JP4332714B2 - 電子部品実装装置 - Google Patents

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本発明は、電子部品を装着ヘッドに設けた吸着ノズルで吸着して、回路基板に搭載する電子部品実装装置に関するものであり、特に、吸着ノズルに吸着された電子部品の認識に関するものである。
従来より、電子部品実装装置の部品認識を行うために、反射ミラーを用いる装置が提案されている。特開2000−114787号に記載の装置もこの一例である。この装置は、図示左右方向、一直線上に配置された複数の装着ヘッドと、この装着ヘッドに個別に設けた吸着ノズルと、吸着ノズルの下面に配置された反射ミラーとカメラとから構成されている。反射ミラーとカメラは取り付け板に固定され、モータにより一体的に左右方向に沿って直線移動し、反射ミラーは、順次複数の吸着ノズルに対向することができる。
この反射ミラーとカメラの直線移動により、複数の吸着ノズルに吸着された電子部品の底面の像は、順次、反射ミラーで全反射され、カメラで撮像される。撮像された映像は、部品認識装置で認識され、電子部品の回路基板への搭載に利用される。
特開2000−114787(図3)
しかしながら、上記電子部品実装装置では、取り付け体に固定された反射ミラーとカメラを、吸着ノズル下方の左右方向に沿って直線移動させる必要がある。このためには、大きな移動スペースを必要とした。また、取り付け板の直線移動を案内するため、ガイド部材を設ける必要がある。これらは、装置をコンパクト化するのに、大きな阻害要因となっていた。
また、反射ミラーとカメラを直線移動させるため、その移動距離が長くなると、誤差が生じ、部品認識のばらつきが大きくなる恐れがあった。
この発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、電子部品の認識を行う機構がコンパクトな電子部品実装装置を提供することを目的とする。
また、複数の吸着ノズルに吸着された電子部品の認識を行うにあたり、誤差が生じにくい電子部品実装装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、
電子部品を吸着する、複数の吸着ノズルを設けた装着ヘッド(3)と、
前記装着ヘッドを水平方向に移動させる移動手段(21、22)と、
前記吸着ノズルを上下動させる駆動手段(15)と、
前記吸着ノズルをその軸線を中心に回動させる回動手段(16)と、
前記装着ヘッドに下向きに固定され、下方の像を撮像する第1撮像手段(9)とを備え、前記吸着ノズルに吸着された電子部品の底面を撮像し、認識して前記電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置において、
前記第1撮像手段の下方の前記装着ヘッドに揺動可能に支持されるとともに、前記第1撮像手段の光軸とその揺動中心軸が交差するように配置された反射ミラー(13)と、
前記揺動中心軸を中心にして前記反射ミラーを揺動させる揺動手段(11)と、
前記揺動手段により反射ミラーを揺動させて、前記複数の吸着ノズルに吸着された前記電子部品の像を、前記第1撮像手段で撮像し、認識するように制御する制御手段(20)と、を備え
前記複数の吸着ノズルは、前記反射ミラーの揺動軌跡面に沿って配置されるとともに、
前記制御手段は、前記複数の吸着ノズルを上下動させて、各吸着ノズルを前記反射ミラーの揺動中心を中心として同心円上に位置させることにより、前記第1撮像手段から前記反射ミラーを介して前記各電子部品までの焦点距離を一致させる構成とした。
請求項記載の発明は、
電子部品を吸着する、複数の吸着ノズルを設けた装着ヘッド(3)と、
前記装着ヘッドを水平方向に移動させる移動手段(21、22)と、
前記吸着ノズルを上下動させる駆動手段(15)と、
前記吸着ノズルをその軸線を中心に回動させる回動手段(16)と、を備え、前記吸着ノズルに吸着された電子部品の底面を撮像し、認識して前記電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置において、
前記装着ヘッドの下方に揺動可能に上方を向くように支持された第2撮像手段(31)と、
前記第2撮像手段を水平な固定軸線を中心にして左右に揺動させる揺動手段(11)と、
前記揺動手段により第2撮像手段を揺動させて、前記複数の吸着ノズルに吸着された前記電子部品の像を、前記第2撮像手段で撮像し、認識するように制御する制御手段(20)とを備え
前記複数の吸着ノズルは、前記第2撮像手段の揺動軌跡面に沿って配置されるとともに、
前記制御手段は、前記複数の吸着ノズルを上下動させて、各吸着ノズルを前記第2撮像手段の揺動中心を中心として同心円上に位置させることにより、前記第2撮像手段から前記各電子部品までの焦点距離を一致させる構成とした。
上記のように、請求項1記載の発明によれば、
反射ミラーの揺動により反射された電子部品の像を、第1撮像手段で撮像し、認識している。このため、大きな移動スペースやガイド部材等を必要としないので、装置をコンパクトにすることができる。また、電子部品の認識を行うのに、誤差が生じにくい。さらに、
複数の吸着ノズルは前記第1撮像手段の揺動軌跡面に沿って配置されるとともに、前記制御手段は、前記複数の吸着ノズルを上下動させて、各吸着ノズルを前記反射ミラーの揺動中心を中心として同心円上に位置させることにより、第1撮像手段から各電子部品までの焦点距離が一致しているので、撮影した画像の焦点補正をしないで、部品認識を行うことができる。
請求項記載の発明によれば、第2撮像手段の揺動により、電子部品の像を第2撮像手段で撮像し、認識している。このため、大きな移動スペースやガイド部材等を必要としないので、装置をコンパクトにすることができる。また、電子部品の認識を行うのに、誤差が生じにくい。さらに、前記複数の吸着ノズルは、前記第2撮像手段の揺動軌跡面に沿って配置されるとともに、前記制御手段は、前記複数の吸着ノズルを上下動させて、各吸着ノズルを前記第2撮像手段の揺動中心を中心として同心円上に位置させることにより、第2撮像手段から各電子部品までの焦点距離が一致しているので、撮影した画像の焦点補正をしないで、部品認識を行うことができる。
この発明の第1実施例を図1〜図4に基いて説明する。
電子部品実装装置1は、その装置本体ベース上に、基板搬送方向Xに沿って不図示の一組の基板搬送レールが設置されている。基板搬送レール上には、回路基板(以下、基板と称する)2が置かれている。基板2は、基板搬送レールに沿って移動し、所定位置で停止し、保持されて電子部品の実装が行われる。基板2の上方には装着ヘッド3が配置されている。装着ヘッド3は、X方向に移動できるように、不図示のX軸移動機構(移動手段)によりX軸ガントリ4に取り付けられている。
X軸ガントリ4は、Y方向に移動できるように、不図示のY軸移動機構(移動手段)により2本のY軸ガントリ5、5に、その両端部を取り付けられている。そして、X軸移動機構、Y軸移動機構により装着ヘッド3は水平方向に移動可能に支持されている。また、装置本体ベースのX方向に沿って、実装する部品を供給する電子部品供給装置6が配置されている。
図2に示すように、装着ヘッド3は、ヘッド固定部7と4個の搭載ヘッド8とから構成されている。装着ヘッド3の中心にはヘッド固定部7が配置されている。このヘッド固定部7を挟んで、左右それぞれ2個の搭載ヘッド8が固定されている。そして、これらヘッド固定部7と搭載ヘッド8とは、その中心線がX方向に沿った一直線状に、配置されている。
ヘッド固定部7は箱状であり、その下部に第1認識カメラ(第1撮像手段)9が固定されている。第1認識カメラ9は、そのレンズが下向きになるように固定され、下方の映像を撮像することができる。第1認識カメラ9の光軸9aは、ヘッド固定部7の中心と一致している。なお、第1認識カメラ9は、CCDカメラ、CMOSカメラ、ラインセンサカメラ等から構成されている。
ヘッド固定部7のY方向裏面には、支持板10が固定されている。支持体10は、鉛直方向に沿って配置され、第1認識カメラ9より下方に延び出ている。支持板10の下端後側には、揺動モータ(揺動手段)11が固定されている。揺動モータ11の回転ロッド12は図示Y方向に沿って、前面側に延びている。回転ロッド12の先端側には、板状の反射ミラー13が固定されている。反射ミラー13と回転ロッド12の中心軸は上方より見て重なっている。そして、第1認識カメラ9の光軸9aと反射ミラー13の揺動中心軸13aは、直行している。また、反射ミラー13の揺動軌跡面に沿って各吸着ノズル14a、14b、14c、14dが配置されているので、反射ミラー13が揺動すると、各吸着ノズルに吸着された電子部品の像は、反射ミラー13で反射された後、第1認識カメラ9で撮像される。
搭載ヘッド8は、個別に、本体部8a、可動部8b、Z軸モータ(駆動手段)15、θ軸モータ(回動手段)16、連結部材17、ボールネジ軸18等を備えている。
本体部8aは逆Lの字状の板部材で、その上下方向に沿って案内溝8cが形成されている。案内溝8cには、可動部8bの不図示の突起部が係合する。案内溝8cは可動部8bを上下方向に沿って案内する。可動部8bはその上面にθ軸モータ(回動手段)16が固定されており、θ軸モータ16の回動軸には吸着ロッド14が固着されている。また、可動部8bの上端突起部には、連結部材17が固定されている。連結部材17には、上下方向に沿って、貫通する雌ネジが形成されている。
Z軸モータ(駆動手段)15は本体部8aの上部に固定されている。Z軸モータ15の回動軸には、ボールネジ18が連結されている。ボールネジ18は下方に延びており、連結部材17の雌ネジに螺合している。そして、吸着ノズル14は、Z軸モータ15を駆動すると上下動し、θ軸モータ16を駆動するとそのノズル中心軸を中心に回転する。また、Z軸モータ15とθ軸モータ16は、互いに独立しており、他の装着ヘッドの動作に関係なく、上下動または回転動作することができる。ボールネジ18は、所定量の長さを有しているので、搭載ヘッド3に固定された反射ミラー13を超えてより下方に、吸着ノズル13下端が移動することができる。
図3は電子部品実装装置1の制御系の構成を示す。20はコントローラ(制御手段)であり、装置全体を制御するマイクロコンピュータ(CPU)、並びにRAM,ROMなどからなる。コントローラ20には、以下の入出力機構が接続されており、それぞれを制御する。
X軸モータ(移動手段)21は、装着ヘッド3のX軸移動機構の駆動源である。X軸モータ21は、X軸ガントリ4に沿って、装着ヘッド3をX方向に移動させる。Y軸モータ(移動手段)22は、装着ヘッド3のY軸移動機構の駆動源である。Y軸モータ22は、Y軸ガントリ5に沿って、X軸ガントリ4をY方向に移動させる。X軸モータ21、Y軸モータ22の駆動により装着ヘッド3は水平方向に移動可能となる。
Z軸モータ(駆動手段)15は、吸着ノズル14を上下動させる昇降機構の駆動源であり、吸着ノズル11を鉛直方向に上下させる。θ軸モータ16は、吸着ノズル14の回転機構の駆動源で、吸着ノズル11をそのノズル中心軸を中心として回転させる。なお、図3では、Z軸モータ15とθ軸モータ16は、一個しか図示されていないが、装着される吸着ノズル14の個数分設けられている。
バキューム機構23は真空を発生し、不図示のバキュームスイッチを介して吸着ノズル23に真空の負圧を発生する。バキューム機構も吸着ノズル14の個数分設けられている。
画像認識装置25は、吸着ノズル14のそれぞれに吸着された電子部品24の画像認識を行うもので、A/D変換器25a、メモリ25b及びCPU25cから構成される。そして、吸着された電子部品24を撮像した第1認識カメラ9から出力されるアナログの画像信号をA/D変換器25aにより画像データのデジタル信号に変換してメモリ25bに格納し、CPU25cがその画像データに基いて吸着された部品24の吸着位置のずれ量と吸着角度ずれ(以下、両方を含めてずれ量と称する)を算出する。
キーボード28とマウス29は部品データなどのデータを入力するために用いられる。
記憶装置26は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード28とマウス29により入力された部品データ、あるいは不図示のホストコンピュータから供給される、部品データを格納するのに用いられる。この部品データとは、複数のテープフィーダからなる電子部品供給装置6の各テープフィーダ毎の、部品供給位置データや、この部品供給位置データに格納される電子部品の縦・横・高さ寸法等が該当する。
モニタ27は、部品データ、演算データ、及び第1認識カメラ9等で撮像した部品24の画像などを表示する。
第1実施形態の動作について説明する。以下の動作はコントローラ(制御手段)20の制御により行われる。
最初に、X軸モータ21とY軸モータ22を駆動することにより装着ヘッド3を水平方向に移動させて、電子部品供給装置6上に吸着ノズル14aを位置させる。
次に、Z軸モータ15を駆動させて、吸着ノズル14aを下降させ、バキューム機構23を駆動させて電子部品24を吸着する。
次に、Z軸モータ23を駆動させて、吸着ノズル14aを基準位置Wまで上昇させて部品吸着動作が終了する。この部品吸着動作を残りの吸着ノズル14b、14c、14dに関しても順次行う。
次に、反射ミラー13の揺動中心13aを中心とし、各吸着ノズル14の上下動軌跡と交差する、半径rの円30を想定する。そして、Z軸モータ15を駆動して、円30と、各吸着ノズル14a、14b、14c、14dの上下動軌跡が交差するように、各吸着ノズル14a、14b、14c、14dを移動させる。この状態が図4に示されている。各吸着ノズル14a、14b、14c、14dは、反射ミラー13の揺動中心を中心とする同心円30上に位置している。
次に、揺動モータ11を駆動して反射ミラー13を揺動させて、各吸着ノズル14a、14b、14c、14dに吸着された電子部品24の像を順次第1認識カメラ9に向けて送る。送られた映像は、第1認識カメラで撮像される。
次に、撮像した画像を画像認識装置25に取り込み、モニタ27に表示する。
次に、吸着ノズル位置の相違により、撮像した電子部品の画像には、斜め方向の歪みがある。この歪みを補正する。
次に、補正した画像により、予め測定をして位置を記憶しておいた各吸着ノズル14の中心位置と、吸着した電子部品の中心位置との差を演算して、部品吸着位置のずれ量と吸着角度ずれ(以下、両方を含めてずれ量と称する)を算出する。
次に、すべての電子部品について中心位置に対するずれ量の算出が終了したら、X軸モータ21とY軸モータ22を駆動して、吸着した電子部品を基板上の搭載位置に移動する。この際、X軸モータ21とY軸モータ22とθ軸モータ23を駆動して、先に求めた中心位置に対するずれ量の補正を行い、正しい基板上の搭載位置に電子部品を実装できるようにする。
次に、吸着ノズル14を下降させた後、バキューム機構23の吸引を遮断して、基板上に電子部品の搭載を行う。
第1実施例によれば、反射ミラーの13揺動により、反射された電子部品の像を第1認識カメラ9で撮像し、認識している。このため、大きな移動スペースやガイド部材等を必要としないので、装置をコンパクトにすることができる。また、電子部品の認識を行うのに、誤差が生じにくい。
また、各吸着ノズル14は、反射ミラー13の揺動軌跡面に配置されている。また、各吸着ノズル14を上下動させて、各吸着ノズル14を反射ミラー13の揺動中心を中心とする同心円30上に位置させる。この際、第1認識カメラ9から各電子部品までの焦点距離が一致し、撮影した画像の焦点補正をしないで、部品認識を行うことができる。
この発明の第2実施例を図5、図6に基いて説明する。
第2実施例は、第1実施例の反射ミラー13に代えて、直接、第2認識カメラ31を揺動させて、各吸着ノズル14に吸着された電子部品を撮像し、認識するものである。第1実施例と同一の構成に関しては、同一の番号を付しその詳細な説明は省略する。
ヘッド固定部7には、支持体10が固定されている。支持体10の下端には、揺動モータ(揺動手段)11が装備されている。揺動モータ11の回転ロッド12は、図示Y方向にそって、前面側に延びている。回転ロッド12の先端側には、第2認識カメラ(第2撮像手段)31が固定されている。第2認識カメラ31は、CCDカメラ、CMOSカメラ、ラインセンサカメラ等からなるものである。また、第2認識カメラ31は、そのレンズが上方を向くように固定されている。第2認識カメラ31上方の揺動軌跡面に沿って、各吸着ノズル14a、14b、14c、14dが右側から順に配置されている。揺動モータ11を駆動して、第2認識カメラ31を水平な固定軸線を中心にして左右に揺動させると、揺動軌跡面に配置された、各吸着ノズル14や、吸着ノズルに吸着された電子部品24を順に撮像することができる。
第2実施形態の制御系は、第1実施形態に示したものと同様に各モータ21、22、23、11,15、16や画像認識装置25等を備え、コントローラ(制御手段)20で制御することで一致する。しかし、第2認識カメラ31が揺動モータ11に揺動されるとともに、第2認識カメラ31が画像認識装置25に接続される点で相違する。
第2実施形態の動作は、コントローラ20で制御される。
図6に示すように、第1実施形態と同様に、各吸着ノズル14a、14b、14c、14dが電子部品24を吸着した後、Z軸モータ15を駆動して、各吸着ノズル14a、14b、14c、14dを、第2認識カメラ31の揺動中心31aを中心とする半径rの同心円32上に移動させる。次に、揺動モータ11を駆動して、第2認識カメラ31を揺動させる。そして、各吸着ノズル14a、14b、14c、14dに吸着された電子部品の像を、第2認識カメラ31で撮像する。撮像した画像を補正した後、すべての電子部品について、中心位置に対するずれ量を算出する。ずれ量の算出が終了したら、X軸モータ21とY軸モータ22を駆動して、吸着した電子部品を基板上の搭載位置に移動する。この際、X軸モータ21とY軸モータ22とθ軸モータ23を駆動して、先に求めた中心位置に対するずれ量の補正を行い、正しい基板上の搭載位置に電子部品を実装する。
第2実施形態によれば、第2認識カメラ31の揺動により、電子部品の像を第2認識カメラ31で撮像、認識している。このため、大きな移動スペースやガイド部材等を必要としないので、装置をコンパクトにすることができる。また、電子部品の認識を行うのに、誤差が生じにくい。
また、各吸着ノズル14は、第2認識カメラ31の揺動軌跡面に配置されている。また、各吸着ノズル14を上下動させて、各吸着ノズル14を第2認識カメラ31の揺動中心を中心とする同心円32上に位置させる。このため、第2認識カメラ31から各電子部品までの焦点距離が一致し、撮影した画像の焦点補正をしないで、部品認識を行うことができる。
この発明は、上記第1実施例、第2実施例に限定されることなく、種々変更可能である。
例えば、上記実施例では、電子部品を吸着した複数の吸着ノズルを、反射ミラー13の揺動中心または、第2認識カメラ31の揺動中心を中心とする同心円30、32上に、同時に移動させた。そして、反射ミラー13、第2認識カメラを揺動させて、撮像した。これに代えて、一個づつ、同心円上に移動させて、撮像を行うことも容易に考えられる。
また、上記実施例では、反射ミラー13または第2認識カメラ31の揺動軌跡面に、4個の吸着ノズル14が一列に配置されているが、これに代えて、揺動軌跡面をY方向に伸ばして、4個*2列に変えることも容易に考えられる。これら、複数個*1列または、複数個*複数列の配置を、各揺動軌跡面に直線状に吸着ノズルが配置されているとする。
また、上記実施例では、吸着ノズルに吸着された電子部品の底面を撮像し、認識して、そのずれ量を補正した。これに代えて、電子部品実装動作前に、この装置を用いて吸着ノズルを撮像し、認識することにより、ノズル装着有無や、ノズル種類、ノズル取り付け高さ等の検査を行うことも容易に考えられる。
また、上記実施例では、反射ミラー13または第2認識カメラは、装着ヘッド3のヘッド固定部7の支持板10に固定されていた。すなわち、装着ヘッド3に固定され、装着ヘッド3と共に移動した。これに代えて、反射ミラー13または第2認識カメラを装置本体のテーブル上に固定しておき、揺動軌跡面に各吸着ノズルが配置されるように、装着ヘッドを移動させた後に、部品や吸着ノズルの撮像、認識を行うようにすることも容易に考えられる。
第1実施例の電子部品実装装置の全体の概略構成図である。 第1実施例の装着ヘッドの構成を示す斜視図である。 第1実施例の制御系の構成を示すブロック図である。 第1実施例の焦点距離を一致させるための説明図である。 第2実施例の装着ヘッドの構成を示す斜視図である。 第2実施例の焦点距離を一致させるための説明図である。
符号の説明
3・・・装着ヘッド
21・・X軸モータ(移動手段)
22・・Y軸モータ(移動手段)
23・・Z軸モータ(駆動手段)
16・・θ軸モータ(回動手段)
9・・・第1認識カメラ(第1撮像手段)
13・・反射ミラー
20・・コントローラ(制御手段)
11・・揺動モータ(揺動手段)
31・・第2認識カメラ(第2撮像手段)

Claims (2)

  1. 電子部品を吸着する、複数の吸着ノズルを設けた装着ヘッドと、
    前記装着ヘッドを水平方向に移動させる移動手段と、
    前記吸着ノズルを上下動させる駆動手段と、
    前記吸着ノズルをその軸線を中心に回動させる回動手段と、
    前記装着ヘッドに下向きに固定され、下方の像を撮像する第1撮像手段とを備え、前記吸着ノズルに吸着された電子部品の底面を撮像し、認識して前記電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置において、
    前記第1撮像手段の下方の前記装着ヘッドに揺動可能に支持されるとともに、前記第1撮像手段の光軸とその揺動中心軸が交差するように配置された反射ミラーと、
    前記揺動中心軸を中心にして前記反射ミラーを揺動させる揺動手段と、
    前記揺動手段により反射ミラーを揺動させて、前記複数の吸着ノズルに吸着された前記電子部品の像を、前記第1撮像手段で撮像し、認識するように制御する制御手段と、を備え
    前記複数の吸着ノズルは、前記反射ミラーの揺動軌跡面に沿って配置されるとともに、
    前記制御手段は、前記複数の吸着ノズルを上下動させて、各吸着ノズルを前記反射ミラーの揺動中心を中心として同心円上に位置させることにより、前記第1撮像手段から前記反射ミラーを介して前記各電子部品までの焦点距離を一致させることを特徴とする電子部品実装装置。
  2. 電子部品を吸着する、複数の吸着ノズルを設けた装着ヘッドと、
    前記装着ヘッドを水平方向に移動させる移動手段と、
    前記吸着ノズルを上下動させる駆動手段と、
    前記吸着ノズルをその軸線を中心に回動させる回動手段と、を備え、前記吸着ノズルに吸着された電子部品の底面を撮像し、認識して前記電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置において、
    前記装着ヘッドの下方に揺動可能に上方を向くように支持された第2撮像手段と、
    前記第2撮像手段を水平な固定軸線を中心にして左右に揺動させる揺動手段と、
    前記揺動手段により第2撮像手段を揺動させて、前記複数の吸着ノズルに吸着された前記電子部品の像を、前記第2撮像手段で撮像し、認識するように制御する制御手段とを備え
    前記複数の吸着ノズルは、前記第2撮像手段の揺動軌跡面に沿って配置されるとともに、
    前記制御手段は、前記複数の吸着ノズルを上下動させて、各吸着ノズルを前記第2撮像手段の揺動中心を中心として同心円上に位置させることにより、前記第2撮像手段から前記各電子部品までの焦点距離を一致させることを特徴とする電子部品実装装置。
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