KR20210101090A - 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

픽 앤 플레이스 머신의 헤드(head) 위치를 실제 위치에 2차원 좌표 정보가 표현된 테이블에 매칭하여 평면상 실제 헤드의 위치를 획득하고, 획득한 실제 헤드 위치를 기반으로 위치 오차를 보정하여 헤드를 정확한 위치로 설정하기 위한 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치 및 방법에 관한 것으로서, 위치 정보가 패턴화된 패턴 테이블의 정보를 획득하여 헤드의 실제 위치를 획득하고, 획득한 헤드의 실제 위치를 기반으로 헤드의 위치 오차를 보정하여, 간단한 구성을 통해 헤드의 위치를 쉽게 그리고 정확하게 보정할 수 있게 된다.

Description

픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치 및 방법{Position Compensation Apparatus and Method of pick and place machine}

본 발명은 픽 앤 플레이스 머신(pick and place machine)의 위치 보정에 관한 것으로, 특히 픽 앤 플레이스 머신의 헤드(head) 위치를 실제 위치에 2차원 좌표 정보가 표현된 테이블에 매칭하여 평면상 실제 헤드의 위치를 획득하고, 획득한 실제 헤드 위치를 기반으로 위치 오차를 보정하여 헤드를 정확한 위치로 설정하기 위한 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치 및 방법에 관한 것이다.

전자 부품 조립 업계에서는 개별적인 부품을 인쇄 회로 보드에 실장하는 장비로 픽 앤 플레이스 머신(pick and place machine)을 이용한다.

예컨대, 인쇄회로기판(Print Circuit board; PCB) 위에 솔더 페이스트(solder paste)를 인쇄하고, 그 위에 각종 표면 실장 부품(Surface Mount Device; SMD)을 실장하는 표면 실장 기술(Surface Mount Technology; SMT)에도 픽 앤 플레이스 머신을 이용한다.

표면 실장 부품을 기판에 장착하는 픽 앤 플레이스 머신은 전자 부품(Electronic Components)을 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)에 실장하는 표면 실장 조립 장치로서, 각종 반도체 소자 등의 전자 부품을 부품 공급기로부터 공급받아 인쇄회로기판의 실장위치까지 이송시킨 다음 인쇄회로기판의 지정된 위치에 실장하는 장치이다.

픽 앤 플레이스 머신은 실장 전자 부품을 공급하는 피더부, 작업위치를 결정하는 X - Y 겐트리부, 작업할 인쇄회로기판을 반송하는 컨베이어부, 피더부로부터 실장될 전자 부품을 차례로 픽업하여 인쇄회로기판상에 실장하는 헤드부 등으로 구성되어 있다.

전자 부품을 픽 앤 플레이스 머신을 사용하여 인쇄회로기판에 실장하는 경우, 많은 수의 전극을 실장 대상물의 리드에 일시에 접합하기 위해서는 정확한 위치에 전자 부품이 위치하여야 전극 모두가 실장 대상물의 리드와 확실하게 접합될 수 있다.

2차원 평면상에 헤드를 위치시키는 CNC장비(픽 앤 플레이스 머신)의 경우, 평면상 위치를 결정하는 독립된 벡터를 각각 측정하여 이의 벡터 합으로 헤드의 평면상 위치를 추정하는 방식을 사용한다.

이때, 장비요소 간 유격, 마모, 틀어짐 등의 이유로 이송위치와 실제 헤드 위치 사이에 오차가 발생하게 된다. 이와 같은 위치 오차를 줄이기 위하여 높은 가공정밀도로 장비를 제작하여 오차를 줄일 수 있지만 제작요소가 증가하고, 장비 노후에 따른 마모, 틀어짐 등의 이유로 영구적인 위치 정밀도를 보장할 수 없다.

한편, 픽 앤 플레이스 머신의 경우, 첫 작업시 입력 좌표 대비 실제 헤드 위치의 오차를 보정하기 위해 매 입력 좌표 대비 실제 헤드 위치를 확인/비교 후 오차를 보정해주는 티칭(Teaching) 작업을 수행하는 데, 이에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1579215호(이하, "선행기술"이라 함)에는 칩마운터의 부품 위치 보정을 통한 표면 실장 장치가 개시되어 있다. 선행기술은 인쇄회로기판에 기판 기준점 마크를 표시하고, 마크 판독기를 통해 기준 마크 판독 정보 및 캐리어 식별 정보를 획득하여, 마운팅 위치를 보정한다. 이로써, 캐리어 내에서 인쇄회로기판의 위치가 이탈되더라도 정확한 위치에 전자 부품을 실장할 수 있다.

그러나 이러한 선행기술도 마크 판독 정보와 캐리어 식별 정보를 이용하여 칩마운터의 평면상의 헤드 위치를 추정하는 방식을 통해 위치 오차를 보정하는 방식이므로, 평면상의 헤드 위치를 보정하는 한계로부터 자유롭지 못하는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1579215(2015.12.15. 등록)(칩마운터의 부품 위치 보정을 통한 표면 실장 장치)

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정 방법 및 선행기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 픽 앤 플레이스 머신의 헤드(head) 위치를 실제 위치에 2차원 좌표 정보가 표현된 테이블에 매칭하여 평면상 실제 헤드의 위치를 획득하고, 획득한 실제 헤드 위치를 기반으로 위치 오차를 보정하여 헤드를 정확한 위치로 설정하기 위한 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "픽 앤 플레이스 머신의 위치보정장치"는, 위치 정보가 패턴화된 패턴 테이블; 상기 패턴 테이블의 정보를 획득하는 헤드; 상기 헤드를 통해 획득한 패턴 테이블의 정보로 헤드의 실제 위치를 획득하고, 획득한 실제 위치를 기반으로 위치 오차를 보정하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 패턴 테이블은 실제 위치에 대응하는 2차원 좌표 정보가 패턴화된 것을 특징으로 한다.

상기에서 패턴 테이블은 작업 대상물에 평행하게 대치된 평면상에 위치하며, 상기 헤드는 상기 패턴 테이블과 상기 작업 대상물 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 헤드는 상기 패턴 테이블에 표현된 패턴을 획득하여 위치 정보로 출력하는 패턴 획득부를 포함하고, 상기 패턴 획득부는 상기 패턴 테이블을 촬영하여 이미지를 획득하고, 획득한 이미지 정보를 위치 정보로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 컨트롤러는 상기 헤드에서 출력되는 위치 정보로부터 헤드의 실제 위치를 획득하고, 상기 획득한 헤드의 실제 위치와 헤드를 위치시키고자 하는 위치 간의 오차 보정 값을 산출하고, 산출한 오차 보정 값에 대응하게 X-Y 겐트리를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "픽 앤 플레이스 머신의 위치보정방법"은, (a) 헤드에서 헤드의 실제 위치에 대응하는 2차원 좌표 정보가 표현된 패턴을 획득하는 단계; (b) 컨트롤러에서 상기 (a)단계에서 획득한 패턴을 판독하여 헤드의 실제 위치를 획득하는 단계; (c) 상기 컨트롤러에서 상기 (b)단계에서 획득한 실제 위치를 기반으로 헤드의 위치 오차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (c)단계는 획득한 헤드의 실제 위치와 헤드를 위치시키고자 하는 위치 간의 오차를 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 픽 앤 플레이스 머신의 헤드 위치를 실제 위치에 2차원 좌표 정보가 표현된 테이블에 매칭하여 평면상 실제 헤드의 위치를 획득하고, 획득한 실제 헤드 위치를 기반으로 헤드의 위치 오차를 보정함으로써, 기존 위치 오차 보정시 사용하는 위치 추정 방식에 비하여 오차 보정 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 장비의 노후 등에 따라 발생하는 장비 정밀도 하락을 기계적 교정이 아닌 프로그램으로 교정함으로써, 유지보수에 투입되는 비용이나 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 프로그램적으로 간단하게 헤드의 위치를 보정할 수 있어, 픽 앤 플레이스 머신과 같은 CNC장비의 정밀도 향상을 위해 투여되는 비용, 시간 및 노력 등을 절감할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치의 개략 구성도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치의 동작 평면도,
도 3은 본 발명에 적용된 패턴 테이블의 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치의 블록 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정방법을 보인 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치의 개략 구성도이고, 도 2a 및 도 2b는 동작관계를 보인 평면도로서, 패턴 테이블(10), X-Y 겐트리(20), 헤드(30), 작업 대상물(40) 및 컨트롤러(50)를 포함할 수 있다.

패턴 테이블(10)은 위치 정보가 패턴화되어 표현된 것으로서, 헤드의 실제 위치에 대응하는 2차원 좌표 정보가 패턴화되어 있다.

이러한 패턴 테이블(10)은 작업 대상물(40)에 평행하게 대치된 평면상에 위치한다.

X-Y 겐트리(20)는 작업위치를 결정하는 역할을 한다. 이러한 X-Y 겐트리(20)에 의해 헤드(30)가 X축 또는 Y축으로 이동하여 작업 위치로 이동하게 된다.

헤드(30)는 상기 패턴 테이블(10)상 헤드의 실제 위치에 대응하는 패턴을 획득하는 역할을 한다. 이러한 헤드(30)는 상기 패턴 테이블(10)과 상기 작업 대상물(40) 사이에 위치한다.

아울러 헤드(30)는 기존 픽 앤 플레이스 머신에서 하는 기능과 동일하게, 작업 대상물(40)인 인쇄회로기판상에 실장 할 전자 부품을 픽업하여 상기 인쇄회로기판상에 실장하는 역할도 한다.

상기 헤드(30)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 패턴 테이블(10)에 표현된 2차원 좌표 정보가 포함된 패턴을 획득하여 위치 정보를 출력하는 패턴 획득부(31)를 포함할 수 있다. 상기 패턴 획득부(31)는 상기 패턴 테이블(10)을 촬영하여 이미지를 획득하고, 획득한 이미지 정보를 위치 정보로 출력한다.

컨트롤러(50)는 상기 헤드(30)에서 출력되는 위치 정보로부터 헤드의 실제 위치를 획득하고, 상기 획득한 헤드의 실제 위치와 헤드를 위치시키고자 하는 위치 간의 오차 보정 값을 산출하고, 산출한 오차 보정 값에 대응하게 X-Y 겐트리(20)를 제어한다.

여기서 도면에는 도시하지 않았지만, 헤드(30)는 일반적인 픽 앤 플레이스 머신에서 인쇄회로기판상에 실장 할 전자 부품을 픽업하여 인쇄회로기판에 실장하기 위한 기본적인 기술 구성을 모두 구비한 것으로 가정한다.

여기서 본 발명에서는 패턴 획득부(31)에서 패턴 테이블(10)을 촬영하여 광학 이미지를 위치 정보로 획득하는 것으로 설명하나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 패턴 테이블에 표현된 2차원 좌표 정보를 인식할 수 있는 알려진 다양한 인식수단을 이용할 수 있음은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 사람에게 자명하다 할 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정방법을 보인 흐름도로서, (a) 헤드(30)에서 실제 위치에 대응하는 2차원 좌표 정보가 표현된 패턴을 획득하는 단계(S10), (b) 컨트롤러(50)에서 상기 (a)단계에서 획득한 패턴 정보를 판독하여 헤드의 실제 위치를 획득하는 단계(S20), (c) 상기 컨트롤러(50)에서 상기 (b)단계에서 획득한 실제 위치를 기반으로 헤드의 위치 오차를 보정하는 단계(S30)를 포함한다.

상기 (c)단계는 획득한 헤드(30)의 실제 위치와 헤드(30)를 위치시키고자 하는 위치 간의 오차를 보정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 픽 앤 플레이스 머신의 위치 보정장치 및 방법을 첨부한 도면 도 1 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 픽 앤 플레이스 머신의 헤드(30)를 위치 가능한 평면을 기준으로 패턴 테이블(10)과 작업 대상물(40)의 대치된 평면에 배치 시킨다. 즉, 패턴 테이블(10)은 헤드(30)가 위치 가능한 평면과 평행을 이루도록 설치된다.

이때, 헤드(30) 및 작업 대상물(40)이 패턴 테이블(10)을 인식하는 패턴 획득부(31)와 패턴 테이블(10) 사이에 간섭을 주지 않도록 배치된 것으로 가정한다.

작업 대상물(40)인 인쇄회로기판상에 전자 부품을 실장하기 이전에 헤드(30)의 실제 위치와 헤드(30)를 위치시키고자 하는 위치 간의 오차를 보정하여, 헤드(30)를 원하는 위치에 정확하게 위치시킨다.

예컨대, 헤드(30)의 패턴 획득부(31)는 자신의 위치와 평행을 이루면서 상부에 위치한 패턴 테이블(10)을 인식하여 위치 정보를 출력한다. 즉, 카메라와 같은 영상 촬영 장비를 이용하여 패턴 테이블(10)을 촬영하여 패턴 이미지를 획득한다(S10). 여기서 획득되는 패턴 이미지는 도 3과 같은 형태일 수 있다.

이렇게 획득한 패턴 정보는 컨트롤러(50)로 전송한다. 여기서 헤드(30)와 컨트롤러(50)는 유선 통신 방식을 통해 패턴 정보를 인터페이스 하거나, 무선 통신 방식을 통해 패턴 정보를 송수신할 수 있다.

다음으로, 컨트롤러(50)는 상기 헤드(30)의 패턴 획득부(31)로부터 획득한 위치 정보로부터 마운팅부(30)의 실제 위치를 획득한다(S20).

여기서 패턴 테이블(10)의 패턴은 헤드(30)의 실제 위치에 대응하는 2차원 좌표 정보가 표현된 형태이다. 따라서 패턴 테이블(10)을 통해 획득한 2차원 좌표 정보는 평면상에서 실제 헤드 역할을 하는 헤드(30)의 실제 현재 위치를 의미한다.

이어, 컨트롤러(50)는 획득한 헤드(30)의 현재 실제 위치와 헤드(30)를 위치시키고자 하는 위치 간의 오차를 추출한다. 여기서 오차 추출은 평면상에서 위치 정보를 알 수 있으므로, 양자의 위치를 비교하여 보면 그 오차를 쉽게 알 수 있다. 이어, 추출한 오차만큼 X-Y 겐트리(20)를 통해 헤드(30)를 이동시킴으로써, 간단하게 헤드의 위치 오차를 보정할 수 있게 되는 것이다(S30). 여기서 오차 보정이란 헤드(30)를 원하는 위치에 정확하게 위치시키기 위해 위치를 수정하는 것을 의미한다.

이러한 위치 오차 보정에 의해 장비요소 간 유격, 마모, 틀어짐 등의 이유로 이송위치와 실제 헤드 위치 사이에 발생하는 오차를 간단한 방식으로 보정할 수 있다. 이에 따라 높은 가공정밀도로 장비를 제작할 필요가 없어 제작요소의 증가 비용을 제거할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

10: 패턴 테이블
20: X-Y 겐트리
30: 헤드
31: 패턴 획득부
40: 작업 대상물
50: 컨트롤러

Claims (7)

1. 위치 정보가 패턴화된 패턴 테이블;
   상기 패턴 테이블의 정보를 획득하는 헤드; 및
   상기 헤드를 통해 획득한 패턴 정보로 헤드의 실제 위치를 획득하고, 획득한 실제 위치를 기반으로 위치 오차를 보정하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정장치.
   
2. 청구항 1에서, 상기 패턴 테이블은 실제 위치에 대응하는 2차원 좌표 정보가 패턴화된 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정장치.
   
3. 청구항 2에서, 상기 패턴 테이블은 작업 대상물에 평행하게 대치된 평면상에 위치하며, 상기 헤드는 상기 패턴 테이블과 상기 작업 대상물 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정장치.
   
4. 청구항 1에서, 상기 헤드는 상기 패턴 테이블에 표현된 패턴을 획득하여 위치 정보로 출력하는 패턴 획득부를 포함하고, 상기 패턴 획득부는 상기 패턴 테이블을 촬영하여 이미지를 획득하고, 획득한 이미지 정보를 패턴 정보로 출력하는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정장치.
   
5. 청구항 1에서, 상기 컨트롤러는 상기 헤드에서 출력되는 위치 정보로부터 헤드의 실제 위치를 획득하고, 상기 획득한 헤드의 실제 위치와 헤드를 위치시키고자 하는 위치 간의 오차 보정 값을 산출하고, 산출한 오차 보정 값에 대응하게 X-Y 겐트리를 제어하는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정장치.
   
6. 청구항 1 또는 청구항 5중 어느 하나의 청구항에 기재된 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정장치를 이용하여 헤드의 위치를 보정하기 위한 방법으로서,
   (a) 헤드에서 헤드의 실제 위치에 대응하는 2차원 좌표 정보가 표현된 패턴 을 획득하는 단계;
   (b) 컨트롤러에서 상기 (a)단계에서 획득한 패턴을 판독하여 헤드의 실제 위치를 획득하는 단계; 및
   (c) 상기 컨트롤러에서 상기 (b)단계에서 획득한 실제 위치를 기반으로 헤드의 위치 오차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정방법.
   
7. 청구항 6에서, 상기 (c)단계는 획득한 헤드의 실제 위치와 헤드를 위치시키고자 하는 위치 간의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 머신의 위치보정방법.
   
   
   
   
   
   
   
   

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