JP4298462B2 - 部品認識装置、部品認識方法、表面実装機および部品試験装置 - Google Patents

部品認識装置、部品認識方法、表面実装機および部品試験装置 Download PDF

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本発明は、IC等の電子部品を吸着ノズルにより負圧吸着して搬送するように構成された表面実装機や部品試験装置等に適用される部品認識装置、部品認識方法、さらに前記部品認識装置を備えた表面実装機および部品試験装置に関するものである。
従来から、吸着ノズルを備えた移動可能なヘッドユニットによりIC等のチップ部品を負圧吸着し、プリント基板上の所定位置に搬送して実装するように構成された表面実装機が一般に知られている。
この種の表面実装機では、部品の吸着ミスや吸着ズレに伴う実装不良を防止するために、事前(実装前)に吸着部品を画像認識してその吸着状態を調べることが行われている。
このような吸着部品の画像認識は、CCDエリアセンサ又はCCDリニアセンサ(ラインセンサ)を備えたカメラを使って吸着部品を撮像することにより行われるが、カメラに対して相対的に部品を移動させながら吸着部品を撮像できる点で実装効率的に有利なことから、多くの表面実装機ではCCDリニアセンサ(以下、リニアセンサと略す)を備えたカメラを使って吸着部品を画像認識することが行われている(例えば、特許文献1)。
特開2001−111299号公報
上記のような表面実装機では、近年、実装効率を高めるべく複数の吸着ノズルをヘッドユニットに設け、複数の部品を同時にプリント基板上に搬送して実装することが行われているが、リニアセンサを使って部品認識を行う表面実装機では、次のような解決すべき課題がある。
すなわち、リニアセンサを使う場合、カメラに対して相対的に部品を移動させながら部品を撮像できるもののその際の相対的な移動速度はある程度制限され、ヘッドユニットのMAX速度からするとかなり低速で移動させる必要がある。そのため、複数の部品を同時に搬送する上記のような表面実装機では、同時に多くの部品をプリント基板上へ搬送できるものの、逆に、部品認識のためにヘッドユニットを低速移動させる時間は増えることとなり、複数の吸着ノズルをヘッドユニットに設けることによるメリットを充分に生かし切れないという事態が生じている。
また、このような事態を解消すべく、ヘッドユニットにカメラを移動可能に搭載し、部品吸着後、ヘッドユニットがプリント基板上に移動する間にこのカメラを吸着ノズルの並び方向に移動させて部品を撮像することも考えられている。しかし、吸着ノズルの数が増えると、全ての部品を撮像し終わるまでにヘッドユニットが目標位置に到達してしまい、このような場合には、部品を撮像し終わるまで次の動作に移行することができなかった。
なお、このような問題は表面実装機に限らず、例えば、電子部品を吸着ノズルにより負圧吸着した状態で検査装置に搬送して各種試験を実施するいわゆる部品試験装置においても同様に発生している。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、ヘッドユニットに設けられた複数の吸着ノズルによりそれぞれ部品を吸着し、これらの部品の吸着状態を、リニアセンサを備えたカメラを使って画像認識してから実装するように構成された表面実装機等の装置に関し、吸着部品の画像認識処理をより効率良く行うことができるようにすることを目的としている。
上記の課題を解決するために、本発明は、複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより電子部品を吸着して目的位置まで搬送する際に、リニアセンサを備えた撮像手段と前記ヘッドユニットとを前記吸着ノズルの配列方向に相対的に移動させて各吸着ノズルによる吸着部品を撮像して該部品の吸着状態を画像認識する装置であって、前記撮像手段が、前記吸着ノズルの配列方向であって、かつ両端の吸着ノズルの間隔よりも狭い間隔を隔てて設定された複数の画像取込位置において前記各吸着ノズルに吸着されている部品の像を取込み可能に構成されると共に、前記各画像取込位置においてそれぞれ取り込まれる部品像を前記リニアセンサのそれぞれ異なる領域に導いて結像させる光路形成部材を備えているものである(請求項1)。
上記の部品認識装置において、前記撮像手段は、前記リニアセンサと光路形成部材との相対的な位置関係を変更する変更機構を備え、この変更機構は、各画像取込位置から取り込まれる部品像をリニアセンサのそれぞれ異なる領域に結像させる第1撮像状態と、各画像取込位置から取り込まれる部品像のうち一の部品像のみをリニアセンサに結像させる第2撮像状態とに前記リニアセンサと光路形成部材との位置関係を切換可能に構成されているのがより好ましい(請求項)。この場合、前記吸着ノズルによる吸着部品の種類に応じて前記リニアセンサと光路形成部材との位置関係を第1撮像状態又は第2撮像状態の何れかにセットすべく前記撮像手段を制御する制御手段を備えているのが好ましい(請求項)。
また、上記の課題を解決するために、本発明は、複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより電子部品を吸着して目的位置まで搬送する際に、制御手段による制御によりリニアセンサを備えた撮像手段に対して前記ヘッドユニットを前記吸着ノズルの配列方向に移動させると共にこの移動中に各吸着ノズルによる吸着部品を撮像して該部品の吸着状態を画像認識する装置であって、記撮像手段は、前記吸着ノズルの配列方向であって、かつ両端の吸着ノズルの間隔よりも狭い間隔を隔てて設定された二つの画像取込位置でそれぞれ前記吸着ノズルにより吸着された部品の像を取込み可能に構成されており、前記制御手段は、部品吸着後、前記複数の吸着ノズルのうち吸着部品を撮像する際の前記ヘッドユニットの移動方向における先頭の吸着ノズルが前記二つの画像取込位置のうち前記移動方向における前方側の画像取込位置に対向する所定の撮像開始位置に配置されるように前記ヘッドユニットを移動させる動作と、当該撮像開始位置からヘッドユニットを移動させることにより前記複数の吸着ノズルのうち互いに異なる吸着ノズルに吸着された部品の像を前記各画像取込位置において並行して取込ませる撮像動作と、全ての吸着部品の撮像が終了した後にヘッドユニットを目的位置に移動させる動作とを連続して実行すると共に、これら動作のうち前記撮像動作におけるヘッドユニットの移動速度がその他の動作の移動速度よりも低速で行われるように前記ヘッドユニットを制御するように構成されたものである。
なお、請求項1又は2に記載の画像認識装置において、前記撮像手段は、前記リニアセンサとして前記各画像取込位置において取り込まれる部品像をそれぞれ撮像する複数のリニアセンサを備えているものであってもよい(請求項6)。
また、本発明は、複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより部品供給部から電子部品を吸着し、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識してから基板上に実装する表面実装機において、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する手段として、請求項1乃至の何れかに記載の部品認識装置を備えているものである(請求項)。
さらに、本発明は、複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより部品供給部から電子部品を吸着し、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識してから該部品を検査手段に移載して各種検査を行う部品試験装置において、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する手段として、請求項1乃至の何れかに記載の部品認識装置を備えているものである(請求項)。
一方、本発明の部品認識方法は、複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより電子部品を吸着して目的位置まで搬送する際に、請求項1乃至の何れかに記載の部品認識装置を使って各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する方法であって、部品吸着後、両端の吸着ノズルの中間部分に前記複数の画像取込位置の1つが位置する所定の撮像開始位置にヘッドユニットおよび撮像手段を配置し、この位置から前記ヘッドユニットと撮像手段とを前記吸着ノズルの配列方向に相対的に移動させることにより前記複数の画像取込位置からそれぞれ吸着部品像を取込んで撮像するようにしたものである。
本発明に係る画像認識装置によると、例えば部品吸着後、両端の吸着ノズルの中間部分に前記複数の画像取込位置の1つが位置する所定の撮像開始位置にヘッドユニットおよび撮像手段を配置し、この位置から前記ヘッドユニットと撮像手段とを前記吸着ノズルの配列方向に相対的に移動させて複数の画像取込位置からそれぞれ吸着部品像を取込んで撮像することにより(請求項1,請求項)、各吸着ノズルに吸着されている部品を順番に一つずつ撮像する場合に比べて部品の撮像に要する時間、つまりヘッドユニットを低速(撮像速度)で移動させる時間を短縮することが可能となる。従って、吸着部品の画像認識処理をより効率良く行うことができるようになる。また、複数の部品像を共通のリニアセンサの異なる領域に結像させるので、少ない数のリニアセンサでそれより多くの部品を同時に撮像可能となるので安価で合理的な構成が達成される。
なお、請求項1の「吸着ノズルの配列方向であって、かつ両端の吸着ノズルの間隔よりも狭い間隔」とは、複数の吸着ノズルを周方向に一列に並べたヘッドユニット(所謂ロータリーヘッド)については、一の吸着ノズルとその一方側に隣接する吸着ノズルとの間の角度間隔(広角側の角度間隔)をいうものとする。
この場合、請求項4及び5に係る部品認識装置のように、各画像取込位置から取り込まれる部品像をリニアセンサのそれぞれ異なる領域に結像させる第1撮像状態と、各画像取込位置から取り込まれる部品像のうち一の部品像のみをリニアセンサに結像させる第2撮像状態とに切換可能に構成すれば、部品の大きさに応じてその切換えを行うことによって大小の部品の画像認識を合理的に、かつ適切に行うことが可能となる。つまり、吸着部品が小型部品の場合には第1撮像状態とすることにより共通のリニアセンサを使って複数の小型部品を同時に撮像することができ、その一方、吸着部品が大型部品の場合には第2撮像状態に切換えることによりリニアセンサ全体を使って一つの大型部品を撮像することができる。これにより大小の部品の画像認識を適切に行うことが可能となる。特に、請求項5に係る画像認識装置によれば、このような撮像状態の切換えを自動的に行うことが可能となる。
また、請求項4に係る部品認識装置によれば、各吸着ノズルに吸着されている部品を順番に一つずつ撮像する場合に比べて部品の撮像に要する時間、つまりヘッドユニットを低速(撮像速度)で移動させる時間を短縮することが可能となる。従って、吸着部品の画像認識処理をより効率良く行うことができるようになる。
一方、本発明に係る表面実装機(請求項)および部品試験装置(請求項)によると、上記のような部品認識装置を備えていることにより、吸着部品の画像認識に要する時間を従来に比べて短縮することが可能となる。従って、実装処理又は試験処理をより効率良く行うことができるようになるという効果がある。
なお、本発明において「列状」とは、複数の吸着ノズルからなる列が一列、あるいは複数列並んだ状態をいい、複数の吸着ノズルは、直線状、曲線状、円弧状あるいは円形状に一列、あるいは複数列をなしてヘッドユニットに搭載される。つまり、撮像手段と列状の吸着ノズルが配列方向に相対的に移動するとき、リニアセンサは複数の画像取込位置で一列、あるいは複数列の吸着ノズルに吸着されている部品の像を読取ることとなり、これによって画像認識の効率化が図られる。
本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。
図1及び図2は本発明に係る表面実装機(本発明に係る部品認識方法、部品認識装置が適用される表面実装機)を概略的に示している。同図に示すように表面実装機(以下、実装機と略す)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3がこのコンベア2上を搬送されて所定の装着作業位置で停止されるようになっている。
上記コンベア2の両側には、部品供給部4が配置されている。これら部品供給部4には、多数列のテープフィーダー4aが設けられている。各テープフィーダー4aは、それぞれ、IC、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ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構成されており、後述するヘッドユニット6により部品が取り出されるに伴い間欠的に部品を繰り出すように構成されている。
上記基台1の上方には、部品装着用のヘッドユニット6が装備されている。このヘッドユニット6は、部品供給部4とプリント基板3が位置する部品装着部とにわたって移動可能とされ、X軸方向(コンベア2と平行な方向)及びY軸方向(コンベア2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、Y軸方向の固定レール7と、Y軸サーボモータ9により回転駆動されるボールねじ軸8とが配設され、上記固定レール7上にヘッドユニット支持部材11が配置され、この支持部材11に設けられたナット部分12が上記ボールねじ軸8に螺合している。また、上記支持部材11には、X軸方向のガイド部材13と、X軸サーボモータ15により駆動されるボールねじ軸14とが配設され、上記ガイド部材13にヘッドユニット6が移動可能に保持され、このヘッドユニット6に設けられたナット部分(図示せず)がボールねじ軸14に螺合している。そして、Y軸サーボモータ9の作動により上記支持部材11がY軸方向に移動するとともに、X軸サーボモータ15の作動によりヘッドユニット6が支持部材11に対してX軸方向に移動するようになっている。
また、Y軸サーボモータ9及びX軸サーボモータ15には、それぞれエンコーダ10,16が設けられており、これによって上記ヘッドユニット6の移動位置が検出されるようになっている。
ヘッドユニット6には部品装着用の複数の実装用ヘッド18が搭載されており、当実施形態では8本の実装用ヘッド18がX軸方向に等間隔で一列に並べて搭載されている。
実装用ヘッド18は、それぞれヘッドユニット6のフレームに対してZ軸方向の移動及びR軸(ノズル中心軸)回りの回転が可能とされ、サーボモータを駆動源とする昇降駆動手段および回転駆動手段により駆動されるようになっている。また、各実装用ヘッド18には、その先端(下端)に吸着ノズル18aが装着されており、図外の負圧供給手段から吸着ノズル先端に負圧が供給されることにより、この負圧による吸引力で部品を吸着するようになっている。なお、以下の説明において実装用ヘッド18を区別する必要がある場合には最右側(図2において右側)の実装用ヘッド18から順に第1番目,第2番目……という具合に番号を付して呼ぶことにする。
前記基台1上には、さらにヘッドユニット6による部品の吸着状態を画像認識するための撮像ユニット20(撮像手段)が設けられている。撮像ユニット20は、各部品供給部4の中央(X軸方向中央)にそれぞれ配置されている。
各撮像ユニット20は、図3に示すように、Y軸方向(図3では紙面に直交する方向)に撮像素子が並ぶCCDリニアセンサ22aを備え、かつ基台1上に上向きに固定されるカメラ22と、多数のLEDを備えた照明装置24(図6に示す)とを備えており、ヘッドユニット6が撮像ユニット上をX軸方向に移動する間に、各実装用ヘッド18に吸着されている部品をその下側から撮像して、その画像信号を後記コントローラ30に出力するように構成されている。
各撮像ユニット20は、複数の部品像を前記リニアセンサのそれぞれ異なる領域に同時に結像させるための例えばプリズムからなる光路形成部材25と、この光路形成部材25を移動させてカメラ22による部品の撮像状態を切換える切換機構(変更機構)とを備えている。
光路形成部材25は、図3,図4に示すように、吸着部品で反射した光(部品像)の入射面26a,27a(画像取込位置)をそれぞれ有し、一方側の入射面26aからの入射光をリニアセンサ22aのうちその素子配列方向における片方側半分の領域に結像させるように導光する第1導光部26と、他方側の入射面27aからの入射光をリニアセンサ22aのうちその素子配列方向における他方側半分の領域に結像させるように導光する第2導光部27とを備えており、全体として平面視でS字型の形状に形成されている。
各導光部26,27の入射面26a,27aはX軸方向に間隔を隔てて並んでおり、具体的には、入射面26a,27aの中心間距離がヘッドユニット6に搭載される実装用ヘッド18のうち第1番目と第5番目(図3の右側から第1番目と第5番目)の実装用ヘッド18のピッチWに等しくなる間隔で入射面26a,27aが並んでいる。つまり、吸着部品の画像認識のためにヘッドユニット6が撮像ユニット上をX軸方向に移動すると、各実装用ヘッド18による吸着部品のうち前記入射面26a,27aに対応する部分の2つの部品像がそれぞれ入射面26a,27aを介して取込まれて共通のカメラ22により同時に撮像されるようになっている。
前記切換機構は、図4に示すように光路形成部材25の中心がカメラ22の光軸O上にあって上述のように入射面26a,27aから入射した光がリニアセンサ22aの異なる領域に導光される状態(第1撮像状態)と、図5に示すように光路形成部材25の中心がカメラ22の光軸OからY軸方向に僅かずれて入射面26a,27aのうち一方側の入射面26aから入射した光のみがリニアセンサ22aに導光される状態(第2撮像状態)とに前記カメラ22と光路形成部材25との相対的な位置関係を切換えるように構成されている。
具体的には、図3に示すように光路形成部材25を保持するホルダ28が設けられこのホルダ28が前記基台1に対してY軸方向に移動可能に支持されるとともに、基台1に固定されたエアシリンダ29のロッド先端にこのホルダ28が連結されている。そして、電磁バルブ29a(図6に示す)の切換制御に応じてエアシリンダ29へのエア圧の給排が切換えられると光路形成部材25とホルダ28とが一体にカメラ22に対して相対的にY軸方向に移動し、カメラ22による撮像状態が上記のような第1撮像状態と第2撮像状態とに切換えられるようになっている。
図6は、上記実装機の制御系をブロック図で示している。
上記実装機は、論理演算を実行する周知のCPU、そのCPUを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するROMおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するRAM等から構成されるコントローラ30を有している。
このコントローラ30は、機能構成として主制御部32、軸制御部34、撮像ユニット制御部36、画像処理部38および記憶部40を含んでいる。
主制御部32は、実装機の動作を統括的に制御するもので、記憶部40に予め記憶されているプログラムに従ってヘッドユニット6等を作動させるべく軸制御部34を介してサーボモータ9,15等の駆動を制御するとともに、実装動作中に前記撮像ユニット20により撮像される吸着部品の画像に基づいて吸着ズレ量(吸着誤差)の演算等を行う。また、記憶部40に記憶されている実装部品データに基づき撮像ユニット20による部品の撮像状態を第1撮像状態と第2撮像状態とに切換えるべく撮像ユニット制御部36に制御信号を出力する。
撮像ユニット制御部36は、撮像ユニット20のカメラ22および照明装置24の駆動を制御するとともに、カメラ22による吸着部品の撮像状態を第1撮像状態と第2撮像状態とに切換えるべく前記電磁バルブ29aを切換制御するものである。
画像処理部38は、撮像ユニット20の前記カメラ22から出力される画像信号に所定の処理を施すことにより部品認識に適した画像データを生成して主制御部32に出力するものである。
記憶部40は、実装機の動作プログラムや、実装部品データ、例えば部品の種類や大きさ等に関するデータを記憶するものである。
次に、上記コントローラ30の制御に基づく実装動作について図7のフローチャートに基づき、図8〜図11を参照しながら説明する。
図7において、実装動作が開始されると、まず、ヘッドユニット6が部品供給部4に移動して各実装用ヘッド18による部品の吸着が行われる(ステップS1)。
部品の吸着が終了すると吸着部品のサイズチェックが行われる(ステップS2)。吸着部品のサイズチェックとは、撮像ユニット20による吸着部品の画像認識に際して各実装用ヘッド18に吸着された部品のサイズが前記第1撮像状態で撮像可能なサイズであるか否かのチェックである。つまり、第1撮像状態では、上述のように2つの部品像を並べて撮像するため、ステップS2では各部品がリニアセンサ22aの半分の領域(素子列)で撮像できるサイズの部品であるか否かが調べられる。
次いで、実装用ヘッド18に吸着された全ての部品が第1撮像状態で撮像可能であるか否かが判断され、ここで撮像可能であると判断された場合には、さらに撮像ユニット20が第1撮像状態にセットされているか否かが判断され、ここでセットされていないと判断された場合には、撮像ユニット20が第1撮像状態に切換えられた後、ステップS6に移行される(ステップS3〜S5)。なお、ステップS4で第1撮像状態にセットされていると判断された場合には、ステップS5をスキップしてステップS6に移行される。
これに対して、ステップS3でNOと判断された場合、つまり吸着部品に第1撮像状態で撮像できない大サイズの部品が含まれていると判断された場合には、撮像ユニット20が第2撮像状態にセットされているか否かがさらに判断され、ここでセットされていないと判断された場合には、前記電磁バルブ29aの操作により撮像ユニット20が第2撮像状態に切換えられた後、ステップS6に移行される(ステップS3,S10,S5)。なお、ステップS10で第1撮像状態にセットされていると判断された場合にはステップS6に移行される。
ステップS6では、ヘッドユニット6による部品の吸着状態を画像認識すべくヘッドユニット6が撮像ユニット20上方の所定の撮像開始位置に移動した後、撮像ユニット20上をX軸方向に移動する。これにより前記カメラ22によって吸着部品が撮像されることとなる(ステップS7)。
詳しくは、部品吸着後、図3に示すように光路形成部材25の一方側(図3では右側)の入射面26aに第1番目(最右側)の実装用ヘッド18が、また他方側の入射面27aに第5番目(中間部分)の実装用ヘッド18が対向する位置(撮像開始位置)にヘッドユニット6がセットされた後、この位置からX軸方向(図中白抜き矢印で示す方向)にヘッドユニット6が移動する。この際、部品供給部4から前記撮像開始位置まではヘッドユニット6が可及的に速い速度(高速)で移動し、その後は部品の撮像に適した速度(低速)でX軸方向に移動する。
ここで、ステップS3でYESと判断され、撮像ユニット20が第1撮像状態にセットされている場合には、撮像開始位置から第4番目の実装用ヘッド18が前記入射面26aに対向する位置までヘッドユニット6が低速で移動する。このようにヘッドユニット6が移動すると、図8に示すように実装用ヘッド18のうち第1番目〜第4番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品像が光路形成部材25の第1導光部26によって案内されながら順次ニアセンサ22aの片側半分の領域に結像する一方、第5番目〜第8番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品像が光路形成部材25の第2導光部27に案内されながら順次リニアセンサ22aの他方側半分の領域に結像することとなる。その結果、図9に示すように、第1番目〜第4番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品と第5番目〜第8番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品とが二列に並んだ状態で撮像されることとなる。
これに対し、ステップS3でNOと判断され、撮像ユニット20が第2撮像状態にセットされている場合には、撮像開始位置から第8番目の実装用ヘッド18が前記入射面26aに対向する位置までヘッドユニット6が低速で移動する。このようにヘッドユニット6が移動すると、図10に示すように第1番目〜第8番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品像が光路形成部材25の第1導光部26によって案内されながら順次ニアセンサ22aの中央部分に結像することとなる。その結果、図11に示すように、第1番目〜第8番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品が一列に並んだ状態で各吸着部品が撮像されることとなる。
こうして全ての実装用ヘッド18の吸着部品が撮像されると、具体的には、撮像ユニット20が第1撮像状態にセットされている場合には第4番目の実装用ヘッド18が前記入射面26aに対向する位置までヘッドユニット6が移動し、また、撮像ユニット20が第2撮像状態にセットされている場合には第8番目の実装用ヘッド18が前記入射面26aに対向する位置までヘッドユニット6が移動すると、ヘッドユニット6がプリント基板3上に高速で移動するとともにその間にステップS7で撮像された画像に基づいて吸着ノズル18aに対する部品の吸着ズレ(吸着誤差)、詳しくはノズル中心に対する部品中心のX軸およびY軸方向のズレと、ノズル中心回りの部品のズレが求められ、このズレに基づいてヘッドユニット6の移動目標位置および実装用ヘッド18の目標回転角が再設定される(ステップS8)。
そして、再設定された目標位置に従ってヘッドユニット6等が駆動制御されることにより、各実装用ヘッド18に吸着された部品が順次プリント基板3上に実装され(ステップS9)、これにより本フローチャートが終了する。
以上のような実装機によると、ICチップ等、小型部品ばかりを実装する場合には、撮像ユニット20が第1撮像状態にセットされた状態で吸着部品の撮像が行され、この場合には、上述のように第1〜第4番目の実装用ヘッド18による吸着部品と第5〜第8番目の実装用ヘッド18による吸着部品がヘッドユニット6の移動に伴い同時に撮像される。そのため、画像認識のための走査距離、つまり吸着部品を撮像するためのヘッドユニット6の移動距離は実装用ヘッド18の数の半分(実装用ヘッド4本分)の距離で済むこととなる。従って、従来のこの種の実装機と比較すると、部品認識のためにヘッドユニットを低速(撮像速度)で移動させる時間を半減することができ、吸着部品の画像認識処理をより効率良く行うことができるようになる。
しかも、この実装機では、光路形成部材25を使って2つの部品像をリニアセンサ22aの異なる領域に結像させることによって2つの部品像を同時に撮像するように構成されているので、2つの部品を同時に撮像しながらもカメラ22や画像メモリを共通化した合理的な構成が達成されるという効果もある。
その上、実装部品として大型部品、例えばQFP等のパッケージ部品が含まれているときには、撮像ユニット20が第2撮像状態にセットされた状態で吸着部品が撮像され、この場合には、上述のようにヘッドユニット6の移動に伴い第1番目の実装用ヘッド18に吸着された部品から順番に1つずつリニアセンサ22aの全体を使って部品が撮像される。そのため、ICチップ等の小型部品に限らず、QFP等の大型部品についても画像認識を適切に行うことが可能であり、幅広い種類の部品に対応できるという効果がある。特に、この実装機では、記憶部40に予め記憶されている実装部品データに基づいて撮像ユニット20を第1撮像状態又は第2撮像状態に切換えるように構成されているので、大小種類の異なる部品が実装部品として混在しているような場合でも、最適な撮像状態が自動的に選択されこととなる。従って、吸着部品の画像認識処理を適切に、かつ効率良く行うことができるという効果がある。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図12及び図13は、本発明に係る実装機(本発明に係る部品認識方法、部品認識装置が適用される表面実装機)の第2実施形態を示している。なお、この実装機の基本構成は第1実施形態の実装機と共通するため、共通部分については同一符号を付して説明を省略し、以下に第1実施形態との相違点についてのみ詳細に説明することにする。
第2実施形態の実装機は、吸着部品を画像認識するための撮像ユニット20がヘッドユニット6に搭載されており、部品吸着後、ヘッドユニット6がプリント基板3上に移動する間に撮像ユニット20がヘッドユニット6に対して相対的に移動して吸着部品を撮像するように構成されている。この点で第1実施実施形態の実装機と構成が相違している。
詳細に説明すると、ヘッドユニット6のフレーム本体にはX軸方向に移動可能な可動フレーム50が設けられ、この可動フレーム50に、光路形成部材25、カメラ22および照明装置24を一体に保持したホルダ28がY軸方向に進退可能に支持されている。すなわち、ヘッドユニット6のフレーム本体には、X軸方向に延びる固定レール(図示省略)と、サーボモータ52により駆動されるボールねじ軸54とが搭載され、上記固定レールに可動フレーム50が装着されるとともに該フレーム50のナット部分が前記ボールねじ軸54に螺合装着されている。また、可動フレーム50にY軸方向に延びる固定レールが設けられ、前記ホルダ28がこの固定レールに装着されるとともに、可動フレーム50に搭載された図外のエアシリンダのロッド先端に連結されている。そして、サーボモータ52の作動により可動フレーム50がヘッドユニット6のフレーム本体に対してX軸方向に移動する一方、前記エアシリンダへのエア圧の給排切換に応じて光路形成部材25等がホルダ28と一体に可動フレーム50に対してY軸方向に進退、具体的には、図14に示すように、実装用ヘッド18の直下方に位置する作動位置(図14中一点鎖線に示す位置)とこの位置から側方に退避する退避位置(図4中実線で示す位置)とに進退移動するようになっている。なお、エアシリンダへのエア圧の給排切換はヘッドユニット6に搭載される電磁バルブの切換制御により行われるようになっている。
第2実施形態における撮像ユニット20では、図14,図15に示すようにカメラ22が水平横向きの状態、より詳しくはリニアセンサ22aの撮像素子がY軸方向に並ぶ水平横置きの状態で設けられている。そして、このカメラ22の前側(図4では左側)に光路形成部材25が配設されている。なお、第2実施形態の光路形成部材25は、全体としてX軸方向に細長の形状に形成されており、撮像ユニット20がヘッドユニット6の一端側(図13では左端)の撮像開始位置であって、かつ前記作動位置に配置された状態で、図16に示すように、第5番目の実装用ヘッド18に吸着された部品像を第1導光部26によりリニアセンサ22aのうちその素子配列方向における片方側半分の領域に結像させるとともに、第8番目の実装用ヘッド18に吸着された部品像を第2導光部27によりリニアセンサ22aのうちその素子配列方向における片方側半分の領域に結像させるように構成されている。
なお、図示を省略するが、第2実施形態の実装機の制御系も、その基本的な構成は図6に示した第1実施形態の構成と共通しているが、第2実施形態では、撮像ユニット20をX軸方向およびY軸方向に移動させるための前記サーボモータ52および電磁バルブがそれぞれ撮像ユニット制御部36により駆動制御されるように構成されている。
上記のような第2実施形態の実装機において、吸着部品の画像認識は次のようにして行われる。
まず、撮像ユニット20が撮像開始位置(図12,13に示す位置)であって、かつ前記退避位置にセットされた状態で、ヘッドユニット6が部品供給部4上に配置されて各実装用ヘッド18による部品の吸着が行われる。
部品吸着が終了すると、ヘッドユニット6が部品供給部4からプリント基板3上へ移動するとともに、その間に撮像ユニット20が移動して各実装用ヘッド18に吸着された部品が撮像される。具体的には、図15中に矢印(1)〜(3)で示すように、まず、
(1)撮像ユニット20が退避位置から作動位置に前進移動し、光路形成部材25が吸着部部品の下方に配置される。
(2)撮像ユニット20が前記撮像開始位置からX軸方向反対側の撮像終了位置、すなわち第1導光部26の入射面26aが第1番目の実装用ヘッド18を通過する位置に向って移動する。この移動により、実装用ヘッド18のうち第4番目〜第1番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品像が光路形成部材25の第1導光部26によって案内されながら順次リニアセンサ22aの片側半分の領域に結像する一方、第8番目〜第5番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品像が光路形成部材25の第2導光部27に案内されながら順次リニアセンサ22aの他方側半分の領域に結像することとなり、順次、第4番目〜第1番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品と第8番目〜第5番目の各実装用ヘッド18に吸着された部品とが同時に撮像される。
(3)撮像終了位置に到達すると、撮像ユニット20が退避位置に移動した後、さらに撮像開始位置にリセットされることとなる。
以上のような第2実施形態の実装機おいては、ヘッドユニット6において撮像ユニット20が各実装用ヘッド18に対して相対的に移動することにより各吸着部品が撮像されるが、この場合も、上述のように第1〜第4番目の実装用ヘッド18による吸着部品と第5〜第8番目の実装用ヘッド18による吸着部品とが撮像ユニット20の移動に伴い同時に撮像されるため、画像認識のための走査距離、つまり吸着部品を撮像するための撮像ユニット20の移動距離は実装用ヘッド18の数の半分(実装用ヘッド4本分)の距離で済むこととなる。そのため、従来のこの種の実装機と比較すると、部品認識のためにヘッドユニットを低速(撮像速度)で移動させる時間を半減することができ、例えば、ヘッドユニット6をより高速で部品供給部4からプリント基板3に移動させながらその間を利用して吸着部品の画像認識を行うこと(つまり終了させること)が可能になる。従って、部品の実装をより効率的に行うことができるようになる。
ところで、以上説明した第1および第2実施形態の実装機は、本発明に係る表面実装機(本発明に係る部品認識方法、部品認識装置が適用される表面実装機)の最良の実施形態の例であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、以下のような態様を採用することもできる。
(1)第1実施形態では、光路形成部材25を使って2つの吸着部品像を共通のカメラ22によって撮像するようにしているが、図17に示すように二つのカメラ22をX軸方向に並べて設けることにより2つの吸着部品を同時に撮像するように構成してもよい。この構成によれば、各カメラ22のリニアセンサ22a全体を使って1つの部品像を撮像できるので、第1実施形態のような切換機構を設けることなくチップ部品等の小型部品からQFP等の大型部品までを画像認識することができるというメリットがある。なお、第2実施形態の構成の場合には、二つのカメラ22を上向きにしてX軸方向に並べた状態で撮像ユニット20に設けるようにすればよい。
(2)各実施形態では、実装用ヘッド18に吸着された部品のうち2つの部品を同時に撮像するように撮像ユニット20が構成されているが、三つ以上の部品を同時に撮像できるように撮像ユニット20を構成してもよい。
なお、必ずしも複数の部品を同時に撮像する必要はなく、吸着部品を連続的に撮像できるように撮像ユニット20を構成してもよい。例えば、第1実施形態について説明すれば、第1番目の実装用ヘッド18による吸着部品像が撮像された後、連続して第5番目の実装用ヘッド18による吸着部品像が撮像されるという具合に、吸着部品像が時間差をもって各導光部26,27を介してリニアセンサ22aに導光されるように画像取込位置、つまり光路形成部材25の入射面26a,27aの間隔を設定してもよい。
(3)第2実施形態では、常に2つの吸着部品像を共通のカメラ22によって撮像するように撮像ユニット20が構成されているが、第1実施形態と同様に、撮像ユニット20における光路形成部材25とカメラ22との相対的な位置関係を切換える切換機構を設けることにより、カメラ22で2つの部品を同時に撮像する状態と1つの部品を撮像する状態とに切換可能に構成してもよい。
(4)実施形態では、本発明を、8本の実装用ヘッド18がX軸方向に一列に設けられた実装機に適用した例について説明しているが、例えば、図18に示すように、実装用ヘッド18を円周方向に配置した所謂ロータリーヘッド6′をもつ実装機についても本発明は適用可能である。この場合には、例えば、同図に示すように実装用ヘッド18の回転軌道の下側に2つのカメラ22を上向きに、かつ周方向に180°ずれた間隔で設けるようにすればよい。このようにすればロータリーヘッド6′の回転に伴い各カメラ22により同時に2つの吸着部品を撮像できるため、ロータリーヘッド6′半周で全ての吸着部品を撮像することができる。従って、上記実施形態と同様に、吸着部品の画像認識をより効率的に行うことができるようになる。なお、この場合、第1実施形態と同様に、実装用ヘッド18の回転軌道の下側に、周方向に180°だけずれた間隔で一対の入射面をもつプリズム等の光路形成部材を設け、共通のカメラ22により2つの部品像を同時に撮像するように構成することもできる。
(5)実施形態では、本発明を表面実装機に適用した例について説明したが、本発明は、例えば、ICチップ等の電子部品を検査する部品試験装置に適用することも可能である。
図19は、本発明に係る部品試験装置(本発明に係る部品認識方法、部品認識装置が適用される部品試験装置)を示す平面図である。なお、図中には、方向性を明確にするためにX軸、Y軸を示している。
図19に示すように、部品試験装置60の基台61には、ベアチップがダイシングされた状態のウェハWaを上下多段に収納したカセット62を装着可能なカセット設置部63が設けられている。このカセット設置部63に装着されたカセット62は、図略の搬送機構により基台61に形成された開口部64の下方位置に搬送され、この位置でベアチップがヘッド65によって取上げられる。ヘッド65は、基台61上でY軸方向に延びるレール66に沿って、上記開口部64から部品待機部67までベアチップを搬送するようになっている。部品待機部67は、基台61上でX軸方向に延びる一対のレール68間に配置され、この部品待機部67に搬送されたベアチップは、各レール68に沿って駆動する一対のヘッドユニット69、70により基台41上の検査ソケット71まで搬送され、所定の検査が実行されることとなる。ヘッドユニット69(70)には、ベアチップを吸着可能な2つの検査用ヘッド69a(70a)が並べて設けられている。
このような部品検査装置60において、上記基台61上には、部品待機部67と検査ソケット71との間に撮像ユニット74、76が設けられている。なお、撮像ユニット74(76)は、図示を省略するが、上述した実装機の場合と同様に光路形成部材、リニアセンサを備えたカメラおよび照明装置等を備えており、撮像ユニット74(76)上をヘッドユニット69(70)が移動することにより該ヘッドユニット69(70)に吸着された2つのベアチップを同時に共通のカメラで撮像するように構成されている。
上記撮像ユニット74,76は、部品待機部67から検査ソケット71まで搬送されるベアチップの不良(例えば、バンプの高さ不良)を検知し、ここで不良品であると検知されたベアチップは、ヘッドユニット69、70により基台61上の不良品回収部78に載置された不良品用トレイ79に搬送される。これに加えて、上記撮像ユニット74,76は、ヘッドユニット69、70に対するベアチップの姿勢を検知し、ここでヘッドユニット69、70に対して位置ずれしていると検知されたベアチップは、当該ヘッドユニット69、70により位置補正が実行された後、検査ソケット71へ搬送される。
そして、検査ソケット71における検査の結果、不良品であると判定されたベアチップは、各ヘッドユニット69、70により上記不良品用トレイ79に搬送される一方、良品であると判定されたベアチップは、各ヘッドユニット69、70により基台61上の部品収納部80まで搬送されるとともに、この部品収納部80において、テープフィーダー用のベーステープ81内に収容され、このベーステープ81に図略のカバーテープが張付けられることとなる。
なお、不良品回収部78の不良品用トレイ79が満載状態になると、そのトレイ79が図外のトレイ移動機構によりトレイ排出部82に移送されるとともに、不良品回収部78に隣接したトレイ待機部83にあるトレイ84がヘッドユニット69、70により不良品回収部78に移送され、かつ、図外のトレイ移動機構によりトレイ待機部83に空トレイ載置部85から空トレイが移送されるようになっている。
なお、撮像ユニット74,76としては上記のように基台61上に設ける以外に、図12,図13等で説明した実装機の構成を適用することができる。つまり、ヘッドユニット69(70)に撮像ユニット74(76)を移動可能に搭載し、部品待機部67から検査ソケット71までベアチップを搬送する間に、撮像ユニット74(76)をヘッドユニット69(70)に対して移動させながらベアチップの姿勢を画像認識するように構成してもよい。
(6)上記実施形態においては、複数の吸着ノズル18a(実装用ヘッド18)を一列に直線状、あるいは円形状(図18参照)に配列した状態でヘッドユニット6に搭載しているが、複数の吸着ノズル18a(実装用ヘッド18)からなる列を複数列もうけて直線状、曲線状、円弧状あるいは円形状に並べた状態でヘッドユニット6に搭載するようにしてもよい。この構成によれば、撮像ユニット22とヘッドユニット6とが相対的に移動するとき、リニアセンサ22aは複数の画像取込位置で複数列の吸着ノズル18に吸着されている部品の像を同時に連続して読取ることとなり、これによって画像認識のより一層の効率化を図ることができる。
(7)撮像ユニット22とヘッドユニット6とを相対中に一旦停止させるか、あるいは像のぶれが出ない速度に落とすようにすれば、リニアセンサ22aの代わりにCCDエリアセンサにより複数の画像取込位置で一列、あるいは複数列の吸着ノズルに吸着されている部品の像を同時、あるいは僅かな時間差で読取ることも可能となる。これによっても画像認識の効率化を図ることができる。
本発明に係る表面実装機(本発明に係る部品認識方法、部品認識装置が適用される表面実装機)の第1実施形態を示す平面略図である。 本発明に係る表面実装機を示す正面図である。 撮像ユニットの構成を説明する模式図である。 撮像ユニット(光路形成部材)の構成を説明する斜視図(第1撮像状態)である。 撮像ユニット(光路形成部材)の構成を説明する斜視図(第2撮像状態)である。 表面実装機の制御系を示すブロック図である。 コントローラによる制御に基づく実装動作を説明するフローチャートである。 撮像ユニットが第1撮像状態にセットされたときの吸着部品の撮像状態を説明する模式図である。 撮像ユニットを第1撮像状態にセットして吸着部品を撮像した時の部品像の一例を示す図である。 撮像ユニットが第2撮像状態にセットされたときの吸着部品の撮像状態を説明する模式図である。 撮像ユニットを第2撮像状態にセットして吸着部品を撮像した時の部品像の一例を示す図である。 本発明に係る表面実装機(本発明に係る部品認識方法、部品認識装置が適用される表面実装機)の第1実施形態を示す平面略図である。 本発明に係る表面実装機を示す正面図である。 ヘッドユニットの構成を説明する側面略図である。 撮像ユニットの構成を説明する平面模式図である。 撮像ユニットの構成を説明する斜視図である。 撮像ユニットの他の構成を示す模式図である。 ロータリーヘッドをもつ実装機に本発明を適用した場合の構成を示す平面模式図である。 本発明に係る部品試験装置(本発明に係る部品認識方法、部品認識装置が適用される部品試験装置)を示す平面模式図である。
符号の説明
3 プリント基板
4 部品供給部
6 ヘッドユニット
18 実装用ヘッド
18a 吸着ノズル
20 撮像ユニット
22 カメラ
22a リニアセンサ
25 光路形成部材

Claims (7)

  1. 複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより電子部品を吸着して目的位置まで搬送する際に、リニアセンサを備えた撮像手段と前記ヘッドユニットとを前記吸着ノズルの配列方向に相対的に移動させて各吸着ノズルによる吸着部品を撮像して該部品の吸着状態を画像認識する装置であって、
    前記撮像手段は、前記吸着ノズルの配列方向であって、かつ両端の吸着ノズルの間隔よりも狭い間隔を隔てて設定された複数の画像取込位置において前記各吸着ノズルに吸着されている部品の像を取込み可能に構成されると共に、前記各画像取込位置においてそれぞれ取り込まれる部品像を前記リニアセンサのそれぞれ異なる領域に導いて結像させる光路形成部材を備えていることを特徴とする部品認識装置。
  2. 請求項1に記載の部品認識装置において、
    前記撮像手段は、さらに前記リニアセンサと前記光路形成部材との相対的な位置関係を変更する変更機構を備え、この変更機構は、前記各画像取込位置から取り込まれる部品像を前記リニアセンサのそれぞれ異なる領域に結像させる第1撮像状態と、前記各画像取込位置から取り込まれる部品像のうち一方側の部品像のみを前記リニアセンサに結像させる第2撮像状態とに前記リニアセンサと前記光路形成部材との位置関係を切換可能に構成されていることを特徴とする部品認識装置。
  3. 請求項2に記載の部品認識装置において、
    前記吸着ノズルによる吸着部品の種類に応じて前記リニアセンサと前記光路形成部材との位置関係を第1撮像状態又は第2撮像状態の何れかにセットすべく前記撮像手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする部品認識装置。
  4. 複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより電子部品を吸着して目的位置まで搬送する際に、制御手段による制御によりリニアセンサを備えた撮像手段に対して前記ヘッドユニットを前記吸着ノズルの配列方向に移動させると共にこの移動中に各吸着ノズルによる吸着部品を撮像して該部品の吸着状態を画像認識する装置であって、
    前記撮像手段は、前記吸着ノズルの配列方向であって、かつ両端の吸着ノズルの間隔よりも狭い間隔を隔てて設定された二つの画像取込位置でそれぞれ前記吸着ノズルにより吸着された部品の像を取込み可能に構成されており、
    前記制御手段は、部品吸着後、前記複数の吸着ノズルのうち吸着部品を撮像する際の前記ヘッドユニットの移動方向における先頭の吸着ノズルが前記二つの画像取込位置のうち前記移動方向における前方側の画像取込位置に対向する所定の撮像開始位置に配置されるように前記ヘッドユニットを移動させる動作と、当該撮像開始位置からヘッドユニットを移動させることにより前記複数の吸着ノズルのうち互いに異なる吸着ノズルに吸着された部品の像を前記各画像取込位置において並行して取込ませる撮像動作と、全ての吸着部品の撮像が終了した後にヘッドユニットを目的位置に移動させる動作とを連続して実行すると共に、これら動作のうち前記撮像動作におけるヘッドユニットの移動速度がその他の動作の移動速度よりも低速で行われるように前記ヘッドユニットを制御することを特徴とする部品認識装置。
  5. 複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより部品供給部から電子部品を吸着し、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識してから基板上に実装する表面実装機において、
    前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する手段として、請求項1乃至4の何れかに記載の部品認識装置を備えていることを特徴とする表面実装機。
  6. 複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより部品供給部から電子部品を吸着し、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識してから該部品を検査手段に移載して各種検査を行う部品試験装置において、
    前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する手段として、請求項1乃至4の何れかに記載の部品認識装置を備えていることを特徴とする部品試験装置。
  7. 複数の吸着ノズルが列状に搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより電子部品を吸着して目的位置まで搬送する際に、請求項1乃至3の何れかに記載の部品認識装置を使って各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する方法であって、
    部品吸着後、両端の吸着ノズルの中間部分に前記複数の画像取込位置の1つが位置する所定の撮像開始位置にヘッドユニットおよび撮像手段を配置し、この位置から前記ヘッドユニットと撮像手段とを前記吸着ノズルの配列方向に相対的に移動させることにより前記複数の画像取込位置からそれぞれ吸着部品像を取込んで撮像することを特徴とする部品認識方法。
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