JP3114941B2 - 部品実装装置 - Google Patents

部品実装装置

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JP3114941B2 JP03101118A JP10111891A JP3114941B2 JP 3114941 B2 JP3114941 B2 JP 3114941B2 JP 03101118 A JP03101118 A JP 03101118A JP 10111891 A JP10111891 A JP 10111891A JP 3114941 B2 JP3114941 B2 JP 3114941B2
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Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品等を基板に自
動的に且つ高速・高精度に実装する部品実装装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、部品実装装置において、電子部品
等を基板上に実装する方法は、例えば図11に示す装置
構成により実現されていた。
【0003】電子部品1を吸着する吸着ヘッド2と、こ
の吸着ヘッド2により吸着された電子部品1を機械的に
位置決めする位置決めステージ3、吸着ヘッド2にて吸
着された電子部品1のリード4を撮像する台1のカメラ
5と、プリント基板6上の基板マーク7を撮像する第2
のカメラ8と、第1及び第2のカメラ5,8を制御し
て、電子部品1及びプリント基板6の位置を認識し、認
識データと基準データにより電子部品1及びプリント基
板6の補正データを演算する視覚認識コントローラ9
と、この視覚認識コントローラ9からの補正データを基
に、電子部品1及びプリント基板5の位置補正を相対的
に行なう実装機コントローラ10とから構成されてい
る。
【0004】また、位置決めステージ3は、図12に示
すように、電子部品1を四方向から位置規制する規制ヘ
ッド11を有している。このように構成された部品実装
装置においては、電子部品1を梱包用ハードケース(図
示せず)から吸着ヘッド2で1個ずつ吸着し、一旦位置
決めステージ3上に載置し、規制ヘッド11で4方向か
ら電子部品1を挾込む。これにより、機械的に吸着ヘッ
ド2に対する電子部品1の吸着位置の補正(X,Y,Q
方向)を行なっていた。これをプリアライメントとい
う。
【0005】このプリアライメント後、再び吸着ヘッド
2が電子部品1を吸着し、第1のカメラ5上に移動し、
そこで電子部品1と吸着ヘッド2との位置ズレを改めて
視覚認識によって取込み、高精度な補正データを実装機
コントローラ10に送信して実装を行なっていた。そこ
で、更に電子部品認識の従来の方法について述べる。図
13は、電子部品1の視覚認識方法をモデル化して示し
たもので、吸着ヘッド2に吸着固定された電子部品1を
第1のカメラ5で撮像した状態である。
【0006】このように第1のカメラ5で電子部品1を
撮像した後、その画像データを視覚認識コントローラ9
内の画像メモリに記憶し、この記憶したすべての画像デ
ータについて2値化処理を行ない、しかる後に後述する
演算処理を行ない、撮像された像の2値化像の重心及び
傾度を算出していた。光学系が透過光の場合、電子部品
1上が暗く、その他が明るい状態に撮像される。
【0007】また、図13において、計測視野Aとは、
第1のカメラで撮像可能なすべての領域を示す。計測視
野Aの4隅の点を計測視野原点A1 ,端点A2 ,A3
4とする。この計測視野Aの原点A を始点として
X軸に平行(=即ち、カメラの走査線に平行)に2値化
画像データを抽出する。これをY軸方向に順次行ってい
く。ここで得られたデータは、図13の直線L1 の様に
リード4上であれば、鋸歯状に得られる。よって、リー
ド4の1本1本の中心が検出される。この中心からリー
ド群全体の中心を算出していく。次に電子部品1の1
辺、即ちリード群の中心をリード部全ての中心とすれ
ば、この点は各リード中心の重心として算出可能であ
る。この作業を電子部品1の4辺全てに処理すれば、そ
の中心座標・傾度が検出される。
【0008】図13においては、電子部品1のリード上
部に直線L1 を施すことによってリード中点O1 が検出
される。リード左部に直線L2 を施すことによってリー
ド中点O2 が検出される。同様に直線L3 、L4 をリー
ド下部、右部に施すことによってリード中点O3 ,O4
が検出される。次に、これらのリード中点O1 ,O2
3 ,O4 から電子部品1の重心位置である中心G、傾
度θ1 ,θ2 の算出方法を説明する。
【0009】リード中点O1 ,O3 を結んで作った直線
を直線L、リード中点O2 ,O4 を結んで作った直線を
直線Mとすれば、この2直線の交点がIC計測重心Gで
あり、この2直線のX軸・Y軸方向への傾きをIC傾度
θ1 ,θ2 として求めることが可能である。算出式は以
下の通りである。 リード部中点O1 〜O4 の座標を以下の様に定める。 リード部中点O1 : (xa,ya) リード部中点O2 : (xb,yb) リード部中点O3 : (xc,yc) リード部中点O4 : (xd,yd) 直線Lの方程式 : (X−xa)×(yc−ya)
=(xc−xa)×(Y−ya) 直線Mの方程式 : (X−xb)×(yd−yb)
=(xd−xb)×(Y−yb) IC計測重心Gの座標 :下記 IC傾度θ1 の値 : θ1 =tan-1[(yd−y
b)/(xd−xb)] IC傾度θ2 の値 : θ2 =tan-1[(yc−y
a)/(xc−xa)]
【0010】尚最終的な電子部品の傾きはIC傾度
θ1 ,θ2 の平均値として実装機コントローラ10へ送
信される。
【0011】以上の様な手段を用いて従来基板マークの
重心位置を検出し、その値とカメラ中心位置からのズレ
量を比較することにより、吸着ヘッド2と電子部品1の
位置ズレ量及び傾きを検出し、その位置ズレ補正しなが
ら実際のプリント基板6への装着を行ってきた。 [直線L,Mの交点,即ちIC中心座標G] X=(mb−lb)/(la−ma) Y=(la×mb−lb×ma)/(la−ma) 但し、la,lb,ma,mbは la=(ya−yc)/(xa−xc) lb=(xa×yc−xc×ya)/(xa−xc) ma=(yb−yd)/(xb−xd) mb=(xb×yd−xd×yb)/(xb−xd) 以上がIC実装手順の従来方法である。
【0012】ここで、第1のカメラ5で電子部品1を撮
像する前に位置決めステージを経由するのは、上記認識
方法が電子部品1のθ方向の回転ズレに対して弱い性質
があったからである。
【0013】即ち、図13において電子部品1が大きく
傾けばリード4を検出するための直線L1 〜L4 が電子
部品1の一辺全てのリード4を同時に走査出来なくなっ
てしまう。しかるに、直接梱包用ハードケースから電子
部品1を取りだした状態では、吸着ヘッド2に対して電
子部品1はX−Y軸方向に加えてθ方向にも大きく回転
している可能性がある。そのため、上記位置決めステー
ジ3が不可欠となってきている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】近年、電子部品のリー
ド及びリードピッチは高密度化・多様化する傾向にあ
る。そのため、以下の述べるような2つの問題が生じて
きている。
【0015】まず、第1に、電子部品のリード高密度化
によって、リード自身が極めて細く且つ薄くなってきて
いる。例えば、近年実用化されてきているTAB部品で
は、従来用いている位置決めステージで位置矯正すれ
ば、TABリードを曲げてしまいリードを破損してしま
う可能性が出てきた。
【0016】更に、第2の問題として、電子部品の実装
タクトタイムの短縮が難しい点が上げられる。従来の位
置決めステージを介して、電子部品を実装する場合、電
子部品の矯正動作がタクトタイム全体の大きな部分を占
めていて、実装タクトタイムの短縮が不可能な状況にあ
る。上記のような問題点が生じるのは、電子部品認識用
画像処理アルゴリズムが電子部品の回転方向のズレに対
して認識力が低いからである。
【0017】そこで、本発明は上記2つの問題点を解決
するためになされたもので、部品を機械的に位置補正す
ることなく視覚認識することを可能とし、これによりリ
ードの破損を防止し、実装タクトタイムが短縮できる部
品実装装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、4辺にリード
列を有する部品を実装する部品実装装置において、前記
部品の画像を取り込む撮影手段と、前記部品の外形寸法
に関するデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に
記憶された前記データに基づき、前記撮像手段が取り込
んだ映像データ中において複数本のリードが存在する領
域を前記部品の辺ごとに予測算出する手段と、前記部品
の辺ごとに予測算出された前記領域についてのみ各領域
に含まれるリードの位置検出を行なう手段と、この検出
された結果を基に、前記部品全体の中心座標及び傾度を
算出する手段とを有することを特徴とする。
【0019】
【作用】本発明によれば、記憶手段に記憶された、部品
の外形寸法に関するデータに基づき、撮像手段が取り込
んだ映像データ中において複数本のリードが存在する領
域が部品の辺ごとに予測算出される。そして、部品の辺
ごとに予測算出された領域についてのみ各領域に含まれ
るリードの位置検出が行なわれ、この検出された結果を
基に、部品全体の中心座標及び傾度を算出される。
【0020】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を用い
て説明する。
【0021】本実施例は、図1に示すように、電子部品
の外形サイズを実装機コントローラ19から受信するI
Cデータ受信手段20と、このデータをもとにIC撮像
領域を予測する計測ウィンドウ算出手段21と、実際に
電子部品を撮像するIC撮像手段22と、その撮像画像
について電子部品のリードを検出するICリード検出手
段23と、検出されたリードそれぞれの中心から電子部
品自身の中心座標・傾度を算出するIC中心・傾度算出
手段24と、この算出された中心・傾度から電子部品を
プリント基板に実装するための補正データを算出し、実
装機コントローラ19に送信する実装補正データ送信手
段25とを有し、この実装補正データを基に、実装機コ
ントローラ19では吸着ヘッド(図示せず)を制御し、
相対的に電子部品とプリント基板との位置補正を行な
う。
【0022】このように構成されたものにおいては、ま
ず、ICデータ受信手段20により実装機コントローラ
19と通信を行ない、撮像する電子部品の外形サイズデ
ータ及び認識ICリード本数データを取り込む。
【0023】次に、IC撮像手段22によって、吸着ヘ
ッド(図示せず)に吸着された電子部品を撮像する。こ
れは、例えばICリード上の映像データが鋸歯上のデー
タとして任意の記憶手段(図示せず)に記憶されること
を意味する。
【0024】次に、このデータをもとに計測ウィンドウ
算出手段21によって電子部品の撮像データ、即ち上記
任意の記憶手段に蓄えられた映像データの中で電子部品
及びそのリードが存在すると予測される部分の領域を算
出する。そして、この領域についてのみICリード検出
手段23によって、電子部品1辺における所定本数(=
ICリード認識本数)のリードのみを効率良く、個々に
独立して検出し、更にIC中心傾度算出手段24により
電子部品の回転方向へのズレが大きくても認識不良を防
止しながら電子部品の4方向中心座標を算出する。その
後、実装補正データ送信手段25によって、電子部品の
位置ズレ量を算出して実装機コントローラ19にデータ
送信する。次に電子部品をプリント基板上に実装するた
めの本実施例における視覚認識位置決め処理について、
図2及び図3を用いて説明する。
【0025】まず、IC外形データを受信する(2−
1)。これは、認識処理しようとする電子部品につい
て、その外形サイズデータを認識条件として、実装機コ
ントローラから受信する。
【0026】受信データとしては、図3に示すように、
IC外形サイズC1〜C4 、リードピッチC5 ,C6
リードピン数、リード曲がり許容率、画素校正値、リー
ド本数、リード認識本数がある。ここで、リード認識本
数とは、電子部品のリードを認識する際に、同時にリー
ドチェックをかける本数である。
【0027】次に、この受信したデータを基に、図4に
示すような計測視野D1 を算出する。この計測視野はD
1 、電子部品をカメラにて撮像した際、カメラ視野内の
およそ存在する位置を示す領域で、電子部品の外形サイ
ズから自由に設定可能としている。次に、電子部品を撮
像する(2−2)。撮像により取込んだ画像データはA
/D変換処理を行なった後、任意の記憶手段に記憶され
る。
【0028】次に、受信データを基に、図4に示すよう
なIC上部リード認識用計測ウィンドウD28を算出す
る。このウィンドウD28は、4点D29〜D32から
構成される四角形の領域である。このウィンドウD28
の4点D29〜D32の座標について、具体的な算出例
を以下に示す。 [計測ウィンドウ原点(D29:(X0,Y0))] X0=255−(C1×γ×α/2) Y0=240−(C3×γ×α/2) [計測ウィンドウ1点(D30:(X1,Y1))] X1=255+(C1×γ×α/2) Y1=240−(C3×γ×α/2) [計測ウィンドウ2点(D31:(X2,Y2))] X2=255+(C1×γ×α/2) Y2=240−C3×α/2+((C3−C4)×γ×α/2) [計測ウィンドウ3点(D32:(X3,Y3))] X3=255−(C1×γ×α/2) Y3=240−C3×α/2+((C3−C4)×γ×α/2) 但し、α/γについては以下の通り α:キャリブレーションデータ(画素校正値) γ:ウィンドウ安全率(1.0〜2.0)………ICサ
イズに対するウィンドウの大きさの比を示すものであ
る。
【0029】尚、本式はカメラ座標系を512×480
としている。即ち座標(255,240)はカメラ中心
座標を示す。
【0030】次に、この計測ウィンドウD28の上部から
カメラの走査線に沿って映像データを抽出していく(2
−4)。この走査を続けて行くとやがてIC上辺のリー
ドの存在する領域に到達する。検出原理としては、走査
線に沿って抽出した映像データの変化からICリード左
右のエッジを検出して各ICリードの中心を算出する。
なお、リードエッジ検出方法については、説明を省略す
る。
【0031】ICリードを検出する際、先述のICリー
ド認識本数だけ検出する。今、図4において、ICリー
ド検出本数を6本に設定して認識を行った結果をモデル
化して示している(=走査線D6 ,D7 )。走査線D6
で、IC上辺のリードを左端から6本、D7 でリードを
右端から6本検出している。両者の間、即ちIC上辺中
心付近のリードに関してはリードピッチチェックのみを
行なっている。走査線D6 ,D7 によって検出されたそ
れぞれ6本のICリードの中心を図2中のリード中心D
18,D19と定めている。また、この中ではリードが所定
の本数(=ICリート認識本数)検出出来なかった場
合、または検出は出来たが、そのピッチが予め受信した
データと違う場合には、IC不良として処理する(2−
5)。
【0032】本実施例では、以上と同様な処理を電子部
品の左辺、下辺、右辺についても行う(2−6〜2−1
1)。そして、これらの認識処理で検出されたリード中
心をリード中心D20,D21,D22,D23,D24,D25
定める。
【0033】次に、上記によって検出されたリード中心
18〜D25から、撮像された電子部品の重心(IC中心
G)・傾度(IC傾度D26,D27の平均値)を算出する
(2−12)。 そこで算出方法を、以下に述べる。 (1)直線D14〜D17の算出 直線D14は、リード中心D18とD22の2点を通る直線だ
から、 リード中心D18の座標:(x11,y11) リード中心D22の座標:(x31,y31)とすると、 D14:(X−x11)×(y31−y11)=(x31
−x11)×(Y−y11) 直線D15は、リード中心D19とD23の2点を通る直線だ
から、 リード中心D19の座標:(x12,y12) リード中心D23の座標:(x32,y32)とすると、 D15:(X−x12)×(y32−y12)=(x32
−x12)×(Y−y12) 直線D16は、リード中心D20とD25の2点を通る直線だ
から、 リード中心D20の座標:(x21,y21) リード中心D25の座標:(x42,y42)とすると、 D16:(X−x21)×(y42−y21)=(x42
−x21)×(Y−y21) 直線D17は、リード中心D21とD24の2点を通る直線だ
から、 リード中心D21の座標:(x22,y22) リード中心D24の座標:(x41,y41)とすると、 D17:(X−x22)×(y41−y22)=(x41
−x22)×(Y−y22) (2)IC中心Gの座標算出
【0034】上記(1)で求めた4直線(直線D14〜D
17)からそれぞれの交点を、点X1 (Xa,ya)、X
2 (xb,yb)、X3 (xc,yx)、X4 (xd,
yd)とする。この時、IC中心Gの座標(x0,y
0)は、上記4点の重心として算出することが出来る。
即ち、 x0=(xa+xb+xc+xd)/4 y0=(ya+yb+yc+yd)/4 また、ICの回転角についても下記の様に算出出来る。 IC傾度D26の値:tan-1[(Yd−Yb)/(Xd
−Xb)] IC傾度D27の値:tan-1[(Yc−Yd)/(Xc
−Xa)]
【0035】IC重心・傾度計測の後、カメラの中心座
標との距離を算出して実装機コントローラに送信する
(2−13)。また、ICリード各辺検出時に異常が検
出されれば実装機コントローラに異常コードを送信する
(2−14)。
【0036】最後に、以上検出したIC中心GとIC傾
度(図示せず)とカメラの中心座標(255、240)
との距離、角度を実装補正量として実装機コントローラ
に送信する(2−13)。上記実施例によれば、電子部
品の上下辺、左右辺について計測ウィンドウ算出手段2
1により、実装機コントローラ19に記憶された電子部
品の外形データに基づいてIC撮像手段にて得られた映
像データ中において複数本のリードが存在する計測ウィ
ンドウD28(領域)をそれぞれ予測算出し、この計測
ウィンドウD28内についてのみ端から6本のリードの
位置検出を行なうとともにそれらのリードの中心D2
0,D21,D22,D23,D24,D25を求め、
この中心D20,D21,D22,D23,D24,D
25に基づいて電子部品の中心Gの座標(x0,0y)
および傾度D26、D27を算出するので、一走査線上
に電子部品の一辺全てのリードを位置させなければ誤検
出を生じていた従来に比べ、一辺のリード中の6本のリ
ードが一走査線上に位置されさえすれば電子部品の中心
Gおよび傾度D26、D27を算出できることから、従
来よりも大きい回転ずれが電子部品に生じている場合で
あっても電子部品をプリアライメントすることなく視覚
認識することができる。このため、プリアライメントを
不要とし、プリアランメントに起因するリードの破損
や、実装タクトタイムの増大を防止できる。また、実装
機コントローラ19に記憶された電子部品の外形データ
に基づいて、計測ウィンドウ算出手段21がIC撮像手
段にて得られた映像データ中において複数本のリードが
複数存在する計測ウィンドウD28を予測算出し、この
計測ウィンドウD28内でのみリードの検出を行なうこ
とから、計測視野A全域においてリードの検出を行なっ
ていた従来の技術に比べ走査線による走査領域を小さく
することができ、検出速度を向上させることができる。
また、実装機コントローラ19に記憶された外形データ
におけるリードピッチC5,C6と検出された6本のリ
ードのリードピッチとを比較し、検出されたリードピッ
チと外形データにおけるリードピッチとが異なる場合に
は、電子部品が不良であるとして処理することから、不
良電子部品がプリント基板に実装されることを未然に防
止することができる。その結果、実装品質を向上させる
ことができる。なお、本実施例では、電子部品を1つの
視野で撮像した場合についてのみ記述したが、この他に
ICを視野分割して撮像した場合にも適用可能である。
次に、他の実施例について図面を用いて説明する。
【0037】図5乃至図9は、電子部品を分割視野で撮
像した場合をモデル化して示したものである。それぞれ
電子部品全体を撮像しておらず、電子部品の4隅をバラ
バラに撮像している。それぞれの視野において電子部品
4隅のリードを所定の本数検出する。例えば、図6乃至
図9では、走査線D2 ,D3 ,D6 ,D7 ,D10
11,D14,D15によって検出している。求めたICリ
ード(6本)から、その中心座標を検出する。これを示
すのが、図6のリード中心D4 ,D5 、図7のリード中
心D8 ,D9 、図8のリード中心D12,D13、図9のリ
ード中心D16,D17である。この後、全体の画像データ
を視覚認識コントローラ内で合成して電子部品の中心座
標を算出する。これをモデル化して示したのが、図10
である。そして、IC中心傾度算出手段によって、IC
中心位置であるIC中心Gを求め、カメラ中心D20の位
置とのオフセット量を補正データとして実装機コントロ
ーラに送信する。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、部品を機械的に位置補
正することなく視覚認識することが可能となり、これに
よりリードの破損を防止し、実装タクトタイムが短縮で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概要構成図
【図2】本発明の一実施例の制御を示すフロチャート
【図3】本発明の一実施例で用いられる電子部品の受信
データを示す図
【図4】本発明の一実施例における位置補正方法をモデ
ル化した図
【図5】本発明の他の実施例を示すモデル化した図
【図6】本発明の他の実施例を示すモデル化した図
【図7】本発明の他の実施例を示すモデル化した図
【図8】本発明の他の実施例を示すモデル化した図
【図9】本発明の他の実施例を示すモデル化した図
【図10】本発明の他の実施例における位置補正方法を
モデル化した図
【図11】従来の部品実装装置を示す概要構成図
【図12】従来の部品実装装置における位置決めステー
ジを示す概要構成図
【図13】従来の電子部品の位置補正方法をモデル化し
た図
【符号の説明】 1…電子部品、4…リード、19…実装機コントロー
ラ、20…ICデータ受信手段、21…計測ウィンドウ
算出手段、22…IC撮像手段、23…ICリード検出
手段、24…IC中心・傾度算出手段、25…実装補正
データ送信手段。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−271500(JP,A) 特開 平2−118404(JP,A) 特開 昭64−21673(JP,A) 特開 平2−78300(JP,A) 特開 平2−143599(JP,A) 特開 平4−220507(JP,A) 特開 平4−14899(JP,A) 特開 平4−14299(JP,A) 特開 平4−309299(JP,A) 特開 平4−218706(JP,A) 特開 平4−155900(JP,A) 実開 昭64−8800(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 13/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4辺にリード列を有する部品を実装する
    部品実装装置において、前記部品の画像を取り込む撮影
    手段と、前記部品の外形寸法に関するデータを記憶する
    記憶手段と、この記憶手段に記憶された前記データに基
    き、前記撮像手段が取り込んだ映像データ中において
    複数本のリードが存在する領域前記部品の辺ごとに予
    算出する手段と、前記部品の辺ごとに予測算出された
    前記領域についてのみ各領域に含まれるリードの位置検
    出を行なう手段と、この検出された結果を基に、前記部
    品全体の中心座標及び傾度を算出する手段とを有するこ
    とを特徴とする部品実装装置。
JP03101118A 1991-05-07 1991-05-07 部品実装装置 Expired - Fee Related JP3114941B2 (ja)

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