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JP4401210B2 - 電子部品実装装置 - Google Patents

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JP4401210B2
JP4401210B2 JP2004086437A JP2004086437A JP4401210B2 JP 4401210 B2 JP4401210 B2 JP 4401210B2 JP 2004086437 A JP2004086437 A JP 2004086437A JP 2004086437 A JP2004086437 A JP 2004086437A JP 4401210 B2 JP4401210 B2 JP 4401210B2
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本発明は、電子部品を装着ヘッドに設けた吸着ノズルで吸着して、回路基板に実装する電子部品実装装置に関するものである。
従来より、電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置が提案されている。特開平4−196299号(特許文献1)の電子部品実装装置は、電子部品が1次元光センサの走査線を通過する間、電子部品上の異なる位置で複数回走査を行い、この1次元光センサの走査結果をメモリ装置に取り込むものである。そして、この装置は、取り込まれた走査位置の異なる複数の線画像情報により、一方向より見た電子部品の二次元画像情報を得るものである。
特開平4−196299(図3)
しかしながら、上記特許文献1の電子部品実装装置は、一方向から見た、二次元画像情報を得るものである。このため、一方向から見た二次元画像情報が類似している電子部品に関しては、吸着ノズルで吸着した電子部品が、実際に搭載しようとした電子部品と異なっていても、同じ電子部品であると判断してしまい、誤搭載を行う可能性がある。例えば、円筒状の部品と角柱状の部品とでは、投影方向によって、同じ部品であると認識する可能性がある。
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、より確実に電子部品の認識を行うことができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、
電子部品を吸着可能な吸着ノズル(9)と、
前記吸着ノズルを上下動させる上下動手段(24)と、
前記吸着ノズルを回転させる回転手段(25)と、
前記吸着ノズルを保持してXYの水平方向に移動可能な装着ヘッド(8)と、
前記装着ヘッドに設けられ、前記X方向に沿って平行な光を照射する投光部及びその受光部とからなる検知手段(37、47)と、
前記電子部品の形状を表す部品データを入力する入力手段(28)と、を備え、
前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品と前記吸着ノズルとの位置ずれを認識して、電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置において、
前記上下動手段により、前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を上下に移動させつつ、部品の異なる位置で前記検知手段の出力値としての遮光長を取り込むことにより、前記電子部品の第1投影図データを取得すると共に、
前記回転手段により前記電子部品を所定量回転させた後、前記上下動手段により、前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を上下に移動させつつ、部品の異なる位置で前記検知手段の出力値としての遮光長を取り込むことにより、前記電子部品の第2投影図データを取得し、
最初に、前記部品データに対して前記第1投影図データを比較し、次に、前記部品データに対して前記第2投影図データを比較し、これらの比較結果に基いて、前記電子部品の種類及びその縦、横寸法を認識する制御手段(23)を有する構成とした。
請求項1記載の発明によれば、一個の電子部品を2方向からみた画像データとして、第1投影図データと第2投影図データを取得する。そして、入力手段より入力した部品データに対して、最初に第1投影図データを比較し、次に、部品データに対して、第2投影図データを比較し、これらの比較結果に基いて、前記電子部品の種類及び縦、横寸法を認識する。
この際、例えば、所定の2方向を比較して電子部品の種類及びその縦、横寸法が、規定値の範囲内で有れば、回路基板への電子部品の搭載(実装)を行う。また、規定値の範囲内で無い場合、回路基板への電子部品の搭載を行わないように制御する。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電子部品実装装置において、
前記第1投影図データは、前記回転手段により吸着ノズルを回転させて前記電子部品を前記検出手段が検出する遮光長が最小になる位置で取得したものであり、
前記第2投影図データは、前記回転手段により、前記第1投影図データを取得した位置から45度または90度回転した位置で取得したものである。
請求項3記載の発明は、請求項1、2記載の電子部品実装装置において、
前記制御手段は、部品種に応じて、前記第1投影図データ、前記第2投影図データの取得位置及び範囲を制御するようにした。
請求項1記載の発明によれば、部品データに対して、第1投影図データと第2投影図と双方の画像データを比較するので、正確に、部品認識を行うことができる。
請求項2記載の発明によれば、第1投影図データと第2投影図データの取得位置を規定したので、最適な2方向から電子部品の画像データを取得することができるので、より正確に部品認識を行うことができる。
請求項3記載の発明によれば、部品種に応じて、第1投影図データと第2投影図データの取得位置および範囲を制御するので、より正確に部品認識を行うことができる。
この発明の第1実施形態を図1から図9に基いて説明する。
図1は第1実施形態の装置の斜視図である。図2はカバーを取り外した後の、装着ヘッドの詳細図である。図3は光センサの詳細図である。図4は装置の制御系の構成を示すブロック図である。図5、図6は光センサによって部品長さを測定する場合の説明図である。図7は吸着ノズルを回転した場合の部品長さの変化を示す説明図である。図8は一方向から見た投影図。図9は2方向から見た投影図である。
電子部品実装装置1は、その底面に板状の台座2が設置されている。台座2は、図示省略の機枠に固定され、床面より立ち上がっている。台座2には、図1の右側から左側に向けて(図示X方向)、一対の基板搬送レール3、3が配置されている。基板搬送レール3、3は、その上部に不図示の搬送ベルトが装備されている。この搬送ベルトの駆動により、X方向に沿って、基板4が移動する。
また、台座2には、基板搬送レール3、3をまたぐように、図示右側と左側に、一対のYフレーム5、5が配置されている。Yフレーム5、5はX方向と直交するY方向に沿って配置されている。Yフレーム5、5の上部には、それぞれ、ガイドレール6、6が固定されている。
ガイドレール6、6上部には、Xフレーム7が、X方向に沿って配置されている。Xフレーム7は、細長く、板状である。Xフレーム7の両端部には、下方のガイドレール6、6に向けて、それぞれ伸びる、脚部7a、7aを備えている。脚部7a、7aの底面には、不図示のベアリング付き直動ガイドが装着されている。この直動ガイドは、内面側にガイドレール6に係合する複数のボールを支持している。このため、Xフレーム7は、直動ガイド(ナット)とガイドレール(レール)6、6により、Y方向に沿って移動自在に支持されている。
Yフレーム5、5の両端部には、それぞれ、一対のプーリ16、17、16、17が配置されている。これら、プーリ16、17、16、17は、図示省略したが、それぞれ、Yフレーム5、5に回動可能に支持されている。両プーリ16、17には、それぞれ、ベルト18、18が巻き掛けられる。また、ベルト18、18は、Xフレームの脚部7a、7aに個別に固定され、連結されている。
プーリ16、16には、Y軸駆動モータ19,19が個別に連結されている。Y軸駆動モータ19、19を同期して回動すると、第2ベルト18、18を介して、Xフレーム7がY方向に移動する。Xフレーム7には、装着ヘッド8が装備されている。このため、Y軸駆動モータ19、19が駆動すると、装着ヘッド8をY方向に移動する。
Xフレーム7の一側面には、不図示のガイドレールが固定されている。このガイドレールの一部を覆うように、装着ヘッド8が配置されている。装着ヘッド8は、その裏面側に不図示のベアリング付き直動ガイドが装着されている。この直動ガイドは、内側面に上記ガイドレールに係合する複数のボールを支持している。このため、装着ヘッド8は、上記直動ガイドとガイドレールにより、X方向に沿って移動自在に支持されている。
Xフレーム7の両端部には、プーリ11、12が配置されている。プーリ11、12は、図示省略したが、Xフレーム7により回動可能に支持されている。両プーリ11、12には、第1ベルト13が巻き掛けられる。第1ベルト13は、両プーリ11、12に巻き掛けられた後、不図示の保持板と装着ヘッド8によりその両端部を固定される。そして、一方のプーリ12には、X軸駆動モータ15が連結されている。X軸駆動モータ15が回動すると、第1ベルト13を介して、装着ヘッド8がX方向に移動する。
装着ヘッド8は、Yフレーム5、5、Xフレーム7、等により、X方向、Y方向、すなわち、水平方向に移動可能に支持されている。そして、装着ヘッド8は、移動手段の駆動により水平方向に移動される。この移動手段は、Y軸駆動モータ19、19、プーリ16、17、16、17、第2ベルト18、18、X軸駆動モータ15、プーリ11、12、第1ベルト13、等から構成される。
台座2の一端側には、テープフィーダ21が、複数、並列的に配置されている。テープフィーダ21は、テープ収納部に格納された電子部品を、開口部に順次送るものである。
図2に示すように、装着ヘッド8には、X方向に沿って、4個の吸着ノズル9が設けられている。
吸着ノズル9はブラケット33固定されている。そして、フレーム34に固定された不図示のガイドにより、ブラケット33と吸着ノズル9は上下方向に移動可能に支持されている。また、吸着ノズル9は、個別に、回転手段としてのθ軸モータ25が取り付けられている。θ軸モータ25が回転すると、吸着ノズル9は、ノズル中心軸を中心に回転する。
装着ヘッド8のフレーム34には、吸着ノズル毎に、上下動手段としての4個のZ軸モータ24が固定されている。Z軸モータ24はボールネジ35に連結されている。ボールネジ35はブラケット33に固定されたナット36と噛み合っている。Z軸モータ24が回動すると、吸着ノズル9は、個別に上下動する。また、吸着ノズル9は、バキューム機構26に連通されて、吸着ノズル9先端で電子部品を吸着、脱着することができる。
装着ヘッド8下部には、検知手段としての1次元光センサ37が固定されている。1次元光センサ37は、X方向に沿って、平行に配置された、投光部38と受光部39とから構成される。投光部38は、レーザー光を発する発光素子40と、発せられた光を平行な光に変換して、受光部39に向けて照射するレンズ41を備えている。受光部39には、素子として、リニアCCDアレイやリニアCMOSアレイ等からなる、ラインセンサ42が備えられている。ラインセンサ42は、素子をX方向に配置し、線視野で物を検知する。
装着ヘッド8の投光部38と受光部39は、精密に位置決めされている。このため、吸着された電子部品32を1次元光センサ(光センサ)37内に配置すると、レーザー光の遮光部分の長さや位置を検出することにより、部品の位置、姿勢を検出することができる。
図4は電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図である。
23はコントローラ(制御手段)であり、装置全体を制御するマイクロコンピュータ(CPU)、並びにRAM,ROMなどからなる。コントローラ23には、以下の構成が接続され、それぞれを制御する。
X軸駆動モータ15は、第1ベルト13を介して、装着ヘッド8をX方向に移動させる。
Y軸駆動モータ19,19は、第2ベルト18、18を介して、装着ヘッド8をY方向に移動させる。Z軸モータ24は、吸着ノズル9を上下動させる駆動源である。また、θ軸モータ25は、吸着ノズル9をそのノズル中心軸を中心に回転させる。バキューム機構26は真空を発生し、吸着ノズル9に吸引力を付与する。
なお、図4では、Z軸モータ24とθ軸モータ25とバキューム機構26は、一個しか図示されていないが、装着される吸着ノズル9の数だけ、個別に設けられる。
画像認識装置27は、吸着ノズル9のそれぞれに吸着された部品32の画像認識を行うものである。画像認識装置27は、CPU27a、メモリ27bと1次元光センサ37から構成される。そして、吸着した電子部品32を1次元光センサ37内に配置すると、レーザー光の遮光部分の長さや位置がデジタル信号として、出力されてメモリ27bに格納される。そして、CPU27aがそのデータに基いて、吸着された電子部品32の吸着位置のずれ量と吸着角度ずれを算出する。
入力手段28としてのキーボード28aとマウス28b等は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。部品データは、搭載部品の種類毎に、外形寸法等の部品サイズ、リード端子情報から構成される。リード端子情報は、リード端子の幅、長さ、ピッチ、端子数からなる。
記憶装置30は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード28aとマウス28Bにより入力された部品データ、あるいは不図示のホストコンピュータ(入力手段)から供給される部品データを格納するのに用いられる。
モニタ(表示装置)31は、部品データ、演算データ、及び吸着した電子部品32の投影図の画像データなどを表示する。
第1実施形態の動作について説明する。
生産開始前に、入力手段としてのキーボード28a等を用いて、搭載部品の種類毎に、部品サイズやリード端子情報等の部品データを入力する。部品サイズは電子部品の外形寸法等であり、リード端子情報は、リード端子の幅、長さ、ピッチ、端子数からなる。
なお、以下の動作は制御手段としてのコントローラ23により実行される。また、説明は、一個の吸着ノズル9を使用した場合で行うが、複数個の吸着ノズル9を使用する場合、複数個毎に、吸着動作が終了したら、次に認識動作、次に搭載動作の順に実行する。
最初に、X軸駆動モータ15、Y軸駆動モータ19を駆動して、装着ヘッド8を所定部品のテープフィーダ21の開口部上に位置させる。次に、Z軸モータ24を駆動して、吸着ノズル9を下降させる。そして、バキューム機構26から真空の負圧をかけて電子部品32を吸着、保持させた後、吸着ノズル9を上昇させる。
次に、X軸駆動モータ15、Y軸駆動モータ19を駆動して、装着ヘッド8を回路基板4の部品搭載位置に移動させる。この搭載位置への移動中に電子部品32の認識動作を行う。
電子部品の認識動作は、Z軸モータ24を駆動して、吸着ノズル9を上昇させる。そして、吸着ノズル9が吸着、保持した電子部品32を、1次元光センサ37が感知する認識位置に移動する。図5、図6は、電子部品32が認識位置にある状態を示したものである。
認識位置にある電子部品32に、1次元光センサ37の投光部38からレーザー光が照射されると、電子部品32によって遮光された長さである遮光長L1を、受光部39のラインセンサ42が検知する。
次に、θ軸モータ25を駆動すると、吸着ノズル9に吸着された電子部品32は回転する。この回転により、直方体状の電子部品の場合、遮光長L1は図7のように変化する。電子部品32が直方体の場合、遮光長L1が最小となる位置(以下、遮光長最小位置と称する。)が、直方体の短辺と1次元光センサ37のレーザー光43が平行な位置である。遮光長最小位置で、θ軸モータ25を停止させる。そして、遮光長最小位置における、電子部品32の遮光幅L1と、電子部品32の遮光位置と、吸着ノズル9の軸芯とを認識することにより、電子部品32と吸着ノズル9の位置ずれを認識することができる。
次に、Z軸モータ24を駆動して、1次元光センサ37が電子部品32の底辺より下方を検出できる位置に移動する。
次に、遮光長最小位置にある電子部品32に対して、Z軸モータ24を駆動して、電子部品32を下降させる。この際、1次元光センサ37は、例えば、10μm間隔毎に、光センサ37の出力値としての遮光長L1をメモリ27bに取り込む。そして、吸着ノズル9を検出する位置まで下降したら、Z軸モータ24を停止する。図8は、10μm間隔毎に、光センサ37の出力値としての遮光長L1をメモリ27bに取り込むことにより得られた、一方向から見た画像データとしての2次元投影図(第1投影図)である。
この第1投影図は、上下動手段により、電子部品を上下動させつつ、電子部品の異なる位置で光センサ37の走査を行う。この走査結果をメモリ27bに取り込むことによって、作成された画像データである。
次に、θ軸モータ25を駆動して、電子部品32を90度回転する。
次に、Z軸モータ24を駆動して、電子部品32を上昇させる。そして、例えば、10μm間隔毎に、1次元光センサ37の出力値としての遮光長をメモリに取り込む。その結果、他方向から見た画像データとしての二次元投影図(第2投影図)を得ることができる。
図9は、円筒部品の第1投影図と第2投影図を示したものである。
次に、基準とする部品データに対して、第1投影図データと第2投影図データの双方の画像データを用いて比較する。すなわち、基準部品データ(部品データ)に対して、部品を二方向から見た第1投影図データ、第2投影図データの画像データを比較する。最初に、部品データに対して第1投影図データを比較し、次に、部品データに対して最初に、前記部品データに対して前記第1投影図データを比較し、次に、前記部品データに対して前記第2投影図データを比較し、これらの比較結果に基いて、第2投影図データを比較し、これらの比較結果に基いて、電子部品を制御する。
この比較とは、所定の2方向毎に、電子部品の縦、横寸法が規定値の範囲内であるかどうかを判断する。この際、入力手段により、所定の2方向毎に部品データが入力されている。
比較の結果、規定値の範囲内であれば、吸着ノズル9に対する、電子部品32の位置ずれ、角度ずれを、θ軸モータ25、X軸駆動モータ15、Y軸駆動モータ19を駆動して微調整する。
次に、電子部品32を回路基板4の搭載位置に移動させる。
次に、第1投影図、第2投影図から得られた電子部品底面高さに基いて、Z軸モータを駆動し、吸着ノズル9を下降させて、電子部品32を回路基板4に搭載する。
比較の結果、規定値の範囲外であれば、異常と判断し、回路基板への搭載を行わないで、エラー部品保管場所で電子部品を放置する。
第1実施形態によれば、一電子部品を2方向からみた画像データとして、第1投影図データと第2投影図データを取得する。その後、入力手段より入力した部品データに対して、第1投影図データと第2投影図と双方の画像データを用いて比較する。
この際、例えば、所定の2方向から見た、電子部品の縦、横寸法が、規定値の範囲内で有れば、回路基板への電子部品の搭載(実装)を行う。また、規定値の範囲内で無い場合、回路基板への電子部品の搭載を行わないように制御する。
このため、確実に部品認識を行うことができると共に、正確に電子部品の搭載を行うことができる。
また、第1投影図データと第2投影図データの取得位置を規定したので、最適な2方向から電子部品の画像データを取得することができるので、より正確に部品認識を行うことができる。
また、検出手段として、投光部と受光部を有する1次元光センサ37を用いたので、カメラを用いた場合に比べて、装着ヘッドが軽量化された。また、デジタル信号のためデータ処理が容易である。
また、第1実施形態では、1次元光センサ37による第1投影図データ、第2投影図データを用いて、吸着位置認識に加えて、部品有無、種類、不良、部品立ちなど、吸着ノズルが吸着した電子部品の吸着状態を認識することも容易にできる。
この発明は上記実施形態に限定されることなく種々変更可能である。
例えば、第1実施形態では、第1投影図データから90度回転した位置で第2投影図データを取得した。これに代えて、第1投影図データから45度回転した位置で第2投影図データを取得することも容易に考えられる。この結果、図10に示す第1投影図データから電子部品51のリード曲り不良が検出されたり、図11に示す第2投影図データからは電子部品52のボール欠け不良が検出される。
また、第1実施形態では、図3に示すように、複数の吸着ノズル9は、1次元光センサ37の平行光43に対して、直交するように配置した。これに対して、図12に示すように、平行光43と平行に成るように4個の吸着ノズル9を配置し、吸着ノズル9を、個別に上下動して、吸着した電子部品の吸着状態を認識することも容易に考えられる。
また、図13に示すように、4個の吸着ノズル9を平行光43に交差するように配置することも容易に考えられる。
また、上記実施形態では、X方向に沿って1次元光センサ37が配置されている。これに代えて、図14に示すように、1次元光センサ47を垂直方向Zに沿って配置することも容易に考えられる。この際、吸着ノズル9の軸心9aと、ラインセンサ中心軸46aとは、0.1mmから6mmオフセットされている。このように、オフセットされているので、吸着ノズル9を回転させると、複数角度から部品投影図データを取得することができ、電子部品の吸着状態を検出することができる。
また、上記実施形態では、1次元光センサ37を用いて、吸着位置認識に加えて、部品有無、種類、不良、部品立ちなど、吸着ノズルが吸着した電子部品の吸着状態を認識した。これに代えて、テープフィーダ付近にカメラも設け、吸着位置認識をカメラが行い、他の認識を1次元光センサが行うように、役割分担することも容易に考えられる。
また、上記実施形態では、遮光長が最小になる位置で第1投影図データを取得し、その位置から45度または90度回転した位置で第2投影図データを取得した。これに代えて、任意の2位置で第1投影図データ、第2投影図データを取得し、部品データと比較することも容易に考えられる。
また、直方体状の電子部品の場合は、外形寸法のみ認識したが、複雑なリード部品やコネクタ部品は、複数位置から投影図データを取得して、部品認識することも容易に考えられる。
また、部品種により、第1投影図データや第2投影図データのデータ取得位置や、取得範囲を制御することも容易に考えられる。すなわち、大型の電子部品の場合は、データ取得範囲を大きくしたり、小型精密部品の場合は、画像を取り込む走査線の間隔を短くして、より正確に部品認識することも容易に考えられる。
また、上記実施形態では、部品データに対して、部品を2方向から見た、第1投影図データ、第2投影図データを比較し、部品認識を行っていた。これに加えて、部品を第3の方向から見た第3投影図データを取得し、部品認識を行うことも容易に考えられる。
また、一方の部品によっては、第1投影図データのみで部品認識を行い、他方の部品によっては、第1投影図データ、第2投影図データで部品認識を行うように選択して制御することも容易に考えられる。
第1実施形態の斜視図である。 カバーを外した後の装着ヘッドの斜視図である。 1次元光センサの詳細図である。 装置の制御系の構成を示すブロック図である。 1次元光センサが電子部品を認識している状態を示す説明図である。 1次元光センサが電子部品を認識している状態を示す説明図である。 電子部品を回転させた場合の遮光長の変化を示す説明図である。 一方向から見た投影図である。 電子部品を2方向から見た投影図である。 リード曲りを検出した投影図である。 ボール欠けを検出した投影図である。 1次元光センサとノズルヘッドの配置の変形例である。 1次元光センサとノズルヘッドの配置の変形例である。 1次元光センサを垂直方向に設けた場合の実施形態である。
符号の説明
9・・・吸着ノズル
24・・Z軸モータ(上下動手段)
25・・θ軸モータ(回転手段)
9・・・装着ヘッド
37・・1次元光センサ(検知手段)
28・・入力手段
23・・制御手段
47・・1次元光センサ(検知手段)

Claims (3)

  1. 電子部品を吸着可能な吸着ノズルと、
    前記吸着ノズルを上下動させる上下動手段と、
    前記吸着ノズルを回転させる回転手段と、
    前記吸着ノズルを保持してXYの水平方向に移動可能な装着ヘッドと、
    前記装着ヘッドに設けられ、前記X方向に沿って平行な光を照射する投光部及びその受光部とからなる検知手段と、
    前記電子部品の形状を表す部品データを入力する入力手段と、を備え、
    前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品と前記吸着ノズルとの位置ずれを認識して、電子部品を回路基板に実装する電子部品実装装置において、
    前記上下動手段により、前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を上下に移動させつつ、部品の異なる位置で前記検知手段の出力値としての遮光長を取り込むことにより、前記電子部品の第1投影図データを取得すると共に、
    前記回転手段により前記電子部品を所定量回転させた後、前記上下動手段により、前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を上下に移動させつつ、部品の異なる位置で前記検知手段の出力値としての遮光長を取り込むことにより、前記電子部品の第2投影図データを取得し、
    最初に、前記部品データに対して前記第1投影図データを比較し、次に、前記部品データに対して前記第2投影図データを比較し、これらの比較結果に基いて、前記電子部品の種類及びその縦、横寸法を認識する制御手段を有することを特徴とする電子部品実装装置。
  2. 請求項1記載の電子部品実装装置において、
    前記第1投影図データは、前記回転手段により吸着ノズルを回転させて前記電子部品を前記検出手段が検出する遮光長が最小になる位置で取得したものであり、
    前記第2投影図データは、前記回転手段により、前記第1投影図データを取得した位置から45度または90度回転した位置で取得することを特徴とする電子部品実装装置。
  3. 請求項1、2記載の電子部品実装装置において、
    前記制御手段は、部品種に応じて、前記第1投影図データ、前記第2投影図データの位置及び範囲を制御することを特徴とする電子部品実装装置。
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