 검사 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 교정 단계는, 상기 툴(3)을 향하고 상기 측정 헤드(2)의 기준점(15)을 향하는 추가의 카메라(7)에 의해 실행되는, 가공물 검사 방법.
제15항에 있어서,

상기 카메라(5)는 상기 툴(3) 및 상기 기준점(15)을 동시에 향하는, 가공물 검사 방법.
제15항에 있어서,

상기 카메라(5)는 상기 툴(3) 및 상기 기준점(15)을 순차적으로 향하는, 가공물 검사 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 교정 단계는 프리즘(8)을 통해 실행되며, 상기 카메라(5)는 상기 툴(3)이 검출되도록 상기 프리즘(8)을 향하는, 가공물 검사 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 툴(3)이 삽입되며 상기 카메라(5)에 의해 검출되는 교정용 개구부(9)에서 교정이 수행되는, 가공물 검사 방법.
제19항에 있어서,

상기 카메라(5)는, 상기 툴(3)이 상기 교정용 개구부(9)에 삽입되는 동안에, 상기 교정용 개구부(9)에 대하여 소정의 위치에 배치되어 있는 추가의 기준점(15)을 향하는, 가공물 검사 방법.
제19항에 있어서,

상기 툴(3)이 상기 교정용 개구부(9)에 삽입되면, 상기 카메라(5)가 상기 교정용 개구부 쪽으로 배향되는, 가공물 검사 방법.
제12항 내지 제21항에 있어서,

상기 측정 단계는, 화상 인식 방법을 이용하여 자동으로 실행되는, 가공물 검사 방법.