JPH07122896A - 電子部品の位置・姿勢計測方法及び装置 - Google Patents

電子部品の位置・姿勢計測方法及び装置

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JPH07122896A
JPH07122896A JP5288819A JP28881993A JPH07122896A JP H07122896 A JPH07122896 A JP H07122896A JP 5288819 A JP5288819 A JP 5288819A JP 28881993 A JP28881993 A JP 28881993A JP H07122896 A JPH07122896 A JP H07122896A
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Hironori Yamamoto
洋紀 山本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 QFPのような電子部品のリードの浮きや曲
がりの検査及び位置姿勢の計測を高い信頼性で高速かつ
高精度に行えるようにする。 【構成】 部品本体から側方に突出した複数本のリード
を有する電子部品を基板上に搭載する際に該電子部品の
位置・姿勢を計測する方法であって、複数本のリードを
横断する方向にレーザ光を照射してその反射光から全リ
ードの位置を検出し、各リード毎にその検出位置を部品
中心を表わす座標空間に投票して最も多くのリードが投
票された位置を検出し、その位置に投票されたリードを
良、それ以外を不良とするリード検査を行うと共に、全
リードの検出位置を最小二乗法で統合して部品本体とリ
ードの位置ずれが最小になる位置及び姿勢を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、QFPと称されるIC
チップのような部品本体から側方に突出した複数本のリ
ードを有する電子部品を基板上に搭載する際に、当該電
子部品の位置・姿勢を計測する方法と、その方法を実施
するための装置とに関する。
【0002】
【従来の技術】ICチップのような電子部品を基板上に
実装する電子部品実装機(チップマウンタ)において
は、チップを正しく位置決めするために、チップから突
出するリードの浮きや曲がり及びチップの位置ずれを検
出し、それを補正することが必要である。特開平3−3
6798号には、そのようなチップの位置ずれを精密に
検出するための方法が提案されている。
【0003】この方法は、チップ供給部のチップを、X
Yテーブルに駆動されてXY方向に移動する移載ヘッド
のノズルに吸着して移送し、位置決め部に位置決めされ
た基板上に搭載するようにした電子部品実装機における
チップ位置ずれ検出方法であって、上記チップ供給部と
位置決め部との間において、上記チップの1辺から側方
に突出する複数本のリードを横断する方向にレーザ光を
照射し、次いで移載ヘッドに装備されたモータによりノ
ズルを90°回転させて、次の辺のリードに同様にレー
ザ光を照射し、こうしてチップの4辺のリードを横断す
る方向に順にレーザ光を照射して、その反射光の出力波
形からリードの浮きと曲がりを検出し、かつ各辺のリー
ド列の波形の2等分線からチップのセンターを検出し
て、チップのXY方向の位置ずれΔx,Δyを検出する
とともに、チップのθ方向の位置ずれΔθを検出するよ
うにしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、リード列の波形の2等分線を基準としてチッ
プの位置ずれΔx,Δy,Δθを求めているので、Δ
x,Δy,Δθは各辺の端に位置するリードの計測位置
及び精度のみに依存する。このため、各辺の端部のリー
ドが曲がっている場合(あるいは計測に誤差があった場
合)には、Δx,Δy,Δθは真の値でなく、リードの
曲がりの検査も信頼性に乏しいという問題点がある。
【0005】例えば、対象とする電子部品が、次のよう
な仕様のQFPである場合、計測精度は少なくとも数1
0μ必要である。
【0006】 リードピッチ 0.65mm リード数 65本 外形 13.5×14.5mm 搭載精度 0.1mm そこで、リードの浮き・曲がり及びQFPの位置姿勢計
測の目標精度は、いずれも20μとする。
【0007】このように、リード検査と位置姿勢の計測
には、極めて高い測定精度が必要であり、計測時間もな
るべく短くすることが望まれる。特に計測精度が重要で
あるが、リード浮きについては、レーザ装置の精度が数
μと十分にあるため、それほど問題はない。水平方向の
精度、すなわちリードの曲がりとQFPの位置姿勢の検
出精度が、重要な課題となる。水平方向の精度は、第1
にレーザ装置(変位計)の水平方向の分解能に依存す
る。そして、ピッチが小さくなるほど、センサの水平方
向の精度は悪くなる。
【0008】従って、本発明の目的は、QFPのような
電子部品のリードの浮きや曲がりの検査及び位置姿勢の
計測を、高い信頼性で高速かつ高精度に行うことができ
る方法とそのための装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、部品本
体から側方に突出した複数本のリードを有する電子部品
を基板上に搭載する際に該電子部品の位置・姿勢を計測
する方法であって、前記複数本のリードを横断する方向
にレーザ光を照射してその反射光から全リードの位置を
検出し、各リード毎にその検出位置を部品中心を表わす
座標空間に投票して最も多くのリードが投票された位置
を検出し、その位置に投票されたリードを良、それ以外
を不良とするリード検査を行うと共に、全リードの検出
位置を最小二乗法で統合して前記部品本体とリードの位
置ずれが最小になる位置及び姿勢を求めることを特徴と
する。
【0010】本発明の装置は、部品本体から側方に突出
した複数本のリードを有する電子部品を基板上に搭載す
る際に該電子部品の位置・姿勢を計測するために、前記
複数本のリードを横断する方向にレーザ光を照射してそ
の反射光から全リードの位置を検出するレーザ装置と、
電子部品のリード部を前記レーザ装置からのレーザ光で
走査するために電子部品を移動させる駆動機構と、前記
レーザ装置の検出出力に基づいて、各リード毎にその検
出位置を部品中心を表わす座標空間に投票して最も多く
のリードが投票された位置を検出し、その位置に投票さ
れたリードを良、それ以外を不良とするリード検査と、
全リードの検出位置を最小二乗法で統合して部品本体と
リードの位置ずれが最小になる位置及び姿勢を求める演
算処理とを行う処理装置とを備えたことを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明によれば、複数本のリードを有する電子
部品を基板上に搭載する実装機において、電子部品を取
り出した後、複数本のリードを横断する方向にレーザ光
を照射して、その反射光から全リードの位置を検出す
る。そして、各リード毎にその検出位置を部品中心を表
わす座標空間に投票して最も多くのリードが投票された
位置を検出し、その位置に投票されたリードを良、それ
以外を不良とするリード検査を行う。同時に、全リード
の検出位置を最小二乗法で統合して部品本体とリードの
位置ずれが最小になる位置及び姿勢を求める。このよう
な電子部品のリード検査と位置姿勢(取り出し時の位置
ずれ)の計測は、レーザ装置からの検出出力に基づき、
コンピュータのような処理装置で実行される。
【0012】上記のように、リード検査は全リードの計
測位置を利用する投票法で行い、位置姿勢の計測は全リ
ードの計測位置を最小二乗法で統合する手法を用いて行
うので、高精度で信頼性の高いリード検査と位置姿勢の
計測が可能となる。
【0013】また、QFPのような電子部品では、4辺
に対して各1回ずつ合計4回の単純なレーザ走査でリー
ド検査と位置姿勢の計測で同時に行うので、それらが高
速で実行される。
【0014】
【実施例】図1は、電子部品実装機において、供給部で
あるパレットからQFPを取り出して基板上に実装する
までの動作手順を示し、図2は、各動作の概略を示す。
【0015】まず、図2(A)に示すように、QFP供
給部のパレットから、必要なQFP1を横方向及び上下
方向に移動する部品搭載ヘッド2のノズル3に吸着して
取り出す(ステップST1)。そして、そのQFP1の
リード先端部について後述のレーザ走査を行うために、
図2(B)に示すようにQFP1を仮位置決めする(S
T2)。ここで、リード検査及び位置姿勢の計測を行う
(ST3)。これについては、後で図3を参照して説明
する。そして、当該QFPが良品か否かを判定し(ST
4)、良品でなければそれを排出し(ST5)、良品で
あれば位置姿勢の補正を行って(ST6)、終了する。
【0016】上記リード検査と位置姿勢の計測は、図2
(C)に示すように、QFP1のリード先端部におい
て、各リード11を横断する方向にQFP1の各辺につ
いて1回ずつ計4回、図2(D)に示すようなレーザ装
置(レーザ変位計)4により直線上のレーザ走査〜
を行い、得られた計測データに基づいて同時に実行され
る。このとき、QFP1のリード部をレーザ装置4から
のレーザ光で走査するために、従来同様QFP1を移動
させる駆動機構(図示省略)が設けられている。レーザ
装置4には、その検出出力に基づいて後述の処理動作を
行う処理装置であるコンピュータ5が接続されている。
【0017】図3はリード検査及び位置姿勢計測の動作
手順を示し、図4はQPFに対する動作の概略を示す。
動作時には、図4(A)に示すようにレーザ走査を行い
(ST31)、図4(B)に黒丸で示すリード位置の検
出とリード浮きの検査を行う(ST32)。そして、リ
ードの曲がり検査(ST33)と、QFPの位置姿勢
(図4(C)に示す中心位置(X、Y)及び傾きθ)の
計測(ST34)とを行う。以下、詳細に説明する。
【0018】レーザ装置4を構成するレーザ変位計は、
図5に示すように、レーザ光を照射する発光部41と、
被照射物で反射したレーザ光を収束させる光収束部42
と、収束したレーザ光を受け入れる受光部43とを含
む。測定の際には、発光部41と被照射物との距離が、
図6に示すようにレーザ変位計の所定の測定範囲内で上
下する場合、受光部43に反射光が入る。このような測
定範囲内にリード11の被測定面が光路と垂直に位置決
めされた場合において、リード11の正しい光路方向の
位置(変位量)を標準とすると共に、測定値の許容範囲
を定めてこれを合格範囲とし、リード11がこの合格範
囲内にあるかどうかにより、リード浮きの良、不良を判
定する。
【0019】このようなレーザ装置では、検出信号に対
するノイズは、画像データに比べて非常に少ない。しか
し、図5に示すように、レーザ光は発光部41の鉛直下
方の測定対象点と中心とするスポット径分の広がりを持
っている。測定対象点がリード間の間隙に当たる場合
に、このスポット径分の広がり範囲内にリード11が含
まれると、リード11は測定対象点外であるにもかかわ
らず、ここで反射された光が受光部43に入り、測定デ
ータの精度が悪くなる。QFPの隣接するリード間の間
隙と比較してレーザ光のスポット径が大きい場合は、特
に信頼性が問題となり、リード幅が計測上広くなるとい
う現象が生じる。本発明では、この点を考慮して、リー
ド位置検出及びリード浮き検査のため、リード間の間隙
を検出することに重点をおいた次のようなアルゴリズム
を用いる。
【0020】まず、図7に示すように、測定範囲におい
て検出したリード面からの反射光は、変位量が一定すな
わち高さデータが同一の連続点群として、測定結果に現
われる。この連続点群をリードクラスタと呼ぶこととす
る。初めに、測定結果からすべてのリードクラスタを抽
出し(ステップ1)、リードクラスタの数とリードクラ
スタの中点を検出する(ステップ2)。そして、リード
クラスタ数がリード数より少ないならば、不良と判断す
る(ステップ3)。更に、リードクラスタの中点をリー
ド中心位置に設定し、リード中心位置の高さデータが合
格範囲外ならば、不良と判断する(ステップ4)。
【0021】次に、リードの曲がり検査及びQFPの位
置姿勢計測について説明する。
【0022】前提として、図8に示すようにQFP1を
リード線群によって表現する。各リード線(リードを表
わす線を「リード線」と表現する)11’は、図9に示
すように、本体部12とその両端のリード部13とで構
成される。
【0023】図8において、y方向のリード線は、
【0024】
【数1】 となり、x方向のリード線は、
【0025】
【数2】 となる。パラメータtで本体部やリード部を指定すれば
よい。
【0026】今、QFP1が点(X,Y)の位置へ平行
移動し、かつ本体中心のまわりに角度θだけ回転したと
する。このとき、リード線上の点(x,y)は、次式で
表わされる点(x' ,y' )に移る。
【0027】
【数3】 故に、式(1),(2) で表わされる各直線は、式(1) 及び
(2) を式(3) に代入して得られる次式で表わされる点
(x' ,y' )に移る。
【0028】
【数4】 結局、式(4) 及び(5) が、位置(X,Y)及び角度θだ
けずれた時のQFPを表わす。高さ方向のデータも、パ
ラメータtの範囲で指定しておくとよい。
【0029】次に、図8に破線で示すx=±b,y=±
aの直線に沿ってレーザ走査した時のリード検出位置を
計算する。これは、式(4) 及び(5) で表わされる各リー
ド線と直線x=±b,y=±aとの交点を求めればよ
い。すなわち、上部リード検出位置(y=aとの交点)
【0030】
【数5】 下部リード検出位置(y=−aとの交点)
【0031】
【数6】 右部リード検出位置(x=bとの交点)
【0032】
【数7】 左部リード検出位置(x=−bとの交点)
【0033】
【数8】 次に、投票(voting)によりリード検査を行う。
【0034】まず、図8に示すようにリード先端部を走
査する。位置姿勢のずれとリードの曲がりにより、リー
ド検出位置が○印から×印の位置に移る。故に、×印の
位置は、QFPの位置ずれとリードの曲がりが合成され
たものになる。このうち、リードの曲がり成分だけ抽出
することでリード曲がりを検出したい。
【0035】通常、QFPの位置姿勢がわかつている場
合、基準位置と姿勢からリードの先端位置を計算し、検
出位置が合格範囲内に入っているか否かをみることで簡
単に検査できる。本発明で用いる投票法は、これと逆
に、検出したリード位置から位置姿勢がどうなっている
かを調べることでリードの曲がり不良を検出する方法で
ある。この投票法では、リードが合格範囲内にあるか否
かはわかるが、絶対的なリード位置ずれの大きさは計測
できない(範囲はわかる)。しかしながら、後述の最小
二乗法と組み合わせることで、リード位置ずれの大きさ
も計測することができる。
【0036】図10は、投票法の原理を示す。簡単のた
め、位置ずれはY方向のみとし、X=0かつθ=0の場
合を説明する。
【0037】リード,,の標準位置は、中心位置
(X,Y)からの距離y1 ,y2 ,y3 として既知であ
り(式(2) )、位置ずれの許容範囲は±Δyとする。こ
のとき、リードのように、リードが±Δy/2の範囲
内で曲がっているならば、中心位置の座標値Yはどの範
囲をとるかを考え、その範囲にリード名を投票する。こ
の結果、最大の投票位置が位置ずれ(範囲)であり、
その位置に投票されたリード名のリードが良品リードと
なる。
【0038】図10はすべて良品リードの場合である
が、図11はリードが±Δy/2の範囲を越えて曲が
っている場合を示す。この曲がりにより、リードの標
準位置は、位置ずれの許容範囲±Δy()からはずれ
た位置ずれ’(範囲)に投票され、リード曲がり不良
となる。
【0039】実際には、各レーザ走査線上のリード検出
位置の式(6) 〜(9) を部品中心位置(X,Y)について
解いた (上部リード) X=xn +a sinθ−xn' cosθ …(10) (下部リード) X=xn −a sinθ−xn' cosθ …(11) (右部リード) Y=yn −b sinθ−yn' cosθ …(12) (左部リード) Y=yn +b sinθ−yn' cosθ …(13) を基本式として、投票法によるリード曲がり不良検出ア
ルゴリズムを実行する。これは、リードの曲がりの許容
範囲をΔx,Δyとすると、次のようなアルゴリズムで
ある。
【0040】まず、投票空間V[X][Y][θ]を用
意する。X,Y,θは前述の仮位置決めの範囲内にあ
る。
【0041】次に、各検出位置(xn'又はyn')を±Δ
x/2又は±Δy/2動かしながら、対応するリードの
基本式(10)〜(13)に代入する。このとき、θを仮位置決
めの範囲で動かして代入する。各々の計算結果に対応す
る投票空間V内の位置にリード名を投票する。
【0042】最後に、V内で最も多くのリード名が投票
されている位置を探す。この位置に投票されたリードが
良品リード、それ以外が不良リードとなる。
【0043】次に、最小二乗法による位置姿勢計測につ
いて説明する。
【0044】上記のように投票法により良品とされたリ
ードの検出位置を基準として、最小二乗法を用いて、位
置姿勢を高精度に計測する。
【0045】前述の式(6) 〜(9) に最小二乗法を適用す
る。すなわち、
【0046】
【数9】 を最小にするX,Y,θをQFPの位置姿勢とする。そ
れには、
【0047】
【数10】 を解けばよい。
【0048】以下、最小二乗法による位置・姿勢計測の
ための計算を説明する。
【0049】
【数11】 とおいたとき、J=Jp +Jq +Jr +Js を最小にす
るX,Y,θを求めればよい。そのため、
【0050】
【数12】
【0051】
【数13】
【0052】
【数14】 上式で
【0053】
【数15】 同様にして
【0054】
【数16】
【0055】
【数17】
【0056】
【数18】 ここで
【0057】
【数19】 とおくと、
【0058】
【数20】 (Cp +Cq) cosθ− (Fp +Fq)−a (P−Q)sinθ+ (P+Q) X=0 …(27)
【0059】
【数21】 (Cr +Cs) cosθ− (Fr +Fs)+b (R−S)sinθ+ (R+S) Y=0 …(28)
【0060】
【数22】 −(Dp +Dq +Dr +Ds ) sinθ cosθ +(Ep +Eq +Er +Es ) sinθ +{a(Cp −Cq )+b(Cs −Cr )}sin2θ +{a(Cq −Cp )+b(Cr −Cs )}cos2θ −{X(Cp −Cq )+Y(Cr −Cs )} sinθ +{a(Fp −Pq )+b(Fs −Fr )} cosθ +{a2 (P+Q)+b2 (R+S)} sinθ cosθ +{aX(Q−P)+bY(R−S)} cosθ =0 …(29) 故に、 {a(Cp −Cq )+b(Cs −Cr )}sin2θ +{a(Cq −Cp )+b(Cr −Cs )}cos2θ +{a2 (P+Q)+b2 (R+S) −(Dp +Dq +Dr +Ds )} sinθ cosθ +{Ep +Eq +Er +Es −X (Cp −Cq)−Y (Cr +Cs)}・ sinθ +{a(Fp −Fq )+b(Fs −Fr ) +aX(Q−P)+bY(R−S)} cosθ =0 …(30) 上記(28)〜(30)の連立方程式を解いてX,Y,θを求め
ればよい。
【0061】初めに、X,Yを消去する。(28),(29)式
より
【0062】
【数23】 (31),(32)式を(30)式に代入して整理すると、
【0063】
【数24】 この(33)式を数値計算で解き、(31),(32)式に代入すれ
ば、X,Y,θを得ることができる。
【0064】上記の最小二乗法では、搭載位置からリー
ドがずれないようにQFPを搭載するという実装機の機
能に対して、ここで算出したX,Y,θは、リードのず
れが全体として最も小さくなるように決定した搭載位置
姿勢補正量となっていることがわかる。つまり、各リー
ドが許容範囲内のずれをもっていても、全体としてこの
各リードのずれの影響が最も小さくなるような搭載位置
・姿勢を求めていると考えることができ、非常に効果的
である。
【0065】
【発明の効果】本発明によれば、上記のように、全リー
ドの計測データを有効に利用しているので、高精度のリ
ード検査および位置姿勢計測が可能である。
【0066】また、多くのリードの位置計測データを最
小二乗法を用いて統合するので、高精度で信頼性の高い
位置姿勢計測が可能となる。
【0067】更に、QFPのような電子部品の場合、各
辺に対して1回、合計4回の単純なレーザ走査によって
リード検査と位置姿勢の計測を同時に行うので、高速な
処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電子部品の取り出しから基板上への実装までの
動作を示すフローチャート。
【図2】図1の電子部品の取り出し、仮位置決め、レー
ザ走査及びそれらの動作を行う装置を示す図。
【図3】図1のリード検査・位置姿勢計測動作の詳細な
手順を示すフローチャート。
【図4】電子部品に対するリード検査・位置姿勢計測動
作の説明図。
【図5】レーザ装置によるリード測定状態を示す図。
【図6】レーザ装置の測定範囲とリード浮きの合格範囲
を示す図。
【図7】測定範囲において検出したリードから抽出した
リードクラスタを示す図。
【図8】電子部品を表現するリード線群を示す図。
【図9】リード線の構成を示す図。
【図10】電子部品のリード位置についての投票法の原
理を示す図。
【図11】図10においてリードが曲がっている場合を
示す図。
【符号の説明】
1…電子部品(QFP)、2…部品搭載ヘッド、3…ノ
ズル、4…レーザ装置、5…コンピュータ、11…リー
ド、11’…リード線、12…本体部、13…リード
部、41…レーザ装置の発光部、42…光収束部、43
…受光部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】部品本体から側方に突出した複数本のリー
    ドを有する電子部品を基板上に搭載する際に該電子部品
    の位置・姿勢を計測する方法であって、 前記複数本のリードを横断する方向にレーザ光を照射し
    てその反射光から全リードの位置を検出し、各リード毎
    にその検出位置を部品中心を表わす座標空間に投票して
    最も多くのリードが投票された位置を検出し、その位置
    に投票されたリードを良、それ以外を不良とするリード
    検査を行うと共に、全リードの検出位置を最小二乗法で
    統合して前記部品本体とリードの位置ずれが最小になる
    位置及び姿勢を求めることを特徴とする電子部品の位置
    ・姿勢計測方法。
  2. 【請求項2】部品本体から側方に突出した複数本のリー
    ドを有する電子部品を基板上に搭載する際に該電子部品
    の位置・姿勢を計測する装置であって、 前記複数本のリードを横断する方向にレーザ光を照射し
    てその反射光から全リードの位置を検出するレーザ装置
    と、 前記電子部品のリード部を前記レーザ装置からのレーザ
    光で走査するために前記電子部品を移動させる駆動機構
    と、 前記レーザ装置の検出出力に基づいて、各リード毎にそ
    の検出位置を部品中心を表わす座標空間に投票して最も
    多くのリードが投票された位置を検出し、その位置に投
    票されたリードを良、それ以外を不良とするリード検査
    と、全リードの検出位置を最小二乗法で統合して前記部
    品本体とリードの位置ずれが最小になる位置及び姿勢を
    求める演算処理とを行う処理装置とを備えたことを特徴
    とする電子部品の位置・姿勢計測装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105149938A (zh) * 2015-08-19 2015-12-16 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种基于Catia的零件自动装配方法
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