JP6735443B2 - 部品実装方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ノズルにより部品を吸着して基板に装着する部品実装方法に関するものである。
部品実装装置は、ノズルにより部品を吸着して基板に装着する動作を繰り返し行って実装基板を製造する。このような部品実装装置では、ノズルにより部品を吸着したものの、何らかの理由によって、その部品を廃棄或いは回収する必要が生じる場合がある。例えば、ノズルにより吸着した部品をカメラによって撮像した際に、部品に異常が発見されたような場合のほか、ノズルに吸着した部品を基板に装着できずに持ち帰ってしまったような場合等である。対象となる部品が比較的安価であるときには部品がそのまま廃棄されることもあるが、その他の場合、特に、部品が高価で再利用すべきものであるときには、所定の回収場所に載置して回収するケースが多い。
上記のように部品を回収場所に載置して回収する場合、部品は既に載置されている他の部品と干渉しないように載置される。下記の特許文献1には、部品を回収する場合には回収場所を撮像して空きスペースを探索し、空きスペースにおける部品の載置位置を部品の外形に基づいて決定してから部品を載置することで、部品を効率よく、かつ傷を付けることなく回収できる技術が開示されている。
特開2009−4468号公報
しかしながら、上記従来の記述では、部品を回収場所に載置する前に、空きスペースに合致した部品の載置位置を決定するという複雑な演算を実行する必要があり、その分部品の回収に要する時間がかかって実質的なタクトが低下するおそれがあるという問題点があった。
そこで本発明は、回収しようとする部品を異物と接触させることなく所定の回収場所に迅速に載置することができる部品実装方法を提供することを目的とする。
本発明の部品実装方法は、ノズルにより部品を吸着して基板に装着する部品実装方法であって、前記ノズルにより部品を吸着した後、その部品を回収する必要が生じた場合に、部品の回収場所として定められた複数のエリアの中から選択したエリアを載置エリアとして設定する第1の載置エリア設定工程と、前記第1の載置エリア設定工程で設定した前記載置エリアをエリア撮像手段に撮像させる第1の載置エリア撮像工程と、前記第1の載置エリア撮像工程で得られた画像に基づいて前記載置エリアの領域内に前記載置エリアに意図せず入り込んだ異物があるか否かを検査する第1の検査工程と、前記第1の検査工程で前記載置エリアの領域内に前記異物を発見しなかった場合に前記ノズルにより前記載置エリアに部品を載置する第1の部品載置工程と、前記第1の検査工程で前記載置エリアの領域内に前記異物を発見した場合に、前記複数のエリアの中から前記第1の載置エリア設定工程で選択したエリアとは異なる他のエリアを新たに載置エリアとして設定する第2の載置エリア設定工程と、前記第2の載置エリア設定工程で設定した前記載置エリアをエリア撮像手段に撮像させる第2の載置エリア撮像工程と、前記第2の載置エリア撮像工程で得られた画像に基づいて前記載置エリアの領域内に前記異物があるか否かを検査する第2の検査工程と、前記第2の検査工程で前記載置エリアの領域内に前記異物を発見しなかった場合に前記ノズルにより前記載置エリアに部品を載置する第2の部品載置工程と、を含む。
本発明によれば、回収しようとする部品を異物と接触させることなく所定の回収場所に迅速に載置することができる。
本発明の一実施の形態における部品実装装置の要部斜視図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の制御系統を示すブロック図 本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える部品回収トレイの平面図 本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装作業の手順を示すメインルーチンのフローチャート 本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装作業の手順を示すサブルーチンのフローチャート (a)(b)本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える部品回収トレイの一部の平面図 本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装作業の手順の第1変形例を示すフローチャート 本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装作業の手順の第2変形例を示すフローチャート
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施の形態における部品実装装置1を示している。部品実装装置1は基板2に部品3を装着する装置であり、基台11に基板搬送機構12、部品供給部13、部品装着機構14、部品カメラ15、部品回収トレイ16及び廃棄ボックス17を備えている。ここでは説明の便宜上、作業者OPから見た部品実装装置1の左右方向をX軸方向とし、前後方向をY軸方向とする。また、上下方向をZ軸方向とする。
図1において、基板搬送機構12は前後に配置された一対のコンベア機構12aから構成されており、基板2をX軸方向に搬送することによって(図中に示す矢印A)、基板2を基台11の中央部付近の作業位置に位置させる。部品供給部13は本実施の形態では複数のテープフィーダ13aから構成されており、それぞれ基台11の前方側(作業者OPから見た手前側)に着脱自在に取り付けられている。各テープフィーダ13aは後方側(作業者OPから見た奥側)の端部に位置する部品供給口13Kに部品3を連続的に供給する。
図1において、部品装着機構14は、基台11に設けられたヘッド移動機構21と、ヘッド移動機構21によって移動される装着ヘッド22を備えて構成されている。ヘッド移動機構21は、固定テーブル21a、移動テーブル21b及び移動プレート21cを有している。固定テーブル21aは基台11の上方をY軸方向に延びており、その両端部は基台11に固定されている。移動テーブル21bはX軸方向に延びており、一端部が固定テーブル21aに沿って移動自在となっている。移動プレート21cは、移動テーブル21bに沿って移動自在に設けられている。装着ヘッド22は移動プレート21cに取り付けられている。
図1において、装着ヘッド22は複数のノズル22aを備えている。各ノズル22aは下方に延びており、下端が部品吸着口となっている。装着ヘッド22は吸着機構部22bを備えており、吸着機構部22bは図示しない真空源と繋がっている。吸着機構部22bは真空源より供給される真空圧を制御することで、各ノズル22aの部品吸着口に真空吸着力を発生させる。
図1において、ヘッド移動機構21は、固定テーブル21aに対する移動テーブル21bのY軸方向への移動と、移動テーブル21bに対する移動プレート21cのX軸方向への移動とによって、装着ヘッド22を水平面内(XY面内)方向に移動させる。装着ヘッド22には撮像視野を下方に向けたヘッドカメラ22Cが取り付けられている。
図1において、部品カメラ15は、基台11の基板搬送機構12と部品供給部13との間の領域に設けられており、撮像視野を上方に向けている。部品回収トレイ16と廃棄ボックス17はそれぞれ基台11上に固定して設けられている。
図2において、基板搬送機構12、各テープフィーダ13a、ヘッド移動機構21、装着ヘッド22が備える吸着機構部22bの各作動制御及び部品カメラ15及びヘッドカメラ22Cの各撮像動作の制御は部品実装装置1が備える制御装置30の動作制御部30aが行う。部品カメラ15及びヘッドカメラ22Cの撮像動作によって得られた画像データは制御装置30に送られ、制御装置30の画像認識部30bにおいて画像認識される。
図2において、制御装置30にはタッチパネル31が接続されている。タッチパネル31は、作業者OPが制御装置30に所要の入力を行う入力装置として機能するほか、制御装置30が部品実装装置1の状態を作業者OPに表示したり作業者OPに作業指示を与えたりする出力装置として機能する。
図2に示すように、制御装置30には上述の動作制御部30a及び画像認識部30bのほか、データ記憶部30c、載置エリア設定部30d、撮像制御部30e及び検査部30fを備えている。
データ記憶部30cには、部品実装装置1が取り扱う部品3の各種データが記憶されている。またデータ記憶部30cには、後述する部品3の回収作業において部品3の回収場所として使用される複数のエリアAr(図3)それぞれの位置(領域)のデータも記憶されている。複数のエリアArは、本実施の形態では、部品回収トレイ16の底面上に設定されており、部品回収トレイ16の底面をマトリックス状に区画してなるひとつひとつの想像領域が部品3のひとつ当たりの回収場所としてのエリアArとなっている。
載置エリア設定部30dは、動作制御部30aがノズル22aにより部品3を吸着した後、その部品3を回収する必要が生じた場合に、データ記憶部30cに記憶されている複数のエリアArの中からひとつのエリアArを選択し、その選択したエリアArを載置エリアとして設定する。回収する部品3を複数のエリアArに載置していくときの経路KR(図3)は予め定められており、載置エリア設定部30dは、回収すべき部品3が発生すると、その定められた経路(順序)に従って載置エリアを設定していく。
図3に示す例では、回収される部品3は、基板搬送機構12に近い側(紙面上側)のX軸方向の並びに左端から右端に順に部品3が載置されていき、右端に達したらひとつ手前側(作業者OP側であり、紙面下側)のX軸方向の並びに右端から左端に順に載置されていく。そして、左端に達したら更にひとつ手前側のX軸方向の並びに左端から右端に順に部品3載置されていく。以下、これを繰り返すような順序で部品3は載置されていき、載置エリア設定部30dはこの順に従って、載置エリアを設定していく。なお、ここに示した部品3の載置順は一例に過ぎず、任意に設定することができる。
撮像制御部30eは、載置エリア設定部30dが載置エリアとして設定したエリアArをエリア撮像手段であるヘッドカメラ22Cに撮像させる。載置エリアを撮像したヘッドカメラ22Cはその撮像した画像データを制御装置30に送信し、その画像データの送信を受けた画像認識部30bは、載置エリアについて画像認識を実行する。
検査部30fは、画像認識部30bが行った載置エリアの画像認識の結果に基づいて、載置エリアの領域内に異物があるか否かを検査する。ここでいう「異物」には、ごみのような異物のほか、意図せず部品回収トレイ16内に入り込んだ他の部品3等も含まれる。
本実施の形態では、部品回収トレイ16の底面は暗色に塗られており、検査部30fはその部品回収トレイ16の底面の色を予め記憶している。そして、ヘッドカメラ22Cによって撮像された載置エリアの画像に基づいて、部品回収トレイ16の底面の色(暗色)と異なる色(明色)の領域を認識した場合に、載置エリアの領域内に異物を発見したとする。
次に、本実施の形態における部品実装装置1による部品実装作業の手順(部品実装方法)を説明する。初めに、図4に示すメインルーチンのフローチャート及び図5に示すサブルーチンのフローチャートを用いて本実施の形態における部品実装装置1による部品実装作業の標準例を示し、その後に標準例の一部の手順を変えた変形例を示す。
図4において、標準例による部品実装作業は、作業者OPがタッチパネル31から作業開始の操作を行うことによって開始される。作業者OPが作業開始の操作を行うと、先ず、基板搬送機構12が作動して外部から基板2を受け取り、その基板2を搬入して作業位置に位置決めする(ステップST1の基板搬入工程)。基板搬送機構12が基板2を搬入して作業位置に位置決めしたら、装着ヘッド22はヘッド移動機構21に駆動されて、テープフィーダ13aの上方に移動する。そして、テープフィーダ13aが部品供給口13Kに供給する部品3をノズル22aにより吸着してピックアップする(ステップST2の部品吸着工程)。
装着ヘッド22は、ノズル22aにより部品3を吸着したら、その吸着した部品3が部品カメラ15の上方を通過するように移動する。部品カメラ15は、ノズル22aがピックアップした部品3を下方から撮像する(ステップST3の部品撮像工程)。
部品カメラ15が部品3を撮像したら、制御装置30は画像認識部30bにおいて画像認識を行い、部品3の姿勢等を認識する(ステップST4の部品認識工程)。そして、その認識結果に基づいて、制御装置30は、部品3に異常があるか否かを判断する(ステップST5)。
ステップST5で制御装置30が部品3に異常がないと判断した場合には、装着ヘッド22が作動して、ノズル22aにより吸着した部品3を基板2上の所定位置に装着する(ステップST6の部品装着工程)。この部品装着工程において、装着ヘッド22は、ステップST4の部品認識工程で認識された部品3の姿勢が整えられるようにノズル22aの位置(Z軸回りの回転を含む)を調整する。
ステップST6の部品装着工程が終了したら、制御装置30は、ノズル22aによる部品3の持帰りが発生しているか否かを判断する(ステップST7)。制御装置30はこの判断を、例えば、ノズル22aに繋がる真空配管内の圧力変化に基づいて行う。
制御装置30は、ステップST7で部品3の持帰りが発生していると判断した場合や、ステップST5で部品3に異常があると判断した場合には、ステップST8のサブルーチン(図5)に進む。
図5において、ステップST8では、先ず、制御装置30は、ノズル22aが吸着している部品3は回収する対象であるか否かを判断する(ステップST11)。この判断の基準は予め定められているが、その基準としては、例えば、その部品3が高価で再利用すべきであるかどうかが採用される。
ステップST11で、ノズル22aが吸着している部品3は回収する対象であると制御装置30が判断した場合には、載置エリア設定部30dは、部品3の回収場所として定められた複数のエリアArの中からひとつのエリアを選択する。そして、その選択したエリアArを「載置エリア」として設定する(ステップST12の載置エリア設定工程)。
載置エリア設定部30dが載置エリアを設定したら、撮像制御部30eは、ヘッドカメラ22Cに載置エリアを撮像させる(ステップST13の載置エリア撮像工程)。ヘッドカメラ22Cが撮像エリアを撮像したら、検査部30fは、載置エリア撮像工程で得られた画像に基づいて、載置エリアの領域内に異物があるか否かを検査する(ステップST14の検査工程)。
図6(a)に示すように、設定した載置エリアの領域内に異物GMがあり、ステップST14の検査工程で検査部30fがその異物GMを発見した場合には、ステップST12に戻る。そして、部品3の回収場所として定められた複数のエリアArの中から他のエリア(図6(a)中に符号Ar1で示すエリア参照)を新たに選択し、ステップST12の載置エリア設定工程を改めて実行する。
ステップST12の載置エリア設定工程を改めて実行し、新たに載置エリアを設定したら、その新たに設定した載置エリアについてステップST13の載置エリア撮像工程を行ったうえで、ステップST14の検査工程を実行する。このように、設定した載置エリアの領域内に異物GMが発見された場合には、その載置エリアはスキップして、次の(隣接した)エリアArを載置エリアに設定する。なお、改めて行う検査工程においても異物GMを発見した場合には、更に改めてステップST12の載置エリア設定工程を実行する。
ステップST14の検査工程において、検査部30fが載置エリアの領域内に異物GMを発見しなかった場合には、装着ヘッド22はノズル22aに吸着した部品3を載置エリアに載置する(ステップST15の部品載置工程)。ステップST14の検査工程で載置エリアの領域内に異物GMが発見され、改めて設定された載置エリアの領域内に異物GMが発見されなかった場合には、元の載置エリアがスキップされた状態で、その隣の載置エリアに部品3が載置されることになる(図6(b))。部品3が載置エリアに載置され、部品の回収が完了したら、メインルーチンに戻る。
一方、ステップST11で、ノズル22aが吸着している部品3は回収する対象でないと制御装置30が判断した場合には、装着ヘッド22は廃棄ボックス17の上方に移動し、ノズル22aによって吸着していた部品3を廃棄ボックス17に落下させて廃棄する(ステップST16の部品廃棄工程)。部品3が廃棄されたら、メインルーチンに戻る。
制御装置30は、メインルーチンに戻ったら、基板2に装着すべき全ての部品3の基板2への装着が終了したか否かを判断する(図4のステップST9)。そして、その結果、基板2に装着すべき全ての部品3の基板2への装着が終了していなかった場合には、ステップST2に戻る。一方、ステップST9で、基板に装着すべき全ての部品3の基板2への装着が終了していた場合には、基板搬送機構12が基板2を外部に搬出し(ステップST10の基板搬出工程)、基板2の1枚当たりの部品実装作業が終了する。
部品実装装置1はこのような一連の動作を繰り返し実行して部品装着を行うべき全ての基板2に対する部品装着作業を行うが、この間、作業者OPは、テープフィーダ13aが部品切れになった場合の部品3の補充や、装着ヘッド22が基板2に装着した部品3が非正常であった場合の処置等、必要な作業を随時行うことによって、部品実装装置1が部品装着作業を継続して実行し得るようにする。このような作業の際、作業者OPはタッチパネル31等を操作して、部品装着作業が正常に進行するようにする。
このように、本実施の形態における部品実装方法では、部品3の回収場所として複数のエリアArが定められており、その定められた複数のエリアArの中から選択した載置エリアを撮像し、その載置エリアの領域内に異物GMがあるか否かの検査を行ってから載置エリアに部品3を載置するようになっている。このため回収対象となっている部品3を異物GM(他の部品等を含む)と干渉させずに載置エリアに載置することができ、部品3に傷を付けずに回収することができる。ここで、部品3を載置する前のチェックは載置エリアの領域内に異物GMがあるか否かについてだけであり、載置エリアの領域内に異物GMがなかった場合にはそのまま部品3を載置エリアに載置できるので、部品3の回収に要する時間は極めて短いものとなる。
ところで、上記サブルーチンにおける部品の回収又は廃棄工程では、ステップST12の載置エリア設定工程を実行した後、必ず載置エリアの領域内に異物GMがあるか否かの検査を実行するようになっていたが、部品3の種類によっては、載置エリアの領域内に異物GMがあってその異物GMと回収する部品3とが干渉したとしても構わない場合もあり得る。これは例えば、回収する部品3が比較的安価であって、載置エリアに載置したときに異物GMと干渉して仮に傷が付いてしまったとしても構わない(廃棄すれば済む)状況であるような場合である。
図7のフローチャートは上述の標準例の第1変形例を示すものであり、標準例のサブルーチン(ステップST8)の部分の処理内容に相当する。この第1変形例では、標準例におけるステップST13の載置エリア撮像工程を実行する前(ここではステップST12の載置エリア設定工程の後)、上記のように、回収する必要が生じた部品3の種類等に応じて、ステップST14の検査工程を行う必要があるか否かを判定する(ステップST17の判定工程)。
ステップST17の判定工程で検査工程を行う必要があると判定した場合には、ステップST13の載置エリア撮像工程を実行する。そして、ステップST14の検査工程を実行する。一方、ステップST17の判定工程で検査工程を行う必要がないと判定した場合には、ステップST13の載置エリア撮像工程及びステップST14の検査工程を行うことなく、ステップST15の部品載置工程を実行する。
第1変形例では、検査工程を行う必要がない場合には検査工程を行うことなく部品載置工程を実行するので、標準例の効果に加えて、更にタクトを向上させることができるという効果が得られる。
図8のフローチャートは標準例の第2変形例を示すものであり、標準例のサブルーチン(ステップST8)の部分の処理内容に相当する。この第2変形例ではステップST14の検査工程で載置エリアの領域内に異物GMを発見した場合に、動作制御部30aが装着ヘッド22の動作を一旦停止させたうえで(ステップST18の動作停止工程)、作業者OPに所要の(例えば、載置エリアの領域内に異物GMを発見した旨の)報知を行う(ステップST19の報知工程)。ここで、上記報知を行う報知手段としては、例えば、タッチパネル31が採用される。
作業者OPは、報知手段を介して上記報知を受けた場合には、載置エリアから異物GMを取り除き、タッチパネル31等から装着ヘッド22の動作を再開させる所要の操作(再開操作)を行う。タッチパネル31を介して作業者OPにより再開操作の入力がなされたことを検知したら(ステップST20)、撮像制御部30eは、改めて設定された載置エリアをヘッドカメラ22Cが撮像し、ステップST13の載置エリア撮像工程を実行する。そして、検査部30fは、その撮像結果に基づいてステップST14の検査工程を実行する。
第2変形例では、載置エリアの領域内に異物GMが発見された場合に、その異物GMを作業者OPが取り除くので、部品3が載置されずにスキップされるエリアArがなくなる。このため前述の標準例又は第1変形例の効果に加えて、限りのあるエリアArを無駄なく使用できるという効果が得られる。
なお、上記第2変形例におけるステップST17の判定工程を省略し、ステップST12の載置エリア設定工程で設定した載置エリアに対し、ステップST13の載置エリア撮像工程とステップST14の検査工程を必ず実行するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施の形態における部品実装方法では、部品3の回収場所として複数のエリアArが定められており、その定められた複数のエリアArの中から選択した載置エリアを撮像し、その載置エリアの領域内に異物GMがあるか否かの検査を行ってから載置エリアに部品3を載置するようになっている。部品を載置する前のチェックは載置エリアの領域内に異物GMがあるか否かについてだけであり、載置エリアの領域内に異物GMがなかった場合にはそのまま部品3を載置エリアに載置できるので、部品3の回収に要する時間は極めて短いものとなる。このため本実施の形態における部品実装方法によれば、回収しようとする部品3を異物GMと接触させることなく迅速に所要のエリア(回収場所)に載置することができ、部品の回収に要する時間を短縮させて、部品実装装置1の実質的な実装タクトを向上させることができる。
これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、部品3の回収場所である複数のエリアArは部品回収トレイ16の底面上にマトリックス状に区画されて成るものであったが、これは一例であり、必ずしもマトリックス状に区画されるものでなくてもよい。また、上述の実施の形態では、部品回収トレイ16は基台11に固定的に設置されるものとして説明したが、部品回収トレイ16は部品供給装置として基台11に連結されるトレイフィーダが必要に応じて出し入れする構成であってもよい。
回収しようとする部品を異物と接触させることなく所定の回収場所に迅速に載置することができる部品実装方法を提供する。
2 基板
3 部品
22a ノズル
22C ヘッドカメラ(エリア撮像手段)
Ar エリア
GM 異物

Claims (5)

  1. ノズルにより部品を吸着して基板に装着する部品実装方法であって、
    前記ノズルにより部品を吸着した後、その部品を回収する必要が生じた場合に、部品の回収場所として定められた複数のエリアの中から選択したエリアを載置エリアとして設定する第1の載置エリア設定工程と、
    前記第1の載置エリア設定工程で設定した前記載置エリアをエリア撮像手段に撮像させる第1の載置エリア撮像工程と、
    前記第1の載置エリア撮像工程で得られた画像に基づいて前記載置エリアの領域内に前記載置エリアに意図せず入り込んだ異物があるか否かを検査する第1の検査工程と、
    前記第1の検査工程で前記載置エリアの領域内に前記異物を発見しなかった場合に前記ノズルにより前記載置エリアに部品を載置する第1の部品載置工程と、
    前記第1の検査工程で前記載置エリアの領域内に前記異物を発見した場合に、前記複数のエリアの中から前記第1の載置エリア設定工程で選択したエリアとは異なる他のエリアを新たに載置エリアとして設定する第2の載置エリア設定工程と、
    前記第2の載置エリア設定工程で設定した前記載置エリアをエリア撮像手段に撮像させる第2の載置エリア撮像工程と、
    前記第2の載置エリア撮像工程で得られた画像に基づいて前記載置エリアの領域内に前記異物があるか否かを検査する第2の検査工程と、
    前記第2の検査工程で前記載置エリアの領域内に前記異物を発見しなかった場合に前記ノズルにより前記載置エリアに部品を載置する第2の部品載置工程と、を含むことを特徴とする部品実装方法。
  2. 前記第1の検査工程で前記載置エリアの領域内に前記異物を発見した場合に所要の報知を行う報知工程を実行することを特徴とする請求項1に記載の部品実装方法。
  3. 前記第1の載置エリア撮像工程を実行する前、前記第1の検査工程を行う必要があるか否かを判定する判定工程を実行し、前記判定工程で前記第1の検査工程を行う必要があると判定した場合には前記第1の載置エリア撮像工程を実行し、前記判定工程で前記第1の検査工程を行う必要がないと判定した場合には前記第1の載置エリア撮像工程を実行することなく部品を前記載置エリアに載置することを特徴とする請求項1又は2に記載の部品実装方法。
  4. 前記判定工程における前記第1の検査工程を行う必要があるか否かの判定を、前記部品の種類に応じて行うことを特徴とする請求項3に記載の部品実装方法。
  5. 前記異物はごみと前記部品とは異なる部品との少なくとも一方であることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の部品実装方法。
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