JP2005236227A - 電子部品実装装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電子部品実装装置の実装時間を削減する装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
カメラ20により、吸着された電子部品32を撮像して、吸着ノズル9と電子部品32の位置ずれを認識して、電子部品32を回路基板4に実装する電子部品実装装置において、
電子部品32の搭載精度を入力する入力手段28と、
入力手段により入力された前記搭載精度に応じて、電子部品認識時のカメラ20と電子部品32の相対速度を制御する制御手段23を有する構成とした。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子部品を装着ヘッドに設けた吸着ノズルで吸着して、回路基板に実装する電子部品実装装置に関するものである。
従来より、電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置が提案されている。特開2000−269694号(特許文献1)の電子部品実装装置は、電子部品の種類に対応させて、ラインセンサカメラによるカメラスケールを変更している。さらに、電子部品の種類に対応させて、ラインセンサカメラ上を移動する装着ヘッドの移動速度を変更するものである。そして、この装置は、部品認識を効率良く行い、電子部品を回路基板へ実装する時間の短縮を図っている。
特開2000−269694(図1)
しかしながら、上記特許文献1の電子部品実装装置は、ラインセンサカメラを用いた装置に関するものであり、カメラスケールが一定なエリアカメラ、例えば、CCDカメラ、CMOSカメラを用いた装置に関するものではない。
この発明は、エリアカメラ(以下、単にカメラと称する。)が装備された、電子部品実装装置の実装時間を削減する装置を提供することを第1の目的とする。また、高度な搭載精度が必要であると判断された電子部品に関しては、より高精度に電子部品認識を行うことができる装置を提供することを第2の目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、
電子部品を吸着可能な吸着ノズル(9)と、
前記吸着ノズルを複数保持して水平方向に移動可能な装着ヘッド(8)と、
前記吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像可能なカメラ(20)と、
前記カメラにより吸着された前記電子部品を撮像して、前記吸着ノズルと前記電子部品の位置ずれを認識して、電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置において、
前記電子部品の搭載精度を入力する入力手段(28)と、
前記入力手段により入力された前記搭載精度に応じて、電子部品認識時の前記カメラと前記電子部品の相対速度を制御する制御手段(23)を有する構成とした。
上記電子部品認識時の相対速度とは、カメラと電子部品の一方または双方が移動する場合の、電子部品認識時の移動速度を意味する。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電子部品実装装置において、
前記入力手段により高度な搭載精度が必要であるとされた場合、前記制御手段が電子部品認識時の前記相対速度を零とするようにした。
上記相対速度が零とは、電子部品認識時、カメラと電子部品の双方が停止、または、同一方向に同一速度で移動すること意味する。
請求項3記載の発明は、請求項1、2記載の電子部品実装装置において、
前記入力手段により前記電子部品の搭載精度を部品の種類毎に入力するようにした。
請求項4記載の発明は、請求項1、2、3記載の電子部品実装装置において、
前記装着ヘッドは前記吸着ノズルを3個以上保持するとともに、前記吸着ノズルの電子部品認識順序が、前記搭載精度順に制御するようにした。
上記搭載精度順に制御するとは、搭載精度が高い方から、または搭載精度が低い方から電子部品認識を行うことである。例えば、搭載精度が高、中、低のグループが有った場合、電子部品認識は、高、中、低の順、または、低、中、高の順に行うこととする。
また、吸着ノズルが3個以上とは、3個から20個でも好ましい。
請求項1記載の発明によれば、
この装置は、搭載精度に応じて、電子部品認識時の相対速度を制御する。例えば、搭載精度が高い場合は相対速度を遅くし、搭載精度が低い場合は相対速度を速くするように制御することである。
このため、高い搭載精度が必要とされる電子部品は、精度低下せずに部品認識を実行できる。また、この装置は、電子部品の実装時間を短縮することができる。
請求項2記載の発明によれば、
高度な搭載精度が必要な電子部品、例えば、QFPなどのリード部品や、CSP,BGAなどのボール部品を搭載する場合には、相対速度を零とするので、精度低下せずに部品認識を実行できる。また、ラインセンサカメラと異なり、エリアカメラ(上記カメラと同義)は相対速度を零とすることができるので、より高精度に部品認識を行うことができる。
請求項3記載の発明によれば、
部品の種類毎に電子部品認識時の相対速度を変化させることができるので、より確実に実装時間の短縮と、部品認識の精度向上を行うことができる。
請求項4記載の発明によれば、
電子部品認識順序が搭載精度順に実行されるので、より電子部品の実装時間を短縮することができる。
この発明の第1実施形態を図1から図3に基いて説明する。
図1は、第1実施形態の装置の斜視図である。図2は装置の制御系の構成を示すブロック図である。また、図3は搭載精度に応じて、電子部品認識時の相対速度を制御するフローチャートである。
電子部品実装装置1は、その底面に板状の台座2が設置されている。台座2は、図示省略の機枠に固定され、床面より立ち上がっている。台座2には、図1の右側から左側に向けて(図示X方向)、一対の基板搬送レール3、3が配置されている。基板搬送レール3、3は、その上部に不図示の搬送ベルトが装備されている。この搬送ベルトの駆動により、X方向に沿って、基板4が移動する。
また、台座2には、基板搬送レール3、3をまたぐように、図示右側と左側に、一対のYフレーム(Y軸部)5、5が配置されている。Yフレーム5、5はX方向と直交するY方向に沿って配置されている。Yフレーム5、5の上部には、それぞれ、ガイドレール6、6(Y軸部)が固定されている。
ガイドレール6、6上部には、Xフレーム(X軸部)7が、X方向に沿って配置されている。Xフレーム7は、細長く、板状である。Xフレーム7の両端部には、下方のガイドレール6、6に向けて、それぞれ伸びる、脚部7a、7aを備えている。脚部7a、7aの底面には、不図示のベアリング付き直動ガイドが装着されている。この直動ガイドは、内面側にガイドレール6に係合する複数のボールを支持している。このため、Xフレーム7は、直動ガイド(ナット)とガイドレール(レール)6、6により、Y方向に沿って移動自在に支持されている。
Yフレーム5、5の両端部には、それぞれ、一対のプーリ16、17、16、17が配置されている。これら、プーリ16、17、16、17は、図示省略したが、それぞれ、Yフレーム5、5に回動可能に支持されている。両プーリ16、17には、それぞれ、ベルト18、18が巻き掛けられる。また、ベルト18、18は、Xフレームの脚部7a、7aに個別に固定され、連結されている。
プーリ16、16には、Y軸駆動モータ19,19が個別に連結されている。Y軸駆動モータ19、19を同期して回動すると、第2ベルト18、18を介して、Xフレーム7がY方向に移動する。Xフレーム7には、装着ヘッド8が装備されている。このため、Y軸駆動モータ19、19は、装着ヘッド8をY方向に駆動する。
Xフレーム7の一側面には、不図示のガイドレールが固定されている。このガイドレールの一部を覆うように、装着ヘッド8が配置されている。装着ヘッド8は、その裏面側に不図示のベアリング付き直動ガイドが装着されている。この直動ガイドは、内側面に上記ガイドレールに係合する複数のボールを支持している。このため、装着ヘッド8は、上記直動ガイドとガイドレールにより、X方向に沿って移動自在に支持されている。
この装着ヘッド8は、X方向に沿って、複数の吸着ノズル9、図示右側から9a、9b、9c、9dが設けられている。吸着ノズル9は、個別に、不図示のZ軸モータに連結されて、上下方向に移動する。吸着ノズル9は、個別にθ軸モータに連結されて、吸着ノズル9をそのノズル中心軸を中心にして回転させる。
また、吸着ノズル9は、不図示のバキューム機構に連通されて、ノズル先端で電子部品を吸着、脱着することができる。
Xフレーム7の両端部には、プーリ11、12が配置されている。プーリ11、12は、図示省略したが、Xフレーム7により回動可能に支持されている。両プーリ11、12には、第1ベルト13が巻き掛けられる。第1ベルト13は、両プーリ11、12に巻き掛けられた後、不図示の保持板と装着ヘッド8によりその両端部を固定される。そして、一方のプーリ12には、X軸駆動モータ15が連結されている。X軸駆動モータ15が回動すると、第1ベルト13を介して、装着ヘッド8がX方向に移動する。
台座2のY方向手前側、作業者側に向けて、カメラ20とテープフィーダ21が順に設けられている。カメラ20は、カメラスケールが一定なエリアカメラであり、例えば、CCDカメラ、CMOSカメラ等である。カメラ20は、吸着ノズル9に吸着された電子部品を撮像するために、そのレンズが上方に向くように固定されている。
また、テープフィーダ21は、複数、並列的に配置されている。テープフィーダ21は、テープ収納部に格納された電子部品を、開口部に順次送るものである。
図2は電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図である。
23はコントローラ(制御手段)であり、装置全体を制御するマイクロコンピュータ(CPU)、並びにRAM,ROMなどからなる。コントローラ23には、以下の構成が接続され、それぞれ制御する。
X軸駆動モータ15は、第1ベルト13を介して、装着ヘッド8をX方向に移動させる。
Y軸駆動モータ19,19は、第2ベルト18、18を介して、装着ヘッド8をY方向に移動させる。Z軸モータ24は、吸着ノズル9を上下動させる駆動源である。また、θ軸モータ25は、吸着ノズル9をそのノズル中心軸を中心に回転させる。バキューム機構26は真空を発生し、吸着ノズル9に吸引力を付与する。
なお、図2では、Z軸モータ24とθ軸モータ25とバキューム機構26は、一個しか図示されていないが、装着される吸着ノズル9の数だけ、個別に設けられる。
画像認識装置27は、吸着ノズル9のそれぞれに吸着された部品32の画像認識を行うものである。画像認識装置27は、A/D変換器27a、メモリ27b及びCPU27cから構成される。そして、吸着された部品32を撮像したカメラ20から出力されるアナログの画像信号をA/D変換器により画像データのデジタル信号に変換してメモリ27bに格納し、CPU27cがその画像データに基いて吸着された部品32の吸着位置のずれ量と吸着角度ずれを算出する。
キーボード28とマウス29は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。キーボート28とマウス29の一方または両方が入力手段を構成する。記憶装置30は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード28とマウス29により入力された部品データ、あるいは不図示のホストコンピュータから供給される部品データを格納するのに用いられる。
モニタ(表示装置)31は、部品データ、演算データ、及びカメラ20で撮像した部品32の画像などを表示する。
第1実施形態の動作について、図3のフローチャートに基いて説明する。図3は、部品の吸着から画像認識を行って、回路基板に搭載するまでの動作について説明しており、特に、搭載精度に応じて、電子部品認識時の相対速度を制御するものである。なお、電子部品認識時とは、カメラ20が部品の画像を撮像する時を意味する。
生産開始前に、入力手段としてのキーボード28を用いて、部品データを入力する。この部品データとは、部品の種類毎に、搭載精度が高いか低いか、部品サイズ(外形寸法etc)、リード端子情報(幅、長さ、ピッチ、端子数)などから構成される。
以下の動作は、コントローラ23の制御により行われる。
なお、この第1実施形態では、2個の吸着ノズル9a、9bで吸着した2個の電子部品の搭載精度が同一であり、搭載精度が低い場合と、搭載精度が高い場合について説明する。また、2個の電子部品の最初に部品認識するものを第1部品(第1電子部品と同義)、つぎを第2部品(第2電子部品と同義)と称する。
最初に、X軸駆動モータ15、Y軸駆動モータ19を駆動して、装着ヘッド8をX軸方向、Y軸方向に移動させて、所定部品のテープフィーダ21の開口部上に位置させる。そして、Z軸モータ24の駆動により2個の吸着ノズル9a、9bを下降させ、それぞれに、バキューム機構26から真空の負圧をかけて2個の電子部品を吸着、保持させた後、上昇させる(ステップS1)。
次に、吸着した2個の電子部品の搭載精度データを呼び込む。そして、それら搭載精度が低いかどうかを判断する(ステップS2)。搭載精度が低い場合は、無停止認識モードのステップS3に進み、そうでない場合は停止認識モードのステップS4に進む。
以下のステップS3、ステップS5からステップS9までが無停止認識モードに該当する。
2個の電子部品の搭載精度が低い場合、例えば、抵抗やコンデンサなどのチップ部品の場合が該当する。搭載精度が低い場合、装着ヘッド8の移動速度が、1000mm/secになるように、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19を制御する。そして、カメラ20に向けて、電子部品を保持した装着ヘッド8を移動させる(ステップS3)。
次に、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19のエンコーダ信号を計数しておき、予め設定されたカメラ20の光軸中心とノズル9a中心とが一致する位置、すなわち、ノズル9aが認識位置に到達したかどうかを判断する(ステップS5)。
ノズル9aが認識位置に到達したら、カメラ20にトリガー信号を入力し、シャッターを開き、ノズル9aに保持された第1部品の画像を撮像する。この際、装着ヘッド8の移動速度は、1000mm/secを維持している(無停止認識)(ステップS6)。
次に、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19のエンコーダ信号を計数しておき、予め設定されたカメラ20の光軸中心とノズル9b中心とが一致する位置、すなわち、ノズル9bが認識位置に到達したかどうかを判断する(ステップS7)。
ノズル9bが認識位置に到達したら、カメラ20にトリガー信号を入力し、シャッターを開き、ノズル9bに保持された第2部品の画像を撮像する。この際、装着ヘッド8の移動速度は1000mm/secを維持している(無停止認識)(ステップS8)。
次に、それぞれの吸着ノズル7a、7bに吸着された第1部品、第2部品の撮像が終了したら、順次、画像認識装置27により第1部品、第2部品の吸着位置のずれ量と吸着角度ずれを算出する。
そして、装着ヘッド8が回路基板4の搭載位置へ移動を開始する。
第1部品が、その搭載位置に到達したら、先に算出した吸着位置のずれ量と吸着角度ずれ量に基き、X軸駆動モータ15、Y軸駆動モータ19、θ軸モータ25を微小駆動させる。これら微小駆動により、両ずれ量を補正する。その後、吸着ノズル7aを下降させ、バキューム機構26のスイッチを切り、負圧を解除して第1部品を回路基板4上に搭載した後、吸着ノズル7aを上昇させる。
同様に、吸着ノズル7bに吸着された第2部品に関しても、所定の搭載位置に到達した後、位置ずれ、角度ずれを補正して、回路基板4に搭載される(ステップS9)。
次に、搭載精度が低くない場合、すなわち、搭載精度が高い場合について説明する。これらの電子部品には、QFPなどのリード部品や、CSP、BGAなどのボール部品が該当する。
以下のステップS4、ステップS10,ステップS11からステップS17までが停止認識モードに該当する。
2個の電子部品の搭載精度が高い場合、装着ヘッド8の移動速度が1000mm/secになるように、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19を制御する。そして、カメラ20に向けて、電子部品を保持した装着ヘッド8を移動させる(ステップS4)。
次に、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19のエンコーダ信号を計数しておき、予め設定されたカメラ20の光軸中心とノズル9a中心が一致する位置、すなわち、ノズル9aが認識位置に到達したかどうかを判断する(ステップS10)。
ノズル9aが認識位置に到達したら、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19の駆動を停止する(ステップS11)。
次に、カメラ20にトリガー信号を入力し、シャッターを開き、ノズル9aに保持された第1部品の画像を撮像する。この際、装着ヘッド8は停止している(ステップS12)。
次に、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19を駆動させて、ノズル9bが認識位置に向うように移動を開始する(ステップS13)。
次に、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19のエンコーダ信号を計数しておき、予め設定されたカメラ20の光軸中心とノズル9b中心とが一致する位置、すなわち、ノズル9bが認識位置に到達したかどうかを判断する(ステップS14)。
ノズル9aが認識位置に到達したら、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19の駆動を停止する(ステップS15)。
次に、カメラ20にトリガー信号を入力し、シャッターを開き、ノズル9bに保持された第2部品の画像を撮像する。この際、装着ヘッド8は停止している(ステップS16)。
次に、それぞれの吸着ノズル9a、9bに吸着された第1部品、第2部品の撮像が終了したら、順次、画像認識装置27により第1部品、第2部品の吸着位置のずれ量と吸着角度ずれを算出する。
そして、装着ヘッド8が回路基板の搭載位置へ移動を開始する。
第1部品が、その搭載位置に到達したら、先に算出した吸着位置のずれ量と吸着角度ずれ量に基き、X軸駆動モータ15、Y軸駆動モータ19、θ軸モータ25を微小駆動させる。これら微小駆動により、両ずれ量を補正する。その後、吸着ノズル9aを下降させ、バキューム機構26のスイッチを切り、負圧を解除して第1部品を回路基板上に搭載した後、吸着ノズル9aを上昇させる。
同様に、吸着ノズル9bに吸着された第2部品に関しても、所定の搭載位置に到達した後、位置ずれ、角度ずれを補正して、回路基板に搭載される(ステップS17)。
このように、吸着ノズル9に吸着した電子部品の搭載が終了したら、装着ヘッド8はテープフィーダ21上へ移動する。そして、上記の動作を繰り返して、順次電子部品を回路基板に搭載する。
上記第1実施形態によれば、搭載精度に応じて、電子部品認識時の相対速度を制御する。例えば、搭載精度が高い場合は相対速度を遅くし、搭載精度が低い場合は相対速度を速くするように制御することである。このため、高い搭載精度が必要とされる電子部品は、精度低下せずに部品認識を実行できる。また、電子部品の実装時間を短縮することができる。
また、高度な搭載精度が必要な電子部品、例えば、QFPなどのリード部品や、CSP,BGAなどのボール部品を搭載する場合には、相対速度を零とするので、精度低下せずに部品認識を実行できる。また、ラインセンサカメラと異なり、エリアカメラ(上記カメラと同義)は相対速度を零とすることができるので、より高精度に部品認識を行うことができる。
この発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変更可能である。
例えば、上記実施形態では、カメラ20を固定し、電子部品を吸着した吸着ノズル9が移動して、電子部品32の撮像行っている。これに代えて、カメラ20と電子部品32を吸着した吸着ノズル9のうち、一方または双方が移動するようにすることも容易に考えられる。
上記実施形態では、入力手段としてキーボード28またはマウス29を用いた。これに代えて、装着ヘッド8にカメラ(入力手段)を設けて、このカメラが電子部品を撮像、認識して、コントローラ20に画像データを送り、コントローラ20がこの画像データに基いて搭載精度を判断することも容易に考えられる。
上記実施形態では、電子部品認識時(電子部品撮像時と同義)の相対速度が零(停止状態)の場合とは、カメラ20と吸着ノズル9が停止していたが、これに代えて、カメラと吸着ノズルを同一方向に同一速度で移動させて、電子部品認識をすることも容易に考えられる。
上記実施形態では、X軸駆動モータ15とY軸駆動モータ19のエンコーダ信号を計数して、認識位置になるとカメラの撮像開始信号を発したが、これに代えて、カメラ周辺にセンサを設けて、このセンサが撮像開始信号を発するようにすることも容易に考えられる。
上記実施形態では、無停止認識モードの場合、電子部品撮像時の速度を移動速度と同じ1000mm/secとした。これに代えて、電子部品撮像時の速度を、移動速度と異なる速度にしても良い。そして、部品種によって電子部品撮像時の移動速度を変更しても良い。例えば、搭載精度を必要としない部品種は、移動速度に近い速度に設定し、搭載精度を必要とする部品種は、移動速度から減速するように設定しても好ましい。
上記実施形態では、装着ヘッド8の初期設定移動速度が1000mm/secとした。これに代えて、初期設定移動速度を2000mm/sec(最高速度)として、無停止認識モード、搭載精度が低い部品の場合、電子部品撮像時の速度を移動速度と同じ1000mm/secとしても好ましい。すなわち、初期設定速度を最高速度とし、電子部品撮像時の移動速度を減速することにより、部品搭載の時間を短くするとともに、より正確に部品搭載を行うことができる。
上記実施形態では、吸着ノズルを2個使用する場合を説明したが、吸着ノズルは2個以上20個以下でも好ましい。
また、装着ヘッドが吸着ノズルを3個以上保持する場合、搭載精度順に、搭載精度が高い方から、または搭載精度が低い方から電子部品認識行うと、実装時間を短縮することができる。この搭載精度順とは、例えば、搭載精度が高、中、低のグループが有った場合、電子部品認識を高、中、低の順、または、低、中、高の順に行うことである。
上記実施形態では、カメラ20は台座2に固定し、部品を吸着した装着ヘッド8を移動させていた。これに代えて、装着ヘッド8上にカメラを設置し、カメラまたは吸着ノズルを移動して部品認識を行うことも容易に考えられる。
上記実施形態では、電子部品の搭載精度から無停止認識モードか停止認識モードかを選択し、無停止認識モードの場合、移動速度を作業者が任意に設定することも容易に考えられる。
上記実施形態では、エリアカメラ(単にカメラと称する。)を使用していたが、これに代えて、
部分読み出しが可能なカメラを使用して、必要なエリアのみを撮像するようにすれば、速度によって、認識時間も増減するので、タクトタイムが向上する。
なお、ラインセンサカメラでは、走査する速度によって操作方向の分解能が異なるために、走査速度ごとの分解能のテーブルを容易する必要がある。これに対して、エリアカメラ(上記実施形態では、単にカメラと称する)の場合、画像認識装置27の分解能は、速度を変更しても常に一定であるので、演算処理が複雑にならない。
第1実施形態の電子部品実装装置の斜視図である。 第1実施形態の制御系の構成を示すブロック図である。 第1実施形態の電子部品認識時の相対速度を制御するフローチャートである。
符号の説明
9・・・吸着ノズル
8・・・装着ヘッド
20・・カメラ
28・・キーボード(入力手段)
23・・コントローラ(制御手段)

Claims (4)

  1. 電子部品を吸着可能な吸着ノズルと、
    前記吸着ノズルを複数保持して水平方向に移動可能な装着ヘッドと、
    前記吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像可能なカメラと、
    前記カメラにより吸着された前記電子部品を撮像して、前記吸着ノズルと前記電子部品の位置ずれを認識して、電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置において、
    前記電子部品の搭載精度を入力する入力手段と、
    前記入力手段により入力された前記搭載精度に応じて、電子部品認識時の前記カメラと前記電子部品の相対速度を制御する制御手段を有することを特徴とする電子部品実装装置。
  2. 請求項1記載の電子部品実装装置において、
    前記入力手段により高度な搭載精度が必要であると入力された場合、前記制御手段が電子部品認識時の前記相対速度を零とすることを特徴とする電子部品実装装置。
  3. 請求項1、2記載の電子部品実装装置において、
    前記入力手段により前記電子部品の搭載精度を部品の種類毎に入力することを特徴とする電子部品実装装置。
  4. 請求項1、2、3記載の電子部品実装装置において、
    前記装着ヘッドは前記吸着ノズルを3個以上保持するとともに、前記吸着ノズルの電子部品認識順序が、前記搭載精度順に制御されていることを特徴とする電子部品実装装置。
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