JPWO2015011853A1 - 電子部品実装装置及び電子部品実装方法 - Google Patents

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Abstract

電子部品実装装置の部品撮像部はエリアカメラを3つ有し、各視野はエリアカメラによらず共通する。部品撮像部の撮像形態が第1モードに設定時、部品認識部は、1つのエリアカメラが撮像した画像に基づいて、保持部が保持する電子部品を認識する。一方、撮像形態が第2モードに設定時、部品撮像部では、部品認識部は、3つのエリアカメラが各々撮像した各画像に基づいて、保持部が保持する電子部品を認識する。

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置及び電子部品実装方法に関する。
現在用いられているほとんどの電子部品実装装置は、実装ヘッドがパーツフィーダからピックアップした電子部品を基板上に実装する前に、実装ヘッドによって保持された電子部品を撮像して、電子部品の保持位置等を認識する。なお、電子部品の撮像時、電子部品には照明が当てられる。また、電子部品の撮像に用いられるカメラとしては、ラインカメラ又は2Dセンサーが用いられる。
ラインカメラは、小型の電子部品から大型の電子部品まで利用できるが、照明に制約がある。すなわち、ラインカメラによる1回の機械的な走査の途中で電子部品への照明の当て方を切り替えることはできない。このため、1つの電子部品に対して異なる形態の照明を当てて画像を取り込むためには、2回以上の機械的な走査が必要である。また、ラインカメラが大きな電子部品を撮像するためには、当該電子部品の最大長さをカバーできる撮像素子数が必要である。しかし、ラインカメラの走査時間は、撮像素子数が多いほど長くなる。このため、大きな電子部品にも利用可能なラインカメラを用いると、1回の機械的な走査に時間がかかり、画像の取り込み速度が制限される。また、等速走査が必須であり、かつ、1次元の走査であるために撮像素子の並びに対して垂直な方向にラインカメラを走査する必要がある。
2Dセンサーには異なるサイズの撮像素子が複数用意され、撮像に用いられる撮像素子が電子部品の大きさに応じて切り替えられる。しかし、2Dセンサーのヘッドは、2列ノズルの構成には対応していない。2列ノズルの構成に対応するには、小型電子部品用の撮像素子を2つと大型電子部品用の撮像素子を1つ用意する必要がある。つまり、同一の視野を3つの撮像素子で構成するカメラを実現しなければならない。当該構成によれば、大型電子部品用の撮像素子をライン状に配置された撮像素子で実現すれば走査時間が問題になり、エリア状に配置された撮像素子で実現すればそのコスト及び画像データの読み出し時間が問題になる。
従来、電子部品実装装置における、QFP(Quad Flat Package)のリードのコーポラナリティー検査等といった3次元画像を用いた部品検査には、特許文献5で説明されているレーザー光と位置検出素子(PSD)を用いた方式が主に利用されていた。当該方式は、2次元画像を撮像するカメラを用いた方式とは、照明及び撮像の方法が本質的に異なる。このため、2次元画像を用いる方式を採ることは、2次元撮像のための手段と3次元撮像のための手段の両方の手段を電子部品実装装置に設けることになるため、電子部品実装装置のサイズやコストの面で大きなデメリットがあった。また、本質的に、レーザー光の照射による電子部品の高さを計測するためには、ポリゴンミラーによる機械的なレーザー光の操作が必要であるが、レーザー光の走査時間には制限がある。このため、高速化が必須な抵抗又はコンデンサー等の大量生産用のチップ部品及び厳密なタクトタイムが必要とされる生産ラインへの、上記レーザー光とPSDを用いた方式の適用は不向きであった。
日本国特許第3336774号公報 日本国特許第3318146号公報 日本国特許第3341569号公報 日本国特許第3893184号公報 日本国特許第3578588号公報
本発明の目的は、基板に実装される電子部品毎に画像形態を選択した上で当該電子部品を認識可能な電子部品実装装置及び電子部品実装方法を提供することである。
本発明は、電子部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、前記保持部を移動させる移動機構部と、前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備えた電子部品実装装置であって、前記部品撮像部は、少なくとも1つの撮像素子を含むエリアカメラを少なくとも3つ有し、前記撮像素子の視野はエリアカメラによらずそれぞれ共通し、前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品毎又は電子部品群毎に、前記部品撮像部の撮像形態を第1撮像モード又は第2撮像モードに設定し、前記撮像形態が前記第1撮像モードに設定されたとき、前記部品撮像部では、前記少なくとも3つのエリアカメラの1つに含まれる撮像素子が撮像を行い、前記部品認識部は、当該撮像された画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識し、前記撮像形態が前記第2撮像モードに設定されたとき、前記部品撮像部では、前記少なくとも3つのエリアカメラの各撮像素子が撮像を行い、前記部品認識部は、当該撮像された各画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識する電子部品実装装置を提供する。
本発明は、電子部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、前記保持部を移動させる移動機構部と、前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備え、前記部品撮像部は、少なくとも1つの撮像素子を含むエリアカメラを少なくとも3つ有し、前記撮像素子の視野はエリアカメラによらずそれぞれ共通する電子部品実装装置が行う電子部品実装方法であって、前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品毎又は電子部品群毎に、前記部品撮像部の撮像形態を第1撮像モード又は第2撮像モードに設定し、前記撮像形態が前記第1撮像モードに設定されたとき、前記部品撮像部では、前記少なくとも3つのエリアカメラの1つに含まれる撮像素子が撮像を行い、前記部品認識部は、当該撮像された画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識し、前記撮像形態が前記第2撮像モードに設定されたとき、前記部品撮像部では、前記少なくとも3つのエリアカメラの各撮像素子が撮像を行い、前記部品認識部は、当該撮像された各画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識する電子部品実装方法を提供する。
本発明に係る電子部品実装装置及び電子部品実装方法によれば、基板に実装される電子部品毎に画像形態を選択した上で当該電子部品を認識できる。
本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の全体斜視図 図1に示す電子部品実装装置の上面図 3Dセンサー113の概略構成図 3Dセンサー113が有する各カメラの構成とその働きを説明する図 センターカメラ151Cの働きを説明する図 レフトカメラ151Lの働きを説明する図 ライトカメラ151Rの働きを説明する図 一実施形態の電子部品実装装置におけるエンコーダー131,133、制御部135及び部品認識部137と他の構成要素との関係、並びに、制御部135及び部品認識部137の各内部構成を示す図 小型の電子部品用のヘッド部107Sの構成と3Dセンサー113の各カメラの2つの撮像素子の視野171a,171bとの関係を示す図 小型の電子部品用のヘッド部107Sの構成と3Dセンサー113の各カメラの2つの撮像素子の視野171a,171bとの関係を示す図 大型の電子部品用のヘッド部107Lの構成と3Dセンサー113の各カメラの2つの撮像素子の視野171a,171bとの関係を示す図 大型の電子部品用のヘッド部107Lの構成と3Dセンサー113の各カメラの2つの撮像素子の視野171a,171bとの関係を示す図 3Dセンサー113が図9及び図10のヘッド部107Sに吸着された小型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの一例を示す図 図13に示したタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と小型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図 3Dセンサー113が図9及び図10のヘッド部107Sに吸着された小型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの他の例を示す図 図15に示したタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と小型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図 3Dセンサー113が図11及び図12のヘッド部107Lに吸着された大型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの一例を示す図 最初に撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図 次に撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図 3Dセンサー113が図11及び図12のヘッド部107Lに吸着された大型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの他の例を示す図 最初に異なるタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図 次に異なるタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図 ノズル119を2列配置したヘッド部107、3Dセンサー113、及び電子部品が装着される基板115の水平的な位置関係の一例を示す図 ヘッド部107が電子部品をフィーダー部103から吸着して基板115に装着するまでの第2実施例における移動経路を示す図 図23に示したヘッド部107の移動時におけるX軸方向の速度とY軸方向の速度の経時変化を示す図 ヘッド部107が電子部品をフィーダー部103から吸着して基板115に装着するまでの第3実施例における移動経路を示す図 図26に示したヘッド部107の移動時におけるX軸方向の速度とY軸方向の速度の経時変化を示す図 3Dセンサー113による電子部品の第1回目の撮像タイミング時の視野171a,171bとヘッド部107との垂直方向の位置関係を示す図 3Dセンサー113による電子部品の第2回目の撮像タイミング時の視野171a,171bとヘッド部107との垂直方向の位置関係を示す図 3Dセンサー113による電子部品の第3回目の撮像タイミング時の視野171a,171bとヘッド部107との垂直方向の位置関係を示す図 3Dセンサー113による電子部品の第6回目の撮像タイミング時の視野171a,171bとヘッド部107との垂直方向の位置関係を示す図 ヘッド部107に吸着された電子部品の認識を3次元画像に基づいて行う場合の、LEDライト153の発光、撮像素子の画像データの出力及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングを示す図 ヘッド部107をX軸方向に移動して図32の動作が複数回行われる場合の、LEDライト153の発光及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングを示す図 ヘッド部107に吸着された電子部品の認識を2次元画像に基づいて行う場合の、LEDライト153の発光、撮像素子の画像データの出力及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングを示す図 ヘッド部107をX軸方向に移動して図34の動作が複数回行われる場合の、LEDライト153の発光及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングを示す図 ヘッド部107をX軸方向に移動して図32に示した動作又は図35に示した動作が選択的に行われる場合の、LEDライト153の発光及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングの一例を示す図
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置は、抵抗若しくはコンデンサー等の比較的小さな電子部品からパッケージされたLSI若しくはメモリ等の比較的大きな電子部品までを、プリント基板又は液晶ディスプレイパネル若しくはプラズマディスプレイパネルの基板に実装する。当該電子部品実装装置では、電子部品を基板に実装する前に電子部品を撮像し、撮像画像を用いたソフトウェア処理により電子部品の位置決めと所要の検査を行った上で、電子部品を基板上に装着する。
図1は、本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の全体斜視図である。また、図2は、図1に示す電子部品実装装置の上面図である。本実施形態の電子部品実装装置100は、本体101と、フィーダー部103と、トレー供給部105と、ヘッド部107と、X軸ロボット109と、Y軸ロボット111a,111bと、3次元センサー(以下「3Dセンサー」という)113とを備える。なお、電子部品実装装置100内には基板115が搭載されたベルト117が通過していく。
フィーダー部103は、比較的小型の電子部品を供給する。トレー供給部105は、比較的大型の電子部品を供給する。ヘッド部107は、その底面に行列状に配設された複数のノズル119を有する。ヘッド部107は、フィーダー部103又はトレー供給部105から供給された電子部品121をノズル119で吸着することで保持する。なお、吸着する電子部品の大きさ又は種類に応じて、ノズル119の数又は形態が異なるヘッド部107が用いられる。X軸ロボット109は、ヘッド部107を図1に示すX軸方向に移動させる。Y軸ロボット111a,111bは、ヘッド部107を図1に示すY軸方向に移動させる。X軸とY軸は直交する。3Dセンサー113は、ヘッド部107がX軸ロボット109又はY軸ロボット111a,111bによって移動する際に、ヘッド部107が吸着した電子部品121を下側から撮像する。
図3は、3Dセンサー113の概略構成図である。図3に示すように、3Dセンサー113の内部には、電子部品の真下から撮像するセンターカメラ151Cと、各々略対称な斜め方向から同じ電子部品を撮像するレフトカメラ151L及びライトカメラ151Rとが設けられている。なお、センターカメラ151C、レフトカメラ151L及びライトカメラ151Rの焦点位置は同じであり、各カメラは電子シャッターの機能を有する。また、3Dセンサー113には、電子部品の撮像時に当該電子部品を多方向から照明する照明手段として多数のLEDライト153が配設されている。
図4は、3Dセンサー113が有する各カメラの構成とその働きを説明する図である。図4に示すように、センターカメラ151C、レフトカメラ151L及びライトカメラ151Rは、それぞれ1組の撮像素子を有する。センターカメラ151Cには、1個のテレセントリックレンズ161にビームスプリッター163が取り付けられ、2つの撮像素子165a,165bが2次元の各視野を有する。また、レフトカメラ151Lでは、2つの撮像素子165c,165dの各々にレンズ167c,167dが設けられている。同様に、ライトカメラ151Rでは、2つの撮像素子165e,165fの各々にレンズ167e,167fが設けられている。なお、センターカメラ151Cの撮像素子165aの視野は、レフトカメラ151Lの撮像素子165cの視野及びライトカメラ151Rの撮像素子165eの視野とほぼ共通する。なお、レフトカメラ151Lの撮像素子165c及びライトカメラ151Rの撮像素子165eの各視野もほぼ共通する。同様に、センターカメラ151Cの撮像素子165bの視野は、レフトカメラ151Lの撮像素子165dの視野及びライトカメラ151Rの撮像素子165fの視野とほぼ共通する。なお、レフトカメラ151Lの撮像素子165d及びライトカメラ151Rの撮像素子165fの各視野もほぼ共通する。
図5は、センターカメラ151Cの働きを説明する図である。図5に示すように、センターカメラ151Cでは、ビームスプリッター163とテレセントリックレンズ161aを介して、撮像素子165aが視野171aを撮像し、撮像素子165bが視野171bを撮像する。視野171a,171bの各領域は、撮像方向から見た小型の電子部品のサイズよりも大きい。なお、撮像素子165a,165bはそれぞれ独立したデバイスであり、同じタイミングで撮像することも別々のタイミングで撮像することもできる。
図6は、レフトカメラ151Lの働きを説明する図である。図6に示すように、レフトカメラ151Lでは、撮像素子165cがレンズ167cを介して視野171aを撮像し、撮像素子165dがレンズ167dを介して視野171bを撮像する。なお、撮像素子165c,165dはそれぞれ独立したデバイスであり、同じタイミングで撮像することも別々のタイミングで撮像することもできる。
図7は、ライトカメラ151Rの働きを説明する図である。図7に示すように、ライトカメラ151Rでは、撮像素子165eがレンズ167eを介して視野171aを撮像し、撮像素子165fがレンズ167fを介して視野171bを撮像する。なお、撮像素子165e,165fはそれぞれ独立したデバイスであり、同じタイミングで撮像することも別々のタイミングで撮像することもできる。
本実施形態の電子部品実装装置100は、図1及び図2に示した構成要素の他にも、図示されていないエンコーダー、制御部及び部品認識部を備える。図8は、一実施形態の電子部品実装装置におけるエンコーダー131,133、制御部135及び部品認識部137と他の構成要素との関係、並びに、制御部135及び部品認識部137の各内部構成を示す図である。
エンコーダー131は、X軸ロボット109によるヘッド部107のX軸方向の移動を計測し、ヘッド部107のX軸方向の移動量を示す信号(以下「X軸エンコーダー信号」という)を出力する。また、エンコーダー133は、Y軸ロボット111によるヘッド部107のY軸方向の移動を計測し、ヘッド部107のY軸方向の移動を示す信号(以下「Y軸エンコーダー信号」という)を出力する。制御部135は、ヘッド部107が吸着している電子部品の大きさに応じて、エンコーダー131,133が出力した各信号に基づき、3Dセンサー113を構成する各カメラの撮像素子の撮像タイミング、及びLEDライト153の点灯タイミング又は照明形態等を制御する。部品認識部137は、3Dセンサー113が撮像した画像に基づいて、ヘッド部107が吸着している電子部品の状態等を認識する。
制御部135は、図8に示すように、エンコーダーI/F部201と、位置判別部203と、撮像タイミング決定部205と、撮像制御部207と、照明制御部209とを有する。エンコーダーI/F部201は、エンコーダー131から出力されたX軸エンコーダー信号及びエンコーダー133から出力されたY軸エンコーダー信号を受け取る。位置判別部203は、エンコーダーI/F部201が受け取ったX軸エンコーダー信号及びY軸エンコーダー信号に基づいて、ヘッド部107の位置を判別する。撮像タイミング決定部205は、ヘッド部107の位置に基づいて、ヘッド部107が吸着している電子部品の大きさ又は種類に応じた3Dセンサー113による撮像タイミングを決定する。撮像制御部207は、撮像タイミング決定部205によって決定された撮像タイミングに基づいて、3Dセンサー113の各カメラの撮像素子の露光を制御する。なお、撮像制御部207は、各カメラの2つの撮像素子に対してそれぞれ独立に制御する。照明制御部209は、撮像タイミング決定部205によって決定された撮像タイミングに基づいて、3Dセンサー113のLEDライト153の発光を制御する。照明制御部209によるLEDライト153の発光制御によって、電子部品に照射される光の明るさ、照射角度、又は照明の種類(例えば、透過照明と反射照明)を変えることができる。
部品認識部137は、図8に示すように、画像データI/F部211と、ビデオメモリ213と、画像処理部215とを有する。画像データI/F部211は、3Dセンサー113の各カメラの撮像素子が撮像した画像のデータを受け取る。画像データI/F部211が受け取った画像データはビデオメモリ213に格納される。画像処理部215は、認識しようとする電子部品の種類に応じて、ビデオメモリ213に格納された画像データを用いた画像処理を行う。なお、画像処理部215は、3Dセンサー113のセンターカメラ151Cからの画像データのみを用いて画像処理しても良い。この場合、得られる画像は2次元画像であるが、画像処理部215の処理時間を短縮できる。また、画像処理部215が3Dセンサー113の全てのカメラ(センターカメラ151C、レフトカメラ151L及びライトカメラ151R)からの各画像データを用いて画像処理を行う場合、死角のない3次元画像が得られる。
図9及び図10は、小型の電子部品用のヘッド部107Sの構成と3Dセンサー113の各カメラの2つの撮像素子の視野171a,171bとの関係を示す図である。図9は、ヘッド部107SをY軸方向から見たヘッド部107Sの側面図であり、図10は、ヘッド部107SをX軸方向から見たヘッド部107Sの側面図である。本実施形態の電子部品実装装置に限らず、電子部品実装装置の機能の一つとして、電子部品の吸着、認識、装着といった一連の動作で基板に実装できる電子部品の数が多いことが望ましい。このため、ノズル119を2列配置した図9及び図10に示すヘッド部107Sの構成は、小型の電子部品を多数吸着できるという点で有効である。図9及び図10に示したヘッド部107Sでは、Y軸方向に2列、1列当たり8個のノズル119が配設されており、各ノズルが小型の電子部品を1つ吸着する。当該ヘッド部107Sに小型の電子部品が装着された場合、3Dセンサーの各カメラの2つの撮像素子の各視野内には、Y軸方向に配設された2つのノズル119に吸着された2つの電子部品121a,121bがそれぞれ個別に含まれる。
図11及び図12は、大型の電子部品用のヘッド部107Lの構成と3Dセンサー113の各カメラの2つの撮像素子の視野171a,171bとの関係を示す図である。図11は、ヘッド部107LをY軸方向から見たヘッド部107Lの側面図であり、図12は、ヘッド部107LをX軸方向から見たヘッド部107Lの側面図である。1つの撮像素子の視野に収まらない大型の電子部品を実装する場合、例えば図11及び図12に示すヘッド部107Lが用いられる。図11及び図12に示したヘッド部107Lでは、Y軸方向に1列、1列当たり2個のノズル119が配設されており、各ノズルが大型の電子部品121cを1つ吸着する。当該ヘッド部107Lに大型の電子部品121cが装着された場合、3Dセンサーの各カメラの2つの撮像素子の各視野内には、電子部品121cの一部のみが含まれる。また、2つの撮像素子による一度の撮像では電子部品121cの全体が撮像されない。このため、ヘッド部107LをX軸方向に移動させた上での撮像が複数回行われる。
(第1実施例)
本実施形態の電子部品実装装置において効率的なタクトタイムを実現するためには、電子部品の撮像動作の効率化が重要である。すなわち、電子部品の撮像時にヘッド部107が往復運動することなく、電子部品の大きさによらずにヘッド部107が3Dセンサー113上を一度通過するだけで電子部品の認識に必要な画像が得られれば、効率的なタクトタイムが実現できる。以下、本実施形態の電子部品実装装置が備える制御部135の撮像制御部207及び照明制御部209によって制御された電子部品の撮像について説明する。
図13は、3Dセンサー113が図9及び図10のヘッド部107Sに吸着された小型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの一例を示す図である。また、図14は、図13に示したタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と小型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図13及び図14に示した例では、小型の電子部品121a,121bが同じタイミングかつ同じ照明下でそれぞれ撮像される。なお、視野171a内に位置する電子部品121aの撮像面は撮像素子165a,165c,165eによって撮像され、視野171b内に位置する電子部品121bの撮像面は撮像素子165b,165d,165fによって撮像される。したがって、本実施形態の電子部品実装装置が備える部品認識部137は、1つの視野に対応する撮像素子が撮像した1枚の画像から小型の電子部品を認識することができる。
図15は、3Dセンサー113が図9及び図10のヘッド部107Sに吸着された小型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの他の例を示す図である。また、図16は、図15に示したタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と小型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。ノズル119が2列に構成されたヘッド部107Sが吸着する小型の電子部品の種類が列毎に異なる場合、電子部品の種類毎にLEDライト153の照明形態を変えた方が有効な画像が得られることがある。例えば、一方の列のノズルに吸着された電子部品を撮像する際には照明を比較的明るくし、他方の列のノズルに吸着された電子部品を撮像する際には照明を比較的暗くする。このため、図15及び図16に示した例では、小型の電子部品121a,121bの撮像タイミングをそれぞれずらし、かつ、各撮像タイミングでは異なる照明形態に設定される。すなわち、視野171a内に位置する電子部品121aの撮像面は第1の照明形態の下、撮像素子165a,165c,165eによって1回目のタイミングで撮像され、視野171b内に位置する電子部品121bの撮像面は第2の照明形態の下、撮像素子165b,165d,165fによって2回目のタイミングで撮像される。
なお、1回目のタイミングで撮像されたときの電子部品121aの位置と2回目のタイミングで撮像されたときの電子部品121bの位置のX軸上の間隔、すなわち、ヘッド部107SのX軸上の移動距離は非常に小さい。例えばLEDライト153の発光時間を10μ秒であり、ヘッド部107SのX軸上の移動速度を2000mm/秒であれば、上記間隔は20μmである。
図17は、3Dセンサー113が図11及び図12のヘッド部107Lに吸着された大型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの一例を示す図である。また、図18は、最初に撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図19は、次に撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図17〜図19に示した例では、ノズル119が1列に構成されたヘッド部107Lに吸着された2つの視野171a,171bをまたぐ大型の電子部品121cが、各視野に対応する撮像素子によって同じタイミングかつ同じ照明下で撮像された後、ヘッド部107LがX軸方向に所定長移動したとき、先の撮像時と同じ条件で再び撮像される。したがって、画像処理部215は、複数回の撮像によって得られた各視野に対応した撮像素子による複数の画像を併せて、大型の電子部品121cの撮像面の全体が含まれる画像を生成する。また、部品認識部137は、画像処理部215が複数の画像を併せた画像から大型の電子部品を認識することができる。なお、複数の画像を組み合わせる処理には、各画像のデータを一旦ビデオメモリ213に取り込みソフトウェアで実行する方法と、ハードウェアにてリアルタイムに実行する方法のいずれかによって行われる。画像処理部215がいずれの方法で処理するかは、処理時間と処理能力の兼ね合いで決定して良い。
図20は、3Dセンサー113が図11及び図12のヘッド部107Lに吸着された大型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの他の例を示す図である。また、図21は、最初に異なるタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図22は、次に異なるタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図20〜図22に示した例では、大型の電子部品121cの撮像面が、各視野に対応する撮像素子によって異なるタイミングかつ同じ照明下で撮像された後、ヘッド部107LがX軸方向に所定長移動したとき、先の撮像時と同じ条件で再び撮像される。この場合も、画像処理部215は、複数回の撮像によって得られた各視野に対応する撮像素子による画像を組み合わせれば、大型の電子部品121cの撮像面全体の画像を得ることができる。なお、図20に示した撮像モードは図15に示した撮像モードと共用化することが可能であるため、回路設計が多少とも簡便になる。
以上説明したように、第1実施例では、1つの撮像素子の視野に収まる小型の電子部品の認識に際しては1つの撮像素子が撮像した画像を利用し、2つの視野をまたぐ大型の電子部品の認識に際しては、これら2つの視野に対応する2つの撮像素子が撮像した各画像を併せた画像を利用する。したがって、ヘッド部107が往復運動することなく、電子部品の大きさによらずにヘッド部107が3Dセンサー113上を一度通過するだけで電子部品の認識に必要な画像が得られる。その結果、基板に実装される電子部品の大きさによらず、高速かつ高精度に検査対象の電子部品を認識することができる。
(第2実施例)
図23は、ノズル119を2列配置したヘッド部107、3Dセンサー113、及び電子部品が装着される基板115の水平的な位置関係の一例を示す図である。また、図24は、ヘッド部107が電子部品をフィーダー部103から吸着して基板115に装着するまでの第2実施例における移動経路を示す図である。図24に示すO点は、電子部品を吸着するときのヘッド部107の中心位置を表す。ヘッド部107は、O点で電子部品を吸着した後、X軸ロボット109及びY軸ロボット111a,111bによってP点まで移動される。次に、ヘッド部107は、X軸ロボット109によってP点からQ点まで移動される。なお、P点からQ点への移動はX軸に平行な移動である。最後に、ヘッド部107は、X軸ロボット109及びY軸ロボット111a,111bによって、電子部品の装着点であるR点まで移動される。ヘッド部107が吸着している電子部品の3Dセンサー113による撮像は、ヘッド部107がP点に位置するときからQ点に位置するときまで間欠的に行われる。
図25は、図23に示したヘッド部107の移動時におけるX軸方向の速度とY軸方向の速度の経時変化を示す図である。図25に示すように、O点からP点に到達したヘッド部107は、Q点に向けて加速した後、所定距離を等速で移動し、Q点への到達に向けて減速する。上述したように、3Dセンサー113による電子部品の撮像は、ヘッド部107がP点に位置するときからQ点に位置するときまで行われる。すなわち、本実施形態の電子部品実装装置が備える制御部135による撮像制御は、ヘッド部107がP点からQ点への等速移動中に限定されない。制御部135は、P点からQ点に向けてヘッド部107が加速中にも撮像を行うよう3Dセンサー113を制御し、ヘッド部107がQ点への到達に向けて減速中にも撮像を行うよう3Dセンサー113を制御する。
図25には、ヘッド部107がP点からQ点への等速移動中に撮像タイミングが限定された場合のX軸方向の速度とY軸方向の速度の経時変化が点線で示される。この場合、ヘッド部107は、O点から図24に示すp点に移動し、p点からX軸と平行な方向に加速して、P点からQ点までの間は等速で移動し、図24に示すq点への到達に向けて減速する。最後に、ヘッド部107は、q点からR点まで移動される。
図25に点線で示した場合はp点からP点までの加速時間及びQ点からq点までの減速時間は撮像可能時間に含まれないが、第2実施例では加減速時間も撮影可能時間に含まれる。このため、ヘッド部107のO点からR点までの移動時間を比較すると、図25に実線で示した本実施例による移動時間の方が、図25に点線で示した場合よりも短い。その結果、本実施形態の電子部品実装装置におけるタクトタイムを効率化できる。
なお、エンコーダー131,133からの信号が所定位置を示してから、制御部135がLEDライト153の点灯と撮像素子の露光を指示するまでには、制御部135の処理能力にもよるが、例えば30μ秒が必要である。ヘッド部107の移動速度が1000mm/秒であれば30μmの画像としての遅れ(ヘッド部107の移動方向へのズレ)が発生する。本実施例のようにヘッド部107が加減速移動中に撮像が行われる場合、制御部135の撮像タイミング決定部205は、ヘッド部107の移動速度に応じた遅れを逆算しながら、当該遅れをキャンセルした撮像タイミングを決定する。
(第3実施例)
図26は、ヘッド部107が電子部品をフィーダー部103から吸着して基板115に装着するまでの第3実施例における移動経路を示す図である。図26に示すO点は、小型の電子部品を吸着するときのヘッド部107の中心位置を表す。ヘッド部107は、O点で電子部品を吸着した後、X軸ロボット109及びY軸ロボット111a,111bによってP点まで移動される。次に、ヘッド部107は、X軸ロボット109及びY軸ロボット111a,111bによってP点からQ点まで移動される。なお、P点からQ点への移動は、X軸に対して斜めに、Y軸上で基板115に近づく方向への移動である。最後に、ヘッド部107は、X軸ロボット109及びY軸ロボット111a,111bによって、電子部品の装着点であるR点まで移動される。ヘッド部107が吸着している小型の電子部品の撮像は、ヘッド部107がP点からQ点への移動中、ヘッド部107が3Dセンサー113上を通過している間に間欠的に行われる。
図27は、図26に示したヘッド部107の移動時におけるX軸方向の速度とY軸方向の速度の経時変化を示す図である。図27に示すように、O点からP点に到達したヘッド部107は、Q点に向けて加速した後、所定距離を等速で移動し、Q点への到達に向けて減速する。上述したように、3Dセンサー113による小型の電子部品の撮像は、ヘッド部107が3Dセンサー113上を通過している間に間欠的に行われる。本実施例では、Y軸エンコーダー信号が示すY軸上の位置に応じて撮像タイミングが決定される。
図28〜図31は、3Dセンサー113による電子部品の撮像タイミング毎に視野171a,171bとヘッド部107との垂直方向の位置関係を示す図である。本実施例でも、ノズルが2列に構成されたヘッド部107が吸着する小型の電子部品の種類が列毎に異なる場合、小型の電子部品121a,121bの撮像タイミングをそれぞれずらし、かつ、各撮像タイミングでは異なる照明形態に設定される。なお、ヘッド部107が1種類の電子部品を吸着している場合には、各列の電子部品の撮像タイミングは同じであっても良い。
図27には、電子部品の撮像中にヘッド部107がX軸と平行に移動する場合のX軸方向の速度とY軸方向の速度の経時変化が点線で示される。図27に点線で示した例では、撮像中のY軸方向のヘッド部107の移動量は0である。すなわち、第2実施例で図24に示した場合と同じである。しかし、第3実施例では、撮像時間を含むP点からQ点への移動時に、ヘッド部107はY軸方向にも基板115に向けて移動する。すなわち、ヘッド部107のY軸上の動作が装着点(R点)までの時間を律速している。このため、ヘッド部107のO点からR点までの移動時間を比較すると、図27に実線で示した本実施例による移動時間の方が、図27に点線で示した場合よりも短い。その結果、本実施形態の電子部品実装装置におけるタクトタイムを効率化できる。なお、本実施例は、ヘッド部107が小型の電子部品を吸着する場合に適用可能である。
(第4実施例)
図32は、ヘッド部107に吸着された電子部品の認識を3次元画像に基づいて行う場合の、LEDライト153の発光、撮像素子の画像データの出力及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングを示す図である。図32に示す例では、ノズルが2列に構成されたヘッド部107の異なる列に吸着された2つの小型の電子部品に対して、それぞれ異なるタイミングで異なる照明形態の光を照射して、各照明に同期して3Dセンサー113が有する各カメラの撮像素子が露光される。撮像素子が露光したことにより得られた画像データは、本実施形態の電子部品実装装置が備える部品認識部137のビデオメモリ213に順次転送される。図33は、ヘッド部107をX軸方向に移動して図32の動作が複数回行われる場合の、LEDライト153の発光及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングを示す図である。
図34は、ヘッド部107に吸着された電子部品の認識を2次元画像に基づいて行う場合の、LEDライト153の発光、撮像素子の画像データの出力及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングを示す図である。図34に示す例では、ノズルが2列に構成されたヘッド部107の異なる列に吸着された2つの小型の電子部品に対して、それぞれ異なるタイミングで異なる照明形態の光を照射して、各照明に同期して3Dセンサー113が有するセンターカメラ151Cの撮像素子が露光される。撮像素子が露光したことにより得られた画像データは、本実施形態の電子部品実装装置が備える部品認識部137のビデオメモリ213に順次転送される。図35は、ヘッド部107をX軸方向に移動して図34の動作が複数回行われる場合の、LEDライト153の発光及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングを示す図である。
図36は、ヘッド部107をX軸方向に移動して図32に示した動作又は図35に示した動作が選択的に行われる場合の、LEDライト153の発光及びビデオメモリ213への画像データの書き込みの各タイミングの一例を示す図である。図36に示す例では、ヘッド部107に吸着された電子部品の認識を3次元画像に基づいて行うか2次元画像に基づいて行うかを、電子部品の種類等に応じて本実施形態の電子部品実装装置が備える制御部135が選択する。制御部135の撮像制御部207は、2次元画像を撮像する場合には、3Dセンサー113のセンターカメラ151Cの撮像素子165a,165bを露光するよう制御し、3次元画像を撮像する場合には、3Dセンサー113のセンターカメラ151C、レフトカメラ151L及びライトカメラ151Rがそれぞれ有する全ての撮像素子を露光するよう制御する。3次元画像に基づく部品認識には、例えば、QFPのリード浮き検査又は微小部品の吸着姿勢の検査等が含まれる。
図32〜図36に示したように、2次元画像を撮像する際にビデオメモリ213に書き込まれる画像データの合計サイズは、3次元画像を撮像する際にビデオメモリ213に書き込まれる画像データの合計サイズよりも小さい。すなわち、一度の撮像当たり3Dセンサー113からビデオメモリ213に転送されるデータ量は、2次元画像の方が3次元画像よりも小さい。また、3次元画像を生成するためには画像処理部215が各カメラからの画像データを3D処理する必要がある。このため、部品認識部137のソフトウェア又はハードウェアによる処理負担は、2次元画像の場合よりも3次元画像の場合の方が処理データ量の増加に伴い大きくなる。言い換えれば、2次元画像に基づく認識のときの方が部品認識部137の処理負担が小さい。
以上説明したように、第4実施例では、電子部品の認識に利用する画像として2次元画像が必要であるか3次元画像が必要であるかに応じて、制御部135の撮像制御部207は、ヘッド部107によって吸着された電子部品毎、電子部品群毎又は電子部品の種類毎に3Dセンサー113の撮像形態を制御する。このように、撮像形態を選択的に使い分けることによって、不必要な画像データの転送が発生せず、また、部品認識部137に不必要な負担をかけることもない。その結果、電子部品実装装置は迅速に部品認識を行うことができる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2013年7月25日出願の米国特許出願(13/950,677)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明に係る電子部品実装装置は、電子部品を基板に実装するマウンター等として有用である。
100 電子部品実装装置
101 本体
103 フィーダー部
105 トレー供給部
107,107S,107L ヘッド部
109 X軸ロボット
111a,111b Y軸ロボット
113 3次元センサー(3Dセンサー)
115 基板
117 ベルト
119 ノズル
121 電子部品
131,133 エンコーダー
135 制御部
137 部品認識部
151C センターカメラ
151L レフトカメラ
151R ライトカメラ
153 LEDライト
165a,165b,165c,165d,165e,165f 撮像素子
161 テレセントリックレンズ
163 ビームスプリッター
167c,167d,167e,167f レンズ
171a,171b 視野
201 エンコーダーI/F部
203 位置判別部
205 撮像タイミング決定部
207 撮像制御部
209 照明制御部
211 画像データI/F部
213 ビデオメモリ
215 画像処理部
121a,121b 小型の電子部品
121c 大型の電子部品

Claims (3)

  1. 電子部品を供給する部品供給部と、
    前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、
    前記保持部を移動させる移動機構部と、
    前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、
    前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、
    前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備えた電子部品実装装置であって、
    前記部品撮像部は、少なくとも1つの撮像素子を含むエリアカメラを少なくとも3つ有し、前記撮像素子の視野はエリアカメラによらずそれぞれ共通し、
    前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品毎又は電子部品群毎に、前記部品撮像部の撮像形態を第1撮像モード又は第2撮像モードに設定し、
    前記撮像形態が前記第1撮像モードに設定されたとき、前記部品撮像部では、前記少なくとも3つのエリアカメラの1つに含まれる撮像素子が撮像を行い、前記部品認識部は、当該撮像された画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識し、
    前記撮像形態が前記第2撮像モードに設定されたとき、前記部品撮像部では、前記少なくとも3つのエリアカメラの各撮像素子が撮像を行い、前記部品認識部は、当該撮像された各画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識することを特徴とする電子部品実装装置。
  2. 請求項1に記載の電子部品実装装置であって、
    前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品の種類に応じて、前記部品撮像部の撮像形態を第1撮像モード又は第2撮像モードに設定することを特徴とする電子部品実装装置。
  3. 電子部品を供給する部品供給部と、
    前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、
    前記保持部を移動させる移動機構部と、
    前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、
    前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、
    前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備え、
    前記部品撮像部は、少なくとも1つの撮像素子を含むエリアカメラを少なくとも3つ有し、前記撮像素子の視野はエリアカメラによらずそれぞれ共通する電子部品実装装置が行う電子部品実装方法であって、
    前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品毎又は電子部品群毎に、前記部品撮像部の撮像形態を第1撮像モード又は第2撮像モードに設定し、
    前記撮像形態が前記第1撮像モードに設定されたとき、前記部品撮像部では、前記少なくとも3つのエリアカメラの1つに含まれる撮像素子が撮像を行い、前記部品認識部は、当該撮像された画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識し、
    前記撮像形態が前記第2撮像モードに設定されたとき、前記部品撮像部では、前記少なくとも3つのエリアカメラの各撮像素子が撮像を行い、前記部品認識部は、当該撮像された各画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識することを特徴とする電子部品実装方法。
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