JP4221630B2 - 部品認識装置及び部品実装機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置及びそれを備えた部品実装機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来の部品実装機におけるロータリーヘッドと部品認識装置を示す平面図である。
ロータリーヘッド10は、基軸11とこの基軸11の下端部に設けられた円盤状のノズル支持部12を有している。そして、このノズル支持部12の外周縁には、部品1を吸着・搬送するための複数の吸着ノズル13が配列支持されている。基軸11は、その軸心が鉛直方向に倣う向きで水平移動可能な支持体14に回転可能に支持されており、また、吸着ノズル13も、鉛直方向に延びる向きでノズル支持部12に回転可能に、かつ上下動可能に支持されている。
【0003】
部品認識装置20は、全反射ミラー21とカメラ22を有している。全反射ミラー21は、所定の撮影位置に位置決めされた1つの吸着ノズル13の下方に所定角度で傾斜して配設されている。カメラ22は、その吸着ノズル13に吸着された部品1を全反射ミラー21を介して撮影可能な位置に配設されている。
【0004】
このような構成において、その動作例を説明する。
先ず、支持体14が水平移動して基軸11が回転し、所定の吸着ノズル13を所定の吸着位置に位置決めする。そして、その吸着ノズル13が、下降してその先端に部品1を吸着し、上昇して元の位置に戻る。
次に、再び基軸11が回転し、部品1が吸着されている吸着ノズル13を所定の撮影位置に位置決めする。カメラ22は、吸着ノズル13に吸着されている部品1を全反射ミラー21を介して撮影し、部品1の吸着状態、つまり部品1が正しい姿勢で吸着ノズル13に吸着されているか否かを確認する。
【0005】
即ち、図示しない光源は、吸着ノズル13に装着されている半透明の円盤状のバックライト部15の側面に光Lを照射し、バックライト部15の上下面を光輝させ、バックライト部15の下面を背景として部品1の輪郭を大きなコントラストをもって浮かび上がらせる。カメラ22は、内蔵されている方眼座標と部品1の輪郭から得られる姿勢とを対比させ、部品1の向きと吸着ノズル13のセンタに対するズレ量とを確認する。そして、その確認結果に基づいて、吸着ノズル13が回転して部品1の向きを修正し、支持体14が水平移動して部品1のズレ量を修正する。
【0006】
その後、再び基軸11が回転し、部品1の姿勢が修正された吸着ノズル13を所定の装着位置に位置決めする。そして、その吸着ノズル13が、下降して部品1を基板に実装し、上昇して元の位置に戻る。以上の動作を基板への部品実装が終了するまで繰り返す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の部品認識装置20のカメラ22により、吸着ノズル13に吸着されている部品1を撮影する際は、バックライト部15の下面を背景として部品1の輪郭を大きなコントラストをもって浮かび上がらせている。このため、部品1の構成材料によっては部品1の輪郭を大きなコントラストをもって浮かび上がらせることが困難な場合があり、また部品1の外形が吸着ノズル13の外径より小さい場合は、部品1が吸着ノズル13の陰に入ってしまい、部品1の輪郭を認識することができなくなるという問題があった。
【0008】
本発明は、上述した事情から成されたものであり、部品の種類に左右されずに部品を正確に認識することができる部品認識装置及びそれを備えた部品実装機を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置において、前記保持手段に保持されている前記部品の背面側に対して光を照射して前記部品の第1の画像光とする第1の光源と、前記保持手段に保持されている前記部品の正面側に対して光を照射して前記部品の第2の画像光とする第2の光源と、前記第1の画像光もしくは前記第2の画像光を所定角度で反射させる反射手段と、前記反射手段で反射された前記第1の画像光もしくは前記第2の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第1の撮像手段と、前記保持手段に保持されている前記部品の側面側に対して光を照射して前記部品の第3の画像光とする第3の光源と、前記第3の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第2の撮像手段とを備え、前記第1及び第2の光源の光波長と前記第3の光源の光波長が相違していることにより達成される。
【0010】
また、上記目的は、本発明にあっては、部品を保持する保持手段と、前記保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置とを備え、前記部品認識装置による認識結果に基づいて前記保持手段に保持されている前記部品を基板に実装する部品実装機において、前記部品認識装置が、前記保持手段に保持されている前記部品の背面側に対して光を照射して前記部品の第1の画像光とする第1の光源と、前記保持手段に保持されている前記部品の正面側に対して光を照射して前記部品の第2の画像光とする第2の光源と、前記第1の画像光もしくは前記第2の画像光を所定角度で反射させる反射手段と、前記反射手段で反射された前記第1の画像光もしくは前記第2の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第1の撮像手段と、前記保持手段に保持されている前記部品の側面側に対して光を照射して前記部品の第3の画像光とする第3の光源と、前記第3の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第2の撮像手段とを備え、前記第1及び第2の光源の光波長と前記第3の光源の光波長が相違していることにより達成される。
【0011】
上記構成によれば、部品の背面側から光を照射して部品を認識する手段と、部品の正面側から光を照射して部品を認識する手段を備えているので、例えば部品が保持手段の陰に入ってしまう場合は、その部品の正面側から光を照射することにより、その部品の輪郭を浮かび上がらせることができる。さらに、部品の基体の明度が例えば白や黒というように異なる場合でも、上記各手段及び保持手段の背景となる部分の明度を切換えることにより、その部品の輪郭を浮かび上がらせることができる。また、部品の種類に関係なく、第3の光源により光を部品の側面側から直接照射して部品の側面側の輪郭を第2の撮像手段で確認できるので、吸着ノズルが部品の側面を吸着してしまう不良吸着を確認することができ、その部品を排除することができる。また、上記部品認識のときの第1の光源もしくは第2の光源の光の波長と、第3の光源の光の波長が相違しているので、両者が干渉仕合うことがなく、部品の認識を正確に行うことができる。そして、第1の光源と第2の光源と第3の光源が保持手段に一体化されているので、部品の認識を保持手段の移動中に行うことができると共に、部品実装の工数を大幅に減らすことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【0013】
図1は、本発明の部品認識装置の実施形態を備えた部品実装機の実施形態を示す概略斜視図である。
この部品実装機100の基台101上には、基板を搬送するためのコンベア102がX方向に架設されていると共に、このコンベア102を跨ぐ門型の2つの支柱103がコンベア102に沿って間隔をあけて配設されている。2つの支柱103間には、Xビーム104がX方向に配設され、このXビーム104の下部には、Yビーム105がY方向に配設されている。
【0014】
基台101上方のYビーム105には、部品を基板に装着するための部品装着ヘッド110及びこの部品装着ヘッド110により取り出された部品を画像認識するための部品認識装置120が配設されている。部品装着ヘッド110及び部品認識装置120は、Xビーム104とYビーム105によりXY方向に移動可能となっている。
【0015】
さらに、基台101の内部には、部品実装機100の制御用の動作プログラム等を記憶しておき、部品実装機100を制御するための制御ユニット(図示せず)が配設されている。また、図示していないが、コンベア102の両側の基台101の両側面には、部品を供給するための部品供給用カセットが複数台配列された2台の部品供給装置が着脱可能に配設されるようになっている。
【0016】
図2は、図1に示す部品装着ヘッド110及び部品認識装置120の詳細を示す一部断面側面図である。
この部品装着ヘッド(保持手段)110は、吸着ノズル111、ターレット112、ターレット用シャフト113a、ターレット用減速機114a、ターレット用モータ115a、ノズル用シャフト113b、ノズル用減速機114b、ノズル用モータ115b等を備えており、これらがヘッド支持部110aに一体的に配設されている。
【0017】
ターレット用シャフト113aは、ノズル用シャフト113bの内径部に挿入され、軸がZ方向に対して約20°の角度で傾斜するようにヘッド支持部110aに支持されている。これらのターレット用シャフト113aとノズル用シャフト113bは、同軸周りをそれぞれ独立して回転可能なようにヘッド支持部110aに支持されている。
【0018】
ターレット用減速機114aは、ターレット用モータ115aに接続され、またノズル用減速機114bは、ノズル用モータ115bに接続されており、これらは各減速機114a、114bの出力軸がターレット用シャフト113a及びノズル用シャフト113bの軸と平行となるようにヘッド支持部110aに支持されている。
【0019】
そして、ターレット用減速機114aの出力軸に嵌合されているプーリ116aと、ターレット用シャフト113aに嵌合されているプーリ117aとが、ベルト118aを介して接続され、ノズル用減速機114bの出力軸に嵌合されているプーリ116bと、ノズル用シャフト113bに嵌合されているプーリ117bとが、ベルト118bを介して接続されている。
これにより、ターレット用シャフト113aとノズル用シャフト113bは、ターレット用モータ115aとノズル用モータ115bの駆動により、同軸周りをそれぞれ独立して回転するようになっている。
【0020】
ターレット112は、円盤状に形成され、ターレット用シャフト113aの先端に同軸となるように固定されている。
吸着ノズル111は、先端に部品1を吸着して搬送するためのものであり、先端近傍には円錐形のノズル背景板111aが着脱可能に取り付けられ、後端近傍にはギア111bが嵌合されている。そして、例えば20個程度の複数の吸着ノズル111が、ターレット112の外周縁に沿って等間隔で並び、かつ先端が外側を向くように軸がターレット用シャフト113aの軸に対して約20°の角度で傾斜して支持されている。これらの吸着ノズル111は、軸に沿って上下動可能かつ軸周りを回転可能なようにターレット112に支持されている。さらに、各吸着ノズル111のギア111bは、ノズル用シャフト113bに嵌合されているノズル用ギア119と噛み合わされている。
【0021】
これにより、ターレット112は、各吸着ノズル111と共にターレット用シャフト113aの回転に従って回転し、また、各吸着ノズル111は、ノズル用シャフト113bの回転に従って回転するようになっている。
そして、ターレット112の最下点に位置した吸着ノズル111は、部品供給用カセットの部品供給部にある部品1や部品実装位置にある基板2面に対して垂直になるので、部品1を部品供給部から取り出したり基板2に装着することができる。よって、この部品実装機100では、ターレット112の最下点の位置を部品取出位置あるいは部品装着位置として使用する。
【0022】
一方、ターレット112の最上点に位置した吸着ノズル111は、最下点に位置した吸着ノズル111から最も離れており、最上点の位置で部品1を認識するようにしても、部品装着動作の妨げとはならない。よって、この部品実装機100では、ターレット112の最上点の位置を部品認識位置として使用する。
【0023】
この部品認識装置120は、第1の光源121、第2の光源122、反射手段123、第1の撮像手段124、第3の光源125、第2の撮像手段126等を備えており、これらが認識装置支持部120aに一体的に配設されている。
第1の光源121は、輪状に配設された複数の例えば660Hzの波長の光を発するLED(Light Emitting Diode)で構成されている。第2の光源122は、輪状に配設された複数の例えば660Hzの波長の光を発するLEDで構成されている。反射手段123は、例えば全反射のミラーで構成されている。第1の撮像手段124は、例えばCCD(Charge Coupled device)カメラで構成されている。
【0024】
そして、第1の光源121は、ターレット112の最上点に位置した吸着ノズル111のノズル背景板111aに対して光を照射可能なように認識装置支持部120aに支持されている。反射手段123は、ノズル背景板111aで反射された第1の光源121の光を所定角度で反射可能なように認識装置支持部120aに支持されている。第2の光源122は、反射手段123における第1の光源121の光の反射角度と同一角度で光を反射手段123で一旦反射させてから、ターレット112の最上点に位置した吸着ノズル111の先端に吸着されている部品1に照射可能なように認識装置支持部120aに支持されている。第1の撮像手段124は、反射手段123で反射された第1の光源121及び第2の光源122の光を入射可能なように認識装置支持部120aに支持されている。
【0025】
以上により、第1の光源121は、吸着ノズル111のノズル背景板111aと反射手段123の間に配設され、第2の光源122は、第1の撮像手段124と反射手段123の間に配設されることになる。
これにより、第1の光源121は、図3の矢印で示すように、吸着ノズル111のノズル背景板111aに対して照射し反射させた光Lを、吸着ノズル111の先端に吸着されている部品1の背面側から照射して遮蔽及び通過させることにより、その通過光を第1の画像光とすることができる。
【0026】
第2の光源122は、図4の矢印で示すように、反射手段123に対して照射し反射させた光Lを、吸着ノズル111の先端に吸着されている部品1の正面側から照射して反射させることにより、その反射光を第2の画像光とすることができる。そして、第1の撮像手段124は、図3もしくは図4に示すように、反射手段123で反射された第1の画像光L1もしくは第2の画像光L2を取り込んで部品1を撮像することができる。
【0027】
第3の光源125は、例えば470Hzの波長の光を発するLEDで構成されている。第2の撮像手段126は、例えばCCDカメラで構成されている。
そして、第3の光源125は、ターレット112の最上点に位置した吸着ノズル111の先端に吸着されている部品の側面に照射可能なように認識装置支持部120aに支持されている。第2の撮像手段126は、第3の光源125からの光を直接入射可能なように認識装置支持部120aに支持されている。
【0028】
これにより、第3の光源125は、吸着ノズル111の先端に吸着されている部品1の側面側から照射して遮蔽及び通過させることにより、その通過光を第3の画像光とすることができる。そして、第2の撮像手段126は、第3の画像光を取り込んで部品1を撮像することができる。
上記部品認識装置120の認識装置支持部120aは、部品装着ヘッド110のヘッド支持部110aに固定され、部品装着ヘッド110のヘッド支持部110aは、Yビーム105にY方向に移動可能に支持されている。
【0029】
このような構成において、その動作例を説明する。
先ず、基板2をコンベア102で搬入して部品実装位置に位置決めする。次に、Xビーム104とYビーム105により部品装着ヘッド110及び部品認識装置120を部品供給用カセットの部品供給部に移動させる。そして、部品装着ヘッド110のターレット112を回転させながら各吸着ノズル111を上下動させ、部品供給部にある部品1を各吸着ノズル111の先端に順次吸着させて取り出す。
【0030】
その後、部品装着ヘッド110のターレット112を回転させながら吸着した各部品1の吸着状態、つまり各部品1が正しい姿勢で各吸着ノズル111に吸着されているか否かを部品認識装置120により順次確認する。そして、その確認結果に基づいて、各吸着ノズル111を回転させて各部品1の向きを修正し、Xビーム104とYビーム105により各吸着ノズル111を水平移動して各部品1のズレ量を修正しながら各部品1を基板2の所定位置に順次装着する。以降、同様の動作により、部品の装着を制御し、全ての部品の装着が完了した基板2をコンベア102で搬出し、次の工程へ搬送する。
【0031】
ここで、部品認識装置120による部品1の吸着状態の確認動作について具体的に説明する。
図5(A)に示すように、部品1の基体1aが明度の高い素材、例えば白色のセラミック等で成るコネクタ等である場合、吸着ノズル111に吸着されている部品1を正面側から照明すると部品1の基体1aと電極部1bの区別ができなくなり、輪郭がでにくくなる。そこで、この場合は、例えばデルリン等から成る半透明のノズル背景板111aを用い、第1の光源121によりこのノズル背景板111aに光を照射して反射させ、その反射光を部品1の背面側から照射する。
【0032】
これにより、部品1の輪郭を黒いシルエットでくっきりと浮かび上がらせることができ、第1の撮像手段124に内蔵されている方眼座標と部品1の輪郭から得られる姿勢とを対比させ、部品1の向きと吸着ノズル111のセンタに対するズレ量とを確認することができる。
【0033】
また、図5(B)に示すように、部品1の基体1aが明度の低い素材、例えば黒色のプラスチック等で成る抵抗等である場合、あるいは部品1の外形が吸着ノズル111の外径より小さい場合は、黒色のノズル背景板111aを用い、第2の光源122により光を部品1の正面側から直接照射する。
【0034】
これにより、部品1とノズル背景板111a、あるいは部品1と吸着ノズル111との間でコントラストを付けて部品1の輪郭をくっきりと浮かび上がらせることができ、第1の撮像手段124に内蔵されている方眼座標と部品1の輪郭から得られる姿勢とを対比させ、部品1の向きと吸着ノズル111のセンタに対するズレ量とを確認することができる。
このように、第1の光源121と第2の光源122を切換えて部品認識を行うことにより、どのような種類の部品1であっても部品1の外形を明確に認識することができる。
【0035】
また、部品1の種類に関係なく、第3の光源125により光を部品1の側面側から直接照射して部品1の側面側の輪郭を第2の撮像手段126で確認する。これにより、立ち吸着と通称される吸着ノズル111が部品1の側面を吸着していしまった不良吸着を確認することができ、その部品を排除することができる。
尚、上記部品認識のときの第1の光源121もしくは第2の光源122の光の波長と、第3の光源125の光の波長は相違しているので、両者が干渉することはなく、部品認識を正確に行うことができる。
以上の部品認識は、部品認識装置120が部品装着ヘッド110に一体化されているので、部品装着ヘッド110の移動中に行うことができ、部品実装の工数を大幅に低減することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、部品の種類に左右されずに正確に部品を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の部品認識装置の実施形態を備えた部品実装機の実施形態を示す概略斜視図。
【図2】図1に示す部品装着ヘッド及び部品認識装置の詳細を示す一部断面側面図。
【図3】図1に示す部品認識装置における部品の認識動作を示す第1の斜視図。
【図4】図1に示す部品認識装置における部品の認識動作を示す第2の斜視図。
【図5】図1に示す部品認識装置における部品の認識状態を示す平面図。
【図6】従来の部品実装機におけるロータリーヘッドと部品認識装置を示す平面図。
【符号の説明】
1・・・部品、2・・・基板、100・・・部品実装機、101・・・基台、102・・・コンベア、103・・・支柱、104・・・Xビーム、105・・・Yビーム、110・・・部品装着ヘッド、110a・・・ヘッド支持部、111・・・吸着ノズル、111a・・・ノズル背景板、112・・・ターレット、113a・・・ターレット用シャフト、113b・・・ノズル用シャフト、114a・・・ターレット用減速機、114b・・・ノズル用減速機、115a・・・ターレット用モータ、115b・・・ノズル用モータ、116a、116b、117a、117b・・・プーリ、118a、118b・・・ベルト、119・・・ノズル用ギア、120・・・部品認識装置、120a認識装置支持部、121・・・第1の光源、122・・・第2の光源、123・・・反射手段、124・・・第1の撮像手段、125・・・第3の光源、126・・・第2の撮像手段
Claims (6)
- 保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置において、
前記保持手段に保持されている前記部品の背面側に対して光を照射して前記部品の第1の画像光とする第1の光源と、
前記保持手段に保持されている前記部品の正面側に対して光を照射して前記部品の第2の画像光とする第2の光源と、
前記第1の画像光もしくは前記第2の画像光を所定角度で反射させる反射手段と、
前記反射手段で反射された前記第1の画像光もしくは前記第2の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第1の撮像手段と、
前記保持手段に保持されている前記部品の側面側に対して光を照射して前記部品の第3の画像光とする第3の光源と、前記第3の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第2の撮像手段とを備え、
前記第1及び第2の光源の光波長と前記第3の光源の光波長が相違している
ことを特徴とする部品認識装置。 - 前記第1の光源は、前記保持手段と前記反射手段の間に輪状に配設されており、前記保持手段に対して照射し反射させた光を、前記保持手段に保持されている前記部品の背面側から照射して遮蔽及び通過させることにより、その通過光を前記第1の画像光とする請求項1に記載の部品認識装置。
- 前記第2の光源は、前記第1の撮像手段と前記反射手段の間に輪状に配設されており、前記反射手段に対して照射し反射させた光を、前記保持手段に保持されている前記部品の正面側から照射して反射させることにより、その反射光を前記第2の画像光とする請求項1に記載の部品認識装置。
- 部品を保持する保持手段と、前記保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置とを備え、前記部品認識装置による認識結果に基づいて前記保持手段に保持されている前記部品を基板に実装する部品実装機において、
前記部品認識装置が、
前記保持手段に保持されている前記部品の背面側に対して光を照射して前記部品の第1の画像光とする第1の光源と、
前記保持手段に保持されている前記部品の正面側に対して光を照射して前記部品の第2の画像光とする第2の光源と、
前記第1の画像光もしくは前記第2の画像光を所定角度で反射させる反射手段と、
前記反射手段で反射された前記第1の画像光もしくは前記第2の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第1の撮像手段と、
前記保持手段に保持されている前記部品の側面側に対して光を照射して前記部品の第3の画像光とする第3の光源と、前記第3の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第2の撮像手段とを備え、
前記第1及び第2の光源の光波長と前記第3の光源の光波長が相違している
ことを特徴とする部品実装機。 - 前記第1の光源は、前記保持手段と前記反射手段の間に輪状に配設されており、前記保持手段に対して照射し反射させた光を、前記保持手段に保持されている前記部品の背面側から照射して遮蔽及び通過させることにより、その通過光を前記第1の画像光とする請求項4に記載の部品実装機。
- 前記第2の光源は、前記第1の撮像手段と前記反射手段の間に輪状に配設されており、前記反射手段に対して照射し反射させた光を、前記保持手段に保持されている前記部品の正面側から照射して反射させることにより、その反射光を前記第2の画像光とする請求項4に記載の部品実装機。
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