JP2023160248A - Component mounting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、部品を負圧により保持して基板に実装する部品実装装置に関する。 The present invention relates to a component mounting apparatus that holds components using negative pressure and mounts them on a board.
基板に部品を実装する部品実装装置は、負圧源で発生した吸引力を利用して部品を保持するノズルを備えた作業ヘッドにより、部品供給部から部品を取り出して基板に搭載する。この作業ヘッドとして、下端にノズルが装着される複数のシャフトをインデックス回転する回転体に等間隔に備えるロータリー式のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 A component mounting apparatus that mounts components on a board takes out components from a component supply section and mounts them on the board using a work head equipped with a nozzle that holds the components using suction force generated by a negative pressure source. As this work head, a rotary type is known, in which a plurality of shafts each having a nozzle attached to the lower end thereof are arranged at equal intervals on a rotating body that indexes rotation (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の搭載ヘッド(作業ヘッド)は、回転体がインデックス回転してノズルが停止する位置に、役割の異なる複数のノズル停止ステーションが配置されている。例えば、作業ステーションでは、ノズルを昇降させてノズルに部品を保持し、保持した部品を基板に搭載している。また、部品検出ステーションでは、ノズルに部品が保持されたか否かを検出している。また、部品認識ステーションでは、ノズルに保持された部品を撮像している。ロータリー式の作業ヘッドでは、回転体をインデックス回転させながら、各ステーションでそれぞれの作業を同時に実行することで、効率良く部品実装を実行することができる。
In the mounting head (work head) described in
ところで、ロータリー式の作業ヘッドが各ステーションで正常に作業を実行するためには、部品実装装置が回転体の絶対的な回転位置を認識して記憶しておく必要がある。そのため、特許文献1を含む従来技術では、回転体を回転させるモータの絶対的な回転位置を検出するアブソリュートエンコーダや所定のピンを検出する遮光型センサなどを備えている。しかしながら、アブソリュートエンコーダや遮光型センサなどを作業ヘッドに配置する場合、アブソリュートエンコーダのバッテリやセンサ等の取付用のブラケットなどの重さで水平面内を高速で移動する作業ヘッドの重さが増加して、作業ヘッドの移動に伴い振動が発生したり、停止位置の精度が低下したりするなどの課題があった。
By the way, in order for the rotary type work head to properly perform work at each station, the component mounting apparatus needs to recognize and store the absolute rotational position of the rotating body. Therefore, conventional technologies including
そこで本発明は、簡易な構成で回転体の絶対的な回転位置を検出することができる部品実装装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a component mounting apparatus that can detect the absolute rotational position of a rotating body with a simple configuration.
本発明の部品実装装置は、ノズルで部品を保持して基板に搭載する部品実装装置であって、前記ノズルを下端部に有する複数のシャフトと、回転軸を中心とする円周上に前記複数のシャフトを等間隔で保持し、前記回転軸を中心に回転して前記複数のシャフトを複数のステーションに順次位置させる回転体と、前記回転体の回転位置を相対的に検出する回転位置検出部と、前記複数のステーションのうちの特定のステーションにおいて前記ノズルに保持された部品を撮影するカメラと、前記カメラで撮像した画像に基づいて部品の位置または状態を認識する部品認識部と、前記回転体に設けられ、前記カメラの撮像視野に含まれる位置であって前記複数のシャフトのうちの特定のシャフトを識別するための特徴部を設けた背景部材と、前記カメラで前記特徴部を認識する特徴部認識部と、前記特徴部認識部が前記特徴部を検出したときの回転位置に基づいて、前記複数のシャフトが位置するステーションを特定するノズルシャフトポジション特定部と、を備えた。 The component mounting apparatus of the present invention is a component mounting apparatus that holds components with a nozzle and mounts them on a board, and includes a plurality of shafts having the nozzles at their lower ends, and a plurality of shafts arranged on a circumference around a rotation axis. a rotating body that holds the shafts at equal intervals and rotates about the rotating shaft to sequentially position the plurality of shafts at a plurality of stations; and a rotational position detection unit that relatively detects the rotational position of the rotating body. a camera that photographs a component held by the nozzle at a specific station among the plurality of stations; a component recognition unit that recognizes the position or state of the component based on the image captured by the camera; a background member provided on the body and provided with a characteristic part for identifying a specific shaft of the plurality of shafts at a position included in the imaging field of view of the camera, and recognizing the characteristic part with the camera; The apparatus includes a characteristic part recognition part and a nozzle shaft position identification part which identifies stations where the plurality of shafts are located based on the rotational position when the characteristic part recognition part detects the characteristic part.
本発明によれば、簡易な構成で回転体の絶対的な回転位置を検出することができる。 According to the present invention, the absolute rotational position of the rotating body can be detected with a simple configuration.
次に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず図1を参照して、部品実装装置1の構造を説明する。以下、基板の搬送方向をX軸方向、X軸方向と水平面内において直交する方向をY軸方向、XY平面に対して直交する方向をZ軸方向、Z軸方向を軸として回転する水平面内の方向をθ方向と定義する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the
図1において、部品実装装置1は、ノズルのノズル開口に負圧を作用させて部品を真空吸着により保持して基板に搭載する機能を有する。基台1aの中央部には、X軸に沿って延びた一対の搬送コンベアを備えた基板搬送機構2が配置されている。基板搬送機構2は部品搭載対象の基板3を上流の装置から受け取って搬送し、以下に説明する部品搭載機構による搭載作業位置に位置決め保持する。
In FIG. 1, a
基板搬送機構2の両側方には、部品供給部4が配置されている。部品供給部4は、フィーダテーブル4a上に複数のテープフィーダ5をX軸に沿って並列に配置して構成されている。テープフィーダ5は、基板3に搭載される部品を収納したキャリアテープをピッチ送りすることにより、搭載対象の部品を部品搭載機構の作業ヘッド8による取り出し位置に供給する。
次に、部品搭載機構について説明する。図1において、基台1aのX軸方向の端部には、リニア駆動機構を備えたY軸テーブル6が配置されている。Y軸テーブル6には、リニア駆動機構7a(図2参照)を備えたビーム7がY軸に沿って移動自在に装着されている。ビーム7には、作業ヘッド8の本体フレーム9がX軸に沿って移動自在に装着されている。
Next, the component mounting mechanism will be explained. In FIG. 1, a Y-axis table 6 equipped with a linear drive mechanism is arranged at the end of the
作業ヘッド8は、基板3に搭載される部品をノズル13(図2参照)によって部品供給部4からピックアップして保持する機能を有している。ノズル13は、先端部のノズル開口に負圧源によって発生された負圧を作用させて部品を保持する。作業ヘッド8は、Y軸テーブル6、ビーム7を駆動することによりX方軸向、Y軸方向へ水平移動し、ノズル13に保持された部品を基板搬送機構2に位置決め保持された基板3に搭載する。すなわち、Y軸テーブル6とビーム7は、作業ヘッド8をX軸方向とY軸方向に移動させるXY移動部18(図6参照)を構成する。部品実装装置1の各部は、部品実装装置1が備える制御装置Cによって制御される。
The
次に、図2を参照して、作業ヘッド8の要部の構造を説明する。作業ヘッド8の本体フレーム9の下部には、ロータ保持部10が水平方向に延出して設けられている。ロータ保持部10には、回転体11がZ軸方向の回転軸CLを回転軸として回転自在に保持されている。回転体11の回転軸CLを中心とする円周上には、複数(この例では12本)のシャフト12が昇降可能な状態で等間隔に保持されている。シャフト12には、下端部に部品を保持するノズル13がそれぞれ装着されている。
Next, the structure of the main parts of the working
回転体11の上部には、回転シャフト14が接続されている。回転シャフト14は、本体フレーム9に固定して設けられたロータ駆動部15によって、回転軸CLを回転軸として回転される。制御装置Cがロータ駆動部15を制御して、回転シャフト14を回転駆動させることにより、回転体11が回転軸CLを中心としてθ方向に回転する。回転体11が回転することにより、複数のシャフト12は回転軸CLを中心に周回移動する。回転体11の下部には、シャフト12に装着されたノズル13よりも上方の高さ位置に、略円盤形状の背景部材Bが配置されている。
A rotating
図2において、ロータ駆動部15は、ロータ駆動部15が回転駆動する回転体11の回転角度を検出するエンコーダ16を備えている。エンコーダ16は、例えば、インクリメンタル型のロータリエンコーダである。ロータ駆動部15は、回転体11を回転させることによって複数のシャフト12を、作業ヘッド8に設定された複数(この例では12箇所)のステーションST1~ST12(図4参照)に順番に位置させる。本体フレーム9には、複数のステーションST1~ST12のうちの作業ステーションST1に停止したシャフト12を昇降させるシャフト昇降部17が固定して配置されている。
In FIG. 2, the
図2、図3において、ロータ保持部10には、複数のステーションST1~ST12のうちの部品認識ステーションST7(特定のステーション)においてノズル13に保持された部品を撮影するカメラ20が固定して配置されている。カメラ20は、ロータ保持部10の側方において下方に延出し、さらに部品認識ステーションST7に停止するノズル13の下方に向けて水平方向に延伸する導光筒21を備えている。導光筒21の内部には、下方に延出する部分に光軸を下方に向けた撮像素子22が配置されている。
In FIGS. 2 and 3, a
また、導光筒21の水平方向に延伸する部分の上面であって、部品認識ステーションST7に停止するノズル13の下方には、カメラ開口23が形成されている。導光筒21の内部には、部品認識ステーションST7に停止するノズル13の像を、カメラ開口23を通じて撮像素子22まで導く複数のミラー24が配置されている。また、導光筒21のカメラ開口23の周囲には、撮像対象のノズル13、背景部材Bの一部を含む上方を照明するLEDなどの照明部25が配置されている。
Further, a
このように、回転体11は、回転軸CLを中心とする円周上に複数のシャフト12を等間隔で保持し、回転軸CLを中心に回転して複数のシャフト12を複数のステーションST1~ST12に順次位置させる。そして、制御装置Cはシャフト昇降部17を制御して、作業ステーションST1の位置に停止したシャフト12を昇降させる。これにより、シャフト12に装着されたノズル13が昇降する。また、制御装置Cはカメラ20の撮像素子22と照明部25を制御して、部品認識ステーションST7の位置に停止したノズル13を下方から撮影させる。
In this way, the
図2、図3において、回転体11の下面には、背景部材Bが装着されている。次に、図4、図5を参照して、背景部材Bの詳細な構成について説明する。図4において、背景部材Bは、回転軸CLを中心とする略円状で、下方から見てシャフト12に装着されたノズル13の一部と背景部材Bの外周の一部が重なる大きさをしている。背景部材Bは、ノズル13とは反射率が大きく異なる素材で形成されている。この例では、ノズル13は反射率が大きな素材で形成され、背景部材Bは反射率が小さい(黒っぽい)素材で形成されている。
In FIGS. 2 and 3, a background member B is attached to the lower surface of the
図4は、12本あるノズル13(1)~13(12)のうちのノズル13(1)が部品認識ステーションST7(特定のステーション)に停止している状態を示している。カメラ20の撮像視野Aには、ノズル13(1)の他に背景部材Bの一部が含まれている。背景部材Bには、ノズル13(1)の位置に他のノズル13(2)~13(12)と区別するための特徴部Fが設けられている。この例では、下方から見てノズル13(1)と重なる部分を含む、背景部材Bの一部を切り欠いた特徴部Fが形成されている。
FIG. 4 shows a state in which nozzle 13(1) among the twelve nozzles 13(1) to 13(12) is stopped at component recognition station ST7 (specific station). The imaging field of view A of the
図5(a)は、部品認識ステーションST7に停止したノズル13(1)をカメラ20が撮影した撮像画像26を示している。また、図5(b)は、部品認識ステーションST7に停止したノズル13(2)をカメラ20が撮影した撮像画像26を示している。ノズル13(1)の撮像画像26には、背景部材Bの一部と背景部材Bを切り欠いた特徴部Fが写っている。一方、ノズル13(2)の撮像画像26に写る背景部材Bには特徴部Fが無く、ノズル13(1)との識別が可能である。同様に、ノズル13(3)~13(12)の撮像画像26に写る背景部材Bにも特徴部Fが無い。
FIG. 5A shows a captured
このように、作業ヘッド8は、回転体11に設けられ、カメラ20の撮像視野Aに含まれる位置であって複数のシャフト12のうちの特定のシャフト(ノズル13(1)が装着されたシャフト12)を識別するための特徴部Fが設けられた背景部材Bを備えている。また、背景部材Bは、回転軸CLを中心とする特徴部Fと重なる円周上であって特定のシャフト以外のシャフトのノズル13(2)~13(12)と共に撮像視野Aに含まれる非特徴部CF(図5(b))を有している。
In this way, the
次に、図6を参照して、部品実装装置1の制御系の構成について説明する。部品実装装置1が備える制御装置Cは、CPU等を備える演算処理装置である部品搭載作業実行部30、回転位置検出部31、画像認識部32、ノズルシャフトポジション特定部33、記憶装置であるノズルシャフトポジション記憶部34、作業プログラム記憶部35を備えている。回転位置検出部31は、エンコーダ16の検出信号に基づいて、回転体11の回転位置を相対的に検出する。
Next, with reference to FIG. 6, the configuration of the control system of the
画像認識部32は、カメラ20で撮像した画像に基づいて部品の位置または状態を認識する。画像認識部32は、内部処理部として部品認識部32a、特徴部認識部32bを備えている。部品認識部32aは、部品認識ステーションST7に順次停止したノズル13(1)~13(12)をカメラ20が撮影した撮像画像26を認識処理して、ノズル13(1)~13(12)が保持する部品の状態をそれぞれ認識する。
The
図6において、特徴部認識部32bは、部品認識ステーションST7に順次停止したノズル13(1)~13(12)をカメラ20が撮影した撮像画像26を認識処理して、背景部材Bの特徴部Fを検出する。例えば、特徴部認識部32bは、カメラ20が特徴部Fまたは非特徴部CFが含まれる位置(検出ラインSL)を横方向にスキャンし、明るい部分が検出されると特徴部Fがあると認識し、明るい部分が検出されない場合は特徴部Fがない(非特徴部CFがある)と認識する。
In FIG. 6, the characteristic
すなわち、特徴部認識部32bは、非特徴部CFの明るさと特徴部Fの明るさの違いを利用して特徴部Fを認識する。このように、特徴部認識部32bは、カメラ20で特徴部Fを認識する。なお、特徴部認識部32bが特徴部Fの有無を認識する際に、カメラ20は検出ラインSLのみを1次元にスキャンするようにしてもよい。カメラ20が検出ラインSLのみをスキャンして特徴部認識部32bが特徴部Fの有無を認識することで、特徴部Fを有するノズル13(1)を短時間で検出することができる。
That is, the
ノズルシャフトポジション特定部33は、特徴部認識部32bが特徴部Fを検出したときの回転位置に基づいて、複数のシャフト12が位置するステーションST1~ST12を特定する。具体的には、ノズルシャフトポジション特定部33は、ロータ駆動部15を制御して、ノズル13(1)~13(12)を部品認識ステーションST7に順次停止させる。ノズルシャフトポジション特定部33は、特徴部認識部32bが特徴部Fを検出するとノズル13(1)が部品認識ステーションST7に停止していると判断する。そして、ノズルシャフトポジション特定部33は、その時に回転位置検出部31が検出した回転体11の回転位置をノズルシャフトポジション記憶部34に記憶させる。
The nozzle shaft
ノズルシャフトポジション特定部33による特定のシャフト12(ノズル13(1)が装着されたシャフト12)の検出は、例えば、部品実装装置1の電源が投入された直後に実行される。ノズルシャフトポジション特定部33は、特定のシャフト12が検出されると、その後はノズルシャフトポジション記憶部34に記憶された回転角度と回転位置検出部31が検出した回転体11の相対的な回転位置に基づいて、複数のシャフト12が位置するステーションST1~ST12を特定する。
The detection of the specific shaft 12 (the
図6において、部品搭載作業実行部30は、作業プログラム記憶部35に記憶されている作業プログラムと、ノズルシャフトポジション特定部33が特定する複数のシャフト12(またはノズル13(1)~13(12))の回転位置に基づいて、作業ヘッド8を作動させて部品を基板3に搭載する部品搭載作業を実行させる。その際、部品搭載作業実行部30は、部品認識部32aが認識したノズル13(1)~13(12)が保持する部品の状態(部品の有無、ノズルに対するずれ量)に基づいて、部品の基板3への搭載位置を補正する。
In FIG. 6, the component mounting
上記説明したように、本実施の形態の部品実装装置1は、ノズル13(1)~13(12)を下端部に有する複数のシャフト12と、回転軸CLを中心とする円周上に複数のシャフト12を等間隔で保持して複数のステーションST1~ST12に順次位置させる回転体11と、回転体11の回転位置を相対的に検出する回転位置検出部31と、特定のステーション(部品認識ステーションST7)においてノズル13(1)~13(12)に保持された部品を撮影するカメラ20と、カメラ20で撮像した画像に基づいて部品の位置または状態を認識する部品認識部32aを備えている。
As described above, the
さらに、部品実装装置1は、回転体11に設けられ、カメラ20の撮像視野Aに含まれる位置であって特定のシャフト12(ノズル13(1)が装着されたシャフト12)を識別するための特徴部Fを設けた背景部材Bと、カメラ20で特徴部Fを認識する特徴部認識部32bと、特徴部認識部32bが特徴部Fを検出したときの回転位置に基づいて、複数のシャフト12が位置するステーションST1~ST12を特定するノズルシャフトポジション特定部33と、を備えている。
Furthermore, the
このように、本実施の形態の部品実装装置1は、回転体11の相対的な回転位置を検出するエンコーダ16と部品搭載作業においてノズル13が保持した部品を撮影するカメラ20を使用して複数のシャフト12の位置を検出している。これによって、簡易な構成で回転体11の絶対的な回転位置を検出することができる。
In this way, the
本発明の部品実装装置は、簡易な構成で回転体の絶対的な回転位置を検出することができるという効果を有し、部品を基板に実装する分野において有用である。 INDUSTRIAL APPLICATION The component mounting apparatus of this invention has the effect of being able to detect the absolute rotational position of a rotating body with a simple structure, and is useful in the field of mounting components on a board.
1 部品実装装置
3 基板
8 作業ヘッド
9 本体フレーム
11 回転体
12 シャフト
13、13(1)~13(12) ノズル
20 カメラ
A 撮像視野
B 背景部材
CF 非特徴部
F 特徴部
ST1~ST12 ステーション
ST7 部品認識ステーション(特定のステーション)
1
Claims (3)
前記ノズルを下端部に有する複数のシャフトと、
回転軸を中心とする円周上に前記複数のシャフトを等間隔で保持し、前記回転軸を中心に回転して前記複数のシャフトを複数のステーションに順次位置させる回転体と、
前記回転体の回転位置を相対的に検出する回転位置検出部と、
前記複数のステーションのうちの特定のステーションにおいて前記ノズルに保持された部品を撮影するカメラと、
前記カメラで撮像した画像に基づいて部品の位置または状態を認識する部品認識部と、
前記回転体に設けられ、前記カメラの撮像視野に含まれる位置であって前記複数のシャフトのうちの特定のシャフトを識別するための特徴部を設けた背景部材と、
前記カメラで前記特徴部を認識する特徴部認識部と、
前記特徴部認識部が前記特徴部を検出したときの回転位置に基づいて、前記複数のシャフトが位置するステーションを特定するノズルシャフトポジション特定部と、を備えた部品実装装置。 A component mounting device that holds components with a nozzle and mounts them on a board,
a plurality of shafts having the nozzles at their lower ends;
a rotating body that holds the plurality of shafts at equal intervals on a circumference centered on a rotation axis, and rotates around the rotation axis to sequentially position the plurality of shafts at a plurality of stations;
a rotational position detection unit that relatively detects the rotational position of the rotating body;
a camera that photographs the part held by the nozzle at a specific station among the plurality of stations;
a component recognition unit that recognizes the position or state of the component based on the image captured by the camera;
a background member provided on the rotating body and provided with a characteristic portion located at a position included in the imaging field of view of the camera and for identifying a specific shaft among the plurality of shafts;
a feature recognition unit that recognizes the feature with the camera;
A component mounting apparatus comprising: a nozzle shaft position specifying section that specifies a station where the plurality of shafts are located based on a rotational position when the characteristic section recognition section detects the characteristic section.
前記特徴部認識部は、前記非特徴部の明るさと前記特徴部の明るさの違いを利用して前記特徴部を認識する、請請求項1に記載の部品実装装置。 The background member has a non-featured portion on a circumference centered on the rotation axis that overlaps with the feature portion and is included in the imaging field of view together with a nozzle of a shaft other than the specific shaft,
2. The component mounting apparatus according to claim 1, wherein the characteristic portion recognition unit recognizes the characteristic portion using a difference in brightness between the non-characteristic portion and the characteristic portion.
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