JP6033052B2 - 部品移載装置 - Google Patents

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Description

本発明は、部品を採取して基板上に移載する部品移載装置に関し、特に、採取装置により採取された部品および基準部材に形成された基準マークを撮像装置により同時に撮像して部品位置を画像認識できるようにした部品移載装置に関するものである。
一般に部品移載装置を備えた部品実装装置においては、部品供給位置から部品を採取装置により採取し、採取した部品を基板上に移動する途中で撮像装置によって撮像する。そして、部品の画像を処理して採取装置の中心に対する部品の芯ずれおよび角度ずれを画像認識することにより、部品を基板の定められた座標位置に正確に実装できるようにしている。
このような部品実装装置においては、タクトタイムを短縮するために、採取装置を撮像装置上で停止させずに部品を撮像する手法として採取装置に基準マークを設け、部品および基準マークを同時に撮像することにより、基準マークを基準として部品の位置を画像認識できるようしている。この種の部品実装装置として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。
特開2005−11950号公報
ところで、基板に実装済みの先付け部品の厚み(高さ)が高い場合、先付け部品と基準マークとの干渉を回避するために、基準マークを高い位置に配置する必要がある。しかし、採取装置に採取された部品が大型部品の場合、下方から部品および基準マークに光を照射する光照射装置からの光の一部が大型部品に遮られ、基準マークの輝度が変化してしまうおそれがある。この場合、基準マークの撮像を安定的に行うことができず、画像認識した部品の位置に誤差が生じることになる。
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたもので、採取装置に採取される部品の大きさにかかわらず基準マークの撮像を安定的に行うことができる部品移載装置を提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明は、部品を採取可能な採取装置と、前記採取装置に採取された前記部品を、当該部品が装着される基板上に移動可能な移動装置と、前記採取装置に採取された前記部品を下方から撮像可能な撮像装置と、前記撮像装置で前記部品を撮像するときに同時に撮像し、前記部品の画像を処理する際の基準とする基準マークが設けられた基準部材と、前記撮像装置の光軸に対し所定角度で傾斜した光を下方から前記部品および前記基準部材に照射可能な第1光照射装置と、前記光軸に平行な光を下方から前記部品および前記基準部材に照射可能な第2光照射装置と、を備え、前記基準部材は、前記基準マークに対し前記第1光照射装置からの光を遮る遮光壁を備えることである。
請求項に係る発明は、請求項1において、前記基準マークは、前記基準部材に対し上方向に穿設された有底穴内に形成されていることである。
請求項1に係る発明によれば、基準マークに照射される光のうち、採取装置に採取される部品の影響を受け易い第1光照射装置からの光は遮光壁により殆ど遮られ、当該部品の影響を受け難い第2光照射装置からの光が主に照射される。これにより、採取装置に採取される部品の大きさにかかわらず、基準マークの輝度をほぼ一定値に保つことができ、基準マークの撮像を安定的に行うことができる。よって、画像認識した部品の位置を高精度に求めることができる。
請求項に係る発明によれば、基準部材に有底穴を穿設することで基準マークおよび遮光壁を形成することができるので、基準部材を低コストで製作することができる。
本発明の実施の形態に係る部品移載装置を備えた部品実装装置の全体を示す概略斜視図である。 部品移載装置を示す図である。 部品実装装置を制御する制御装置を示す制御ブロック図である。 基準マークおよび遮光壁を有する基準部材を示す断面図である。 基準部材の光照射面を示す平面図である。 基準部材に光を照射したときの輝度の状態を示す図である。 部品実装装置の動作を示すフローチャートである。 基準部材の別形態を示す断面図である。 基準部材のさらに別の形態を示す断面図である。
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、部品実装装置10は、部品供給装置20、基板搬送装置30、部品移載装置40および制御装置70(図3参照)を備えて構成される。
部品供給装置20は、一例として、基台11上に複数のフィーダ21をX軸方向に並設したカセットタイプのもので構成されている。フィーダ21は、多数の部品を間隔を有して一列に収容したテープを巻回した供給リール23が取付けられ、基台11に設置されたデバイス台22に着脱可能に装着される。フィーダ21の内部には、図示していないが、テープをピッチ送りする駆動源となるモータが内蔵されている。フィーダ21は、モータによってテープを1ピッチずつ送り出すことにより、テープに収容された部品をフィーダ21の先端部に設けられた部品供給位置P1に順次供給可能に構成されている。
基板搬送装置30は、一例として、基台11上に搬送手段31、32を2列並設したダブルコンベアタイプのもので構成されている。各搬送手段31、32には、一対のガイドレール33、34が互いに平行に対向し水平に並設され、ガイドレール33、34によって案内される基板Bを支持して搬送する一対のコンベアベルト(図示せず)が並設されている。各搬送手段31、32は、基板BをX軸方向に搬送するとともに、所定位置に位置決め保持可能に構成されている。
部品移載装置40は、基台11上に装架されて部品供給装置20および基板搬送装置30の上方に配設され、部品を採取可能な採取装置41および当該部品を基板B上に移動する移動装置42と、部品供給装置20と基板搬送装置30との間に設けられ、採取装置41に採取された部品を認識する部品認識装置60とで構成されている。
図1および図3に示すように、移動装置42は、ガイドレール52、Y軸移動台43、Y軸サーボモータ44、X軸移動台45、X軸サーボモータ46および基板認識用カメラ53等で構成されている。また、図1〜図3に示すように、採取装置41は、部品実装ヘッド47、昇降軸48、Z軸サーボモータ49、θ軸サーボモータ51、吸着ヘッド54および吸着ノズル55等で構成されている。部品認識装置60は、部品認識用カメラ61、レンズ62、光源カバー63、第1光照射装置64、第2光照射装置65および部品実装ヘッド47に取付けられた基準部材80等とで構成されている。
図1に示すように、Y軸移動台43は、ガイドレール52に沿ってX軸方向と直交するY軸方向に移動可能に設けられている。Y軸移動台43のY軸方向移動は、ボールねじを介してY軸サーボモータ44により制御される。Y軸移動台43には、X軸移動台45がX軸方向に移動可能に案内支持されている。X軸移動台45のX軸方向移動は、ボールねじを介してX軸サーボモータ46により制御される。
X軸移動台45には、基板Bに設けられた図略の基板マーク(フィデューシャルマーク)を撮像する基板認識用カメラ53が取付けられている。基板認識用カメラ53は、基板搬送装置30によって部品実装位置に搬入された基板B上に形成された基板マークの位置を認識し、認識された基板マークの位置に基づいてX軸およびY軸移動台45、43を位置補正して、部品Pを基板B上の定められた座標位置に正確に実装できるようにするために設けられている。さらに、X軸移動台45には、部品実装ヘッド47が取付けられている。
図2に示すように、部品実装ヘッド47には、昇降軸48がX軸およびY軸方向と直交するZ軸方向(上下方向)に昇降可能に、かつ昇降軸線O1の回りに回転可能に支持されている。昇降軸48は、Z軸サーボモータ49およびθ軸サーボモータ51(図3参照)により、Z軸方向への移動および回転角度が制御される。昇降軸48の下端には、吸着ヘッド54が設けられ、この吸着ヘッド54に部品Pを吸着する吸着ノズル55が、昇降軸48の回転軸線O1上に保持されている。また、部品実装ヘッド47には、部品認識用カメラ61で部品Pを撮像するときに同時に撮像し、部品Pの画像を処理する際の基準とする基準マークM(図4A,B参照)が設けられた基準部材80が取付けられている。
部品認識用カメラ61は、Z軸方向と平行な光軸O2を有する例えばCCDカメラである。レンズ62は、部品認識用カメラ61の上方に設けられ、第1、第2光照射装置64,65から照射され反射されてくる光を集光する。光源カバー63は、レンズ62の上方に設けられ、第1、第2光照射装置64,65が内蔵されている。第1、第2光照射装置64,65は、無影光照明のために設けられている。
第1光照射装置64には、下側に凸であって底部中央が開口したお椀状の湾曲面66aの全周に多数の光源(LED)66bを配設した第1光源66が配置されている。第1光照射装置64は、第1光源66から斜め上方に発せられる光を、吸着ノズル55に吸着された部品Pおよび基準部材80に斜め下方から照射可能な側射光源として構成されている。
第2光照射装置65は、Z軸方向と平行な平面67aに多数の光源(LED)67bを配設した第2光源67およびZ軸に対し45度傾斜させたハーフミラー68が所定間隔をあけて対向配置されている。第2光照射装置65は、第2光源67から水平方向に発せられる光を、ハーフミラー68で垂直方向に反射し、吸着ノズル55に吸着された部品Pおよび基準部材80に垂直下方から照射可能な同軸落射光源として構成されている。第1光照射装置64および第2光照射装置65は、電子部品の種類に応じて両方もしくは一方を点灯させるようになっている。
図4A,Bに示すように、基準部材80には、基準マークMに対し第1光照射装置64からの光を遮る遮光壁81と、遮光壁81により第1光照射装置64からの光が遮られるように基準マークMの周縁に形成された段状の段差部84とが設けられている。
基準部材80は、例えばステンレスで円筒状に形成され、基準部材80の一端面80aには、4つの有底穴82が等角度(90度)間隔で穿設されている。そして、4つの有底穴82の底面82aには、マーク部材83が螺合されている。有底穴82は、マーク部材83の頭83aより大径に形成されている。基準部材80の一端面80a、有底穴82の内周面82bおよび底面82aは、光の吸収が可能な黒色の被覆材で覆われている。マーク部材83の頭83aの頂部は、鏡面加工されて基準マークMが設けられている。
このような構成の基準部材80の一端面80aおよび有底穴82の内周面82bを備える壁状部分が、基準マークMに対し第1光照射装置64からの光を遮る遮光壁81として機能する。そして、マーク部材83の頭83aの外周面83bと有底穴82の底面82aとで構成される段状部分が、遮光壁81により第1光照射装置64からの光が遮られるように基準マークMの周縁に形成された段状の段差部84として機能する。
すなわち、基準部材80の基準マークMおよび有底穴82の底面82aにおける基準マークMの周縁部分には、第1光照射装置64からの光は遮光壁81によって殆ど遮られ、第2光照射装置65からの光が主に有底穴82を通って照射される。一方、基準部材80の一端面80aには、第1、第2光照射装置64,65からの各光が照射される。
従来は、特に吸着ノズル55に吸着される部品Pが大型部品の場合、第1光照射装置64からの斜め下方からの光の一部が遮られ、基準マークMの輝度が変化してしまうおそれがあった。しかし、本実施形態では、基準マークMには第2光照射装置65からの垂直下方からの光が主に照射されるので、基準マークMの輝度をほぼ一定値を保つことができる。さらに、有底穴82の底面82aにおける基準マークMの周縁部分は、第2光照射装置65からの光が主に照射され、基準部材80の一端面80aには、第1、第2光照射装置64,65からの各光が照射されるので、有底穴82の底面82aにおける基準マークMの周縁部分の輝度は、基準部材80の一端面80aの輝度よりも小さくなる。
すなわち、図5に示すように、基準マークMの輝度は最大となり、基準部材80の一端面80aの輝度は基準マークMの輝度よりも小さくなり、有底穴82の底面82aにおける基準マークMの周縁部分の輝度は最小となる。これにより、吸着ノズル55に吸着される部品Pの大きさにかかわらず、基準マークMの撮像を安定的に行うことができ、さらに、基準マークMの周縁部分が輪郭となって基準マークMを鮮明に画像認識することが可能となるので、画像認識した部品Pの位置を高精度に求めることができる。
なお、基準部材80に穿設する有底穴82を円筒形状にした場合を説明したが、基準部材80の一端面80a側に拡がる円錐台形状に穿設しても同様の効果を奏する。また、基準マークMの周縁部分は、マーク部材83の頭83aの頂部よりも深い位置に形成した場合を説明したが、マーク部材83の頭83aの頂部よりも浅い位置に形成しても同様の効果を奏する。また、基準部材80には、4つの基準マークMを形成した場合を説明したが、任意の数の基準マークMを形成しても同様の効果を奏する。
図3に示すように、制御装置70は、CPU71,ROM72,RAM73およびそれらを接続するバス74を備え、バス74には入出力インターフェース75が接続されている。入出力インターフェース75には、部品実装ヘッド47をX軸およびY軸方向に移動するX軸およびY軸サーボモータ46、44、および昇降軸48をZ軸方向に移動するZ軸サーボモータ49、ならびに昇降軸48を昇降軸線O1の回りに回動するθ軸サーボモータ51を制御するモータ制御ユニット76が接続されている。また、入出力インターフェース75には、第1、第2光照射装置64,65に光照射を指令する光照射制御ユニット77、および部品認識用カメラ61および基板認識用カメラ53によって撮像された画像データを画像処理する画像処理装置78が接続されている。
次に、上述の部品実装装置10の動作を、図6のフローチャートを参照して説明する。
制御装置70からの指令に基づいて、基板搬送装置30のコンベアベルトが駆動され、基板Bがガイドレール33(34)に案内されて所定の位置まで搬送され、位置決めクランプされる。次いで、X軸サーボモータ46およびY軸サーボモータ44が駆動されることにより、X軸移動台45およびY軸移動台43がX軸方向およびY軸方向に移動され、部品実装ヘッド47が部品供給装置20の部品供給位置P1まで移動される。部品実装ヘッド47が部品供給位置P1まで移動された状態で、昇降軸48とともに吸着ヘッド54がZ軸サーボモータ49によってZ軸方向に下降され、吸着ヘッド54に設けた吸着ノズル55により、部品供給位置P1に供給された部品Pを吸着する。
続いて、X軸移動台45およびY軸移動台43の移動により、部品実装ヘッド47が基板B上の定められた座標位置まで移動されるが、その途中の部品認識用カメラ61の上方を通過する際に、部品認識用カメラ61によって吸着ノズル55で吸着された部品Pを撮像することにより、吸着ノズル55に対する部品Pのずれ量や、部品Pの吸着姿勢を認識する。そして、部品Pのずれ量や、部品Pの吸着姿勢を補正した上で、部品Pを基板Bの所定位置に実装する。
ステップ101においては、部品実装ヘッド47が部品認識用カメラ61の上方で停止されずに通過するように移動制御される。部品実装ヘッド47が部品認識用カメラ61の上方位置まで達すると、ステップ102において、部品認識用カメラ61が露光状態で、光照射制御ユニット78によって第1、第2光照射装置64,65に対し光照射指令が発せられる。
これによって、第1、第2光源66,67が瞬間的に発光される。この結果、基準マークMが、部品認識用カメラ61によって吸着ノズル55で吸着された部品Pと同一の視野内で撮像される。この場合、第1、第2光源66,67は、ストロボのように瞬間的に発光されるだけであるので、部品認識用カメラ61が露光状態であっても、部品認識用カメラ61によって撮像された部品Pおよび基準マークMの像が流れることなく、鮮明に撮像することが可能となる。なお、部品認識用カメラ61による基準マークMと部品Pの撮像時には、吸着ノズル55に吸着された部品Pは、部品認識用カメラ61の被写界深度内に位置される。
次いで、ステップ103において、画像処理装置78により、基準マークMを基準にして部品Pの位置を認識することにより、吸着ノズル55の中心に対する部品Pの芯ずれおよび角度ずれを正確に認識することができる。このように、吸着ノズル55に吸着した部品Pを、部品認識用カメラ61上で停止させずに部品位置を認識することにより、タクトタイムの短縮を図ることができる。なお、部品実装ヘッド47を部品認識用カメラ61の上方で移動停止し、部品Pおよび基準マークMを撮像するように制御しても、基準マークMを基準にして部品Pの位置を認識することができる。
次に、基準部材の別形態を図7を参照して説明する。この基準部材90には、基準マークMに対し第1光照射装置64からの光を遮る遮光壁91が設けられている。基準部材90は、例えばステンレスで円筒状に形成され、基準部材90の一端面90aには、4つの有底穴92が等角度(90度)間隔で穿設されている。そして、4つの有底穴92の底面92aには、マーク部材93が螺合されている。有底穴92は、マーク部材93の頭93aと略同一径(僅かに大径)に形成されている。基準部材90の一端面90aおよび有底穴92の内周面92bは、光の吸収が可能な黒色の被覆材で覆われている。マーク部材93の頭93aの頂部は、鏡面加工されて基準マークMが設けられている。
このような構成の基準部材90の一端面90aおよび有底穴92の内周面92bを備える壁状部分が、基準マークMに対し第1光照射装置64からの光を遮る遮光壁91として機能する。すなわち、基準部材90の基準マークMには、第1光照射装置64からの光は遮光壁91によって殆ど遮られ、第2光照射装置65からの光が主に有底穴92を通って照射される。一方、基準部材90の一端面90aには、第1、第2光照射装置64,65からの各光が照射される。
従来は、特に吸着ノズル55に吸着される部品Pが大型部品の場合、第1光照射装置64からの斜め下方からの光の一部が遮られ、基準マークMの輝度が変化してしまうおそれがあった。しかし、本形態では、基準マークMには第2光照射装置65からの垂直下方からの光が主に照射されるので、基準マークMの輝度をほぼ一定値を保つことができる。すなわち、吸着ノズル55に吸着される部品Pの大きさにかかわらず、基準マークMの撮像を安定的に行うことができ、画像認識した部品の位置を高精度に求めることができる。
次に、基準部材のさらに別の形態を図8を参照して説明する。上述の各形態では、吸着ノズル55に吸着される部品Pにより第1光照射装置64からの斜め下方からの光の一部が遮られる場合に適用可能な基準部材80,90について説明したが、本形態では、吸着ノズル55に吸着される部品Pにより光が遮られない場合に適用可能な基準部材100について説明する。
この基準部材100には、基準マークMが基準部材100の一端面100aと同一平面上に存在するように設けられ、さらに遮光壁101により第1光照射装置64からの光が遮られるように基準マークMの周縁に段状の段差部104が設けられている。
基準部材100は、例えばステンレスで円筒状に形成され、基準部材100の一端面100aには、4つの有底穴102が等角度(90度)間隔で穿設されている。そして、4つの有底穴102の底面102aには、マーク部材103が螺合されている。有底穴102は、マーク部材103の頭103aより大径に形成されている。そして、有底穴102の深さは、マーク部材103の頭103aの長さと同一に形成されている。基準部材100の一端面100a、有底穴102の内周面102bおよび底面102aは、光の吸収が可能な黒色の被覆材で覆われている。マーク部材103の頭103aの頂部は、鏡面加工されて基準マークMが設けられている。
このような構成の基準部材100の一端面100aおよび有底穴102の内周面102bを備える壁状部分が、基準マークMに対し第1光照射装置64からの光を遮る遮光壁101として機能する。そして、マーク部材103の頭103aの外周面103bと有底穴102の底面102aとで構成される段状部分が、遮光壁101により第1光照射装置64からの光が遮られるように基準マークMの周縁に形成された段状の段差部104として機能する。
すなわち、基準部材100の有底穴102の底面102aには、第1光照射装置64からの光は遮光壁101によって殆ど遮られ、第2光照射装置65からの光が主に照射される。一方、基準マークMおよび基準部材100の一端面には、第1、第2光照射装置64,65からの各光が照射される。
このように、有底穴102の底面102aにおける基準マークMの周縁部分は、第2光照射装置65からの光が主に照射され、基準マークMおよび基準部材80の一端面には、第1、第2光照射装置64,65からの各光が照射されるので、有底穴92の底面92aにおける基準マークMの周縁部分の輝度は、基準部材80の一端面の輝度よりも小さくなる。すなわち、基準マークMの周縁部分が輪郭となって基準マークMをより鮮明に画像認識することが可能となるので、画像認識した部品の位置を高精度に求めることができる。
上記した実施の形態によれば、基準部材80,90は、基準マークMに対し第1光照射装置64からの光を遮る遮光壁81,91を備えているので、基準マークMに照射される光のうち、採取装置41に採取される部品Pの影響を受け易い第1光照射装置64からの光は遮光壁81,91により遮られ、当該部品Pの影響を受け難い第2光照射装置65からの光が主に照射される。これにより、採取装置41に採取される部品Pの大きさにかかわらず、基準マークMの輝度をほぼ一定値に保つことができ、基準マークMの撮像を安定的に行うことができる。よって、画像認識した部品Pの位置を高精度に求めることが可能となり、基板Bへの部品Pの実装精度を高めることができる。
また、基準部材80は、遮光壁81により第1光照射装置64からの光が遮られるように基準マークMの周縁に形成された段状の段差部84をさらに備えているので、基準マークMの周縁の段差部84に照射される光のうち、採取装置41に採取される部品Pの影響を受け易い第1光照射装置64からの光は遮光壁84により遮られ、当該部品Pの影響を受け難い第2光照射装置65からの光が主に照射される。これにより、基準マークMは輝度の異なる輪郭により縁取られることになるので、基準マークMを高精度に画像認識することができる。よって、画像認識した部品Pの位置をさらに高精度に求めることが可能となり、基板Bへの部品Pの実装精度をさらに高めることができる。
また、基準マークMは、基準部材80,90,100に対し上方向に穿設された有底穴82,92,102内に形成されているので、基準部材80,90,100に有底穴82,92,102を穿設することで基準マークMおよび遮光壁81,101を形成することができ、基準部材80,90,100を低コストで製作することができる。
なお、上述の実施の形態においては、フィーダ式の部品供給装置20を備えた部品実装装置10について説明したが、本発明は、トレイ式の部品供給装置20を備えたものにも適用可能であり、基板搬送装置30および部品移載装置40についても、実施の形態のものに限定されるものではない。
また、移動装置42としては、図1に示す直交座標形ロボットの他に、円筒座標形ロボットあるいは間接形ロボット等を用いることができ、吸着ノズル55を部品供給位置P1と部品実装位置との間で移動できるものであれば、どのような形態のものであってもよい。また、部品移載装置40は、部品実装装置10に適用した場合を説明したが、部品Pを採取して移動することが必要な装置であれば適用可能である。
10…部品実装装置、20…部品供給装置、30…基板搬送装置、40…部品移載装置、47…部品実装ヘッド、54…吸着ヘッド、55…吸着ノズル、61…部品認識用カメラ、64…第1光照射装置、65…第2光照射装置、66…第1光源、67…第2光源、70…制御装置、80,90,100…基準部材、81,101…遮光壁、82,92,102…有底穴、83,93,103…マーク部材、84,104…段差部、M…基準マーク、B…基板、P…部品。

Claims (2)

  1. 部品を採取可能な採取装置と、
    前記採取装置に採取された前記部品を、当該部品が装着される基板上に移動可能な移動装置と、
    前記採取装置に採取された前記部品を下方から撮像可能な撮像装置と、
    前記撮像装置で前記部品を撮像するときに同時に撮像し、前記部品の画像を処理する際の基準とする基準マークが設けられた基準部材と、
    前記撮像装置の光軸に対し所定角度で傾斜した光を下方から前記部品および前記基準部材に照射可能な第1光照射装置と、
    前記光軸に平行な光を下方から前記部品および前記基準部材に照射可能な第2光照射装置と、を備え、
    前記基準部材は、前記基準マークに対し前記第1光照射装置からの光を遮る遮光壁を備える部品移載装置。
  2. 前記基準マークは、前記基準部材に対し上方向に穿設された有底穴内に形成されている請求項1の部品移載装置。
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