JPH0198003A - 組立装置 - Google Patents

組立装置

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JPH0198003A
JPH0198003A JP62256026A JP25602687A JPH0198003A JP H0198003 A JPH0198003 A JP H0198003A JP 62256026 A JP62256026 A JP 62256026A JP 25602687 A JP25602687 A JP 25602687A JP H0198003 A JPH0198003 A JP H0198003A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば第1部品を第2部品に載せるような複数
の部品の組立を行う組立装置に関し、特に、位置検出手
段を備え、精度の高い位置決めを行う組立装置に関する
〔従来の技術〕
光学顕微鏡等の位置検出手段を用いて、電気部品、電子
部品等の部品の高精度の位置決めを行う組立装置が知ら
れている。
第9図は、従来の組立装置の一例を示す図であり、その
組立装置は、第10囚に示すような第2部品22上に第
1部品21を正確に位置決めして載置する作業を行う、
上記組立装置は、上記第1部品21を支持するコレット
23と、調整用テーブル25.26および移動用テーブ
ル27によりその位置が制御され第2部品22を載置さ
せる載置台24と、第1部品21の位置を検出する光学
顕微鏡28および第2部品22の位置を検出する光学顕
微鏡29とから概ね構成されている。
組立作業は、まず、光学顕8&、鏡28および光学顕微
鏡29を用いて、それぞれ第1部品21および第2部品
22の位置が検出される。これらの位置の検出後、第1
部品21に対する第2部品22の位置関係が計算される
。次に、その計算結果を利用して、上記調整用テーブル
26により図中Y方向の位置が調整され、上記調整用テ
ーブル25により図中X方向の位置が調整される。この
調整位置は、位置検出された第1部品21から一定距離
aだけ離れた位置である。そして、その調整位置から一
定距離lだけ載置台24を移動させる機能を持つ移動用
テーブル27の動作から、上記第2部品22を載置台2
4ごと一定距離Eだけ移動させる。すると、既に調整用
テーブル25.26により第2部品22の位置が調整さ
れているために、第2部品22は第1部品21の直下に
移送される。最後に、コレット23を載置台24に対し
て垂直に降下させ、第1部品21を第2部品22上に載
置させることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のような先行技術においては、光学顕微鏡28.2
9による位置検出が正確に行われた場合であっても、高
精度の組立が行われない場合がある。
すなわち、本来、上記光学顕微鏡28.29の各位置は
一定であって、それらの間隔りも一定であるはずである
。しかし、当該組立装置が設置される場合の室温の変化
や装置内部の温度上昇等によって、光学顕微鏡28.2
9の間隔りが変化する。すると、計算され且つ調整用テ
ーブル25゜26の動作により調整される調整位置も上
記間隔りの変化に従って変化する。この結果、正確な組
立が不能となる。
また、上記光学顕微鏡28.29の間隔りのみなら、ず
一定距離lだけ載置台24を移動させる移動用テーブル
27についても同様である。すなわち、機械温度の上昇
からネジのピッチの変化等が生じ、載置台24の移動す
る距離が上記一定距離lと異なる距離となってしまうこ
とになる。
このような技術的課題への対策としては、当該組立装置
が設置される場所の室温管理や、移動用テーブル27を
クローズトループ制御とすること或いは光学顕微鏡28
.29の剛性を強くする等の方法がある。しかし、室温
管理の場合、本装置での組立作業に要求される±5μm
以下の合わせ精度には、例えば室温を±0.5℃以内に
制御する必要があり、仮にその室温制御を行うならば、
製品価格の著しい上昇を伴うことになる。また、予測で
きない外乱等に対しては、剛性等を強くしても十分に対
処できない。
そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、高精度の組立を
容易に実現する組立装置の提供を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の組立装置について、実施例に基づく第1図を参
照しながら説明する0本発明の組立装置は、先ず、第1
部品1の支持手段9ををしζ第1部品1の位置検出手段
3と第2部品2の位置検出手段4が所定の間隔りで配置
され、上記第1部品1の位置検出手段3および上記第2
部品2の位置検出手段4からの各位置情報に基づいて部
品の位置が調整される機構を有している。上記支持手段
9は、第1部品lを支持するものであり、その移動方向
を問わない、また、上記支持手段9は保持するのみであ
っても良い、上記位置検出手段3゜4としては、光学顕
微鏡やイメージセンサ−等の各部品の位置を検出するも
のが用いられる。各位置情報に基づく位置の調整は、第
2部品2に限らず第1部品1に関して行う構成であって
も良い。
また、上記位置の調整は2次元のみならず3次元や極座
標等を用いた調整であっても良い、そして、上記第2部
品2のi!置台10が一定距離lだけ移動され、上記第
1部品1と上記第2部品2の組立を行う、一定距離lの
移動は平行移動に限らず回転移動でも良い。
このような機構の装置において、さらに本発明の組立装
置は、上記第2部品の載置台近傍に位置基準マーク5が
設けられ、その位置基準マーク5を第1部品1の位置検
出手段3および第2部品2の位置検出手段4で参照して
、位置基準マーク5の参照情報に基づいて部品の調整位
置を補正しながら組立を行う構成とされている。ここで
、位置基準マーク5は、上記各位置検出手段3.°4に
その位置が正確に検出され得る口中であれば良く、その
光学的、電気的等の検出方法を問わない、そして、この
位置基準マーク5は、上記載置台10と位置的に固定さ
れる。なお、組立は、装着、接着、挿入等の種々の実装
作業を含む。
〔作用〕
上記位置基準マークを上記第2部品の載置台近傍に設け
、その位置基準マークを第1部品の位置検出手段および
第2部品の位置検出手段で参照することにより、位置基
準マークの参照情報が求められる。この位置基準マーク
の参照情報には、載置台の移動距離lに関する誤差や、
各位置検出手段の間隔りに関する誤差が含められる。そ
して、これらの誤差から逆に組立作業の補正値を求め、
その補正値により部品の調整位置を補正しながら組立を
行うことで、正確な組立がなされることになる。
〔実施例〕
本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。
まず、本実施例の組立装置の機械的な構造について第1
図を参照しながら説明する。
本実施例の組立装置番ヨ、第1部品1を支持する支持手
段としてのコレット9と、第2部品2を載置させる載置
台10と、そのi3!置装10に接続され図中X、Y方
向の位置の調整を行う調整用テーブル6.7および組立
時に一定距離lたけ移動する移動用テーブル8と、第1
部品1の位置を検出する位置検出手段としての光学顕微
鏡3と、第2部品2の位置を検出する位置検出手段とし
ての光学顕微鏡4と、上記!11台10に配設された位
置基準マーク5とから概ね構成されている。
上記第1部品1を支持するコレット9は、第1部品1を
鉛直方向すなわち図中Z方向に移動させるものである。
このコレット9は第1部品1の一主面から当該第1部品
1を支持する機構を有している。
上記載置台10は、上記第2部品2を載置させ所定の厚
みを有した円板状の台である。上記第2部品2はその底
面が載置台10の表面に載置される。載置台10には、
後述するような位置基準マーク5が配設される。この位
置基準マーク5は、光学顕微鏡3と光学顕微鏡4の双方
に参照される必要があるため、図のような光学顕微鏡3
の配置からは、少なくとも載置台10の位置基準マーク
5の裏面は切り欠かれ若しくは透明体とされている。こ
の載置台10の底部はアーム部材11に支持されている
。アーム部材11は、載置台10と調整用テーブル6.
7および移動用テーブル8を連動させるための部材であ
る。このアーム部材11は、図中X方向に延在された上
端部に上記載置台10が配設されて固定され、その基端
側の底部で調整用テーブル6に固定されている。これら
載置台10およびアーム部材11は、所要の剛性を有し
てなる。
上記アーム11を介して!5!置装10に接続する調整
用テーブルは、図中X方向での!!置台10の位置を調
整するための調整用テーブル6と、図中Y方向での載置
台10の位置を調整するための調整用テーブル7とから
なっている。X方向を調整方向とする調整用テーブル6
は上記アーム部材11の底部に接続され、その下にY方
向を調整方向とする調整用テーブル7が設けられている
。これら各調整用テーブル6.7は、車軸テーブルであ
って、各ネジ棒に沿ってそれぞれボールネジのパルスモ
ータ−駆動による制御が可能である。
これら調整用テーブル6.7に接続する移動用テーブル
8は、第2部品2の調整位置から図中X方向へ一定距離
lだけR置台10を移動させる。
移動用テーブル8は、ボールネジのDCサーボモーター
駆動による車軸テーブルである。なお、移動用テーブル
8をボールネジのパルスモータ−駆動による制御として
も良く、エアシリンダーとメカストツバ−による構成と
することもできる。
上記光学顕微鏡3は、第1部品1の位置検出手段である
。この光学顕微鏡3には、画像を採り込むためのカメラ
が接続され、第1部品1の位置が検出される。光学顕微
鏡3は、コレット9め下方に設けられ、その光軸が上記
コレット9の軸と略同軸に設けられている。上記載置台
10が移動用テーブル8の作動によって一定距離βたけ
動いた時では、光学顕微鏡3とコレット9に支持された
第1部品1の間の空隙に!!置台10が位置する。
この光学顕微鏡3の取り付は場所は、上記コレット9の
支持方法によって変えることができ、第1部品1の形状
により側面からのチャフキングができるならば、光学顕
微鏡3を上側に設けることもできる。
上記光学顕微鏡4は、第2部品の位置検出手段である。
この光学顕微鏡4にも同様に、画像を採り込むためのカ
メラが接続され、載置台lO上の第2部品2の位置が検
出される。光学顕微鏡4は、載置台10の表面から離間
されて、その光軸方向は載置台lOの略法線方向である
。そして、この光学顕微鏡4と上記光学顕微鏡3は、各
光軸が平行線であって、その間隔が一定の間隔りとされ
ている。
上記載置台10に配設された位置基準マーク5は、光学
顕微鏡3,4にそれぞれ参照され、組立作業の補正値を
算出するための目印である。この位置基準マーク5は、
−例として透明体に不透明な十字状の模様を配したもの
とされる。このような透明体にマークを設けることで、
下方から光学顕微鏡3.上方から光学顕微鏡4を用いて
それぞれマークの参照を行なえる。また、位置基準マー
ク5を不透明な下地に透明なマークを設ける様にするこ
ともできる。
次に、概ね上述の如き機械的構造を有する本実施例の組
立装置の作動状態について説明する。
まず初めに、第2図を参照して、通常の組立作業Aにつ
いて簡単に説明すると、開始後、参照作業でない側(N
o側)へ進み、第1部品1がコレット9で支持され、第
2部品2が上記R置台10の表面に載置される(OD+
)−次に、上記光学顕微鏡3で上記第1部品1の位置が
検出され、上記光学顕微鏡4で上記第2部品2の位置が
検出される(ODり−この検出されたデータを利用し、
さらに後述するような参照作業Bによって補正値が有る
ときはその補正値も用いて、第1部品1に対する第2部
品2の位置関係を明らかにし、検出されたデータと補正
値に基づく調整値を計算する(oDs)−第3図は、光
学顕微鏡3の光軸0゜、光学顕微鏡4の光軸04の位置
関係を示している。その間隔りは、移動用テーブル8の
一定距離lの移動方向すなわち図中X方向に対して微小
な角度を持つものと仮定され、間隔りのX成分はXLと
され、間隔りのY成分はY、とされる、そして、調整値
は、この第3図に示す位置関係を基に算出される。補正
値がない場合については(補正値が有る場合については
後述する。)、例えば光学顕微鏡3の光軸0.からの第
1部品1の座標が(x+ 、  3’+ )とされ、光
学顕微鏡4の光軸04からの第2部品2の座標が(Xx
、)’t)とされるときに、調整値(Xa、Ya)は、 (Xa、va)” (j!+xl  XL −XI y
l  YL  Vz)と表される。
このような調整値に基づき載置台10上に載置された第
2部品2の位置を調整する(OD4)。
この調整は、調整用テーブル6.7を用いて行われる。
調整用テーブル6により第1図中X方向の調整が行われ
、調整用テーブル7から第1図中X方向の調整が行われ
る。すなわち、上記調整値(補正値なし)では、(Xa
、Ya)だけ動かせば良い。このように調整用テーブル
6.7を用いて第2部品2が調整位置にセントされた後
、上記移動用テーブル8が作動して第2部品2が載置台
10ごと第1図中X方向に一定距離Eだけ移動する(0
0s)−すると、既に調整がなされているために、コレ
ット9を下降させ、第2部品2上に第1部品1を組み立
てることができる。そして、上記移動用テーブル8の作
動により載置台10を戻すと共に組立られた部品を取り
外す(OD6)−以後、終了か否かを判断しく0D7)
、終了若しくは継続の状態に移る。継続の場合では、再
び参照作業の時刻か否かが判断される(ODo)−次に
、参照作業日について説明する0通常の組立作業Aから
参照作業Bに移行する場合、参照作業に移行する時刻か
否かで判断される(ODo )。
参照作業を行う時刻であるとき(YES)では、参照作
業Bの流れに移る。なお、必ずしも所要の時刻を基準と
して参照作業に移゛るのではなく、機械装置温度や室温
の変化を検出し、ある温度で参照作業Bに移るようにす
ることもできる。また、その他の作業環境の変化に対し
て参照作業Bのループに進むようにすることも可能であ
る。
参照作業Bは次のように進められる。まず、載置台10
に配設された位置基準マーク5を、第2部品2の光学顕
微鏡4の視野内に入れ、その焦点を合わせる(RFI)
−次に、第2部品2の光学顕微鏡4で位置基準マーク5
の交点の座標(X4、y4)を検出し、その位置の座標
を記憶する(RF2)、続いて移動用テーブル8を作動
させ、載置台10を一定距離lだけ移動させる(RFs
)。その移動後、上記位置基準マーク5を、第1部品l
の光学a微鏡3の視野内に入れ、その焦点を合わせる(
RF、)。次に、第1部品1の光学顕微鏡3で位置基準
マーク5の交点の座標(X3、ys)を検出し、その位
置の座標を記憶する(RF、)、このようなRF、〜R
F、の動作から、光学顕微鏡4の光軸04からの交点の
座標(xs+yiと、光学顕微鏡3の光軸O8からの交
点の座標(Xi、ys)とが求められる。
次に、第1回目の参照作業か否かが判断される(RF、
)、第1回目の参照作業である場合(YES)では、初
期相対距離値(Xi、Yi)が求められる(RF? )
−この初期相対距離値(Xi。
Yi)は、光軸間の間隔りや移動テーブル8の移動路@
1が変化しない時点で求められ、上記座標(x3.ys
)、座標(x4.y4)の記憶から、−例として初期相
対距離値(Xi、Yi)= (x3 + Xa r  
3’言+y4)(但し、座標の採り方は、光軸0.を中
心とする。〕である、そして、このとき初期相対距離値
(Xi、Yi)は、(1−XL、YL)と等しいものと
なる。また、初期相対距離値(Xi、Yi)として、単
に各座標値を記憶し保持するだけでも良い、このような
初期相対距離値(Xi、Yi)は、次に説明する補正値
を算出するための基礎データとして用いられるも°ので
ある。従って、第4図に示すように、光軸間の間隔りや
移動テーブル8の移動路@1が変化していない状態で求
められる。なお、初期相対距離値として、補正の必要の
ない状態での調整値をそのまま用いるようにしても良い
、なお、第4図中、矩形3a、4aは、それぞれ各光学
顕微鏡3,4に接続されるカメラのモニター画面を示し
ている。
次に、第1回目の参照作業でない場合すなわち補正値を
位置基準マークの参照情報に基づいて計算する場合につ
いて説明する。まず、例えば第n回目(n−1,nは自
然数)の参照作業において、判断RF、ではNo側に進
み、相対距離値(x n。
Yn)を求める。これを第5図を参照しながら説明する
と、補正値を算出する前提として、移動用テーブル8の
一定距離Jに誤差Δlが生じ、光軸Os、Oa間の間隔
りに誤差が生じてそのX成分が(XL+ΔXL)とされ
且つそのY成分が(Y、+ΔYL)とされたものとする
。作業要素RF1〜RF、を経ることで、第n回目の参
照作業時の座標データが検出されており、その座標をこ
こで座標(X211+7s、l)+座標(X 4□Y 
411)とする。そして、これらの座標値から求められ
る相対距離値(Xn、Yn)は、(Xn、Yn)= (
x1a+ X4.l+  Y211” Y4n>となる
、この相対距離値(Xn、Yn)は、第5図からも明ら
がなように、(E十ΔZ−XL−ΔXL、Δm−’lL
−ΔYL)〔なお、ΔY、の絶対値は第5図中マイナス
値である。〕と等しい。
次に、このようにして求められた相対距離値(Xn、Y
n)と初期相対距離値(Xi、Yi)から補正値(ΔX
、ΔY)を求めてみる( RF 1゜)、まず、初期相
対距離値は、 (Xi、Yi)−(xs +x4.  ys +y4 
)−(J−XL、Y、 )−・−・・・・・−・・−・
・0次に、相対距離値は、 (Xn、  Yn)  =  (X2+1+ X411
1  )’311+ ya、1)=(1+ΔN−XL 
−ΔXt、  Δm−YL −ΔyL )  −−−−
一・・・・−・・−・・−・・−■である。ここで、こ
れら式■−式■の辺、々減算を考えてみると、 (Xi、Yi)−(Xn、Yn) =(X!R+X411XツX4rYxn+Yan−yz
 −ya ) =(Δi−ΔXL、Δm−ΔYL )  −−−−−−
−■となる。すなわち、弐〇より相対距離値から初期相
対距離値を差し引いた値は、(Δl−ΔXLiΔm−Δ
YL)であって、それぞれ生じた誤差を相対量として示
すものとなる。そこで、相対距離値から初期相対距離値
を差し引いた値((X t。
Yi)−(Xn、Yn))を補正値(ΔX、ΔY)とす
ることで、一定の移動距離lや光軸間の間隔りに生じた
誤差を総合的に数値化できることになる。
このような初期相対距離値や相対距離値を求めた後、移
動用テーブル8を戻し、載置台10を当初の位置に戻す
(RFs)。以下、通常の組立作業に戻り、判断OD、
等を経て、上述の組立作業が行われる。特に作業OD、
では、参照作業Bによって求められた補正値(ΔX、Δ
Y)が検出データに加えられ、一定の移動距離lや光軸
間の間隔りに生じた誤差を含んだ形で調整値(Xa、Y
a)が算出されることになる。このため、本実施例の組
立装置では、参照作業Bを行った後では、一定の移動距
離lや光軸間の間隔りの誤差を組立作業に反映させるこ
となく組立作業が行われることになる。
次に、本実施例の組立装置の有効性を示す実験例工、■
について、第6図〜第8図を参照しながら説明する。
まず、実験例Iは、どの程度の誤差が生じるかを実証す
るための実験例である。この実験例Iの仕様は、光学顕
微鏡3.4として20倍の対物レンズを使用し、COD
 (電荷結合素子)カメラにより画像処理を行っている
。データは、第2部品2にかかる光学顕微鏡4における
位置基準マーク5の座標を原点(0,O)とし、移動用
テーブル8を作動させ、今度は第1部品1にかかる光学
顕微鏡3での位置基準マーク5の位置をX成分(第6図
中Δ印で示す、)、Y成分(第6図中O印で示す。)で
表示したものである。なお、第6図にはデータと同時に
その作業温度についてx印で示している。
このような実験例Iの結果を第6図に示す0図からも明
らかなように、経時的に位置基準マーク5の座標が光学
顕微鏡3において変化していることが分る。Y成分では
、開始時に画素293の位置であったものが、最終的(
約9時間後)に画素284の位置までずれている。Y方
向の1画素は0.67μmであり、9画素分のずれであ
るから結局およそ6μmずれている。X成分では、開始
時に画素240の位置であったものが、最終的に画素2
74の位置までずれている。X方向の1画素は0.8μ
mであり、34画素分のずれであるから結局およそ28
μmもずれている。
以上の実験例■は、位置基準マークの参照情報によって
部品の調整位置を補正しない例であるが、実験例■では
、参照作業における参照情報によって部品の調整位置を
補正している。その結果は、第7図および第8図に示す
通りである。
第7図に示す結果からは、X方向のデータとして、35
9〜360pmをピークとする分布が得られ、そのばら
つきは8μm以下(6σ−10゜4)となっている、ま
た、第8図に示す結果からは、X方向のデータとして、
87〜88μmをピークとする分布が得られ、そのばら
つきは同様に8μm以下(6σ−10,6)となってい
る。このように補正値(ΔX、ΔY)を調整値(Xa、
Ya)に加えていくことで、位置決めのばらつきは大幅
に低減されていくことになる。ここで、実験例のサンプ
ル数は50であり、ばらつきの中には他のプ、ロセス的
な要因も含まれている。
なお、上述の実施例は、好適な一例を示したものであり
、本発明の組立装置は、その要旨を逸脱しない範囲での
種々の変更が可能であることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
本発明の組立装置は、上述のように、通常の組立作業に
加えて、位置基準マークの参照情報をもって部品の調整
位置を補正するために、高精度の位置決めが可能であり
、μmレベルでの組立が実現される。そして、本発明の
組立装置では、作業温度の制御のための装置等も不要と
なる。また、本発明は、その補正を行うために特別に機
械的に13[雑な機構を設けるものでもなく、従って、
安価で且つメンテナンスも容易である。また、画像処理
システムとの組み合わせによる自動化を図ることや、温
度センサー等との組合せによる制御も容易となる。
このため本発明の組立装置を製造ラインで用いることで
、信転性の高い組立作業が行われ、製造コストの低減も
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の組立装置の一例を示す要部斜視図、第
2図は本発明の組立装置にかかる組立作業の一例のフロ
ーチャート、第3図は本発明の組立装置にかかる位置検
出手段の光軸の位置関係を示す平面図、第4図は本発明
の組立装置の一例の外乱等のない状態における位置基準
マークの座標を説明するための平面図、第5図は本発明
の組立装置の一例の外乱等の有る状態における位置基準
マークの座標を説明するための平面図、第6図は実施例
に説明する実験例■の実験結果を示す図、第7図は実施
例に説明する実験例■のX方向にかかる実験結果を示す
図、第8図は実施例に説明する実験例■のY方向にかか
る実験結果を示す図である。 また、第9図は従来の組立装置の一例を示す斜視図、第
10図は組立作業の概念を示す模式図である。 1・・・第1部品 2・・・第2部品 3.4・・・光学顕微鏡 5・・・位置基準マーク 6・・・調整用テーブル 7・・・調整用テーブル 8・・・移動用テーブル 9・・・コレット 10・・・載置台 特許出願人   ソニー株式会社 代理人弁理士 小池 晃(他2名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  第1部品の支持手段を有し、第1部品の位置検出手段
    と第2部品の位置検出手段が所定の間隔で配置され、上
    記第1部品の位置検出手段および上記第2部品の位置検
    出手段からの各位置情報に基づいて部品の位置が調整さ
    れた後、上記第2部品の載置台が一定距離移動され、上
    記第1部品と上記第2部品の組立を行う組立装置におい
    て、上記第2部品の載置台近傍に位置基準マークが設け
    られ、その位置基準マークを第1部品の位置検出手段お
    よび第2部品の位置検出手段で参照して、位置基準マー
    クの参照情報に基づいて部品の調整位置を補正しながら
    組立を行う組立装置。
JP62256026A 1987-10-09 1987-10-09 組立装置 Expired - Lifetime JP2595995B2 (ja)

Priority Applications (1)

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JP2010245508A (ja) * 2009-03-16 2010-10-28 Micronics Japan Co Ltd ウェハアライメント装置及びウェハアライメント方法

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