JP2019025596A - 電子機器組立装置及び電子機器組立方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成によりケーブルをコネクタに挿入する作業を行うことができ、電子機器の組立作業の作業品質を向上させることができる電子機器組立装置及び電子機器組立方法を提供することを目的とする。
【解決手段】コネクタ16にケーブル14を挿入して電子機器2を組み立てるにあたり、ケーブル保持部41によりケーブル14を保持してコネクタ16に挿入した後、ケーブル14をコネクタ16にロックするロック部材17をケーブル保持部41により操作する。
【選択図】図22
【解決手段】コネクタ16にケーブル14を挿入して電子機器2を組み立てるにあたり、ケーブル保持部41によりケーブル14を保持してコネクタ16に挿入した後、ケーブル14をコネクタ16にロックするロック部材17をケーブル保持部41により操作する。
【選択図】図22
Description
本発明は、コネクタにケーブルを挿入して電子機器を組み立てる電子機器組立装置及び電子機器組立方法に関する。
車載用の電子機器(例えば、計器板のメータ、ナビゲーション装置、ルームミラー等)をはじめとする各種の電子機器では、表示装置や回路基板等の機能モジュールがフレキシブルケーブル等のケーブルによって電気的に接続されて組み立てられる。このような電子機器の組み立てでは、従来、ケーブルをコネクタに挿入する作業を作業者が手作業により行っていたが、近年、作業品質の向上等を目的として、その作業の自動化が提案されている。
例えば、下記の特許文献の特許文献1には、2つのロボットによって、コネクタ付きのケーブルを基板側のコネクタに挿入する電子機器の組立方法が開示されている。この組立方法では、カメラを有した2つのロボットの間でコネクタ付きのケーブルを受け渡し、互いにカメラで相手方のコネクタの位置を確認しながら、コネクタ同士を接続するようにしている。
しかしながら、上述の特許文献に示す先行技術例においては、ケーブルをコネクタに挿入する作業に2つのロボットが必要となることから設備構成が複雑で大がかりなものとなるうえ、作業工程が複雑になるという問題点があった。
そこで本発明は、簡易な構成によりケーブルをコネクタに挿入する作業を行うことができ、電子機器の組立作業の作業品質を向上させることができる電子機器組立装置及び電子機器組立方法を提供することを目的とする。
本発明の電子機器組立装置は、コネクタにケーブルを挿入して電子機器を組み立てる電子機器組立装置であって、前記ケーブルを保持して前記コネクタに挿入するケーブル保持部と、前記コネクタに前記ケーブルが挿入された状態で操作されることにより前記ケーブルを前記コネクタにロックするロック部材とを備え、前記ケーブル保持部は、前記コネクタに前記ケーブルを挿入した後、前記ロック部材を操作して前記ケーブルを前記コネクタにロックする。
本発明の電子機器組立方法は、コネクタにケーブルを挿入して電子機器を組み立てる電子機器組立方法であって、ケーブル保持部により前記ケーブルを保持して前記コネクタに挿入するケーブル挿入工程と、前記ケーブル挿入工程の後、前記ケーブルを前記コネクタにロックするロック部材を前記ケーブル保持部により操作するロック部材操作工程とを含む。
本発明によれば、簡易な構成によりケーブルをコネクタに挿入する作業を行うことができ、電子機器の組立作業の作業品質を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の一実施の形態における電子機器組立装置1を示している。電子機器組立装置1は、図2(a)に示す組立前の電子機器2に対して所定の作業を施して図2(b)に示す組立後の電子機器2とするものである。本実施の形態では、電子機器組立装置1を正面から見た左右方向をX軸とし、正面から見た前後方向をY軸とする。また、上下方向をZ軸とする。
電子機器2は例えば車載用電子機器であり、図2(a),(b)に示すように、回路基板11と表示装置12を主体として構成されている。回路基板11には電子部品13が実装されており、ここでは表示装置12の表示面は下向きになっている。
図2(a),(b)において、回路基板11と表示装置12はそれぞれ矩形形状を有している。表示装置12が有する4つの辺のうち3つの辺(2つの短辺と1つの長辺)のそれぞれにはフレキシブルプリント基板等から成るケーブル14が取り付けられている。各ケーブル14は回路基板11と表示装置12とを電気的に接続するものであり、その一端(下端)側は表示装置12に予め接続されている。
図2(a)おいて、組立前の各ケーブル14は、表示装置12から上方に延びている。各ケーブル14の先端部(上端部)14Sの内側となる面には複数のケーブル側端子14Tが設けられている(図3)。
図2(a),(b)において、回路基板11の上面(実装面)が有する4つの縁部のうち、表示装置12のケーブル14が接続された3つの辺に対応する部分には、ケーブル14の先端部14Sが挿入されるコネクタ16が設けられている。各コネクタ16は、図4(a)に示すように、ケーブル14の先端部14Sが挿入されるケーブル受容部16aを有しており、そのケーブル受容部16aの上面には、ケーブル14が備える複数のケーブル側端子14Tと接触する複数のコネクタ側端子16Tが設けられている。
図2(a),(b)及び図4(a),(b)において、各コネクタ16にはロック部材17が備えられている。各ロック部材17は、コネクタ16に対して揺動軸17a回りに揺動(上下方向に開閉)自在に設けられた扉状の部材から成る。ロック部材17は、ケーブル14の先端部14Sがコネクタ16に挿入される前には上方に起立した開姿勢になっているが(図2(a)及び図4(a))、ケーブル14の先端部14Sがコネクタ16に挿入された後には開姿勢から倒伏するように操作されて閉姿勢となる(図2(b)及び図4(b))。ロック部材17が閉姿勢となると、ケーブル14の先端部14Sがコネクタ16のケーブル受容部16aとロック部材17との間に挟み込まれてロックされ、ケーブル14がコネクタ16から脱落するのが防止される。
次に、電子機器組立装置1について説明する。図1において、電子機器組立装置1は基台21上に作業ステージ22を有している。作業ステージ22は作業対象の電子機器2を位置決めして保持する。作業ステージ22は基台21に対して移動することで、保持した電子機器2を所定の位置及び姿勢に位置決めする。
図1において、基台21の隅部からは複数のポスト部材23が上方に延びて設けられている。これら複数のポスト部材23は天面板24を基台21の上方において水平姿勢に支持している。天面板24の下面側には、ロボット部25と、ロボット部25によって姿勢が変更されるヘッド部26が設けられている。天面板24の側方には、入出力装置としてのタッチパネル27が設けられている。
図1において、ロボット部25は、固定ベース31、6本のリンク部材32、移動ベース33及び回転ベース34を備えている。固定ベース31は天面板24の下面に取り付けられている。6つのリンク部材32は固定ベース31から下方に延出して延びている。
図5及び図6において、移動ベース33の中央部には円形の開口部33Hが設けられている。6つのリンク部材32のそれぞれの下端は、移動ベース33の上面の開口部33Hを取り囲む位置に、ユニバーサルジョイント32aを介して結合されている(図6)。6つのリンク部材32はそれぞれ固定ベース31に内蔵された6つのサーボ機構に駆動されて個別に作動する。6つのリンク部材32を個別に作動させることによって移動ベース33を6自由度で自在に移動させることができる。
図6において、移動ベース33の下面には下方に延びる中空の円筒部33Tが設けられている。円筒部33Tは、その上下中心軸を開口部33Hの中心を通る上下軸(基準軸33Jと称する)に一致させている。回転ベース34は移動ベース33の円筒部33Tに外嵌されたリング状の部材から成る。回転ベース34は円筒部33Tの外周部にベアリング33Rを介して取り付けられており、基準軸33J回りに回転自在となっている。回転ベース34の外周部には、外歯のリングギヤ34Rが取り付けられている。
図5において、移動ベース33の上面には旋回駆動モータ35が取り付けられている。旋回駆動モータ35は、移動ベース33の下方に位置する駆動ギヤ35Gを上下軸回りに駆動する。駆動ギヤ35Gはリングギヤ34Rと噛合している。このため旋回駆動モータ35が駆動ギヤ35Gを回転させるとリングギヤ34Rが基準軸33J回りに回転し、リングギヤ34Rと一体になった回転ベース34も基準軸33Jの回りを回転する。
図5及び図6において、ヘッド部26はケーブル保持部41、照明部42、レンズ部43及び撮像部44を備えている。ケーブル保持部41は回転ベース34の下面側に設けられており、回転ベース34が基準軸33J回りの回転に従って、基準軸33J回りに回転する。照明部42、レンズ部43及び撮像部44は移動ベース33の上面側に設けられている。
図5及び図6において、ケーブル保持部41は、ブラケット部51、開閉機構52、2つの開閉ブロック53、2つのチャック部材54、駆動シリンダ55、押圧ブロック56、2つの押さえ部材57及びバー部材58を備えている。ブラケット部51は回転ベース34の下面に固定されている。開閉機構52はブラケット部51に設けられており、2つの開閉ブロック53を水平方向に開閉させる。
図5、図6及び図7(a),(b)において、2つのチャック部材54はそれぞれアーム状の部材から成り、2つの開閉ブロック53に取り付けられている。各チャック部材54は開閉ブロック53から斜め下方に延びており、その先端部(下端部)を移動ベース33の開口部33Hの下方に位置させている。2つのチャック部材54の中間を通る上下面は基準軸33Jを含んでいる。このため回転ベース34の回転位置(基準軸33J回りの回転位置)によらず、2つのチャック部材54の中間を通る上下面は常に基準軸33Jの方向を向いている。
図5及び図7(a),(b)において、各チャック部材54の先端部(下端部)には下方に延びたチャック爪54Tが設けられている。更に、各チャック爪54Tの下端には、チャック部材54の内側(2つのチャック部材54同士が対向する方向)に曲げられた鉤状部54Kが形成されている。これら一対の鉤状部54Kは、後述するように、2つのチャック部材54によりケーブル14をチャックした場合に、そのケーブル14の両端部を下方から支持する機能を有する。
前述のように、開閉機構52は2つの開閉ブロック53を水平方向に開閉させるので、これにより2つのチャック部材54は開いたり閉じたり(間隔を広げたり狭めたり)する。ここでは2つのチャック部材54は、2つの鉤状部54Kの先端部同士の間隔がケーブル14の幅よりも大きい間隔となるように広げた「開状態」(図7(a))と、2つのチャック爪54T同士の間隔がケーブル14の幅よりも若干大きい間隔となるように閉じた「閉状態」(図7(b))との間で開閉されるものとする。
図5、図6及び図7(a),(b)において、駆動シリンダ55はブラケット部51に取り付けられて開閉機構52の下方に位置している。駆動シリンダ55はピストンロッド55Rを水平方向に進退させることにより、ピストンロッド55Rに取り付けられた押圧ブロック56を水平方向に移動させる。これにより押圧ブロック56は「基準位置」(図8(a))と、基準位置から開口部33Hの下方領域側(基準軸33J側)に張り出した「張出位置」(図8(b))との間で移動する。
図5及び図7(a),(b)において、2つの押さえ部材57はそれぞれアーム状の部材から成り、2つのチャック部材54の内側に位置して設けられている。各押さえ部材57は2つのチャック部材54に沿って斜めに延びている。各押さえ部材57の中間部はその押さえ部材57の外側に位置するチャック部材54の中間部に設けられた枢支軸54Jによって枢支されて上下面内で揺動自在になっている(図6及び図7(a),(b))。各押さえ部材57の先端部(下端部)には押さえ突起57Tが下方に延びて設けられている。
図7(a),(b)、図8(a),(b)及び図9において、各押さえ部材57は上端には当接部57Mが形成されている。各押さえ部材57は、図示しないばね部材によって押さえ突起57Tを上昇させる方向に付勢されており、各押さえ部材57の当接部57Mは、押圧ブロック56の当接面56Mに常時押し付けられて当接している。
前述したように、各押さえ部材57はその外側に位置するチャック部材54に枢支軸54Jを介して連結されている。このため、開閉機構52の作動によって2つの開閉ブロック53が左右に移動して2つのチャック部材54が開閉すると、これに従って2つの押さえ部材57も開閉する(図7(a),(b))。また、2つの押さえ部材57が開閉しても、2つの押さえ部材57それぞれの当接部57Mは押圧ブロック56の当接面56Mに当接した状態を維持する。
押圧ブロック56が「基準位置」に位置した状態では、各押さえ部材57が有する押さえ突起57Tの下端は、その押さえ部材57と連結されているチャック部材54が有する鉤状部54Kから上方に大きく離間させた「非押さえ位置」(図7(a),(b)及び図8(a))に位置する。一方、押圧ブロック56が「基準位置」から「張出位置」に移動すると、各押さえ部材57は上述のばね部材の付勢力に抗して下端部を下降させる方向に揺動し、押さえ突起57Tの下端を鉤状部54Kの上面に近接させた「押さえ位置」(図8(b)及び図9)に位置する。押さえ部材57が「押さえ位置」に位置した状態では、押さえ突起57Tの下端は、その下方に位置する鉤状部54Kの上面よりもケーブル14の厚さT(図9)分だけ上方に位置する。
図7(a),(b)、図8(a),(b)及び図9において、バー部材58は、2つのチャック部材54のうちの一方(双方でもよいがここでは一方の例を示す)のチャック爪54Tに設けられており、他方のチャック部材54の側に向けて水平方向に(2つのチャック部材54の開閉方向に)延びている。バー部材58は、チャック部材54の鉤状部54Kの上面よりもやや上方に位置しており、押さえ部材57の押さえ突起57Tと干渉しない位置に設けられている。また、バー部材58は、バー部材58が設けられていない側のチャック部材54とも干渉しないように設けられている。
図5及び図6において、照明部42、レンズ部43及び撮像部44は、移動ベース33の上面から上方に延びて設けられたブラケット33Bに取り付けられている。レンズ部43は照明部42の上方に位置しており、撮像部44はレンズ部43の上方に位置している。レンズ部43の光軸と撮像部44の光軸はともに基準軸33Jに一致している。
撮像部44は、レンズ部43の下方に位置した撮像対象物が照明部42によって照明された状態で、レンズ部43を通して撮像対象物を撮像する。本実施の形態では、撮像部44が撮像する撮像対象物は、後述するように、ケーブル14の先端部14Sとコネクタ16である。
図10において、作業ステージ22による電子機器2の位置決め動作、ロボット部25によるヘッド部26の移動及び姿勢変化動作、旋回駆動モータ35による回転ベース34の(すなわちケーブル保持部41の)回転動作の各制御は、電子機器組立装置1が備える制御部60が行う。開閉機構52によるチャック部材54の開閉動作、駆動シリンダ55による押さえ部材57の押さえ動作、照明部42による照明動作及び撮像部44の撮像動作の各制御も制御部60が行う。撮像部44が撮像して得られた画像に基づく解析は制御部60が行う。タッチパネル27から入力される情報は制御部60に入力され、制御部60はタッチパネル27を通じて作業者に情報の出力を行う。
次に、図11に示すフロー図を用いて、本実施の形態における電子機器組立装置1によるコネクタ16に対するケーブル14の挿入及びロック動作から成るケーブル装着作業の実行手順(電子機器組立装置1による電子機器組立方法)を説明する。ここでは1つのケーブル14を対応するコネクタ16に装着する例を説明するが、他のケーブル14を対応するコネクタ16に装着する場合も同様にして行われる。ケーブル装着作業が行われる前には、予め、作業対象となる電子機器2が作業ステージ22に保持される。このとき、電子機器2が備える全てのコネクタ16のロック部材17は開姿勢にされる。
ケーブル装着作業では、先ず、ケーブル保持部41の位置調整を行う(図11に示すステップST1の位置調整工程)。具体的には、旋回駆動モータ35を作動させ、回転ベース34を基準軸33J回りに回転させることによって、これからコネクタ16への挿入対象となっているケーブル14の背面側(上方に延びた姿勢となっているケーブル14の外面側)に、ケーブル保持部41のバー部材58を対向させる。このとき、ケーブル保持部41の開閉機構52は2つのチャック部材54が「開状態」になるようにしておく。また、駆動シリンダ55は押圧ブロック56を「基準位置」に位置させて、2つの押さえ部材57を「非押さえ位置」に位置させておく。
ケーブル保持部41の位置調整を行ったら、ロボット部25はヘッド部26を移動させて、ケーブル保持部41にケーブル14を保持させる(図11に示すステップST2のケーブル保持工程)。これには先ず、ロボット部25がヘッド部26を移動させて、コネクタ16への挿入対象となっているケーブル14の背面にケーブル保持部41が備えるバー部材58を水平に押し当てながら、ケーブル14の先端部14Sがコネクタ16側に倒れるようにケーブル14を撓ませていく(図12(a)→図12(b))。そして、ケーブル14の先端部14Sがほぼ水平姿勢になるようにする(図13(a)及びケーブル14を図13(a)の矢印Vの方向から見た図14(a))。
ケーブル保持部41が備えるバー部材58を押し当ててケーブル14の先端部14Sがほぼ水平姿勢となったら、開閉機構52を作動させ、2つのチャック部材54の間隔を狭めて「閉状態」にする(図13(b)及びケーブル14を図13(b)の矢印Vの方向から見た図14(b)。これらの図中に示す矢印A)。これによりケーブル14は側縁側から2つのチャック爪54Tによって挟み込まれ、ケーブル14はその両側縁部が2つのチャック部材54が備える2つの鉤状部54Kによって下方から支持される(図13(b)、図14(b)及び図15(a))。このような2つのチャック部材54(チャック爪54T)によるケーブル14の挟み込みにおいて、バー部材58は、2つのチャック部材54によりケーブル14を挟み込む前に、ケーブル14を押圧してケーブル14の姿勢を整える働きをしている。
2つのチャック部材54によってケーブル14を挟み込んだら、駆動シリンダ55が作動して押圧ブロック56を基準位置から張出位置に位置させる(図15(b)中に示す矢印B)。これにより2つの押さえ部材57はそれぞれ枢支軸54J回りに揺動し(図15(b)中に示す矢印C)、「押さえ位置」に位置する。2つの押さえ部材57が「押さえ位置」に位置すると、2つの鉤状部54Kによって下方から支持されていたケーブル14の両端部の上面側が2つの押さえ突起57Tにより押さえられる(図16(a)→図16(b)及び図17(a)→図17(b))。これによりケーブル14はケーブル保持部41によって保持され、ケーブル14の先端部14Sが2つのチャック部材54の先端部(下端部)から基準軸33J側にほぼ水平姿勢で突出した状態となる(図17(b)及び図18)。このように本実施の形態において、2つの押さえ部材57は、2つのチャック部材54が挟み込んで保持したケーブルの上面を上方から押さえる働きをしている。
ケーブル14がケーブル保持部41によって保持されたら、コネクタ16に対してケーブル14を仮位置決めする(図11に示すステップST3の仮位置決め工程)。ケーブル14の仮位置決めでは、ロボット部25がヘッド部26を移動させて、ケーブル14の先端部14Sをコネクタ16に水平姿勢で接近させる。そして、ケーブル14の先端部14Sとコネクタ16がともに、撮像部44の撮像可能領域内に位置するようにする(図19)。
上記のようにしてコネクタ16に対してケーブル14を仮位置決めしたら、照明部42はケーブル保持部41に保持されたケーブル14を照明し、撮像部44は照明部42による照明のもとで、レンズ部43を通してコネクタ16とケーブル14の先端部14Sを撮像する(図11に示すステップST4の撮像工程)。撮像部44によりコネクタ16とケーブル14を撮像したら、得られた画像に基づいて、制御部60が、ケーブル14の先端部14Sとコネクタ16との相対的位置関係を認識する。そして、コネクタ16の向きがY軸方向に一致し、かつ、ケーブル14の先端部とコネクタ16との間の距離が適正な距離となるように、ロボット部25はヘッド部26を移動させて、ケーブル14をコネクタ16に対して位置決めする(図11に示すステップST5の位置決め工程)。
コネクタ16に対してケーブル14を位置決めしたら、ロボット部25はヘッド部26を移動させて、ケーブル保持部41に保持させたケーブル14の先端部14Sを、コネクタ16のケーブル受容部16aに挿入する(図20(a)。図11に示すステップST6のケーブル挿入工程)。このときロボット部25は、コネクタ16に対してケーブル14の先端部14Sを斜め上方から挿入した後、ケーブル14の先端部14Sがほぼ水平姿勢になるようにケーブル保持部41を移動させる(図20(b))。
ケーブル14の姿勢を整えたら、ロボット部25はヘッド部26を移動させ、ケーブル保持部41によってロック部材17を操作することによって、コネクタ16にケーブル14をロックする(図11に示すステップST7のロック部材操作工程)。具体的には、ロボット部25は、先ず、ヘッド部26を移動させて、ケーブル保持部41の一部をロック部材17の背面側に位置させる(図21(a)→図21(b))。そして、ケーブル保持部41を水平方向(ロック部材17が閉じる方向)に移動させ、ロック部材17の背面側に位置させたチャック部材54の一部をロック部材17に背面側から当接させてロック部材17を押圧し、ロック部材17を倒伏させて閉姿勢にする(図22(a)→図22(b))。これによりケーブル14がコネクタ16にロックされる。ここで、上記「ケーブル保持部41の一部」とは、本実施の形態では、2つのチャック部材54のうちの一方又は両方、或いはバー部材58となる。
上記のようにしてケーブル14をコネクタ16にロックしたら、コネクタ16のひとつ当たりのケーブル装着作業が終了する。他のケーブル14を対応するコネクタ16に装着する場合には、旋回駆動モータ35により回転ベース34を基準軸33J回りに回転させ、ケーブル保持部41を作業ステージ22に対して(すなわち電子機器2に対して)相対的に移動させたうえで、同様の工程を実行する。
以上説明したように、本実施の形態における電子機器組立装置1及びこの電子機器組立装置1による電子機器組立方法では、ケーブル保持部41がケーブル14を保持してそのケーブル14をコネクタ16に挿入するようになっており、従来のようにケーブルをコネクタに挿入する作業に2つのロボットを用いることなく、簡易な構成によりケーブルをコネクタに挿入する作業を行うことができるので、電子機器の組立作業の作業品質を向上させることができる。更に、ケーブル保持部41は、コネクタ16にケーブル14を挿入した後、ロック部材17を操作してケーブル14をコネクタ16にロックするようになっているので、ロック部材17を操作する手段を別途必要としない。このため装置の部品点数が少なくなり、製造コストを低廉化することができる。
これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、ケーブル保持部41はケーブル14をその側縁側から挟み込んで保持する形態であったが、ケーブル14の一方の面に取り付けた板状の部材等を挟み込んで保持する形態等であってもよい。また、上述の実施の形態では、回転ベース34を基準軸33J回りに回転させることでケーブル保持部41を作業ステージ22に対して移動させる構成であったが、作業ステージ22を回転自在な構成とし、作業ステージ22を回転させることによって、ケーブル保持部41を作業ステージ22に対して移動させるようにしてもよい。
簡易な構成によりケーブルをコネクタに挿入する作業を行うことができ、電子機器の組立作業の作業品質を向上させることができる電子機器組立装置及び電子機器組立方法を提供する。
1 電子機器組立装置
2 電子機器
14 ケーブル
16 コネクタ
17 ロック部材
41 ケーブル保持部
2 電子機器
14 ケーブル
16 コネクタ
17 ロック部材
41 ケーブル保持部
Claims (2)
- コネクタにケーブルを挿入して電子機器を組み立てる電子機器組立装置であって、
前記ケーブルを保持して前記コネクタに挿入するケーブル保持部と、
前記コネクタに前記ケーブルが挿入された状態で操作されることにより前記ケーブルを前記コネクタにロックするロック部材とを備え、
前記ケーブル保持部は、前記コネクタに前記ケーブルを挿入した後、前記ロック部材を操作して前記ケーブルを前記コネクタにロックする電子機器組立装置。 - コネクタにケーブルを挿入して電子機器を組み立てる電子機器組立方法であって、
ケーブル保持部により前記ケーブルを保持して前記コネクタに挿入するケーブル挿入工程と、
前記ケーブル挿入工程の後、前記ケーブルを前記コネクタにロックするロック部材を前記ケーブル保持部により操作するロック部材操作工程とを含む電子機器組立方法。
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