专利名称：用于校准元件的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于精确地校准印刷电路板(PCB)上电子元件的装置以及一种使用该装置校准电子元件的方法。
诸如芯片安装器之类的元件安装装置把小尺寸的电子元件安装在印刷电路板(PCB)上。该元件安装装置包括用于吸附和抓住电子元件的吸附单元；用于支撑、转动和上下移动吸附单元的头部单元；以及用于在X-Y方向上移动头部单元的传送单元。
在该元件安装装置的操作中，由吸附单元吸取电子元件，然后由传送单元把吸取的电子元件移动到安装位置。接着，通过转动和上下移动吸附单元把电子元件安装在印刷电路板上。
在安装电子元件的过程中，电子元件必须在PCB的安装单元中精确校准。利用视觉系统或光衍射进行元件的校准。
在视觉系统中，由照相机获得电子元件的图像，并把获得的图像传送到计算机。另外，把监视器上显示的电子元件的中心点与预定模板图形的中心点进行比较，然后，检测X和Y坐标的误差及转动角，以便修正误差，接着把元件安装在印刷电路板上。但是，利用上述方法，必须由吸附单元吸取元件以移动到视觉系统定位的区域。
于是，美国专利第5559727号公开了一种向由吸取装置的吸附单元吸取的电子元件发射光以直接检测电子元件的误差的方法。即，由电荷耦合器件(CCD)检测发射到元件一侧的光产生的元件的阴影。此时，元件阴影的宽度随着电子元件的转动而变化，这样，检测阴影宽度的变化，以便检测元件的位置和角度。
在上述方法中，发射到元件一侧的光必须是平行光以精确地检测元件的阴影宽度的变化。因此，该方法需要一个形成平行光的装置，使得该装置的结构复杂。
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种用于校准元件的装置，其中由吸取装置吸取电子元件，然后测量元件的位置和角度以精确地安装元件，并提供一种利用该装置校准元件的方法。
相应的，为了实现上述目的，用于校准元件的装置包括光源；用于向元件一侧散射从光源发射的光的散射板；用于聚焦已通过元件的散射光的聚焦透镜；以及用于接收来自聚焦透镜的聚焦光以检测元件的一侧图像的光检测器。
在此，光源和散射板安装在元件的一侧，聚焦透镜和光检测器安装在元件的另一侧。
根据本发明的另一实施例，光源包括安装在元件一侧的第一和第二光源，散射板包括安装在元件和第一光源之间的第一散射板以及安装在元件和第二光源之间的第二散射板，校准聚焦透镜和光检测器以相对于元件垂直于第一和第二光源。
根据本发明又一实施例，在元件的一侧校准光源、散射板、图像信息透镜和光检测器。
根据本发明另一方面，用于校准元件的方法包括如下步骤吸取电子元件；散射由光源发射的光以进入元件的一侧；以及检测由散射光产生的元件的一侧图像并由透镜聚焦。
通过结合附图对最佳实施例的详细描述，本发明的上述目的及优点将更加清楚，其中
图1是根据本发明第一实施例的用于校准元件的装置的剖面图；图2是图1的用于校准元件的装置的平面图；图3是根据本发明第二实施例的用于校准元件的装置的正视图；图4是图2的用于校准元件的装置的平面图；图5是根据本发明第三实施例的用于校准元件的装置的平面图；图6是根据本发明第四实施例的用于校准元件的装置的平面图；图7是从本发明的用于校准元件的装置检测的电子元件的图像宽度的曲线图；以及图8是从本发明的用于校准元件的装置检测的随电子元件的角度变化的图像宽度的曲线图。
参照图1和图2，其示出了本发明的第一实施例，用于校准元件的装置安装在一个框架100中。吸附单元11与头部单元(未示出)相连，并能够上下移动和转动以在真空中吸取电子元件12。在框架100中形成孔110，孔110提供了一个路径，由吸附单元11吸取的元件12可通过该路径在元件校准装置中移动定位，以便在移动到印刷电路板(PCB)之前检查其位置。
光源13安装在框架100的一侧，其向吸附在吸附单元11的端部的电子元件12发射光13a。采用激光二极管或发光二极管作为光源13，或者通过用一根光纤把激光二极管或发光二极管耦合起来组成光源13。
散射板14安装在元件12和光源13之间，其用于散射从光源13向元件12发射的光13a。最好，散射板14是一种可使光13a透射的透射式散射板。
聚焦透镜15相对于元件12安装在散射板14的相对一侧，用于检测接收自透镜15的光的光检测器16，最好是电荷耦合器件(CCD)，连接到框架100的另一侧。把由光检测器16检测的光信号传送到一个控制器(未示出)。
在根据本发明的用于校准元件的装置的操作中，当由吸附单元11抓取的电子元件通过框架100的孔110在元件校准装置中定位时，从光源13向散射板14发射光13a。散射板14由透明聚合材料制成，使得光13a透过并向元件12散射。
由透镜15经元件12聚焦在元件12上入射的光13a，然后，由光检测器16检测聚焦光。检测的光信号从光检测器16传送到控制器，并且光信号得到处理。
在此，在抓取元件12的吸附单元11转动期间，通过从安装在一个驱动吸附单元11的电机(未示出)中的编码器获得元件12的转动角θ的值，并使该值θ与光检测器16的图像信号同步，获得关于元件12的转动角的信息。
另外，由吸附单元11的中心的参考坐标值与元件12的中心的坐标值之间的差值获得关于元件12的X轴和Y轴的位置信息。即，在吸取元件12之前由光检测器16检测吸附单元11的图像以获得吸附单元11的中心坐标。然后，获得在吸附时位移元件12的中心坐标。通过比较这些坐标值可获得关于元件12的位置的信息。
由光检测器16检测的信号具有与由散射板14散射的光13a的强度分布同样的图形。
可通过图7的曲线图分析由光检测器16检测的元件12的信息。在此，曲线图的水平轴表示光检测器16的像素的数目，其垂直轴表示散射光的强度。
参照图7的曲线图，当向元件12的一侧反射光时，光强度由于散射而降低。即，区域A具有比预定阈值低的强度，该预定阈值对应于由散射到元件12的一侧的光形成的元件12的图像的宽度。
当元件2转动一预定角度时，元件12的图像尺寸变化，如图8中所示。
在此，水平轴表示转动元件12的角度，垂直轴表示像素的位置。如曲线图中所示，由光检测器16检测的信号的波形的宽度在元件12转动期间变化。
参照图8的曲线图，波形71示出了沿元件12的一侧改变的元件12的一侧图像的宽度上的变化，波形72示出了沿元件12的另一侧改变的元件12的一侧图像的宽度上的变化。
即，当元件12是矩形时，在点73A和点73B之间的间距B表示元件12的短边的长度，在点74A和点74B之间的间距C表示元件12的长边的长度。另外，在点75A和点75B之间的间距D表示元件12的对角线的长度。
如上所述，从波形71和72测量两条曲线之间的间距作为由光检测器16检测的元件12的一侧图像的尺寸。于是，获得在元件12的宽度是B和C时的中心点的坐标和转动角，这样获得元件12的X轴和Y轴的坐标及转动角θ，从而与参考点相比较检测误差。
如图3至图6所示，光源、散射板和光检测器可具有多种校准。与图1和图2中相同的参考符号表示相同的元件。
详细来说，参照图3和图4，示出了第二实施例，光源33安装在元件12的顶部，散射板34安装在吸附单元11的一侧。最好，散射板34是反射式的，以反射和散射从光源33反射的光并把光入射向元件12。
聚焦光33a的透镜35和检测光33a的光检测器36相对于元件12安装在散射板34的相对一侧。
参照图5，其示出了本发明的第三实施例，光源53、透镜55和光检测器56安装在由吸附单元11抓取的元件12的一侧。能够透射光53a的透射式散射板54安装在元件12和光源53之间。
从光源53反射的光53a透射过散射板54，透射光入射到元件12上。光53a从元件12上反射，由透镜55聚焦，并由光检测器56检测。
参照图6，其示出了本发明的第四实施例，第一光源63a、第二光源63b以及透射式第一散射板64a和透射式第二散射板64b彼此面对安装在元件12的两侧。另外，聚焦透镜65和光检测器66围绕元件12垂直于第一和第二光源63a和63b安装。
根据本发明第二至第四实施例的用于校准元件的装置的操作与第一实施例相同。
根据本发明的用于校准元件的装置和方法，散射发射的光以检测元件的轮廓图像，于是可获得元件的位置坐标和角度。因此，可获得用于校准元件的精确的信息。
权利要求
1.一种用于校准元件的装置，其特征在于，它包括光源；用于向元件一侧散射从光源发射的光的散射板；用于聚焦已通过元件的散射光的聚焦透镜；以及用于接收来自聚焦透镜的聚焦光以检测元件的一侧图像的光检测器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，光源和散射板安装在元件的一侧，聚焦透镜和光检测器安装在元件的另一侧。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，散射板把从光源发射的光透射到元件的一侧。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在元件的一侧校准散射板、光源、聚焦透镜和光检测器。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，光源包括安装在元件一侧的第一和第二光源，散射板包括安装在元件和第一光源之间的第一散射板以及安装在元件和第二光源之间的第二散射板，校准聚焦透镜和光检测器以相对于元件垂直于第一和第二光源。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，散射板把从光源发射的光透射到元件的一侧。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，光源安装在元件的顶部，散射板安装在元件的一侧，聚焦透镜和光检测器安装在元件的另一侧。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，散射板把从光源发射的光反射到元件的一侧。
9.一种用于校准元件的方法，其特征在于，它包括如下步骤吸取电子元件；由散射板散射由光源发射的光以照亮元件的一侧；以及在以任意的角度转动元件期间，检测由散射光产生的元件的一侧图像并由透镜聚焦。
全文摘要
本发明公开了一种用于校准元件的装置。该装置包括光源;用于向元件一侧散射从光源发射的光的散射板;用于聚焦已通过元件的散射光的聚焦透镜;以及用于接收来自聚焦透镜的聚焦光以检测元件的一侧图像的光检测器。
文档编号H05K13/08GK1251421SQ9911909
公开日2000年4月26日 申请日期1999年9月15日 优先权日1998年9月24日
发明者金相哲 申请人:三星航空产业株式会社