JP2023178696A - 部品実装機 - Google Patents

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Abstract

【課題】ヘッドを高速で移動可能とするための技術を提供する。【解決手段】部品実装機は、電子部品を基板に実装する。部品実装機は、電子部品を吸着するノズルと、ノズルを着脱可能に保持するヘッドと、ヘッドを移動させる移動装置と、ノズルとノズルに吸着された電子部品とを撮像する撮像装置であって、移動装置により移動されない位置であり、かつ、ノズルとノズルに吸着された電子部品とを側面から撮像可能な位置に設置される、撮像装置と、を備える。【選択図】図3

Description

本明細書に開示する技術は、電子部品を基板に実装する部品実装機に関する。
電子部品を基板に実装する部品実装機には、電子部品をノズルに吸着させて基板まで移動させるものがある。この種の部品実装機では、ノズルに電子部品を吸着させたときに、ノズルによる電子部品の吸着状態に異常がないかどうかを判断している。例えば、特許文献1には、ノズルとノズルに吸着された電子部品とを撮像する撮像装置を備える部品実装機が開示されている。撮像装置で撮像された画像を用いて、ノズルへの電子部品の吸着状態が確認される。特許文献1では、撮像装置は、ノズルを保持するヘッドと一体的に移動するように設置されている。
特願2020-107638号公報
特許文献1の部品実装機では、ノズルとノズルに吸着された電子部品とを撮像する撮像装置は、ヘッドと共に一体的に移動する位置に設置されている。このため、撮像装置によりヘッドと共に移動する部位が大型化し、ヘッドを高速で移動し難くなるという問題があった。
本明細書は、ヘッドを高速で移動可能とするための技術を開示する。
本明細書に開示する部品実装機は、電子部品を基板に実装する。部品実装機は、電子部品を吸着するノズルと、ノズルを着脱可能に保持するヘッドと、ヘッドを移動させる移動装置と、ノズルとノズルに吸着された電子部品とを撮像する撮像装置と、を備える。撮像装置は、移動装置により移動されない位置であり、かつ、ノズルとノズルに吸着された電子部品とを側面から撮像可能な位置に設置される。
上記の部品実装機では、撮像装置は、移動装置で移動されない位置に設置される。すなわち、撮像装置は、ヘッドと共に移動されることなく、ノズルとノズルに吸着された電子部品とを撮像する。このため、ヘッドと共に移動する部位が撮像装置によって大型化することを回避することができ、ヘッドを高速で移動可能となる。
実施例1、2に係る部品実装機の概略構成を示す図。 図1のII-II線における断面図。 第1撮像装置、光源、部品フィーダとフィーダ保持部の構成を示す斜視図。 実施例1、2に係る部品実装機の制御系を示すブロック図。 ノズルが電子部品を適切に吸着したか否かを判断する処理の一例を示すフローチャート。 ノズルが電子部品を適切に吸着したときの撮像画像の一例を示す図。 ノズルが電子部品を適切に吸着していないときの撮像画像の一例を示す図。 部品フィーダがフィーダ保持部に適切に保持されていないときの撮像画像の一例を示す図。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。
本明細書に開示する部品実装機は、電子部品を供給する供給装置と、供給装置が着脱可能に保持される保持部と、をさらに備えていてもよい。撮像装置は、保持部に支持されていてもよい。このような構成によると、撮像装置を好適な位置に設置することができる。
本明細書に開示する部品実装機は、電子部品を供給する供給装置をさらに備えていてもよい。撮像装置は、供給装置から基板までの間であって、ヘッドに保持されたノズルが移動装置によって移動される領域の少なくとも一部をさらに撮像可能に構成されていてもよい。部品実装機は、撮像装置で撮像された撮像画像に基づいて、ヘッドに保持されたノズルが部品実装機内で干渉するか否かを判断する判断部さらに備えていてもよい。このような構成によると、撮像装置で撮像した撮像画像を用いて、移動装置でヘッドを撮像範囲内で移動させるときにヘッドに保持されたノズルが部品実装機内の部材等に干渉するかどうかを判断できる。例えばセンサ等を用いて部品実装機内でのノズルの干渉を判断する場合には、ノズルが部品実装機内の部材等と干渉する干渉位置と、その干渉位置でのノズルの干渉の有無を判断するためのセンサの設置位置とを最適化することが難しいことがある。例えば、干渉位置の近傍の所望の位置にセンサを設置することができず、複雑な構造を採用せざるを得ない場合がある。部品実装機内でのノズルの干渉を撮像画像から判断するため、容易に部品実装機内でのノズルの干渉を確認することができる。
本明細書に開示する部品実装機では、撮像装置は、カメラと、光源と、を備えていてもよい。カメラは、ノズルとノズルに吸着された電子部品の撮像面を撮像可能な位置に設置されていてもよい。光源は、ノズルとノズルに吸着された電子部品の撮像面とは反対側の面を照明するように設置されていてもよい。このような構成によると、ノズルとノズルに吸着された電子部品とを好適に撮像することができる。
(実施例1)
図面を参照して、実施例に係る部品実装機10について説明する。部品実装機10は、回路基板2に電子部品4を実装する装置である。部品実装機10は、電子部品装着装置やチップマウンタとも称される。通常、部品実装機10は、はんだ印刷機及び基板検査機といった他の基板作業機と共に併設され、一連の実装ラインを構成する。
図1及び図2に示すように、部品実装機10は、複数の部品フィーダ12と、フィーダ保持部14と、ヘッド16と、ヘッド移動装置18と、基板コンベア20と、第1撮像装置30と、光源34と、第2撮像装置40と、部品回収部42と、制御装置26と、タッチパネル24を備える。部品実装機10の外部には、部品実装機10と通信可能に構成された管理装置8が配置されている。なお、図1では、図面を見易くするために、第1撮像装置30及び光源34の図示を省略している。
各々の部品フィーダ12は、複数の電子部品4を収容している。部品フィーダ12は、フィーダ保持部14に着脱可能に取り付けられ、ヘッド16へ電子部品4を供給する。部品フィーダ12の具体的な構成は特に限定されない。各々の部品フィーダ12は、例えば、テープ上に収容された複数の電子部品4を供給するテープ式フィーダ、トレイ上に収容された複数の電子部品4を供給するトレイ式フィーダ、又は、容器内にランダムに収容された複数の電子部品4を供給するバルク式フィーダのいずれであってもよい。
フィーダ保持部14は、複数のスロットを備えており、複数のスロットのそれぞれには部品フィーダ12を着脱可能に設置することができる。本実施例では、フィーダ保持部14は、部品実装機10に固定的に装備されたものであったが、部品実装機に対して着脱可能なものであってもよい。
ヘッド16は、電子部品4を吸着するノズル6を有する。ノズル6は、ヘッド16に着脱可能に取り付けられている。ヘッド16は、ノズル6をZ方向(ここでは鉛直方向)に移動可能であり、部品フィーダ12や回路基板2に対して、ノズル6を接近及び離間させる。ヘッド16は、部品フィーダ12から電子部品4をノズル6によって吸着すると共に、ノズル6に吸着された電子部品4を回路基板2上に装着することができる。
ヘッド移動装置18は、部品フィーダ12と回路基板2との間でヘッド16を移動させる。一例ではあるが、本実施例のヘッド移動装置18は、移動ベース18aをX方向及びY方向に移動させるXYロボットであり、移動ベース18aに対してヘッド16が固定されている。ヘッド移動装置18は、ノズル6を回路基板2の表面と平行な平面(XY平面)で平行移動可能である。なお、ヘッド16は、移動ベース18aに固定されるものに限られず、移動ベース18aに着脱可能に取り付けられるものであってもよい。
基板コンベア20は、回路基板2の搬入、位置決め及び搬出を行う装置である。一例ではあるが、本実施例の基板コンベア20は、一対のベルトコンベアと、回路基板2を下方から支持する支持装置(図示省略)とを有する。
図2及び図3に示すように、第1撮像装置30は、フィーダ保持部14上に配置されている。第1撮像装置30は、支持部32に支持されており、支持部32は、フィーダ保持部14に固定されている。第1撮像装置30は、フィーダ保持部14の複数のスロットより外側(図2及び図3では+X方向側)に設置されている。フィーダ保持部14の複数のスロットに部品フィーダ12をそれぞれ挿入すると、複数の部品フィーダ12の電子部品4の供給位置(以下、「部品供給位置」ともいう)は、部品フィーダ12の挿入方向に直交する直線上に整列する。第1撮像装置30は、複数の部品フィーダ12の部品供給位置が整列する直線上に配置されている。第1撮像装置30は、例えばCCDカメラが用いられる。第1撮像装置30は、その撮像方向が部品フィーダ12の挿入方向に直交する方向となるように設置されており、部品フィーダ12の部品供給位置で電子部品4を吸着したノズル6と吸着された電子部品4を側方から撮像する。
光源34は、フィーダ保持部14上に配置されている。光源34は、支持部36に支持されており、支持部36は、フィーダ保持部14に固定されている。光源34は、第1撮像装置30が設置される位置とは逆側の複数のスロットの外側(図2及び図3では-X方向側)に設置されている。また、光源34は、複数の部品フィーダ12の部品供給位置が整列する直線上に配置されている。すなわち、複数の部品フィーダ12の部品供給位置は、第1撮像装置30と光源34の間に配置される。光源34は、LEDにより構成されており、第1撮像装置30の撮像面に向かって光を照射するように配置されている。したがって、第1撮像装置30は、電子部品4を吸着したノズル6と吸着された電子部品4を後方から照明された状態で撮像する。
第2撮像装置40は、部品フィーダ12と基板コンベア20(詳細には、一対の基板コンベア20のうち部品フィーダ12側に設置される基板コンベア20)との間に配置されている。第2撮像装置40は、カメラと光源(図示省略)を備えている。第2撮像装置40のカメラは、その撮像方向が上方に向かうように配置されており、電子部品4を吸着した状態のノズル6を下方から撮像する。すなわち、カメラは、ノズル6が電子部品4を吸着したとき、ノズル6に吸着された電子部品4の下面を撮影する。第2撮像装置40のカメラには、例えばCCDカメラが用いられる。光源は、LEDにより構成されており、ノズル6に吸着された電子部品4の下面(撮像面)を照明する。第2撮像装置40によって撮像された画像の画像データは、制御装置26のメモリ(図示省略)に記憶される。
部品回収部42は、部品フィーダ12から供給された電子部品4のうち、ノズル6に適切に吸着されなかった電子部品4を回収する。部品フィーダ12から供給された電子部品4をノズル6で吸着するときに、電子部品4がノズル6の適切な吸着位置に対してずれて吸着されることがある。電子部品4がノズル6に適切に吸着されないと、電子部品4を回路基板2上の適切な位置に実装できない。ノズル6に適切に吸着されていないと判断された電子部品4は、回路基板2上に実装されずに、部品回収部42に収容される。
制御装置26は、CPU及び記憶装置を備えるコンピュータを用いて構成されている。制御装置26は、管理装置8から送信される生産プログラムに基づいて、部品実装機10の各部の動作を制御する。図4に示すように、制御装置26は、ヘッド移動装置18、基板コンベア20、タッチパネル24、第1撮像装置30及び第2撮像装置40と接続しており、ヘッド移動装置18、基板コンベア20、タッチパネル24、第1撮像装置30及び第2撮像装置40の各部を制御している。タッチパネル24は、作業者に部品実装機10の各種の情報を提供する表示装置であると共に、作業者からの指示や情報を受け付ける入力装置である。
次に、第1撮像装置30で撮像した撮像画像を用いて、電子部品4がノズル6に適切に吸着されたか否か判断する処理について説明する。まず、制御装置26は、ノズル6を部品フィーダ12の部品供給位置の上方に移動させる(S12)。具体的には、制御装置26は、ノズル6が部品フィーダ12の部品供給位置の上方に位置するように、移動ベース18aを移動させる。
次いで、制御装置26は、ノズル6に電子部品4を吸着させる(S14)。具体的には、制御装置26は、ノズル6が下降するようにヘッド16を制御する。ノズル6が電子部品4に接触すると、ノズル6は電子部品4を吸着する。ノズル6が電子部品4を吸着すると、制御装置26は、ノズル6が上昇するようにヘッド16を制御する。
次いで、制御装置26は、第1撮像装置30を用いて、ノズル6に吸着された電子部品4とそのノズル6を撮像する(S16)。上述したように、第1撮像装置30は、部品フィーダ12の部品供給位置を撮像可能な位置に配置されている。このため、第1撮像装置30で撮像すると、部品フィーダ12の部品供給位置の上方に位置するノズル6とノズル6に吸着された電子部品4も撮像される。
次いで、制御装置26は、ステップS16で撮像された撮像画像から、ノズル6が電子部品4を適切に吸着しているか否かを判断する(S18)。具体的には、制御装置26は、ステップS16で撮像された撮像画像において、ノズル6と電子部品4を特定し、ノズル6に吸着された状態の電子部品4の姿勢を検出する。そして、制御装置26は、検出された電子部品4の姿勢が適切であるか否かを判断する。
例えば、図6の撮像画像では、電子部品4の上面がノズル6の下端に当接していると共に、電子部品4の上面及び下面は水平になっている。このような撮像画像であった場合に、制御装置26は、ノズル6が電子部品4を適切に吸着していると判断する。
一方、図6のような撮像画像ではない場合に、制御装置26は、ノズル6が電子部品4を適切に吸着していないと判断する。例えば、図7の撮像画像では、電子部品4の上面はノズル6の下端に当接しておらず、電子部品4の上面及び下面は、水平ではなく傾いている。すなわち、ノズル6は、電子部品4の上面を吸着していない。このような撮像画像であった場合に、制御装置26は、ノズル6が電子部品4を適切に吸着していないと判断する。
ノズル6が電子部品4を適切に吸着している場合(ステップS18でYES)、制御装置26は、ノズル6で吸着した電子部品4を回路基板2に実装する(S20)。一方、ノズル6が電子部品4を適切に吸着していない場合(ステップS18でNO)、制御装置26は、ノズル6で吸着した電子部品4を部品回収部42に収容する(S22)。
本実施例では、第1撮像装置30及び光源34がフィーダ保持部14に支持されている。従来の部品実装機では、ノズル6を側方から撮像する撮像装置は、ヘッド16と一体的に移動するように設置されていた。すなわち、ノズル6を側方から撮像する撮像装置は、本実施例の移動ベース18aに固定される構成を有していた。ヘッド16と一体的に移動するように撮像装置を設置すると、撮像装置及びその光源は、軽量及び小型である必要があり、また耐振動性も必要となる。本実施例では、第1撮像装置30及び光源34がフィーダ保持部14に支持されているため、電子部品4を吸着したノズル6を側方から撮像する撮像装置及びその光源を、ヘッド16と一体的に移動するように(すなわち、移動ベース18aに)設置する必要がない。これにより、ヘッド16と一体的に移動する部位を小型化することができる。このため、ヘッド16を高速で移動させることが可能となり、生産性を向上させることができる。また、第1撮像装置30及び光源34はヘッド16と一体的に移動しないため、ヘッド16と一体的に移動する撮像装置及び光源と比較して、軽量、小型及び耐振動性の要求が低減される。このため、第1撮像装置30及び光源34として用いる撮像装置及び光源の選択範囲を拡大することができる。例えば、第1撮像装置30及び光源34は、メンテナンス性を向上させたものを採用したり、小型化を追求しないものを採用したりすることができる。また、第1撮像装置30及び光源34は、小型化を追求しなくてもよいことにより、高額でないものを採用できることがあり、コストダウンを図ることも可能となる。
また、従来の部品実装機のように撮像装置及び光源をヘッド16と一体的に移動するように設置すると、撮像装置及び光源の設置位置に制約が生じ、ノズル6を挟むように撮像装置及び光源を配置できないことがある。すなわち、ノズル6の後方に光源を配置することができず、ノズル6の前方に撮像装置と光源が配置されることがある。この場合、ノズル6及び電子部品4を撮像するために、ノズル6及び電子部品4を後方から照明するために、光源の光を反射する反射板を設置し、反射板の前方にノズル6及び電子部品4を移動させて撮像装置及び光源によって撮像する必要が生じる。本実施例では、第1撮像装置30及び光源34を移動ベース18aに設置しないため、第1撮像装置30と光源34の設置位置の制約が比較的少なくなり、第1撮像装置30と光源34を、第1撮像装置30と光源34の間にノズル6とノズル6で吸着した電子部品4が位置するように配置することができる。すなわち、第1撮像装置30と光源34は、ノズル6及び電子部品4の撮像に適した位置に設置できる。このため、ノズル6及び電子部品4を撮像するために、ノズル6、第1撮像装置30及び光源34を特定の位置に移動させる必要はなく、ノズル6及び電子部品4を撮像するための時間を短縮することができる。
なお、本実施例では、第1撮像装置30及び光源34は、フィーダ保持部14に支持されていたが、このような構成に限定されない。第1撮像装置30及び光源34は、部品フィーダ12の部品供給位置の上方で電子部品4を吸着したノズル6を側方から撮像できる位置に設置されていればよい。例えば、第1撮像装置30及び光源34は、フィーダ保持部14が支持される部品実装機10の基台に固定されていてもよい。
(実施例2)
上記の実施例1では、制御装置26は、第1撮像装置30で撮像した撮像画像を用いて、電子部品4がノズル6に適切に吸着されたか否か判断したが、このような構成に限定されない。例えば、制御装置26は、第1撮像装置30で撮像した撮像画像を用いて、ノズル6が他の部材等に干渉するか否かについて判断してもよい。例えば、部品フィーダ12をフィーダ保持部14のスロットに設置するときに、部品フィーダ12がスロットに適切に挿入されていないと、部品フィーダ12がスロット内の適切な位置からずれる。具体的には、図8に示すように、部品フィーダ12の挿入方向の先端が浮き上がることがある。このような状態でノズル6を部品フィーダ12の部品供給位置の上方に移動させると、ノズル6の先端が部品フィーダ12の浮き上がった部分に干渉する虞がある。本実施例では、ノズル6の移動範囲(より詳細には、第1撮像装置30で撮像される範囲)でノズル6に干渉する部材があるか否かを検出する。
第1撮像装置30で撮像した撮像画像を用いて、部品フィーダ12が適切に設置されているか否かを判断する処理(すなわち、ノズル6に干渉する部材があるか否かを判断する処理)について説明する。部品フィーダ12がスロットに挿入されると、制御装置26は、第1撮像装置30を用いて、部品フィーダ12の部品供給位置を撮像する。上述したように、第1撮像装置30は、部品フィーダ12の部品供給位置の上方に位置するノズル6とノズル6に吸着された電子部品4を撮像可能な位置に設置されている。このため、第1撮像装置30の撮像画像には、部品フィーダ12の挿入方向の先端を含めることができる。
次いで、制御装置26は、撮像された撮像画像から、部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを判断する。制御装置26のメモリ(図示省略)には、部品フィーダ12が適切に挿入されときの撮像画像が記憶されている。制御装置26は、第1撮像装置30で撮像された撮像画像内の部品フィーダ12が、記憶されている撮像画像内の部品フィーダ12から所定範囲以上ずれている場合に、部品フィーダ12が適切に挿入されていないと判断する。すなわち、ノズル6が部品フィーダ12の挿入方向の先端と干渉する可能性があると判断する。
本実施例では、ノズル6とノズル6に吸着された電子部品4を側方から撮像する第1撮像装置30を用いて、部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを判断する。このため、部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを検出するための構成を追加することなく、部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを判断することができる。従来の部品実装機では、例えばセンサ等の検出機構を用いて部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを検出していた。しかしながら、部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを検出するための専用部品を設置する必要があるだけでなく、センサ等の検出機構の設置位置の最適化が難しいという問題があった。本実施例では、撮像画像を用いて部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを判断するため、部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを明示的かつ容易に判断することができる。
なお、本実施例では、第1撮像装置30を用いて部品フィーダ12が適切に挿入されているか否かを判断したが、このような構成に限定されない。例えば、制御装置26は、撮像画像からノズル6の移動範囲でノズル6に干渉する他の部材を検出してもよい。ノズル6は、部品フィーダ12の部品供給位置と回路基板2の間を移動する。制御装置26は、ノズル6の移動範囲内に設置される部材を第1撮像装置30で撮像し、当該部材がノズル6と干渉する可能性がある状態であるか否かを検出してもよい。例えば、図1及び図2に示すように、ノズル6の移動範囲内(すなわち、部品フィーダ12の電子部品4の供給位置から回路基板2までの間)には、第2撮像装置40及び部品回収部42が設置されている。第2撮像装置40及び部品回収部42の上端には、例えば、落下した部品が引っかかる可能性があり、このような落下部品とノズル6が干渉する可能性が生じる。そこで、第1撮像装置30によって第2撮像装置40の上部や部品回収部42の上部を撮像し、その撮像画像から制御装置26は、第2撮像装置40や部品回収部42上の落下部品とノズル6とが干渉する可能性があるか否かを検出してもよい。この場合、例えば、第1撮像装置30を支持する支持部32がその軸線周りに回転するように構成され、第1撮像装置30の撮像方向を変更することで、第2撮像装置40の上部や部品回収部42の上部を撮像してもよい。また、第2撮像装置40の上部や部品回収部42の上部を撮像するための撮像装置を追加で設置してもよい。
実施例で説明した部品実装機10に関する留意点を述べる。実施例の部品フィーダ12は、「供給装置」の一例であり、ヘッド移動装置18は、「移動装置」の一例であり、制御装置26は、「判断部」の一例であり、第1撮像装置30は、「カメラ」の一例である。
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2:回路基板
4:電子部品
6:ノズル
10:部品実装機
12:部品フィーダ
14:フィーダ保持部
16:装着ヘッド
18:ヘッド移動装置
18a:移動ベース
20:基板コンベア
24:タッチパネル
26:制御装置
30:第1撮像装置
34:光源
40:第2撮像装置
42:部品回収部

Claims (4)

  1. 電子部品を基板に実装する部品実装機であって、
    前記電子部品を吸着するノズルと、
    前記ノズルを着脱可能に保持するヘッドと、
    前記ヘッドを移動させる移動装置と、
    前記ノズルと前記ノズルに吸着された前記電子部品とを撮像する撮像装置であって、前記移動装置により移動されない位置であり、かつ、前記ノズルと前記ノズルに吸着された前記電子部品とを側面から撮像可能な位置に設置される、撮像装置と、
    を備える、部品実装機。
  2. 前記電子部品を供給する供給装置と、前記供給装置が着脱可能に保持される保持部と、をさらに備えており、
    前記撮像装置は、前記保持部に支持されている、請求項1に記載の部品実装機。
  3. 前記電子部品を供給する供給装置をさらに備えており、
    前記撮像装置は、前記供給装置から前記基板までの間であって、前記ヘッドに保持された前記ノズルが前記移動装置によって移動される領域の少なくとも一部をさらに撮像可能に構成されており、
    前記撮像装置で撮像された撮像画像に基づいて、前記ヘッドに保持された前記ノズルが前記部品実装機内で干渉するか否かを判断する判断部をさらに備える、請求項1に記載の部品実装機。
  4. 前記撮像装置は、カメラと、光源と、を備えており、
    前記カメラは、前記ノズルと前記ノズルに吸着された前記電子部品の撮像面を撮像可能な位置に設置されており、
    前記光源は、前記ノズルと前記ノズルに吸着された前記電子部品の前記撮像面とは反対側の面を照明するように設置されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の部品実装機。
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