JP2023061160A - 部品実装装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】認識エラーが生じたときに部品の位置や角度のずれを補正して部品を再認識することで部品の廃棄を低減することが可能な部品実装装置を提供する。【解決手段】部品Eを吸着するノズル34が軸線L上に装着された実装ヘッド32と実装ヘッドを軸線Lと直交する方向に搬送する搬送部とノズルを軸線Lの回りに回転させる回転機構とノズルに吸着された部品を撮像する撮像部と部品データを記憶する記憶部と制御部とを備え、撮像部により取得された撮像画像の撮像範囲内に部品の全体が収まっていないことで部品Eを認識できなかった場合、制御部は、撮像画像に基づいて部品の位置及び角度を算出する算出処理と算出処理の結果から撮像範囲に対する部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正することで部品が撮像範囲内に収まるようにする補正処理と補正処理後に撮像部により部品を撮像し部品を再認識する再認識処理とを実行する。【選択図】図2
Description
本開示は、部品実装装置に関する。
従来、ノズル部材に吸着された部品の吸着ずれを補正することが可能な部品実装機として、例えば特開2007-103436号公報(下記特許文献1)に記載のものが知られている。この部品実装機において、ノズル部材に吸着された部品は、撮像ユニットにより下方から撮像される。撮像された画像に基づいて、主制御部により部品の認識が行われる。部品の認識が完了した後で、画像の撮像範囲に対する部品の位置の調整が行われ、次いで部品の吸着ずれの補正が行われるようになっている。
ところで、上記の構成において、ノズル部材に吸着される部品が大型である場合、部品がノズル部材または撮像ユニットに対して位置ずれすることにより、部品が撮像範囲内に収まらないことが考えられる。部品が撮像範囲内に収まっていないと、部品の認識ができず、認識エラーが生じる場合がある。認識エラーが生じると、部品の位置ずれを補正するステップに移ることができず、部品自体に欠陥がなくても部品が廃棄される場合がある。
本開示は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、認識エラーが生じたときに部品の位置や角度のずれを補正して部品を再認識することで部品の廃棄を低減することが可能な部品実装装置を提供することを目的とする。
本開示の部品実装装置は、基板に部品を実装する部品実装装置であって、前記部品を吸着するノズルが軸線上に装着された実装ヘッドと、前記実装ヘッドを前記軸線と直交する方向に搬送する搬送部と、前記ノズルを前記軸線の回りに回転させる回転機構と、前記ノズルに吸着された前記部品を撮像する撮像部と、部品データを記憶する記憶部と、制御部と、を備え、前記撮像部により取得された撮像画像の撮像範囲内に前記部品の全体が収まっていないことで前記部品を認識できなかった場合、前記制御部は、前記撮像画像に基づいて前記部品の位置及び角度を算出する算出処理と、前記算出処理の結果から前記撮像範囲に対する前記部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正することで前記部品が前記撮像範囲内に収まるようにする補正処理と、前記補正処理後に前記撮像部により前記部品を撮像し、前記部品を再認識する再認識処理と、を実行する、部品実装装置である。
本開示によれば、認識エラーが生じたときに部品の位置や角度のずれを補正して部品を再認識することで部品の廃棄を低減することが可能な部品実装装置を提供することができる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。
(1)本開示の部品実装装置は、基板に部品を実装する部品実装装置であって、前記部品を吸着するノズルが軸線上に装着された実装ヘッドと、前記実装ヘッドを前記軸線と直交する方向に搬送する搬送部と、前記ノズルを前記軸線の回りに回転させる回転機構と、前記ノズルに吸着された前記部品を撮像する撮像部と、部品データを記憶する記憶部と、制御部と、を備え、前記撮像部により取得された撮像画像の撮像範囲内に前記部品の全体が収まっていないことで前記部品を認識できなかった場合、前記制御部は、前記撮像画像に基づいて前記部品の位置及び角度を算出する算出処理と、前記算出処理の結果から前記撮像範囲に対する前記部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正することで前記部品が前記撮像範囲内に収まるようにする補正処理と、前記補正処理後に前記撮像部により前記部品を撮像し、前記部品を再認識する再認識処理と、を実行する、部品実装装置である。
このような構成によると、撮像画像の撮像範囲内に部品の全体が収まっていないことで部品を認識できなかった場合でも、撮像画像に基づいて部品の位置及び角度を算出する算出処理と、部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正する補正処理と、補正処理後に部品を撮像し再認識する再認識処理と、が実行されることにより、部品の廃棄を低減することができる。
(2)前記制御部は、前記部品が吸着された前記ノズルの位置及び角度の少なくとも一方を変更することで前記補正処理を実行することが好ましい。
このような構成によると、ノズルの位置及び角度の少なくとも一方を変更することで、簡便に部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正することができる。
(3)前記部品は、前記ノズルにより吸着される吸着ポイントと、前記吸着ポイントとは異なる位置に配される部品中心と、を有し、前記撮像範囲の中心とされる撮像中心と前記吸着ポイントとが一致した状態では、前記部品は前記撮像範囲内に収まらず、前記撮像中心と前記部品中心とが一致した状態では、前記部品は前記撮像範囲内に収まるようになっており、前記部品データには、前記部品における前記部品中心の位置が含まれ、前記制御部は、前記撮像中心と前記部品中心とが一致するように前記補正処理を実行することが好ましい。
このような構成によると、吸着ポイントの位置と部品中心の位置が異なる部品について部品中心の位置が部品データに含まれるから、補正処理を容易にすることができる。
(4)前記撮像範囲に対する前記部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方に繰り返し性がある場合、前記制御部は、前記補正処理に用いた補正パラメータを前記記憶部に記憶させることが好ましい。
このような構成によると、繰り返し性のある部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方に対して、補正パラメータが記憶されることで、次回以降の同様の補正処理を容易にすることができる。
(5)前記算出処理は、前記部品データに含まれる画像データを用いたパターンマッチング、または前記部品のエッジの角度成分検出により行われてもよい。
(6)前記撮像部による前記部品の撮像は、ライン撮像により行われてもよい。
[本開示の実施形態1の詳細]
本開示の実施形態1を、図1ないし図9を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。実施形態1は、図1に示すように、電子部品等の部品Eをプリント基板等の基板B上に実装する部品実装装置10を例示している。
本開示の実施形態1を、図1ないし図9を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。実施形態1は、図1に示すように、電子部品等の部品Eをプリント基板等の基板B上に実装する部品実装装置10を例示している。
<部品実装装置の全体構成>
部品実装装置10は、図1に示すように、基台11と、基板Bを搬送する搬送コンベア14と、ヘッドユニット30と、ヘッドユニット30を基台11上にて移動させる搬送部20とを備えている。なお、以下の説明において、基台11の長手方向(図1の左右方向)を左右方向、基台11の奥行方向(図1の上下方向)を前後方向、図1の紙面垂直方向を上下方向とする。各図において、X軸の正の方向は右方、Y軸の正の方向は後方、Zの正の方向は上方を示している。
部品実装装置10は、図1に示すように、基台11と、基板Bを搬送する搬送コンベア14と、ヘッドユニット30と、ヘッドユニット30を基台11上にて移動させる搬送部20とを備えている。なお、以下の説明において、基台11の長手方向(図1の左右方向)を左右方向、基台11の奥行方向(図1の上下方向)を前後方向、図1の紙面垂直方向を上下方向とする。各図において、X軸の正の方向は右方、Y軸の正の方向は後方、Zの正の方向は上方を示している。
搬送コンベア14は、基台11の中央に配置されている。搬送コンベア14は左右方向に循環駆動する一対の搬送ベルト15を備えており、搬送ベルト15上の基板Bを、搬送ベルト15との摩擦により右方に搬送する。本実施形態では、基板Bは、左側より搬送コンベア14を通じて部品実装装置10の内部へと搬入される。搬入された基板Bは、搬送コンベア14により基台11の中央の作業位置まで運ばれ、そこで停止される。
基台11上には、作業位置の周囲を囲むようにして、部品供給部12が4箇所設けられている。各部品供給部12には、部品Eを供給するフィーダ13が左右方向に隣接して多数設置されている。
作業位置では、フィーダ13により部品Eが供給され、ヘッドユニット30の実装ヘッド32により部品Eが基板B上に実装される。その後、部品Eが実装された基板Bは搬送コンベア14を通じて右方に運ばれ、部品実装装置10の外部に搬出されるようになっている。
搬送部20は、ヘッドユニット30を所定の可動範囲内でX軸方向及びY軸方向に搬送するものである。搬送部20は、図1に示すように、X軸ビーム21、Y軸フレーム22、X軸サーボモータ23、Y軸サーボモータ24等を備えている。ヘッドユニット30は、X軸ビーム21に支持され、X軸サーボモータ23によりX軸方向に往復移動可能となっている。X軸ビーム21は、Y軸フレーム22に支持され、Y軸サーボモータ24によりY軸方向に往復移動可能となっている。
ヘッドユニット30は、図1及び図2に示すように、箱形状をなすヘッドユニット本体31と、部品Eの実装動作を行う5つの実装ヘッド32と、基板撮像カメラ40と、を有している。
実装ヘッド32は、ヘッドユニット本体31から下方に突出した形態とされている。実装ヘッド32は、図2に示すように、上下方向に延びるシャフト33と、シャフト33の下端部に着脱可能とされるノズル34と、を有している。実装ヘッド32の中心を通り、上下方向にのびる線は軸線Lとされており、ノズル34は実装ヘッド32の軸線L上に装着されている。実装ヘッド32には、図示しないエア供給装置から負圧が供給されることで、ノズル34の先端部に吸引力が生じるようになっている。これにより、ノズル34による部品Eの吸着及び実装が可能とされている。
シャフト33には、ヘッドユニット本体31内に設けられたZ軸サーボモータ35(図3参照)が取り付けられている。シャフト33(及びノズル34)は、Z軸サーボモータ35によって上下方向に昇降可能とされている。また、ヘッドユニット本体31内には、実装ヘッド32を軸線Lの回りに回転させるR軸サーボモータ36(図3参照)が設けられている。
図1に示すように、ヘッドユニット30には基板撮像カメラ40が撮像面を下に向けた状態で配置されている。基板撮像カメラ40は、基板Bの位置及び姿勢を認識するために、基板Bのフィデューシャルマーク(図示せず)を撮像するように構成されている。また、基板撮像カメラ40の近傍には図示しない照明が設けられている。この照明は、基板撮像カメラ40の撮像時に可視光を基板Bに照射するように構成されている。これにより、基板撮像カメラ40により基板Bを鮮明に撮像することができる。
図1に示すように、基台11上には部品撮像カメラ41(撮像部の一例)が撮像面を上に向けて配置されている。部品撮像カメラ41は、ノズル34に吸着された部品Eの撮像画像(下面画像)を撮像する。また、部品撮像カメラ41の近傍には、図示しない照明が設けられている。この照明は、部品撮像カメラ41の撮像時に可視光をノズル34に吸着された部品Eに照射するように構成されている。これにより、部品撮像カメラ41によりノズル34に吸着された部品Eを鮮明に撮像することが可能である。
本実施形態の部品撮像カメラ41は、ライン撮像を行うラインセンサカメラとされている。ラインセンサカメラには撮像素子が1列に直線状に並んだ撮像素子列が含まれており、この撮像素子列がY軸方向に並ぶようにラインセンサカメラが基台11上に設置されている。すなわち、このラインセンサカメラにより、Y軸方向に細長い線状のライン画像を得るライン撮像が可能となっている。部品撮像カメラ41(ラインセンサカメラ)の上方をX軸方向に移動する部品Eに対して、ライン撮像を所定の微小時間毎に実施し、得られたライン画像をX軸方向に並べることにより、部品Eの撮像画像が取得される。
<部品実装機の電気的構成>
次に、部品実装装置10の電気的構成を、図3を参照して説明する。部品実装装置10は、制御部50及び操作部51を備えている。制御部50は演算処理部52、モータ制御部53、記憶部54、画像処理部55、外部入出力部56、通信部57等を備えている。
次に、部品実装装置10の電気的構成を、図3を参照して説明する。部品実装装置10は、制御部50及び操作部51を備えている。制御部50は演算処理部52、モータ制御部53、記憶部54、画像処理部55、外部入出力部56、通信部57等を備えている。
演算処理部52はCPU、ROM、RAM等を備えており、ROMに記憶されている制御プログラムを実行することによって部品実装装置10の各部を制御する。
モータ制御部53は演算処理部52の制御の下でX軸サーボモータ23、Y軸サーボモータ24、Z軸サーボモータ35、R軸サーボモータ36、コンベア駆動モータ16等
の各モータを回転させる。
の各モータを回転させる。
記憶部54には、部品Eに関するデータ(部品データ)を含む各種のデータが記憶されている。各種のデータには生産が予定されている基板Bの生産枚数や品種に関する情報、基板Bに実装される部品Eの数や種類に関する情報、各部品Eを基板Bに実装する実装位置に関する情報、それらの部品Eの実装順序に関する情報、部品Eの外周形状を表す形状データ等が含まれる。
画像処理部55は部品撮像カメラ41や基板撮像カメラ40から出力される画像信号が取り込まれるように構成されており、出力された画像信号に基づいてデジタル画像を生成する。
外部入出力部56はいわゆるインターフェースであり、部品実装装置10の本体に設けられている各種センサ類45から出力される検出信号が取り込まれるように構成されている。また、外部入出力部56は演算処理部52から出力される制御信号に基づいて各種アクチュエータ類46に対する動作制御を行うように構成されている。
通信部57は制御部50がフィーダ13と通信するためのものである。
操作部51は液晶ディスプレイ等の表示装置や、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力装置を備えている。作業者は操作部51を操作して各種の設定等を行うことができる。
<部品の認識>
部品実装装置10では、部品Eをノズル34に吸着した後、部品Eを基板Bに搭載する前に、部品撮像カメラ41によりノズル34に吸着された部品Eの撮像画像を取得し、その撮像画像に基づいて部品Eの認識が行われる。部品Eの認識においては、部品Eに異常がないか等の判断が制御部50によりなされる。
部品実装装置10では、部品Eをノズル34に吸着した後、部品Eを基板Bに搭載する前に、部品撮像カメラ41によりノズル34に吸着された部品Eの撮像画像を取得し、その撮像画像に基づいて部品Eの認識が行われる。部品Eの認識においては、部品Eに異常がないか等の判断が制御部50によりなされる。
例えば、図4に示すように、部品Eがコネクタ60である場合、制御部50は、撮像画像に基づいて、部品Eの外形の大きさやリード62の本数や長さ、リードピッチ等の実際の部品Eの情報を取得する。そして、取得した部品Eの情報が、予め記憶部54に記憶されている搭載予定の部品データと一致する場合、制御部50は、部品Eが正常であると判断するように構成されている。
一方、撮像画像から取得された部品Eの情報が搭載予定の部品データと一致しない場合には、制御部50は、部品Eに異常があると判断する。例えば、部品Eの外形の大きさが異なる場合や、コネクタ60のリード62が変形している場合には、部品Eに異常があると判断される。この場合、制御部50は認識エラー処理を実行し、部品Eの認識エラーが生じた旨のエラーメッセージを表示装置に表示する。
その他、認識エラーが生じる場合として、撮像画像から部品Eの情報が取得できない場合も考えられる。例えば、図4に示すような大型のコネクタ60が搭載予定の部品Eとされる場合、図5の右側に示すように部品Eの全体が撮像画像の撮像範囲PS内に収まらないことにより、撮像画像から部品Eの正しい情報を得られないために認識エラーが生じる場合がある。
従来の部品実装装置においては、部品Eの認識エラーが生じた場合、部品Eは実装されず、廃棄されていた。しかし、図5の右側に示すように、部品Eの全体が撮像範囲PS内に収まっていないことにより認識エラーが生じている場合、部品Eの位置や角度のずれを補正することにより、部品Eの認識が可能になる場合がある。
そこで、本実施形態の部品実装装置10では、撮像画像の撮像範囲PS内に部品Eの全体が収まっていないことで部品Eを認識できなかった場合、制御部50は、部品Eの全体が撮像範囲PS内に収まるように部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正し、部品Eの再認識を行うように構成されている。これにより、部品E自体の異常ではなく、部品Eの位置や角度のずれを原因とする認識エラーによって、部品Eが廃棄されることを抑制できる。
<角度ずれによる部品の認識エラー>
以下、図4に示す大型のコネクタ60を搭載予定の部品Eとして説明する。このコネクタ60は、細長いハウジング61と、基板Bに表面実装される18本のリード62と、を備える。リード62はハウジング61の右側または左側に突出し、前後方向に並んで配されている。コネクタ60において、ノズル34によって吸着される吸着ポイント63は、ハウジング61の中央部の上面(紙面垂直方向の奥側の面)に配されている。また、ハウジング61の中央部は、平面視において、コネクタ60の外形の中心、すなわち、部品中心ECと一致する。吸着ポイント63においてノズル34に吸着され、コネクタ60の長辺方向がY軸方向と一致している状態が、コネクタ60の正しい吸着姿勢とされている。
以下、図4に示す大型のコネクタ60を搭載予定の部品Eとして説明する。このコネクタ60は、細長いハウジング61と、基板Bに表面実装される18本のリード62と、を備える。リード62はハウジング61の右側または左側に突出し、前後方向に並んで配されている。コネクタ60において、ノズル34によって吸着される吸着ポイント63は、ハウジング61の中央部の上面(紙面垂直方向の奥側の面)に配されている。また、ハウジング61の中央部は、平面視において、コネクタ60の外形の中心、すなわち、部品中心ECと一致する。吸着ポイント63においてノズル34に吸着され、コネクタ60の長辺方向がY軸方向と一致している状態が、コネクタ60の正しい吸着姿勢とされている。
図5は、ノズル34に対するコネクタ60の角度ずれと撮像画像との関係を表している。ここでは、ノズル34に対してコネクタ60の位置ずれ(X軸方向、Y軸方向のずれ)はないものとする。すなわち、ノズル34は吸着ポイント63においてコネクタ60を吸着しているものとする。通常、撮像範囲PSの中心である撮像中心PCは、平面視においてノズル34の中心と一致するように設定されているから、平面視において撮像中心PCは吸着ポイント63及び部品中心ECと一致している。
図5の左側に示すように、コネクタ60がノズル34に対して正しい吸着姿勢をとっている場合、ノズル34に対するコネクタ60の角度は0°とされ、撮像画像の撮像範囲PS内にコネクタ60の全体が収まっている。よって、撮像画像に基づいて部品Eの外形やリード62の本数等の情報が正しく取得され、部品Eが正常であると判断される。すなわち、制御部50は部品Eの認識に成功する。
次に、ノズル34に対するコネクタ60の角度ずれがある場合について考える。例えば、図5の右側に示すように、ノズル34に対してコネクタ60が角度αだけずれることで、撮像画像の撮像範囲PS内にコネクタ60の全体が収まらないことが考えられる。この場合、撮像画像から部品Eの外形やリード62の本数等の情報が正しく取得されないため、部品Eの認識エラーが生じる。
本実施形態の制御部50は、上記のように、部品Eが撮像範囲PS内に収まっていないことにより、部品Eの認識エラーが生じた場合には、撮像画像に写っている部品Eの部分構造に基づいて、部品Eの形状を推定し、部品Eの位置や角度を算出する(算出処理)。本実施形態では、制御部50は、予め記憶部54に記憶されている部品データを用いて算出処理を実行する。例えば、部品データには、部品Eを特徴づける部品Eの特徴部分64の情報が含まれている。具体的には、図6に示すように、6本のリード62がコネクタ60の長辺方向に並んだ部分構造、及びその部分構造がコネクタ60の短辺方向に並んだ構造を、部品Eの特徴部分64とすることができる。部品Eの特徴部分64と撮像画像とに基づいて、制御部50は、コネクタ60がノズル34に対して角度αの角度ずれを有することを算出することができる。
また、部品データには、さまざまな角度や位置における部品Eの画像データが含まれ、この部品Eの画像データを用いたパターンマッチングの手法により、撮像画像から部品Eの位置や角度を算出することもできる。
その他にも、例えば、撮像画像をいわゆるエッジフィルタで画像処理することによって、エッジを抽出し、エッジの角度成分分析を行うことで、部品Eの位置や角度を算出してもよい。エッジを抽出する際には、例えば直線や曲線のハフ変換(Hough変換)等の画像処理が用いられてもよい。
制御部50は、部品Eをノズル34により吸着したまま、R軸サーボモータ36を制御することにより、ノズル34を角度-αだけ軸線Lの回りに回転させることで、部品Eの角度ずれを補正する。なお、ここでは、部品Eの長辺方向とY軸方向とが一致するように、部品Eの角度ずれを補正しているが、必ずしも部品Eの長辺方向とY軸方向とを一致させる必要はなく、部品Eの全体が撮像範囲PS内に収まるように補正されればよい。
続いて、制御部50は、部品撮像カメラ41により補正後の部品Eの撮像を行う。このとき取得される撮像画像においては、部品Eの角度ずれが補正されているから、部品Eの全体が撮像画像の撮像範囲PS内に収まっている(図5の左側と同様)。制御部50は、角度ずれを補正した後の撮像画像により部品Eの再認識を行う。制御部50は、部品Eの再認識に成功すると、部品Eが正常であると判断し、部品Eを実装する。
<位置ずれによる部品の認識エラー>
次に、図7及び図8を参照しつつ、ノズル34に対してコネクタ60の位置がずれている場合について説明する。ここで、コネクタ60の位置とは、X軸及びY軸を含む水平面内での位置である。なお、簡単のため、ノズル34に対するコネクタ60の角度ずれはないものとする。すなわち、コネクタ60の長辺方向がY軸方向と一致しており、コネクタ60の吸着ポイント63とずれた位置においてコネクタ60がノズル34に吸着されている状態について考える。
次に、図7及び図8を参照しつつ、ノズル34に対してコネクタ60の位置がずれている場合について説明する。ここで、コネクタ60の位置とは、X軸及びY軸を含む水平面内での位置である。なお、簡単のため、ノズル34に対するコネクタ60の角度ずれはないものとする。すなわち、コネクタ60の長辺方向がY軸方向と一致しており、コネクタ60の吸着ポイント63とずれた位置においてコネクタ60がノズル34に吸着されている状態について考える。
図7は、ノズル34に対するコネクタ60の位置ずれと撮像画像との関係を表している。図7の左側には、位置ずれのない正しい吸着姿勢のコネクタ60の撮像画像が示されている。位置ずれがない場合、コネクタ60の位置はXY座標で(0,0)と表される。この状態では、部品中心ECと撮像中心PCとが一致し、撮像画像の撮像範囲PS内にコネクタ60の全体が収まっている。よって、制御部50は、部品Eの認識を行うことができる。
図7の右側には、コネクタ60の位置がXY座標で(x1,y1)と表される、位置ずれしたコネクタ60の撮像画像が示されている。すなわち、部品中心ECは撮像中心PCからXY座標で(x1,y1)だけずれている。なお、撮像中心PCとノズル34の位置は平面視において一致するから、ノズル34はコネクタ60の部品中心ECよりY軸の正の方向、X軸の負の方向にずれた位置においてコネクタ60を吸着していることになる。図7の右側に示すように、コネクタ60の位置ずれ量が大きい場合、撮像画像の撮像範囲PS内にコネクタ60の全体が収まらず、部品Eの認識エラーが生じる場合がある。
上記のような場合、角度ずれによる認識エラーが生じたときと同様に、制御部50は、撮像画像に写っている部品Eの部分構造と、部品データに含まれる部品Eの特徴部分65とにより、部品Eの位置や角度を算出する。具体的には、図8に示すように、ハウジング61の長辺方向の端部と、ハウジング61から短辺方向の両側にのびる6本のリード62とを含む部分構造を、部品Eの特徴部分65とすることができる。部品Eの特徴部分65と撮像画像とに基づいて、制御部50は、ノズル34(または撮像範囲PSの撮像中心PC)に対してコネクタ60の部品中心ECがXY座標で(x1,y1)だけ位置ずれしていることを算出することができる。
制御部50は、部品Eをノズル34により吸着したまま、X軸サーボモータ23及びY軸サーボモータ24を制御することにより、ノズル34をXY座標で(-x1,-y1)だけ移動させることで、撮像中心PCに対する部品Eの位置ずれを補正する。なお、ここでは、部品中心ECと撮像中心PCとが一致するように、部品Eの位置ずれを補正しているが、必ずしも部品中心ECと撮像中心PCとを一致させる必要はなく、部品Eの全体が撮像範囲PS内に収まるように補正されればよい。
続いて、制御部50は、部品撮像カメラ41により補正後の部品Eの撮像を行う。このとき取得される撮像画像においては、部品Eの位置ずれが補正されているから、部品Eの全体が撮像画像の撮像範囲PS内に収まっている(図7の左側と同様)。制御部50は、位置ずれを補正した後の撮像画像により部品Eの再認識を行う。制御部50は、部品Eの再認識に成功すると、部品Eが正常であると判断し、部品Eを実装する。
以下、図9のフローチャートを参照しつつ、認識エラーが生じた場合における部品Eの位置や角度のずれの補正、及び部品Eの再認識の手順について説明する。まず、制御部50は、フィーダ13から供給される部品Eをノズル34により吸着する(S10)。
制御部50は、ノズル34により吸着した部品Eを部品撮像カメラ41の上方に移動させ、部品撮像カメラ41により部品Eを撮像する(S20)。
制御部50は、部品Eの撮像画像に基づいて部品Eの認識処理を行い(S30)、部品Eの認識に成功したか否かを判断する(S40)。部品Eの認識に成功した場合(S40:YES)、すなわち、部品Eが正常であると判断された場合、制御部50は基板Bに部品Eを実装する(S50)。
部品Eの認識に失敗した場合(S40:NO)、制御部50は部品Eの認識エラー処理を実行する(S60)。部品Eの認識に失敗した場合、制御部50は、撮像画像の撮像範囲PS内に部品Eの全体が収まっているか否かを判断する(S70)。撮像範囲PS内に部品Eの全体が収まっている場合(S70:YES)、予め設定されているリトライ回数の上限まで部品認識のリトライ動作が行われる(S75:NO)。すなわち、部品の撮像(S20)及び部品の認識(S30)が再度行われる。リトライ回数の上限まで認識リトライが行われてもなお部品の認識に成功しない場合(S75:YES)、その撮像画像から得られた部品Eの情報が搭載予定の部品データと合致しないために認識エラーが生じているから、部品Eは不良であると判断され、廃棄される(S80)。
撮像範囲PS内に部品Eの全体が収まっていない場合(S70:NO)、制御部50は、撮像画像の撮像範囲PS内に写っている部品Eの部分構造に基づいて、部品Eの位置及び角度を算出する算出処理を実行する(S90)。
算出処理の結果に基づいて、制御部50は、撮像範囲PSに対する部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正し、部品Eの全体が撮像範囲PS内に収まるようにする補正処理を実行する(S100)。本実施形態では、制御部50は、ノズル34の位置及び角度の少なくとも一方を変更することで、補正処理を行う。例えば、図5及び図6に示す部品Eの角度ずれの場合には、ノズル34の軸線Lの回りの角度が変更され、図7及び図8に示す部品Eの位置ずれの場合には、ノズル34のXY座標が変更される。また、図示しないが、部品Eの位置ずれと角度ずれの両方が算出された場合には、ノズル34の位置及び角度の双方を変更することで、補正処理がなされる場合もある。
補正処理が完了したら、制御部50は、部品撮像カメラ41により部品Eの撮像を行い(S110)、その撮像画像に基づいて部品Eを再認識する再認識処理を実行する(S120)。部品Eの位置や角度のずれが補正されることで、部品Eの全体が撮像範囲PS内に収まっているから、再認識処理により、部品E自体が正常か否かの判断が可能となる。再認識に成功した場合(S130:YES)、制御部50は部品Eを基板Bに実装する(S50)。再認識に失敗した場合(S130:NO)、制御部50は部品Eを廃棄する(S80)。
部品Eの実装または廃棄が完了すると、基板Bの生産が継続されている場合、制御部50は再びノズル34による部品Eの吸着(S10)に戻り、S10以降のフローを繰り返す。ここで、部品Eの認識エラーが生じ(S60)、部品Eが撮像範囲PS内に収まっておらず(S70:NO)、算出処理(S90)、補正処理(S100)、部品Eの撮像(S110)、及び部品Eの再認識(S120)が実行され、再認識に成功する(S130:YES)というフローが繰り返された場合において、算出処理で算出された撮像範囲PSに対する部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方に繰り返し性がある場合、制御部50は、補正処理に用いた補正パラメータを記憶部54に記憶させるようになっている。これにより、次回以降の同様の補正処理を容易にすることができる。
[実施形態1の作用効果]
以上のように、実施形態1にかかる部品実装装置10は、基板Bに部品Eを実装する部品実装装置10であって、部品Eを吸着するノズル34が軸線L上に装着された実装ヘッド32と、実装ヘッド32を軸線Lと直交する方向に搬送する搬送部20と、ノズル34を軸線Lの回りに回転させる回転機構(R軸サーボモータ36)と、ノズル34に吸着された部品Eを撮像する撮像部(部品撮像カメラ41)と、部品データを記憶する記憶部54と、制御部50と、を備え、撮像部により取得された撮像画像の撮像範囲PS内に部品Eの全体が収まっていないことで部品Eを認識できなかった場合、制御部50は、撮像画像に基づいて部品Eの位置及び角度を算出する算出処理と、算出処理の結果から撮像範囲PSに対する部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正することで部品Eが撮像範囲PS内に収まるようにする補正処理と、補正処理後に撮像部により部品Eを撮像し、部品Eを再認識する再認識処理と、を実行する。
以上のように、実施形態1にかかる部品実装装置10は、基板Bに部品Eを実装する部品実装装置10であって、部品Eを吸着するノズル34が軸線L上に装着された実装ヘッド32と、実装ヘッド32を軸線Lと直交する方向に搬送する搬送部20と、ノズル34を軸線Lの回りに回転させる回転機構(R軸サーボモータ36)と、ノズル34に吸着された部品Eを撮像する撮像部(部品撮像カメラ41)と、部品データを記憶する記憶部54と、制御部50と、を備え、撮像部により取得された撮像画像の撮像範囲PS内に部品Eの全体が収まっていないことで部品Eを認識できなかった場合、制御部50は、撮像画像に基づいて部品Eの位置及び角度を算出する算出処理と、算出処理の結果から撮像範囲PSに対する部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正することで部品Eが撮像範囲PS内に収まるようにする補正処理と、補正処理後に撮像部により部品Eを撮像し、部品Eを再認識する再認識処理と、を実行する。
このような構成によると、撮像画像の撮像範囲PS内に部品Eの全体が収まっていないことで部品Eを認識できなかった場合でも、撮像画像に基づいて部品Eの位置及び角度を算出する算出処理と、部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正する補正処理と、補正処理後に部品Eを撮像し再認識する再認識処理と、が実行されることにより、部品Eの廃棄を低減することができる。
実施形態1では、制御部50は、部品Eが吸着されたノズル34の位置及び角度の少なくとも一方を変更することで補正処理を実行する。
このような構成によると、ノズル34の位置及び角度の少なくとも一方を変更することで、簡便に部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正することができる。
実施形態1では、撮像範囲PSに対する部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方に繰り返し性がある場合、制御部50は、補正処理に用いた補正パラメータを記憶部54に記憶させる。
このような構成によると、繰り返し性のある部品Eの位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方に対して、補正パラメータが記憶されることで、次回以降の同様の補正処理を容易にすることができる。
実施形態1では、算出処理は、部品データに含まれる画像データを用いたパターンマッチング、または部品Eのエッジの角度成分検出により行われてもよい。
実施形態1では、撮像部による部品Eの撮像は、ライン撮像により行われてもよい。
[本開示の実施形態2の詳細]
本開示の実施形態2を、図10ないし図12を参照しつつ説明する。以下、実施形態1と同様の構成、作用効果については、説明を省略する。また、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。
本開示の実施形態2を、図10ないし図12を参照しつつ説明する。以下、実施形態1と同様の構成、作用効果については、説明を省略する。また、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。
実施形態2では、図10に示す大型のシールド部材70を搭載予定の部品Eとして説明する。シールド部材70は、アルミ等の金属製であって、枠状をなしている。シールド部材70は、例えば、携帯電話等に用いられる。シールド部材70は、外形を形成する四角形状の外枠部71と、外枠部71の内側においてY軸方向にのびる第1梁部72と、外枠部71の内側においてX軸方向にのびる第2梁部73と、を備える。シールド部材70の部品中心ECは、外枠部71の中心とされている。シールド部材70がノズル34により吸着される位置である吸着ポイント74は、第1梁部72と第2梁部73とが交差する部分の上面(紙面垂直方向の奥側の面)とされている。
実施形態2のシールド部材70は、実施形態1のコネクタ60とは異なり、吸着ポイント74と部品中心ECとが異なる位置に配されている。よって、シールド部材70がノズル34により吸着ポイント74において吸着されていても、ノズル34の中心が撮像画像の撮像中心PCと一致するようになっている通常の設定では、図11の右側に示すように、部品Eが撮像範囲PS内に収まらない場合がある。このような場合、従来、作業者が操作部51を通じて手入力でXY座標のオフセットを変更することで、部品Eと撮像範囲PSの位置関係を調整していたが、調整に時間がかかる場合があった。
本実施形態では、上記のように、吸着ポイント74の位置と部品中心ECの位置が異なる部品Eについて、部品中心ECの位置が部品データに含まれている。これにより、部品Eの全体が撮像範囲PS内に収まらないことで認識エラーが生じた場合に、制御部50は部品中心ECを撮像中心PCに一致させるように部品Eの位置を補正し、部品Eを撮像範囲PS内に収まるようにすることができる。
詳細には、部品Eの全体が撮像範囲PS内に収まらないことで認識エラーが生じた場合、制御部50は、撮像画像に写っている部品Eの部分構造と、部品データに含まれる部品Eの特徴部分75とにより、部品Eの位置や角度を算出する。具体的には、図12に示すように、シールド部材70における第1梁部72と第2梁部73との交差部分、及び外枠部71の一部を含む部分構造を、部品Eの特徴部分75とすることができる。部品Eの特徴部分75と撮像画像とに基づいて、制御部50は、撮像中心PCに対するシールド部材70の位置はXY座標で(0,0)であり、撮像中心PCに対するシールド部材70の角度は0°であることを算出することができる(図11の右側)。
次に、制御部50は、算出処理の結果、及び部品データに含まれる部品中心ECの位置に基づいて、部品Eをノズル34により吸着したまま、部品中心ECを撮像中心PCに一致させるように部品Eの位置を補正する。具体的には、制御部50は、X軸サーボモータ23及びY軸サーボモータ24を制御することにより、ノズル34をXY座標で(x2,y2)だけ移動させる。
続いて、制御部50は、部品撮像カメラ41により補正後の部品Eの撮像を行う。このとき取得される撮像画像においては、図11の左側に示すように、部品中心ECと撮像中心PCとが一致し、部品Eの全体が撮像画像の撮像範囲PS内に収まっている。制御部50は、位置ずれを補正した後の撮像画像により部品Eの再認識を行う。制御部50は、部品Eの再認識に成功すると、部品Eが正常であると判断し、部品Eを実装する。
実施形態2における部品Eの吸着(S10)から部品Eの実装(S50)または部品Eの廃棄(S80)までのフローは実施形態1と同様であるため、説明を省略する(図9参照)。
また、制御部50は、算出処理で算出された撮像範囲PSに対する部品Eの位置ずれに繰り返し性がある場合、補正処理に用いた補正パラメータを記憶部54に記憶させるように構成してもよい。部品中心ECの位置と吸着ポイント74の位置とが異なる部品Eの実装フロー(図9参照)を複数回実行すると、ノズル34が吸着ポイント74において部品Eを吸着する限り、撮像範囲PSに対する部品Eの位置ずれは毎回同一となるから、上記の構成により、次回以降の同様の補正処理を容易にすることができる。
[実施形態2の作用効果]
実施形態2では、部品E(シールド部材70)は、ノズル34により吸着される吸着ポイント74と、吸着ポイント74とは異なる位置に配される部品中心ECと、を有し、撮像範囲PSの中心とされる撮像中心PCと吸着ポイント74とが一致した状態では、部品Eは撮像範囲PS内に収まらず、撮像中心PCと部品中心ECとが一致した状態では、部品Eは撮像範囲PS内に収まるようになっており、部品データには、部品Eにおける部品中心ECの位置が含まれ、制御部50は、撮像中心PCと部品中心ECとが一致するように補正処理を実行する。
実施形態2では、部品E(シールド部材70)は、ノズル34により吸着される吸着ポイント74と、吸着ポイント74とは異なる位置に配される部品中心ECと、を有し、撮像範囲PSの中心とされる撮像中心PCと吸着ポイント74とが一致した状態では、部品Eは撮像範囲PS内に収まらず、撮像中心PCと部品中心ECとが一致した状態では、部品Eは撮像範囲PS内に収まるようになっており、部品データには、部品Eにおける部品中心ECの位置が含まれ、制御部50は、撮像中心PCと部品中心ECとが一致するように補正処理を実行する。
このような構成によると、吸着ポイント74の位置と部品中心ECの位置が異なる部品Eについて部品中心ECの位置が部品データに含まれるから、補正処理を容易にすることができる。
<他の実施形態>
(1)上記実施形態では、部品Eとしてコネクタ60やシールド部材70を例に説明したが、部品Eはこれらに限定されるものではない。
(2)上記実施形態では、ノズル34の位置や角度を変更することで部品Eの位置や角度のずれを補正する構成としたが、これに限られることはなく、部品撮像カメラの位置や角度を変更することで部品の位置や角度のずれを補正してもよい。
(3)上記実施形態では、ヘッドユニット30は複数の実装ヘッド32がX軸方向に並んで設けられているいわゆるインラインヘッドであったが、これに限られることはなく、ヘッドユニットは例えば複数の実装ヘッドが円周上に配列されたロータリーヘッドであってもよい。
(1)上記実施形態では、部品Eとしてコネクタ60やシールド部材70を例に説明したが、部品Eはこれらに限定されるものではない。
(2)上記実施形態では、ノズル34の位置や角度を変更することで部品Eの位置や角度のずれを補正する構成としたが、これに限られることはなく、部品撮像カメラの位置や角度を変更することで部品の位置や角度のずれを補正してもよい。
(3)上記実施形態では、ヘッドユニット30は複数の実装ヘッド32がX軸方向に並んで設けられているいわゆるインラインヘッドであったが、これに限られることはなく、ヘッドユニットは例えば複数の実装ヘッドが円周上に配列されたロータリーヘッドであってもよい。
10…部品実装装置
11…基台、12…部品供給部、13…フィーダ、14…搬送コンベア、15…搬送ベルト、16…コンベア駆動モータ
20…搬送部、21…X軸ビーム、22…Y軸フレーム、23…X軸サーボモータ、24…Y軸サーボモータ
30…ヘッドユニット
31…ヘッドユニット本体、32…実装ヘッド、33…シャフト、34…ノズル、35…Z軸サーボモータ、36…R軸サーボモータ(回転機構)
40…基板撮像カメラ、41…部品撮像カメラ(撮像部)
45…センサ類、46…アクチュエータ類
50…制御部
51…操作部、52…演算処理部、53…モータ制御部、54…記憶部、55…画像処理部、56…外部入出力部、57…通信部
60…コネクタ
61…ハウジング、62…リード、63…吸着ポイント、64、65…特徴部分
70…シールド部材
71…外枠部、72…第1梁部、73…第2梁部、74…吸着ポイント、75…特徴部分
B…基板、E…部品、EC…部品中心、L…軸線、PC…撮像中心、PS…撮像範囲
11…基台、12…部品供給部、13…フィーダ、14…搬送コンベア、15…搬送ベルト、16…コンベア駆動モータ
20…搬送部、21…X軸ビーム、22…Y軸フレーム、23…X軸サーボモータ、24…Y軸サーボモータ
30…ヘッドユニット
31…ヘッドユニット本体、32…実装ヘッド、33…シャフト、34…ノズル、35…Z軸サーボモータ、36…R軸サーボモータ(回転機構)
40…基板撮像カメラ、41…部品撮像カメラ(撮像部)
45…センサ類、46…アクチュエータ類
50…制御部
51…操作部、52…演算処理部、53…モータ制御部、54…記憶部、55…画像処理部、56…外部入出力部、57…通信部
60…コネクタ
61…ハウジング、62…リード、63…吸着ポイント、64、65…特徴部分
70…シールド部材
71…外枠部、72…第1梁部、73…第2梁部、74…吸着ポイント、75…特徴部分
B…基板、E…部品、EC…部品中心、L…軸線、PC…撮像中心、PS…撮像範囲
Claims (6)
- 基板に部品を実装する部品実装装置であって、
前記部品を吸着するノズルが軸線上に装着された実装ヘッドと、
前記実装ヘッドを前記軸線と直交する方向に搬送する搬送部と、
前記ノズルを前記軸線の回りに回転させる回転機構と、
前記ノズルに吸着された前記部品を撮像する撮像部と、
部品データを記憶する記憶部と、
制御部と、
を備え、
前記撮像部により取得された撮像画像の撮像範囲内に前記部品の全体が収まっていないことで前記部品を認識できなかった場合、
前記制御部は、
前記撮像画像に基づいて前記部品の位置及び角度を算出する算出処理と、
前記算出処理の結果から前記撮像範囲に対する前記部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方を補正することで前記部品が前記撮像範囲内に収まるようにする補正処理と、
前記補正処理後に前記撮像部により前記部品を撮像し、前記部品を再認識する再認識処理と、
を実行する、部品実装装置。 - 前記制御部は、前記部品が吸着された前記ノズルの位置及び角度の少なくとも一方を変更することで前記補正処理を実行する、請求項1に記載の部品実装装置。
- 前記部品は、前記ノズルにより吸着される吸着ポイントと、前記吸着ポイントとは異なる位置に配される部品中心と、を有し、
前記撮像範囲の中心とされる撮像中心と前記吸着ポイントとが一致した状態では、前記部品は前記撮像範囲内に収まらず、
前記撮像中心と前記部品中心とが一致した状態では、前記部品は前記撮像範囲内に収まるようになっており、
前記部品データには、前記部品における前記部品中心の位置が含まれ、
前記制御部は、前記撮像中心と前記部品中心とが一致するように前記補正処理を実行する、請求項1または請求項2に記載の部品実装装置。 - 前記撮像範囲に対する前記部品の位置ずれ及び角度ずれの少なくとも一方に繰り返し性がある場合、前記制御部は、前記補正処理に用いた補正パラメータを前記記憶部に記憶させる、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の部品実装装置。
- 前記算出処理は、前記部品データに含まれる画像データを用いたパターンマッチング、または前記部品のエッジの角度成分検出により行われる、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の部品実装装置。
- 前記撮像部による前記部品の撮像は、ライン撮像により行われる、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の部品実装装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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