JP3868608B2 - 部品実装装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットを備え、その全部もしくは一部のヘッドで部品供給部から部品を吸着した後ヘッドユニットが部品装着部に移動してプリント基板に部品を装着する部品実装作業を複数回繰り返すことにより、プリント基板に所定数の部品を搭載するようになっている部品実装装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、吸着ノズルを有するヘッドにより、IC等の電子部品を部品供給部から吸着して、部品装着部に設置されているプリント基板上に移送し、プリント基板の所定位置に装着するようにした実装機(部品実装装置)は一般に知られている。
【0003】
また、この種の実装機において最近では、実装の作業能率を高めるのに有利なように、部品供給部と部品装着部とにわたり移動可能なヘッドユニットに複数のヘッドを装備したものも提案されている。この実装機によると、ヘッドユニットの全部もしくは一部のヘッドにより部品供給部から同時もしくは連続的に部品が吸着された後、ヘッドユニットが部品装着部に移動して各ヘッドからプリント基板に部品が装着され、このような部品実装作業が複数回繰り返されることにより、プリント基板に所定数の部品が搭載される。
【0004】
この種の実装機では、プリント基板に対する実装の開始から搭載すべき所定数の部品の実装が完了するまでの間の作業時間をできるだけ短くするように、各ヘッドに吸着させる部品の組み合わせや部品実装順序等の作業手順を、例えばコンピュータ解析等による最適化の手法により予め設定し、その予め設定されたデータに従って実装作業が実行されるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような予め設定されている作業手順は、吸,装着ミスや部品切れ等の特殊事態がない場合は有効に機能し、作業効率を高めることができるが、実装途中で上記特殊事態が生じた場合に作業効率の向上が充分に図れなくなることがある。
【0006】
すなわち、実装すべき部品のうちの一部に吸,装着ミスや部品切れ等があった場合、それについては未搭載の状態に残したままで、それ以外の部品につき予め設定されている作業手順に従って実装作業を続行し、本来の作業手順に従った実装作業を全て終えてから、さらに吸,装着ミス等があった部品を、それに対応する一部のヘッドのみを用いて実装していくといった手法がとられている。このため、吸,装着ミス等があった場合に必ずしもヘッドユニットの全ヘッドが有効に活用されなくなり、作業効率の低下を招く可能性があった。
【0007】
本発明は上記の事情に鑑み、部品実装作業の途中で吸,装着ミスや部品切れ等が生じた場合でも、それに応じて実装作業の効率を高めるように調整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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、部品供給部と、プリント基板が装着される部品装着部と、上記部品供給部と部品装着部とにわたって移動可能なヘッドユニットとを備え、上記ヘッドユニットに複数の部品吸着用のヘッドを具備し、所定の部品グループ毎に、前記ヘッドユニットの全部もしくは一部のヘッドで前記グループに属する部品を部品供給部から吸着した後ヘッドユニットが部品装着部に移動してプリント基板に部品を装着する実装作業を複数回繰り返すことにより、プリント基板に所定数の部品を搭載するようになっている部品実装装置において、基板上に搭載すべき部品のデータリストを記憶するデータリスト記憶手段と、このデータリストの中から未搭載部品のデータを抽出して記憶する未搭載部品データ記憶手段と、上記未搭載部品について実装効率を高めるようにその後の実装作業における実行順序及び使用するフィーダーを含む作業手順を決定する演算手段と、この演算手段により決定された作業手順に従って実装作業を実行する制御手段とを備え、プリント基板への部品の実装が開始されてから所定数の部品の実装が完了するまでの間に上記未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を繰り返し行うように構成し、さらに前記演算手段は、前記作業手順の決定に際して、次に実装作業を実行する部品グループに属する部品に対応するヘッド以外の空きヘッドの有無を調べ、空きヘッドが有る場合には前記未搭載部品のうち当該空きヘッドにより実装作業を行えるものを抽出して当該未搭載部品を前記部品グループに追加するようにしたものである。
【0009】
この構成によると、対象基板に対する実装の開始から全搭載部品の実装完了までの間に未搭載部品のデータの抽出及びそれに応じた作業手順決定の処理が繰り返されるため、部品実装作業の途中で吸,装着ミスや部品切れ等が生じると、それに応じて作業手順が変更され、状況に応じて実装作業の効率を高めるように調整される。
【0010】
この発明において、上記未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を、上記部品実装作業の各回毎に行うようになっていると、部品実装作業の途中で吸,装着ミスや部品切れ等が生じた場合に即座に作業手順が変更される。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0012】
図1および図2は本発明が適用される実装機(部品実装装置)の一例を概略的に示している。これらの図において、実装機本体の基台1上には、プリント基板搬送用のコンベア2が配置され、プリント基板Pが上記コンベア2上を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるようになっている。
【0013】
上記コンベア2の前後側方にはそれぞれ部品供給部3が設けられている。この部品供給部3には、各種電子部品を供給するための多数のフィーダーが配設され、図示の例では多数のテープフィーダー4が並列に配置されている。各テープフィーダー4はそれぞれ、IC、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるようにするとともに、テープ繰り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後記ヘッドにより部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。
【0014】
上記基台1の上方には、部品装着用のヘッドユニット5が装備され、このヘッドユニット5はX軸方向(コンベア2の方向)およびY軸方向(水平面上でX軸と直交する方向)に移動することができるようになっている。すなわち、上記基台1上には、ヘッドユニット支持部材6がY軸方向の固定レール7に移動可能に配置され、支持部材6上にヘッドユニット5が、X軸方向のガイド部材8に沿って移動可能に支持されている。そして、Y軸サーボモータ9によりボールねじ10を介して支持部材6のY軸方向の移動が行われれるとともに、X軸サーボモータ11によりボールねじ12を介してヘッドユニット5のX軸方向の移動が行われるようになっている。
【0015】
上記ヘッドユニット5には複数のヘッド13がX軸方向に並んだ状態に配設されている。上記各ヘッド13は、それぞれ昇降及び回転が可能となっており、図外の昇降駆動手段及び回転駆動手段により駆動されるようになっている。上記各ヘッド13の下端には吸着ノズル14が設けられており、部品吸着時には図外の負圧供給手段から吸着ノズル14に負圧が供給されて、その負圧による吸引力で部品が吸着されるようになっている。
【0016】
また、ヘッドユニット5の可動エリア内で基台1上の所定位置には、部品認識用のカメラ15が設けられ、このカメラ15により上記ヘッド13に吸着された部品が撮像される。そして、その画像に基づいて部品認識が行われ、つまり正常に部品が吸着されているかどうかが調べられるとともに、正常に吸着されている場合にヘッド13のノズル中心に対する部品中心のずれが調べられ、それに応じた装着位置補正量が求められるようになっている。
【0017】
図3は実装機の制御系統を示している。この図において、20は実装機に設けられている制御ユニットであり、この制御ユニット20には、Y軸サーボモータ9、X軸サーボモータ11及びヘッドユニット5の各ヘッド13に対する駆動手段(昇降駆動手段、回転駆動手段等)が接続されるとともに、上記カメラ15が画像処理装置16を介して接続されている。
【0018】
上記制御ユニット20は、データリスト記憶手段21、未搭載部品データ記憶手段22、演算手段23、作業手順記憶手段24及び制御手段25を有している。上記データリスト記憶手段21は基板上に搭載すべき部品のデータリストを記憶し、未搭載部品データ記憶手段22は上記データリストの中から未搭載部品のデータを抽出して記憶するものである。
【0019】
上記演算手段23は未搭載部品について実装効率を高めるようにその後の実装作業における実行順序及び使用するフィーダーを含む作業手順を決定し、作業手順記憶手段24は上記作業手順を記憶するものである。また、上記制御手段25は、上記作業手順に従って実装作業を実行すべく、上記各サーボモータ9,11及びヘッドユニット5の各ヘッド13に対する駆動手段を制御するものである。
【0020】
上記未搭載部品データ記憶手段22による未搭載部品のデータの抽出、記憶と上記演算手段23及び作業手順記憶手段24による上記作業手順の決定、記憶は、プリント基板への部品の実装が開始されてから所定数の部品の実装が完了するまでの間において繰り返し行われるようになっている。
【0021】
上記制御ユニット20の演算手段23等により行われる処理を、図4及び図5のフローチャートによって説明する。
【0022】
図4は1つのプリント基板に対して行われる処理の全体を示しており、スタートすると、先ずステップS1で部品搭載済みの基板が搬出されるとともに部品未搭載の基板(処理対象基板)が搬入され、ステップS2で搭載済みリストが初期化される。
【0023】
ステップS3では未搭載データの有無が判別され、未搭載データがある場合、その全ての未搭載部品のデータが検索される(ステップS4)。そして、ステップS5で後に詳述するような未搭載データに応じた最適化のルーチンが実行される。
【0024】
ステップS6では、次に実装を行うべき実装グループの部品につき搭載済みデータの一覧リストに「現在実行中」である旨の表示が行われる。それからステップS7で、ヘッドユニット5のヘッド13が作動されて実装グループの部品の吸着が行われる。
【0025】
ここで実装グループとは、ヘッドユニット5の各ヘッド13で同時的もしくは連続的に吸着される部品のグループである。つまり、ヘッドユニット5の各ヘッド13による部品の吸着、認識、装着の一連の動作を含む実装作業が複数回繰り返されることにより1つの基板に対して所要数の部品が搭載されるが、その1回分の実装作業で処理される部品のグループを実装グループと呼ぶ。ステップS7で吸着される実装グループは、その前に行われたステップS5の最適化処理で決定されたものである。
【0026】
上記ヘッド13による部品の吸着に失敗したものに関しては、搭載済みデータ一覧リストが「未搭載」に書き替えられる(ステップS8)。
【0027】
次に、ヘッドユニット5のヘッド13に吸着されている実装グループの各部品について部品認識が行われる(ステップS9)。この部品認識は、上記カメラ15で吸着部品を撮像し、その部品画像から所定の画像処理等により部品中心位置を求め、ノズル中心に対する位置ずれを調べるものであり、部品装着時に上記位置ずれに応じた装着位置の補正が行われる。なお、部品認識はこの例に限らず他の方法によってもよく、例えば吸着部品に平行光線を照射して部品の投影を検出する光学的検知ユニットをヘッドユニットに装備し、その投影の検出に基づいて部品中心位置を求めるようにしてもよい。
【0028】
上記認識に失敗したものに関しては、搭載済みデータ一覧リストが「未搭載」に書き替えられる(ステップS10)。
【0029】
次に、実装グループの各部品の装着が行われ(ステップS11)、つまり、ヘッドユニット5の各ヘッド13に吸着されている部品がプリント基板上の装着箇所に順次装着される。上記装着に失敗したものに関しては、搭載済みデータ一覧リストが「未搭載」に書き替えられる(ステップS12)。
【0030】
上記ステップS3〜S12の処理が部品実装作業の各回毎に行われ、未搭載データがなくなるまで繰り返される。なお、図4ではステップS1〜S12の処理を連続的に示しているが、ステップS4,S5の処理とステップS6以降の処理とは一部もしくは全てが並行して行われるようにすることが望ましい。
【0031】
図5は図4のフローチャート中のステップS5で行われる最適化のルーチンの一例を示している。この例では、未搭載データの中から、これから行う実装グループを抽出する場合に、部品未吸着のヘッドを残したままそれ以降の作業(認識及び装着)に移らないように、部品未吸着のヘッドがあればそのヘッドで吸着できる未搭載部品のデータを探し出して実装グループに加え、かつ実装グループの実行時間が最小となるようにその実装グループ内での処理順序を決定するようにしている。
【0032】
すなわち、先ず既に設定されている作業手順等に基づいて実装グループの仮抽出が行われる(ステップS401)。続いて、この仮抽出された実装グループの各部品に対応するヘッド以外のヘッドである空きヘッドがあるか否かが判定される(ステップS402)。
【0033】
上記空きヘッドがある場合には、未搭載データの中から当該空きヘッドで実装作業を実行することができる部品のデータが抽出され(ステップS403)、その部品が実装グループに追加される(ステップS404)。こうして、実装グループの部品及びこの部品とヘッドとの対応関係を示す作業手順が変更される。なお、上記空きヘッドがない場合はデータの変更が行われない。
【0034】
以上のような当実施形態の装置によると、1つの基板に対して実装作業が繰り返されている途中で部品切れや吸,装着ミス等があった場合でも、できるだけ空きヘッドが生じないように作業手順が変更され、状況に応じてその後の実装作業の効率を高めるように手順が調整される。
【0035】
このような作用を、図6及び図7に示す簡略化した具体例で説明する。図6のようにヘッドユニット5の3個のヘッドH1,H2,H3を用い、部品供給部のF1,F2,F3の各位置のフィーダーから供給される3種類の部品を、それぞれ3個ずつプリント基板に搭載するものとする。
【0036】
この場合、最初の作業手順の設定としては、図7の上段の表のように、1番目のヘッドH1でF1の位置の部品を、2番目のヘッドH2でF2の位置の部品を、3番目のヘッドH3でF3の位置の部品をそれぞれ実装し、かつ、この実装作業を3回繰り返すように作業手順が定められる。そして、部品切れ等がなければこのデータに従って実装作業が行われる。
【0037】
このような前提の下で仮にF3の位置のフィーダーについて部品切れ等で吸着できない状況が発生したとき、従来では、図7の下段の表のように、3番目のヘッドH3が空きヘッドとされて1番目及び2番目のヘッドH1,H2でF1,F2の位置の部品を実装する作業が繰り返され、その後にF3の位置のフィーダーに対する部品の補充等により吸着できない状況が解消されると、1番目及び2番目のヘッドH1,H2が空きヘッドとされて3番目のヘッドH3のみによりF3の位置の部品を実装する作業が繰り返される。
【0038】
従って、従来のものでは実装作業の回数が6回に増大する。
【0039】
これに対し、当実施形態の手法によると、図7の中段の表のように、F3の位置のフィーダーについて吸着できない状況が発生したとき、空きヘッドが生じないように手順が変更され、例えば1回目には1番目のヘッドH1でF1の位置の部品を吸着するとともに2番目のヘッドH2と3番目のヘッドH3とでF2の位置から連続的に部品を吸着し、2回目には1番目のヘッドH1と2番目のヘッドH2とでF1の位置から連続的に部品を連続的に吸着するとともに3番目のヘッドH3でF2の位置から部品を吸着するようにデータが変更される。さらに、吸着できない状況が解消されたとき、3つのヘッドH1〜H3で順にF3の位置の部品を吸着してから認識等の作業に移るように手順が変更される
このようにすることにより実装作業の回数が3回で済むこととなり、部品切れなどのトラブルがあっても実装効率が高く保たれる。
【0040】
図8は、図4のフローチャート中のステップS5で行われる最適化のルーチンの別の例を示している。この例では、未搭載データの中から、これから行う実装グループを抽出する場合に、その時点の各軸の位置、その時点でのヘッドユニットの状況からその実装グループの実行を開始したと仮定して、「その実装グループの実行時間」を「グループに属する搭載データ数」で割った値が最小となるように実装グループを編成し、かつ、実装グループ実行時間が最小となるように、その実装グループ内での処理順序を決定している。
【0041】
すなわち、n個の未搭載データがあるときに、m個のヘッドに1実装グループの仕事を割り付ける場合、いくつかのヘッドが実装を行わない場合も含めると組み合わせは最大で(n+1)×n×(n−1)×…×(n−m+2)となり、その組合せの中から一部あるいは全部が抽出される(ステップS411)。
【0042】
次に、その抽出された実装グループの実装に必要な実行時間またはそれに代替するパラメータによってその実装グループを評価する処理が行われる(ステップS412)。さらに、その実装グループの実行開始時点における実装機の各軸の位置、ヘッドユニットの移動方向等の状況が加味され(ステップS413)、その上で、「その実装グループの実行時間」を「グループに属する搭載データ数」で割った値が最小となる実装グループが決定される(ステップS414)。
【0043】
図9は、図4のフローチャート中のステップS5で行われる最適化のルーチンのさらに別の例を示している。この例では、未搭載データの実装を実行する全てのシーケンスの組み合わせの中から、対象基板の搭載完了までの所要時間が最小、あいは適正となるシーケンスを選び、そのシーケンス中に属する実装グループの中から、その時点の各軸の位置、その時点でのヘッドユニットの状況からその実装グループの実行を開始したと仮定して、「その実装グループの実行時間」を「グループに属する搭載データ数」で割った値が最小となるように実装グループを選出し、かつ、実装グループ実行時間が最小となるように、その実装グループ内での処理順序を決定している。なお、搭載完了までの所要時間が最小となるシーケンスを探すのは処理時間がかかりすぎるので、これを簡略化した手法が採用される。
【0044】
すなわち、先ず未搭載データにつき、できるだけ同時吸着が多く行われるようにされつつ、未搭載データを実行するシーケンスの組合せの中から、基板の搭載完了までの所要時間が短くなるようなシーケンスが求められる(ステップS421)。
【0045】
次に、その抽出した実装グループの実装に必要な実行時間またはそれに代替するパラメータによってその実装グループを評価する処理が行われる(ステップS422)。さらに、その実装グループの実行開始時点における実装機の各軸の位置、ヘッドユニットの移動方向等の状況が加味され(ステップS423)、その上で、「その実装グループの実行時間」を「グループに属する搭載データ数」で割った値が最小となる実装グループが決定される(ステップS424)。
【0046】
上記の図8に示す例や図9に示す例でも、その最適化の処理が、プリント基板への部品の実装が開始されてから所定部品の実装が完了するまでの間において部品実装作業の各回毎に繰り返され、部品切れや吸,装着ミス等があった場合にそれに応じて作業手順が変更されるため、実装効率が高く保たれる。
【0047】
【発明の効果】
以上のように本発明の装置によると、所定数の部品が搭載されるべきプリント基板に対し、複数のヘッドを有するヘッドユニットにより部品の吸着から装着までの一連の実装作業が繰り返し行われている間に、未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を繰り返し行うようにしているため、対象基板に対する部品実装作業の途中で吸,装着ミスや部品切れ等の特殊事態が生じても、それに応じて作業手順を変更し、状況に応じて実装作業の効率を高めるように調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される実装機の全体構造の一例を示す平面図である。
【図2】上記実装機のヘッドユニットが支持されている部分の正面図である。
【図3】実装機の制御系統を示すブロック図である。
【図4】制御ユニットの演算手段等により行われる処理を示すフローチャートである。
【図5】図4のフローチャート中で行われる未搭載データに応じた最適化のルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図6】本発明の装置による作用を簡略化した具体例で説明するための要部構造概略図である。
【図7】図6に示す構造を用いた作業手順の概略を示す図表である。
【図8】未搭載データに応じた最適化のルーチンの別の例を示すフローチャートである。
【図9】未搭載データに応じた最適化のルーチンのさらに別の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
P プリント基板
3 部品供給部
5 ヘッドユニット
13 ヘッド
20 制御ユニット
21 データリスト記憶手段
22 未搭載データ記憶手段
23 演算手段
25 制御手段

Claims (2)

  1. 部品供給部と、プリント基板が装着される部品装着部と、上記部品供給部と部品装着部とにわたって移動可能なヘッドユニットとを備え、上記ヘッドユニットに複数の部品吸着用のヘッドを具備し、所定の部品グループ毎に、前記ヘッドユニットの全部もしくは一部のヘッドで前記グループに属する部品を部品供給部から吸着した後ヘッドユニットが部品装着部に移動してプリント基板に部品を装着する実装作業を複数回繰り返すことにより、プリント基板に所定数の部品を搭載するようになっている部品実装装置において、基板上に搭載すべき部品のデータリストを記憶するデータリスト記憶手段と、このデータリストの中から未搭載部品のデータを抽出して記憶する未搭載部品データ記憶手段と、上記未搭載部品について実装効率を高めるようにその後の実装作業における実行順序及び使用するフィーダーを含む作業手順を決定する演算手段と、この演算手段により決定された作業手順に従って実装作業を実行する制御手段とを備え、プリント基板への部品の実装が開始されてから所定数の部品の実装が完了するまでの間に上記未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を繰り返し行うように構成し、さらに前記演算手段は、前記作業手順の決定に際して、次に実装作業を実行する部品グループに属する部品に対応するヘッド以外の空きヘッドの有無を調べ、空きヘッドが有る場合には前記未搭載部品のうち当該空きヘッドにより実装作業を行えるものを抽出して当該未搭載部品を前記部品グループに追加するようにしたことを特徴とする部品実装装置。
  2. 上記未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を、上記部品実装作業の各回毎に行うようになっていることを特徴とする請求項1記載の部品実装装置。
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