JPH0779094A - 電子部品実装装置 - Google Patents

電子部品実装装置

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JPH0779094A
JPH0779094A JP5221540A JP22154093A JPH0779094A JP H0779094 A JPH0779094 A JP H0779094A JP 5221540 A JP5221540 A JP 5221540A JP 22154093 A JP22154093 A JP 22154093A JP H0779094 A JPH0779094 A JP H0779094A
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JP
Japan
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suction nozzle
nozzle
electronic component
suction
determination
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JP5221540A
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Tatsuyuki Moriya
達之 守屋
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Juki Corp
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Juki Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装着されたノズルの判別、ノズルの装着状態
の判定、確認、あるいはこれに基づく実装制御に用いら
れる制御パラメータの調整などを自動的に実行できる電
子部品実装装置を提供する。 【構成】 ヘッド1は、x軸5およびy軸6上に支持さ
れており、このヘッド上の吸着シャフト51には吸着ノ
ズル50をATC19により着脱可能である。吸着ノズ
ル50により吸着した電子部品の姿勢、位置、ないしサ
イズの検出のために設けられたレーザーセンサヘッド4
を利用して吸着ノズル50ないし吸着ノズル装着部の画
像を光学的に読み取り、この画像をCPU17で解析す
ることにより吸着ノズルの装着状態を判定する。「吸着
ノズルの装着状態の判定」には吸着ノズルの結合状態の
判定および確認、吸着ノズルの種別の判定、ないし吸着
ノズルの偏心、変形、減りの判定などが含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子部品実装装置、特に
着脱可能な吸着ノズルを介して電子部品を吸着し、回路
基板上に実装する電子部品実装装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、チップマウンタなどの実装装
置において、回路基板にICなどの電子部品を実装する
場合、X,Y,Z軸に沿った3次元方向に移動可能な吸
着ノズルにより、供給された部品を負圧により吸着し、
その部品を吸着ノズルの中心を基準として、基板上の指
定された位置に搬送する。
【0003】吸着ノズルは、実装すべき部品に応じて、
種々のサイズないし形状のものをヘッド部分に着脱でき
るようになっている。ノズルの内径は、0.2〜数mm程
度のものが用意される。
【0004】各種の吸着ノズルは、装置の所定位置に配
列され、実装シーケンス中であってもヘッドをその位置
に移動して目的の吸着ノズルをヘッドに装着できるよう
にした装置が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この種の装置において
は、目的の吸着ノズルが確実にヘッドに装着されていな
ければ、部品の正確な実装が不可能になるのはいうまで
もない。このために、従来装置では、吸引機構に設けら
れた真空圧センサを利用してノズルの装着の有無を検出
するようにしたものがある。
【0006】ところが、このような従来の検出系は、吸
引系内の負圧を検出するものであるために、せいぜいノ
ズルがヘッドに装着されているか否かをチェックする程
度の能力しかなく、たとえば、 ・ノズルが完全にヘッドに嵌合しているか ・目的の内径、あるいは形状のノズルが装着されている
か ・ノズルの変形や曲りなどの不具合があるか などの判定は不可能であった。このため、従来では、目
視、手動操作により、装着状態の確認や調整が不可欠で
あり、たとえば、ノズルの偏心などはピックテスタなど
を用いて手動操作により測定し、制御パラメータとして
装置に入力しなければならなかった。
【0007】本発明の課題は、以上の問題を解決し、装
着されたノズルの判別、ノズルの装着状態の判定、確
認、あるいはこれに基づく実装制御に用いられる制御パ
ラメータの調整などを自動的に実行できる電子部品実装
装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明においては、吸着ノズルの画像を読み取
り、この画像データに基いて吸着ノズルの装着状態、つ
まり、吸着ノズルの結合状態の判定および確認、吸着ノ
ズルの種別の判定、ないし吸着ノズルの偏心、変形ない
し減りの判定などを行ない、また、必要な場合はその結
果に基づき実装制御パラメータの補正を行なう構成を採
用した。
【0009】
【作用】以上の構成によれば、真空圧センサを利用した
従来構成よりも、きめ細かくノズルの判別、ノズルの装
着状態を判定することができ、ノズルの装着、交換など
の動作の大部分を自動的に実行できるようになる。
【0010】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を
詳細に説明する。
【0011】図1に本発明を採用した電子部品実装装置
の構造を示す。図1において符号1は部品を吸着し、搬
送するためのヘッドで、このヘッド1は、x軸5および
y軸6上に支持されており、DCサーボモータからなる
x軸モータ7およびy軸モータ8の駆動により、不図示
の基台上でxy方向に、また、zモータ3により、xy
平面に直交するz軸方向に移動可能となっている。さら
に、ヘッド1には吸着した部品を回転させるために、θ
モータ2が設けられている。各モータは、パルスモータ
などから構成される。
【0012】θモータ2、zモータ3、x軸モータ7、
y軸モータ8は、それぞれ、θ軸ドライバ16、z軸ド
ライバ15(これらドライバはパルスジェネレータ内
蔵)、xyサーボドライバ11、xyパルスジェネレー
タ14を介してCPU17により制御される。ここで
は、パルスジェネレータとしてはxyパルスジェネレー
タ14のみを図示しているが、x、y軸だけ特別なパル
スジェネレータが存在する理由は、x、y軸のパルスプ
ロフィールがz、θ軸の単純な台形のプロフィールに対
しx、y軸がsin波形で加減速をする特別なプロフィ
ールを出力する必要があるためである。x軸モータ7、
y軸モータ8の駆動量は、エンコーダ9、10によりx
yサーボドライバ11にフィードバックされる。
【0013】吸着した部品の位置は、レーザーセンサヘ
ッド4により検出される。このレーザーセンサヘッド4
は、本発明では、後述のように吸着ノズルの装着状態の
検出にも利用される。
【0014】CPU17は、ヘッドの各モータを制御す
ることにより、部品実装全体を制御するとともに、後述
の本発明に係わる制御、すなわち、吸着ノズルの装着状
態を検出する制御を行なう。CPU17の制御プログラ
ムは、メモリ18内のROMなどに構成される。CPU
17には、i/o13を介して吸着ノズル着脱機構(A
TC19)など他の周辺装置が接続される。
【0015】図2に、ヘッド1まわりの構造を示す。図
2において符号50は吸着ノズルであり、この吸着ノズ
ル50は、吸着シャフト51の先端に不図示の嵌合溝、
ないし突起などを介して嵌合される。
【0016】吸着シャフト51は、軸まわりに回転可能
かつ、z軸(図の上下)方向に移動可能にヘッド1上に
支持される。吸着シャフト51のz軸方向の移動は、ラ
ックアンドピニオン32を介してzモータ3により制御
される。zモータ3の駆動量は、zエンコーダ31によ
りCPU17にフィードバックされる。
【0017】吸着シャフト51のθ軸周りの回転は、ベ
ルト22を介してθモータ2により制御される。θモー
タ2の駆動量は、θエンコーダ21によりCPU17に
フィードバックされる。
【0018】吸着シャフト51の上端には、図の上部に
示した吸引系が設けられている。吸引路65には、真空
発生器61が設けられており、真空発生器61の負圧
は、電磁弁62により制御される。真空発生器61およ
び吸着シャフト51間の吸引路65には、真空圧センサ
60が設けられており、この真空圧センサ60を介して
CPU17により吸着ノズル50に印加する負圧が制御
される。
【0019】レーザーセンサヘッド4は、ヘッド1に固
定されたレーザーヘッド発光部41およびレーザーヘッ
ド受光部42から構成される。レーザーヘッド発光部4
1はレーザーダイオード43およびレンズ44から、ま
た、レーザーヘッド受光部42は、レーザーヘッド発光
部41の照射するレーザー光45を受光するリニアCC
Dアレイ46から構成される。
【0020】吸着ノズル50ないしこれに吸着された部
品は、θモータ2およびzモータ3の制御によりレーザ
ーセンサヘッド4のレーザー光45の光路に挿入、離脱
できるようになっている。
【0021】図3は、吸着ノズル50の着脱機構(AT
C:Automatic Tool Change)を示している。スライ
ドプレート52は、装置の基台上の所定位置に矢印方向
に移動可能に支持され、スライドプレート52の位置
は、たとえばエアシリンダ53などの駆動手段により制
御される。
【0022】スライドプレート52上には、種々の形
状、サイズを有する吸着ノズル50が配列されており、
吸着シャフト51をスライドプレート52上の所定位置
に移動し、エアシリンダ53によりスライドプレート5
2を移動して所望の吸着ノズル50を吸着シャフト51
下部に整列させ、吸着シャフト51を下降させることに
より、不図示の吸着ノズル50および吸着シャフト51
の嵌合機構を介して吸着ノズル50を装着できる。
【0023】スライドプレート52には、図示のように
一部が狭く構成された開口があり、この開口の狭い部分
により吸着ノズル50とスライドプレート52が係合す
る。したがって、吸着ノズル50の装着後、吸着シャフ
ト51を上昇させる際、エアシリンダ53により開口の
広い部分に吸着ノズル50が移動するようにスライドプ
レート52の位置を調節することにより、目的の吸着ノ
ズル50をスライドプレート52から外すことができ
る。
【0024】図4は、レーザーセンサヘッド4の要部を
示している。レーザーダイオード43の光はレンズ44
により平行光に変換され、リニアCCDアレイ46方向
に照射される。リニアCCDアレイ46は、たとえば、
2500ピクセル程度から構成され、14μm/ピクセ
ル程度の解像度を有する。
【0025】ヘッド1上でのリニアCCDアレイ46の
位置はあらかじめ精密に決定されており、レーザーセン
サヘッド4内に吸着した部品を位置決めし、レーザー光
45の遮光部分の位置、サイズ(幅)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。
【0026】本発明では、レーザーセンサヘッド4は吸
着シャフト51に吸着ノズル50の装着状態を検出する
ためにも使用する。ここで、レーザーセンサヘッド4に
より検出できる「吸着ノズル50の装着状態」には、吸
着ノズル50の有無、装着された吸着ノズル50の種類
(形状、サイズ)、z軸方向の吸着ノズル50の吸着シ
ャフト51への嵌合状態、z軸周りの吸着ノズル50の
吸着シャフト51への嵌合(偏心)状態、吸着ノズル5
0の変形や曲り、などが含まれる。
【0027】図5以下に、CPU17により実行される
吸着ノズル50の装着状態判定処理を各種示す。図示の
手順は、CPU17の制御プログラムとしてメモリ18
に格納される。
【0028】図5は、ATC19(図3)により吸着ノ
ズル50を交換する際、交換が正常に行なわれたか否か
を判定する処理を示している。
【0029】ステップS1〜S3は、交換前の判定で、
ステップS1では、レーザーセンサヘッド4のレーザー
光45の位置に吸着ノズル50の高さを合せる。これ
は、レーザーセンサヘッド4のリニアCCDアレイ46
の出力を監視しながらzモータ3を駆動することにより
行なう。吸着ノズル50の高さが合ったら、ステップS
2において装着されている吸着ノズル50の画像データ
をリニアCCDアレイ46から取得する。
【0030】ステップS3では、取得した吸着ノズル5
0の画像データの影の幅(図4のr)をチェックするこ
とによりノズルの有無を判定する。ここで、規定の幅が
得られなかった場合には、既に吸着シャフト51から吸
着ノズル50の脱落(あるいは変形など)が生じている
可能性があるので、ステップS12に移行する。ステッ
プS12では、ブザー音やランプ点滅などにより操作者
に警告を発生する。
【0031】ステップS4〜S7では、装着されている
吸着ノズル50をATC19に戻す際の判定を行なう。
ステップS4ではx軸モータ7、y軸モータ8を駆動
し、ヘッド1をATC19上に移動する。そして、ステ
ップS5においてzモータ3を駆動し、吸着ノズル50
をATC19の規定の位置に戻す。詳細には、ここでス
ライドプレート52を操作し、その狭い開口部にこの開
口の狭い部分により吸着ノズル50を係合させる操作が
行なわれる(図3参照)。
【0032】ステップS6、S7では、ステップS2、
S3同様に吸着ノズル50の画像データを取得し、その
影の幅をチェックすることによりノズルの有無を判定す
る。ただし、ここでは、ノズルのATC19への戻し処
理を行なった直後であるから、ノズルが有りと判定され
た場合にステップS12に移行して警告を発生する。
【0033】ステップS8〜S11は、別の吸着ノズル
50を装填する際の判定を示している。ここでは、ステ
ップS8において、スライドプレート52を移動するこ
とによりヘッド1を装填すべき別のノズル上に移動す
る。ステップS9では、zモータ3により吸着シャフト
51を降下させて、吸着シャフト51の嵌合機構を介し
て吸着ノズル50を吸着シャフト51に装着する。
【0034】ステップS6、S10では、ステップS
2、S3同様に吸着ノズル50の画像データを取得し、
その影の幅をチェックすることによりノズルの有無を判
定する。ここでは、吸着ノズル50の装着処理を行なっ
た直後であるから、ノズルが無しと判定された場合にス
テップS12に移行して警告を発生する。
【0035】ステップS13では、吸着ノズル50が正
常に装着されているので、必要に応じてランプ点灯など
によりその旨を表示する。
【0036】図5では、吸着ノズル50の装着状態は、
ノズルの有無の判断として示したが、図6のように吸着
ノズル50と吸着シャフト51の嵌合状態を識別するこ
ともできる。ここでは、ステップS14で吸着ノズル5
0を吸着シャフト51に装着し、ステップS15であら
かじめ判っている吸着ノズル50の長さに応じて、吸着
ノズル50の先端がレーザーセンサヘッド4のレーザー
光45よりもzモータ3の駆動ステップ幅で2ステップ
分だけ高くなるようにzモータ3を制御して吸着ノズル
50を位置決めする。
【0037】なお、この動作は、リニアCCDアレイ4
6の出力については開ループ制御とし、zモータ3の駆
動制御はzエンコーダ31のみを使用して行なう。ここ
で2ステップ分だけ吸着ノズル50がレーザー光45よ
りも高くなるようにするのは、サーボ系の誤差を見込ん
だものである。
【0038】ステップS16では、リニアCCDアレイ
46から画像データを取得し、そのデータをステップS
17で解析することより、図7左側のように吸着ノズル
50の先端を検出していない場合のみ正常な装着と判定
(ステップS18)し、一方、吸着ノズル50が定位置
まで吸着シャフト51に嵌合しておらず、図7右側のよ
うに吸着ノズル50の先端を検出している場合不完全な
装着と判定(ステップS19)する。
【0039】図6の処理は、たとえば、図5のステップ
S3、S11などにおいて実行することができる。
【0040】また、レーザーセンサヘッド4による光学
的な測定により、図8のようにしてノズルの曲りを判定
することもできる。ここでは、ノズルの曲りは、偏心を
介して測定する。
【0041】図8のステップS20では、吸着ノズル5
0を吸着シャフト51に装着し、zモータ3により吸着
ノズル50先端がレーザーセンサヘッド4のレーザー光
45を遮る位置まで移動する。
【0042】ステップS22〜S25では、リニアCC
Dアレイ46の画像取得(ステップS22)、ノズルの
中心位置の検出(ステップS23)、およびθモータ2
を駆動して吸着ノズル50を45°回転させる(ステッ
プS24)処理を、ステップS25で吸着ノズル50が
1回転したことを検出するまで繰り返す(図9)。ステ
ップS23のノズルの中心位置(図4のC)の検出は、
吸着ノズル50先端の影の幅の中点を求めることにより
行なう。
【0043】ステップS26では、ステップS23で検
出したノズルの中心位置の|最大値−最小値|を求める
(リニアCCDアレイ46の一端から他端へ座標軸が延
びているものとする)。
【0044】ノズルの中心位置の|最大値−最小値|
は、図9における2Rに相当し、ステップS27におい
て、この絶対値が所定以上の場合には、ノズルの偏心大
と判定し(ステップS29)、絶対値が所定未満の場合
には、ノズルの偏心小と判定する(ステップS28)。
【0045】吸着ノズル50の偏心が大と判定された場
合には、なんらかの理由でノズル先端が曲っていると判
断できる。
【0046】図10は、吸着ノズル50先端の減りを検
出する処理を示している。図10のステップS30〜S
35は、図6のステップS14〜S19とそれぞれほぼ
同じであり、ステップS31の処理のみが異なってい
る。
【0047】ステップS31では、吸着ノズル50の先
端がレーザーセンサヘッド4のレーザー光45を遮る位
置に移動する。この処理も、リニアCCDアレイ46の
出力については開ループの制御でzモータ3を制御する
ことにより行なう。吸着ノズル50の先端が減っている
場合には、ステップS33において、吸着ノズル50の
幅として図11のように所定の幅をレーザー光45から
検出できないので、この場合にはノズルの減り(あるい
は欠落)と判定(ステップS35)する。
【0048】図12は、ノズルの種類の判定処理を示
す。ユーザがATC19へのノズルの装填順序を誤まる
ことも考えられるので、ノズルの種類を判定可能とする
ことは正確な部品実装を行なう上で極めて重要である。
【0049】図12では、まず、目的の吸着ノズル50
を吸着シャフト51に装着(ステップS36)し、zモ
ータ3を駆動して、吸着ノズル50を、その所定部がレ
ーザーセンサヘッド4のレーザー光45を遮る位置まで
移動する(ステップS37)。そして画像データを取得
(ステップS38)し、吸着ノズル50の幅を測定する
(ステップS39)。
【0050】各吸着ノズル50のサイズはあらかじめ判
っているから、測定した吸着ノズル50の幅をステップ
S40で解析することにより、所期の吸着ノズル50が
装着されているかどうか(ステップS41、S42)を
判定することができる。
【0051】ところで、吸着ノズル50は、吸着シャフ
ト51(θ軸)について偏心して装着される場合がある
が、また、吸着シャフト51そのものが偏心しているこ
とも考えられる。図13のような手順により、このよう
な偏心状態を検出し、補正パラメータとして記憶してお
けば、真の吸着ノズル(部品)中心位置を基準として部
品実装が行なえるようになる。
【0052】図13の手順では、実際に部品実装に使用
する吸着ノズル50のかわりに治具ノズルを吸着シャフ
ト51に装填して使用する。この治具ノズルは、きわめ
て精度よく成型されたノズルで図13のキャリブレーシ
ョン処理のみにおいて使用される。図13のステップS
43では、この治具ノズルを装着し、ステップS44で
zモータ3を駆動して、治具ノズルの所定部がレーザー
センサヘッド4のレーザー光45を遮る位置まで移動す
る。
【0053】ステップS45では、θモータ2を回転駆
動し、所定のθ=0°の位置まで吸着シャフト51を回
転させる。ステップS46〜S49では、吸着シャフト
51(θ軸)を90°づつ回転させながら(ステップS
48)、画像データを取得(ステップS46)し、ノズ
ル中心位置をメモリ18のEEPROM領域などに記憶
する(ステップS47)。この処理は、360°のθ軸
回転が検出されるまで続行される。
【0054】このようにして、θ=0°、90°、18
0°、360°におけるノズル中心位置を偏心データと
してメモリ18に記憶できるので、この偏心データに基
づき実際の部品実装時に部品の中心位置を真の位置に補
正することができ、より正確な実装処理が可能になる。
【0055】従来のノズルの偏心補正では、ピックテス
タなどを用いて手動操作により測定し、補正パラメータ
として手動入力するなどの面倒な操作が必要であった
が、図13の処理によれば、自動的に偏心補正を行なう
ことができ、装置の取り扱いは極めて容易になる。
【0056】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、吸着ノズルの画像を読み取り、この画像データに基
いて吸着ノズルの装着状態、つまり、吸着ノズルの結合
状態の判定および確認、吸着ノズルの種別の判定、ない
し吸着ノズルの偏心、変形ないし減りの判定などを行な
い、また、必要な場合はその結果に基づき実装制御パラ
メータの補正を行なう構成を採用しているので、従来構
成よりもきめ細かくノズルの判別、吸着ノズルの装着状
態を判定することができ、吸着ノズルの装着、交換など
の動作の大部分を自動的に実行できるようになり、取り
扱いが簡単で確実な吸着ノズルの装着に基づき、正確な
部品実装を行なえる優れた電子部品実装装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を採用した電子部品実装装置の制御系の
構成を示したブロック図である。
【図2】図1の装置のヘッド部分を示した説明図であ
る。
【図3】図1の装置のATC部分を示した説明図であ
る。
【図4】図1の装置のレーザーセンサヘッドの要部を示
した説明図である。
【図5】図1の装置における吸着ノズル交換時の制御を
示したフローチャート図である。
【図6】図1の装置における吸着ノズル装着状態の判定
を示したフローチャート図である。
【図7】図6の検出制御を示した説明図である。
【図8】図1の装置における吸着ノズルの曲り(偏心)
を検出する制御を示したフローチャート図である。
【図9】図8の検出制御を示した説明図である。
【図10】図1の装置における吸着ノズルの減りを検出
する制御を示したフローチャート図である。
【図11】図10の検出制御を示した説明図である。
【図12】図1の装置における吸着ノズルの種類を検出
する制御を示したフローチャート図である。
【図13】図1の装置における吸着ノズルの偏心を自動
補正する制御を示したフローチャート図である。
【符号の説明】
1 ヘッド 2 θモータ 3 zモータ 4 レーザーセンサヘッド 5 x軸 6 y軸 7 x軸モータ 8 y軸モータ 11 xyサーボドライバ 14 xyパルスジェネレータ 15 z軸ドライバ 16 θ軸ドライバ 17 CPU 18 メモリ 19 ATC 22 ベルト 32 ラックアンドピニオン 41 レーザーヘッド発光部 42 レーザーヘッド受光部 43 レーザーダイオード 44 レンズ 46 リニアCCDアレイ 50 吸着ノズル 51 吸着シャフト 52 スライドプレート 53 エアシリンダ 60 真空圧センサ 61 真空発生器 62 電磁弁 65 吸引路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 着脱可能な吸着ノズルを介して電子部品
    を吸着し、回路基板上に実装する電子部品実装装置にお
    いて、 吸着ノズルないし装置の吸着ノズル装着部の画像を光学
    的に読み取る手段と、 前記読み取り手段により読み取られた画像を解析するこ
    とにより吸着ノズルの装着状態を判定する判定手段を有
    することを特徴とする電子部品実装装置。
  2. 【請求項2】 前記の、吸着ノズルの装着状態の判定処
    理には吸着ノズルの結合状態の判定および確認、吸着ノ
    ズルの種別の判定、ないし吸着ノズルの偏心、変形ない
    し減りの判定のいずれかが含まれることを特徴とする請
    求項1に記載の電子部品実装装置。
  3. 【請求項3】 前記読み取り手段は、吸着した部品の姿
    勢、位置、ないしサイズの検出のために画像読み取りを
    行なう手段を兼ねることを特徴とする請求項1に記載の
    電子部品実装装置。
  4. 【請求項4】 吸着ノズル交換のための着脱機構を有
    し、この着脱機構による吸着ノズル着脱処理中の所定タ
    イミングにおいて吸着ノズルの装着状態判定を行なうこ
    とを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装装置。
  5. 【請求項5】 前記読み取り手段から取得した画像デー
    タに基いて、吸着ノズルの偏心状態に対応する補正デー
    タを取得し、この補正データに基いて電子部品ないし吸
    着ノズルの位置を真の位置に補正することを特徴とする
    請求項1に記載の電子部品実装装置。
JP5221540A 1993-09-07 1993-09-07 電子部品実装装置 Pending JPH0779094A (ja)

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JP5221540A JPH0779094A (ja) 1993-09-07 1993-09-07 電子部品実装装置

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