JP2004071641A - 部品実装方法及び部品実装装置 - Google Patents

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Naohito Koketsu
纐纈 尚人
Yosuke Nagasawa
長澤 陽介
Makoto Nakajima
中島 誠
Hiroaki Imagawa
今川 宏明
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Abstract

【課題】安定した部品の吸着及び装着が可能な部品実装方法を提供する。
【解決手段】搬送されてくる基板WをXYテーブル20に固定し、複数の部品が収容される部品供給カセット14が複数並設された部品供給部11から、装着ヘッド17により所望の部品を取り出して保持し、保持した部品を基板W上の所定位置に実装する部品実装方法であり、部品供給部11の各部品取り出し位置における高さを高さ検出器21でそれぞれ検出し、この検出高さに応じて部品供給カセット14毎に装着ヘッド17による部品取り出し高さを規定のヘッド−部品間距離に設定すると共に、基板WがXYテーブル20に搬入されるまでの搬入待機時に基板Wの反り量を反り検出器22で検出し、この反り量に応じて装着ヘッド17による基板Wへの部品実装高さを規定のヘッド−基板間距離に設定する。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板上に部品を実装する部品実装方法及び部品実装装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8は従来の電子部品実装装置の外観を示す斜視図、図9はその概略構成を示す平面図である。図8、図9に示す電子部品実装装置100において、電子部品供給部101は、多数の部品供給カセット102を部品供給テーブル103の上に搭載しており、部品供給テーブル103を移動させることにより、任意の部品供給カセット102を所定のピックアップ位置(部品供給位置=部品取り出し位置)Pに位置決めする機能を有している。部品供給カセット102には、多数の部品を保持したテープをリールに巻回した部品リールが取り付けられている。
【0003】
部品供給部101の手前側には、ロータリーヘッド104が配設されている。ロータリーヘッド104は、主軸105の廻りでインデックス回転するものであり、そのインデックス回転により、自身の円周上に備えた複数の装着ヘッド106のそれぞれを、前記ピックアップ位置Pや基板Wに対する部品実装位置Mに連続的に位置決めする。各装着ヘッド106は、図示しない駆動機構によって自身の軸心廻りに回転し、この回転により、装着ヘッド106自身に装備した複数の吸着ノズルの選択や、吸着ノズルに保持された電子部品の水平回転方向の角度設定などを行う。
【0004】
ロータリーヘッド104の手前側には、部品実装対象の基板Wを順次入れ替える基板搬送部107が配置されている。基板搬送部107は、プリント基板Wを実装作業箇所へ供給する基板供給部(ローダ部)108と、供給された基板Wを保持し且つ基板W上の所定位置に部品を実装するために基板Wを装着ヘッド106に対してXY平面内で相対移動するXYテーブル109と、実装を完了した基板Wを外部に搬出する基板排出部(アンローダ部)110とを備えている。
【0005】
装着ヘッド106は、吸着ステーションのピックアップ位置Pに位置している状態で昇降動作を行うことにより、部品供給手段102から電子部品を吸着保持する。このとき、部品供給手段102を横移動させることにより、所望の部品供給カセット102から部品を吸着保持することができる。また、装着ヘッド106は、ロータリーヘッド104のインデックス回転により、実装ステーションの部品実装位置Mに到達した状態で昇降動作を行うことにより、部品を基板Wに対して実装する。
【0006】
次に、上記部品実装装置100による基板への部品実装動作について説明する。
基板Wは、基板供給部108からXYテーブル109上に搬入され、XYテーブル109で保持された状態で、実装位置Mに移動される。ロータリーヘッド104は、インデックス回転することにより、装着ヘッド106をピックアップ位置に位置決めし、その状態で装着ヘッド106が昇降することにより、吸着ノズルが部品供給手段3から部品を吸着保持する。次に、ロータリーヘッド104の回転駆動により、装着ヘッド106が実装位置Mに回転して停止し、その実装位置Mで、装着ヘッド106が昇降することにより、吸着ノズルにより吸着保持した部品を、XYテーブル109によって位置決めされた基板M上の所定位置に実装する。この動作の繰り返しにより、部品供給部2から供給される部品を順次、基板Mに装着し、製品となる回路基板を生産する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の装置を利用して部品の実装作業を行った場合、部品吸着時に、部品供給手段3の部品取り出し位置における高さのばらつきにより、部品の吸着ミスが起こることがあった。例えば、図10に示すように、各部品供給手段3の部品取り出し位置における高さh1、h2、h3、・・・は、全てが均一に揃っている訳ではなく、適当なばらつきを有しており、その結果、装着ヘッドを昇降させて吸着ノズルで部品を吸着するときに、吸着ノズルと部品との距離が最適な状態に保たれなくなることで、部品の吸着ミスが起こることがあった。
【0008】
また、基板Wに部品を実装する時、基板Wに反りがあると、部品の装着ミスが起こることがあった。例えば、図11(a)のように基板Wが下に凸となり反っている場合、基板Wの中央付近に部品を実装しようとすると、基板Wの位置が基準高さより下にあるので、吸着ノズル112で保持した部品104が基板Wに届かないことにより、装着ミスが起こることがあった。また、図11(b)のように基板Wが上に凸となり反っている場合、基板Wの中央付近に部品104を実装しようとすると、基板Wの位置が基準高さより上にあるので、部品104の押付力が過大になり、部品損傷等の装着ミスが起こることがあった。
【0009】
本発明は、上記事情を考慮し、安定した部品の吸着及び装着が可能な部品実装方法及び部品実装装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明の請求項1記載の発明に係る部品実装方法は、搬送されてくる基板をXYテーブルに固定して、複数の部品が収容される部品供給カセットが複数並設された部品供給部から、装着ヘッドにより所望の部品を取り出して保持し、該保持された部品を基板上の所定位置に実装する部品実装方法であって、前記部品供給部の各部品取り出し位置における高さをそれぞれ検出し、この検出高さに応じて前記部品供給カセット毎に前記装着ヘッドによる部品取り出し高さを規定のヘッド−部品間距離に設定すると共に、前記基板が前記XYテーブルに搬入されるまでの搬入待機時に該基板の反り量を検出し、この反り量に応じて前記装着ヘッドによる前記基板への部品実装高さを規定のヘッド−基板間距離に設定することを特徴とする。
【0011】
この部品実装方法では、部品供給部の各部品取り出し位置における高さを検出し、その検出した高さに応じて部品供給カセット毎に装着ヘッドによる部品取り出し高さを規定の“ヘッド−部品間距離”に設定するので、部品供給部の高さがばらつく場合であっても、装着ヘッドと部品間の距離を常に最適化することができ、吸着ミスを防止することができる。また、基板がXYテーブルに搬入されるまでの待機時に基板の反り量を検出し、この検出した反り量に応じて装着ヘッドによる基板への部品実装高さを規定の“ヘッド−基板間距離”に設定するので、基板に反りがあっても、装着ヘッドと基板間の距離を常に最適化することができ、装着ミスを防止することができる。
【0012】
請求項2記載の部品実装方法は、請求項1において、前記基板の反り量を、前記搬入待機時に反り検出器を前記基板に対して相対移動させることで検出することを特徴とする。
【0013】
部品実装方法では、反り検出器を基板に対して相対移動させることにより基板の反り量を検出するので、反り検出器として、基板との間の距離を測定する、例えばレーザ測長器等の検出器を使用することができる。
【0014】
請求項3記載の部品実装方法は、請求項1又は請求項2において、前記基板を複数領域に分割し、該分割後の各領域毎に基板の反り量を検出することを特徴とする。
【0015】
この部品実装方法では、基板を複数領域に分割し、各領域毎に基板の反り量を検出するので、基板の全面の反りを検出しないでも、例えば、連続した基板の全体の反りを数点の検出データによって推定することができる。従って、基板全面の反りを検出しないで済む分、検出が容易になる上、データの処理が容易になる。
【0016】
請求項4記載の部品実装方法は、請求項1〜請求項3のいずれか1項において、前記基板への実装部品の実装部品種と実装位置とを含む情報が記録された実装データから、微小部品の実装領域又は実装密度の高い領域を抽出し、該抽出された領域に対してのみ基板の反り量を検出することを特徴とする。
【0017】
この部品実装方法では、実装データから反りの影響が大きく出やすい領域を抽出し、その領域だけ反り量を検出するので、基板全面の反りを検出しないで済む分、検出が容易になる上、データの処理が容易になる。
【0018】
請求項5記載の部品実装方法は、請求項1において、前記XYテーブルに固定した基板に対し、該基板の対角線位置にそれぞれ配置された少なくとも2つの位置合わせ用基板マークを基板マーク検出部により検出するステップを有し、前記各基板マークの検出時に、前記基板を基板対角線上で前記基板マーク検出部に対して相対移動させる間に、該対角線上の基板高さを測定して基板反り量を検出することを特徴とする。
【0019】
この部品実装方法では、基板をその対角線上で基板マーク検出部に対して相対移動させる間に、該対角線上の基板高さを測定して基板反り量を検出するので、反り検出を基板マーク認識時に合わせて行うことができ、高さ測定を迅速に且つ簡単に行うことができる。
【0020】
請求項6記載の部品実装装置は、ローダ部から搬送されてくる基板をXYテーブルに固定して、複数の部品が収容される部品供給カセットが複数並設された部品供給部から、装着ヘッドのノズル昇降動作により所望の部品を取り出して保持し、該保持された部品を基板上の所定位置に前記装着ヘッドのノズル昇降動作により実装する部品実装装置であって、前記各部品供給カセットの各部品取り出し位置における高さを検出する第1の高さセンサと、前記ローダ部に基板搬送方向へ移動自在に設けた前記基板の反り量を検出する第2の高さセンサと、前記第1の高さセンサ及び第2の高さセンサによる検出結果に基づいて、前記部品供給カセット毎に前記装着ヘッドによる部品取り出し高さを規定のヘッド−部品間距離に設定すると共に、前記装着ヘッドによる前記基板への部品実装高さを規定のヘッド−基板間距離に設定する制御部とを備えたことを特徴とする。
【0021】
この部品実装装置では、制御部が、第1の高さセンサの検出結果に基づいて、部品供給カセット毎に装着ヘッドによる部品取り出し高さを規定の“ヘッド−部品間距離”に設定するので、部品供給部の高さがばらつく場合であっても、装着ヘッドと部品間の距離を常に最適化することができ、吸着ミスを防止することができる。また、制御部が、第2の高さセンサの検出結果に基づいて、装着ヘッドによる基板への部品実装高さを規定の“ヘッド−基板間距離”に設定するので、基板に反りがあっても、装着ヘッドと基板間の距離を常に最適化することができ、装着ミスを防止することができる。
【0022】
請求項7記載の部品実装装置は、請求項6において、前記装着ヘッドが、前記基板に設けられた基板位置合わせ用の基板マークを撮像する撮像カメラと、前記基板までの高さを測定する第3の高さセンサとを備えたことを特徴とする。
【0023】
この部品実装装置では、装着ヘッドが撮像カメラと第3の高さセンサとを備えるので、基板の位置と装着ヘッドとの関係を正確に把握することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る部品実装方法及び部品実装装置の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1に本発明の一実施形態に係る部品実装装置の概略的な要部斜視図、図2に同要部の制御系の構成図を示す。
【0025】
この部品実装装置10は、図1に示すように、部品供給部11と、ロータリーヘッド12と、基板搬送部13とを有する。部品供給部11は、多数の部品供給カセット14を部品供給テーブル15上に搭載した構成をなし、部品供給テーブル15をY方向に移動させることにより、任意の部品供給カセット14を所定のピックアップ位置(部品取り出し位置)に位置決めする。
【0026】
ロータリーヘッド12は、部品供給部11の手前側に配設されており、サーボモータ16でインデックス回転されることにより、ロータリーヘッド12の円周上に備えた複数基の装着ヘッド17のそれぞれを、ピックアップ位置や部品実装位置等の各ステーションに位置決めする。また、各装着ヘッド17は、それぞれ部品を吸着保持するために選択される複数の吸着ノズル18を備えている。
【0027】
基板搬送部13は、基板Wを実装作業箇所へ供給するローダ部19と、供給された基板Wを保持し且つ基板W上の所定位置に電子部品を実装するために基板Wを装着ヘッド17に対してXY平面内で相対移動させるXYテーブル20と、実装を完了した基板Wを外部に搬出するアンローダ部21とを備えている。
【0028】
装着ヘッド17は、吸着ステーションのピックアップ位置で昇降動作することにより部品を吸着保持し、ロータリーヘッド12のインデックス回転により実装ステーションへ移動して、部品実装位置で昇降動作することにより、部品を基板Wに対して実装する。
【0029】
また、この部品実装装置10は、部品供給部11に、各部品供給カセット14の部品取り出し位置(ピックアップ位置)における高さを部品供給テーブル15の移動に従って測定する高さ検出器(第1の高さセンサ)24を備えると共に、ローダ部19に、基板Wの反りを検出する反り検出器(第2の高さセンサ)22を備えている。反り検出器22は、基板搬送方向に移動自在に設けられており、XYテーブル20への基板搬入待機時に、基板Wに対して相対移動させられることで、基板Wの反り量を検出する。この場合の高さ検出器24や反り検出器22としては、基板Wとの間の距離を測定するレーザ測長器等のセンサを使用することができる。
【0030】
また、この部品実装装置10は、XYテーブル20の上側に、基板Wの対角線位置にそれぞれ配された2つの位置合わせ用基板マークWmを認識するための基板カメラ23を備えている。また、これら検出器24、22や基板カメラ23の各データを取り込んで、それらの入力データを利用しながら所定の実装プログラムに従って部品実装装置10の動作全体を制御する制御部30を備えている。制御部30は、高さ検出器24及び反り検出器22による検出結果に基づいて、部品供給カセット14毎に装着ヘッド17による部品取り出し高さを、予め定められている規定の“ヘッド−部品間距離”に設定すると共に、装着ヘッド17による基板Wへの部品実装高さを、予め定められている規定の“ヘッド−基板間距離”に設定する。
【0031】
ここで、図3を用いて“部品取り出し高さ”及び“部品実装高さ”について説明する。部品の吸着から実装までの動作は、(a)→(b)→(c)→(d)の順に進む。図において、14は部品供給カセット、114は部品、17は装着ヘッド、18は吸着ノズル、Wは基板である。(a)は部品114を吸着するために装着ヘッド17がピックアップ位置に位置決めされた状態、(b)は装着ヘッド17が下降して吸着ノズル18の先端が部品114を吸着した状態、(c)は部品114を吸着保持し装着ヘッド17が上昇した状態、(d)は吸着保持した部品114を基板W上に実装している状態をそれぞれ示している。これらの図に示すように、“部品取り出し高さ”とは、(a)から(b)に移行する際に、装着ヘッド17が下降する距離のことである。また、“部品実装高さ”とは、(c)から(d)に移行する際に、装着ヘッド17が下降する距離のことである。部品114自体の高さは、実装プログラムを参照すれば、その中の部品ライブラリに予め登録されているので、部品供給カセット14の部品取り出し位置の高さや基板Wの反り量が分かれば、最適な部品取り出し高さに相当する“ヘッド−部品間距離”や部品実装高さに相当する“ヘッド−基板間距離”を割り出すことができる。
【0032】
次に、上記部品実装装置の一連の動作と共に、制御部30によって実行される処理の内容を、図4のフローチャートを参照しながら説明する。
【0033】
制御部30が部品実装処理をスタートさせると、最初にローダ部19において基板Wの反りを測定し(ステップ1,以降はS1と略記する)、次いでXYテーブル20上に基板Wを搬入する(S2)。この段階で基板カメラ15の撮影する画像により、対角線上にある2つの基板マークWmを認識する(S3)。次に、部品供給部11の部品供給カセット14が吸着位置(ピックアップ位置)へ移動し(S4)、高さ検出器24が部品供給カセット14の部品取り出し高さを検出する(S5)。
【0034】
そして、検出した高さに応じて、部品供給カセット14毎に装着ヘッド17による部品取り出し高さを、予め決められている規定の“ヘッド−部品間距離”に設定しながら、装着ヘッド17が部品供給カセット14から個々の部品を吸着する(S6)。このように装着ヘッド17による部品取り出し高さが部品吸着の都度、最適化されることにより、部品供給カセット14の高さがばらつく場合であっても、吸着ミスをせずに、確実に装着ヘッド17によって部品を吸着することができる。
【0035】
部品を吸着保持すると、次にロータリーヘッド12がインデックス回転することにより、該当する装着ヘッド12を部品実装位置へ移動する(S7)。この段階までに同時進行で、XYテーブル20が基板Wを実装位置へ移動する(S8)。
【0036】
次に部品の実装に先立って、予め検出してある基板Wの反り量に応じて装着ヘッド17の高さを調整する。即ち、基板Wの反り量に応じて装着ヘッド17による基板Wへの部品実装高さを予め定められている規定の“ヘッド−基板間距離”に設定する(S9)。そして、装着ヘッド17が部品を、XYテーブル20に保持された基板Wの所定位置に実装する(S10)。この場合、基板Wの反り量に応じて、装着ヘッド17による部品実装高さを最適化しているので、基板の反りの如何に拘わらず、装着ミスをせずに、確実に部品を基板Wに装着することができる。
【0037】
そして、全部品の装着が完了するまで、以上のS4〜S10の処理を繰り返し行い、全部品の装着が完了したことをS11で確認したら、XYテーブル20から基板Wを搬出し(S12)、その後、処理を続行する場合はS13からS2に戻り、処理を続行しない場合は動作終了となる。これにより製品基板が生産される。
【0038】
なお、基板Wの反りは連続したものであるから、図5に示すように、基板Wを複数の領域に分け、各領域の代表ポイントWpで反り検出器22までの高さを測定することにより、基板Wの全体の反りを推定演算することもできる。こうした場合、基板Wの全面を検出しないで済む分、検出が容易になる上、データ処理が軽減される。
【0039】
また、反りの影響を一番受けやすい領域についてだけ反り量を検出して、部品実装高さの調整を行ってもよい。その場合、反りの影響を一番受けやすい領域としては、例えば図6に示すように、微小部品の実装領域や実装密度の高い領域Sが挙げられるので、例えば、基板への実装部品の実装部品種と実装位置とを含む情報が記録された実装データから、それらの領域Sを抽出し、抽出した領域Sの代表ポイントWpに対してのみ基板Wの反り量を検出すればよい。この場合も、基板Wの全面の反り検出を行わないで済む分、検出が容易になる上、データ処理が軽減される。
【0040】
また、図7(a)に示すように、基板Wには、その対角線上に位置合わせ用の基板マークWmが一対設けてあり、通常の実装工程には、基板マーク検出部である基板カメラ15によって、基板マークWmの認識作業を実施するステップが含まれている。そこで、各基板マークWmの検出時に基板Wを基板カメラ15に対して相対移動させる間に、対角線上の基板Wの高さを測定することにより、図7(b)に示すように凸状、平坦、凹状のそれぞれの場合に対しても、基板Wの反り量を求めることができる。その場合、装着ヘッド17に、基板マークWmを撮像するカメラに並設して、基板Wまでの高さを測定する高さ検出器(第3の高さセンサ)26を備えるようにする。これにより、高さ検出器26による基板反り測定を別途追加して行う必要がなくなるので、反り検出の簡略化が図れる。また、基板WがXYテーブル20に固定された状態で反りの測定を行うため、基板Wの位置と装着ヘッド17との関係を一層正確に把握でき、実装作業の信頼性や精度を高めることができる。
【0041】
また、基板Wに大きな反りがある場合には、予め記憶している部品装着位置情報と実際の部品装着位置とが異なってくる。そのため、検出した反り量が所定のしきい値を超えるときには、XYテーブル20に固定された基板Wに対する部品実装位置を、検出した反り量に応じて補正する。これにより、基板Wに反りがある場合にも部品を精度良く装着できるようになる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の部品実装方法及び装置によれば、部品供給部の各部品供給カセットの高さを測定して装着ヘッドの昇降高さを最適化するので、部品供給カセットの高さのばらつきによらず、吸着ミスを防止することができる。また、基板自体の反りを検出して、装着ヘッドの昇降高さを最適化するので、基板の反りの大きさに拘わらず、装着ミスのない安定した部品実装が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の部品実装装置の要部構成を示す斜視図である。
【図2】同装置の制御系の要部構成図である。
【図3】部品取り出し高さと部品実装高さについての説明図である。
【図4】同装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図5】基板の反りを各領域毎に測定する場合の測定点を示す説明図である。
【図6】反りの影響の大きい箇所について限定して反り検出を行う場合の測定点を示す説明図である。
【図7】反り検出を基板マークの認識時に同時に行う例を示す説明図で、(a)は測定の様子を示す図、(b)は測定した結果の3つのパターンを示す図である。
【図8】従来の部品実装装置の外観斜視図である。
【図9】従来の部品実装装置の概略平面図である。
【図10】従来の部品実装装置の部品供給部の高さの不揃いを示す説明図である。
【図11】従来の部品実装装置における基板の反りの影響を示す説明図である。
【符号の説明】
10 部品実装装置
11 部品供給部
14 部品供給カセット
17 装着ヘッド
18 吸着ノズル
19 ローダ部
20 XYテーブル
22 反り検出器(第2の高さセンサ)
24 高さ検出器(第1の高さセンサ)
26 高さ検出器(第3の高さセンサ)
30 制御部
114 部品
W 基板
Wm 基板マーク

Claims (7)

  1. 搬送されてくる基板をXYテーブルに固定して、複数の部品が収容される部品供給カセットが複数並設された部品供給部から、装着ヘッドにより所望の部品を取り出して保持し、該保持された部品を基板上の所定位置に実装する部品実装方法であって、
    前記部品供給部の各部品取り出し位置における高さをそれぞれ検出し、この検出高さに応じて前記部品供給カセット毎に前記装着ヘッドによる部品取り出し高さを規定のヘッド−部品間距離に設定すると共に、
    前記基板が前記XYテーブルに搬入されるまでの搬入待機時に該基板の反り量を検出し、この反り量に応じて前記装着ヘッドによる前記基板への部品実装高さを規定のヘッド−基板間距離に設定することを特徴とする部品実装方法。
  2. 前記基板の反り量を、前記搬入待機時に反り検出器を前記基板に対して相対移動させることで検出することを特徴とする請求項1記載の部品実装方法。
  3. 前記基板を複数領域に分割し、該分割後の各領域毎に基板の反り量を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の部品実装方法。
  4. 前記基板への実装部品の実装部品種と実装位置とを含む情報が記録された実装データから、微小部品の実装領域又は実装密度の高い領域を抽出し、該抽出された領域に対してのみ基板の反り量を検出することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の部品実装方法。
  5. 前記XYテーブルに固定した基板に対し、該基板の対角線位置にそれぞれ配置された少なくとも2つの位置合わせ用基板マークを基板マーク検出部により検出するステップを有し、前記各基板マークの検出時に、前記基板を基板対角線上で前記基板マーク検出部に対して相対移動させる間に、該対角線上の基板高さを測定して基板反り量を検出することを特徴とする請求項1記載の部品実装方法。
  6. ローダ部から搬送されてくる基板をXYテーブルに固定して、複数の部品が収容される部品供給カセットが複数並設された部品供給部から、装着ヘッドのノズル昇降動作により所望の部品を取り出して保持し、該保持された部品を基板上の所定位置に前記装着ヘッドのノズル昇降動作により実装する部品実装装置であって、
    前記各部品供給カセットの各部品取り出し位置における高さを検出する第1の高さセンサと、
    前記ローダ部に基板搬送方向へ移動自在に設けた前記基板の反り量を検出する第2の高さセンサと、
    前記第1の高さセンサ及び第2の高さセンサによる検出結果に基づいて、前記部品供給カセット毎に前記装着ヘッドによる部品取り出し高さを規定のヘッド−部品間距離に設定すると共に、前記装着ヘッドによる前記基板への部品実装高さを規定のヘッド−基板間距離に設定する制御部とを備えたことを特徴とする部品実装装置。
  7. 前記装着ヘッドが、前記基板に設けられた基板位置合わせ用の基板マークを撮像する撮像カメラと、前記基板までの高さを測定する第3の高さセンサとを備えたことを特徴とする請求項6記載の部品実装装置。
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