JP6792324B2 - 部品装着方法 - Google Patents

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Description

本発明は、生産内容に応じて効率的にノズルステーションの変更が可能な部品装着機に関する。
電子部品装着機は、回路基板に対して電子部品を装着するための吸着ノズルを備えた装着ヘッドを有し、その吸着ノズルによって吸着保持された電子部品が部品供給部から取り出されて回路基板へと装着される。電子部品には大きさや形の異なる様々なものがあるため、装着ヘッドは、取り扱う電子部品に対応した吸着ノズルが使用される。そこで、電子部品装着機には複数の吸着ノズルが用意され、必要に応じて吸着ノズルの取り換えが行われるようになっている。一方、装着する部品が多品種になれば、部品サイズによって吸着ノズルの大きさが異なるだけではなく、更に多くの生産パターンに対応するために装着ヘッドの交換も必要になる。そこで従来より、数種類の装着ヘッドが用意され、その交換が可能な電子部品装着機や、下記特許文献1に開示されているように、装着ヘッド本体に着脱可能なツール部材が複数用意され、その交換が可能なものがある。
国際公開WO2014/033900号公報
部品装着機には、交換用の吸着ノズルを収納するノズルステーションが設けられているが、装着ヘッドの取り換えが可能な部品装着機の場合には、各種装着ヘッドに対応できるように構成されている。すなわち、一つのノズルステーションに対して、装着ヘッド或いはツール部材の種類別に収納スペースが区切られ、各々の吸着ノズルが収納できるようになっている。しかし、生産内容により基板に装着する部品が異なれば、使用する装着ヘッドや吸着ノズルも異なることになる。そうした場合、種類別に区別したノズルステーションの収納パターンが一定であると、生産内容の変化に対応することができない。
すなわち、不要な装着ヘッドの収納スペースができてしまうだけではなく、多くの吸着ノズルを使用する装着ヘッドに対しては収納スペースが足らない状態が起こり得る。部品装着機の内部は、ノズルステーションに割り当てられるスペースが限られている。そのたため、収納スペースが足らない場合であってもノズルステーションを容易に増設することはできないことから、部品装着機の台数を増やすことになり、いきおい生産ラインのコストアップや設置スペースの拡大になってしまう。一方で、生産内容の変化に対応できるように、様々な収納パターンのノズルステーションを用意しておくことが考えられるが、それではノズルステーションの数が膨大になってしまい非効率である。
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、複数種類の装着ヘッドやツール部材が交換可能な部品装着機において、効率的にノズルステーションの変更が可能な部品装着機を提供することを目的とする。
本発明に係る部品装着方法は、所定位置に基板を搬送する搬送装置と、複数の部品を収容した部品供給装置と、吸着ノズルを備えた装着ヘッドにより前記部品供給装置から部品を取り出し、その部品を前記搬送装置によって搬送された基板に装着する部品装着装置と、前記各装置を制御する制御装置とを有する部品装着機を用いたものであって、前記部品装着装置は、前記装着ヘッドの交換と前記装着ヘッドに対する吸着ノズルの交換とが可能なものであり、交換可能な複数の吸着ノズルを収納するノズルステーションは、各種装着ヘッドに対応した複数の吸着ノズルを収納するノズルマガジンが複数種類用意され、機体内部に設置された取付台に対して任意に選択した複数の前記ノズルマガジンが着脱可能なものであり、前記部品装着方法は、生産計画に従って予め一の前記取付台に対して第1の前記装着ヘッドに対応した第1の前記ノズルマガジンと第2の前記装着ヘッドに対応した第2の前記ノズルマガジンとを同時に取り付ける工程と、前記部品装着装置に前記第1の前記装着ヘッドが取り付けられた状態で、前記第1の前記ノズルマガジンに収納された前記吸着ノズルに対してノズル交換を行う工程と、前記第1の前記装着ヘッドから前記第2の前記装着ヘッドへの段取り替えを行う工程と、前記部品装着装置に前記第2の前記装着ヘッドが取り付けられた状態で、前記第2の前記ノズルマガジンに収納された前記吸着ノズルに対してノズル交換を行う工程と、を含む

本発明の部品装着機によれば、機体内部で吸着ノズルの交換を行うためのノズルステーションが、取付台に対して、別途用意されたノズルマガジンを任意に選択した組み合わせで取り付けられるようにしたものであるため、生産内容に応じて効率的にノズルステーションの変更が可能である。
部品装着機の一実施形態を示した外観斜視図である。 部品装着機の一実施形態の概略構成を示したブロック図である。 ノズルステーションの構成を概略的に示した平面図である。 ノズルステーションの構成を概略的に示した平面図である。
次に、本発明に係る部品装着機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、回路基板に電子部品を装着する電子部品装着機を例に挙げて説明する。図1は、その電子部品装着機を示した外観斜視図である。ここで示す電子部品装着機1は、電子部品装着機のほかにスクリーン印刷機など複数の機械が幅方向に並べられた生産ラインの一部を構成するものであり、各機体内部を順番に搬送される回路基板に対して所定の電子部品を装着するものである。
電子部品装着機1は、幅寸法が抑えられた機体であり、そうした電子部品装着機1が幅方向に複数台並べられた生産ライン全体はコンパクトに構成されている。電子部品装着機1は、幅方向側面に大きな開口部を有し、その開口部を通して隣り合う電子部品装着機1などと回路基板の受け渡しが行われる。なお、本実施形態では、図1に示すように、回路基板を搬送する方向である電子部品装着機1の幅方向をX軸方向とし、それに直交する電子部品装着機1の長手方向をY軸方向、更に、電子部品装着機1の高さ方向をZ軸方向とする。
電子部品装着機1は、機体を長手方向であるY軸方向に見た場合に、中央部に回路基板を搬送する基板搬送装置2があり、図面手前側(電子部品装着機1の前方側)の位置に電子部品を供給する部品供給装置3が構成されている。また、部品供給装置3の設置位置と反対の機体後方側には、電子部品の装着作業を実行する装着ヘッド15が配置されている。その装着ヘッド15は、部品供給装置3から取り出した電子部品を基板搬送装置2上の回路基板へ装着するための部品装着装置4に組み込まれている。
電子部品装着機1は、基板搬送装置2、部品供給装置3及び部品装着装置4などが装着機本体7上に組み付けられ、それらを覆う本体カバー8が装着機本体7と一体に形成されている。基板搬送装置2は、2列に並んだベルトコンベアによって2つの搬送部201,202が構成され、回路基板の搬送や、その回路基板に対する電子部品の装着が2箇所で行われるようになっている。部品供給装置3は、装着機本体7に設置されたデバイステーブル12を支持台とし、そこに複数の電子部品を保持したテープフィーダ11が装着される。テープフィーダ11は、電子部品を収容したテープが送り出し機構によってリール13から巻き出され、機内の部品供給位置へと電子部品が1ピッチずつ供給されるものである。
そして、部品装着装置4は、駆動機構によって装着ヘッド15をXY方向に移動させるものであり、その装着ヘッド15には昇降機構を介して吸着ノズルが設けられている。部品装着装置4の駆動機構は、Y軸レール16に対してY軸スライダ17が摺動自在に取り付けられ、Y軸サーボモータ18の回転出力がボールネジを介して直線運動に変換して伝達されるよう構成されている。また、Y軸スライダ17のX軸レール21には、装着ヘッド15を搭載したX軸スライダ22が摺動自在に取り付けられ、X軸サーボモータの回転出力がボールネジを介して直線運動に変換して伝達されるよう構成されている。なお、本実施形態では、数種類の装着ヘッド15が用意され、その各々がX軸スライダ22に対して着脱でき、生産内容に従って交換可能な構成になっている。
次に、電子部品装着機1には、各装置の駆動を制御するための制御装置が設けられている。図2は、電子部品装着機の概略構成を示したブロック図である。電子部品装着機1に搭載された制御装置5は、CPUのほかにROMやRAM、不揮発性メモリといった記憶装置などを備えたコンピュータを主体とするコントローラ51を有し、基板搬送装置2、部品供給装置3および部品装着装置4を構成するサーボモータなどの駆動手段を駆動させる各々の駆動回路52が設けられている。コントローラ51は、駆動回路52を介して各装置の駆動手段に接続されている。
コトローラ61では、CPUによって様々なデータ処理が行われ、記憶装置であるROMにはシステムプログラムが格納されている。システムプログラムがCPUによって読み出されることにより、電子部品装着機1の駆動部全体について制御管理が行われる。RAMは、計算データや表示データが一時的に記憶されるものであり、また同じ記憶装置である不揮発性メモリには、生産対象となる電子回路基板を作成するための部品装着プログラムや各種パラメータなどが格納されている。特に本実施形態では、任意に組まれた所定の収納部から該当する吸着ノズルを適切に選択して交換するためのプログラムが格納されている、
ところで、電子部品装着機1には、図1に示すように、基板搬送装置2と部品供給装置3との間にパーツカメラ25、ノズルステーション26および部品回収ボックスが設けられている。パーツカメラ25は、装着ヘッド15に保持された電子部品を下から撮像するものであり、その画像データから電子部品の破損や、吸着ノズルに保持された電子部品の保持位置誤差などが確認できるようになっている。そして、その部品検知によって廃棄対象と判断された電子部品は部品回収ボックスへと投入される。また、ノズルステーション26は、装着ヘッド15に対して吸着ノズルの交換を行う場所であり、複数の吸着ノズルが収納されている。
装着ヘッド15は、例えば複数のノズルホルダに対して吸着ノズルの着脱が可能な構成を有している。また、複数の吸着ノズルを有する装着ヘッドであっても、更に多くの種類の電子部品に対応できるようにノズルステーション26にも数種類の吸着ノズルが用意され、装着ヘッド15との間で自動交換が行われるよう構成されている。そうした吸着ノズルは、例えば電子部品の大きさによって小型用、中型用、大型用などと分かれており、それぞれの吸着ノズルに対応した数種類の装着ヘッド15(例えば、装着ヘッド15A,15B,15C,15Dなど)が用意されている。
各種の装着ヘッド15は、X軸スライダ22に対して選択的に取り付けられ、生産計画に従った段取り替えが行われる。そして、ノズルステーション26には、そうした各種の装着ヘッド15に対して取り換え可能な吸着ノズルが各々区分けされた状態で収納されている。ここで、図3は、ノズルステーション26の構成を概略的に示した平面図である。本実施形態のノズルステーション26は、図示するように、取付台31に対して複数のノズルを収納した3つのノズルマガジン32A,32Bとノズルマガジン33Aが取り外し可能に装着されている。
一方、取付台31に装着されたもの以外にも、例えばノズルマガジン33B,34A,35Aなどが用意されている。ここで、ノズルマガジン32A,32Bは装着ヘッド15Aに対応し、ノズルマガジン33A,33Bは装着ヘッド15Bに対応し、ノズルマガジン34Aは装着ヘッド15Cに対応し、ノズルマガジン35Aは装着ヘッド15Dに対応したものである。そして、ノズルマガジン32Aなどには、それぞれ異なる吸着ノズル320,330,340,350が収納されている。このように、電子部品装着機1には、ノズルマガジン32A,32B,33A,33B,34A,35A或はこれ以上のノズルマガジンが用意されている。

こうしたノズルマガジン32Aなどは、取付台31に対して自由に取り外し可能な構成を有している。すなわち、取付台31には、図3に示すように3つのノズルマガジン32Aなどを配置する位置に合わせて位置決め突起が形成され、ノズルマガジン32Aなどには、その位置決め突起に嵌合する係合穴が形成されている。よって、ノズルマガジン32Aなどは、取付台31の3箇所ある取り付け位置のうち、いずれの位置にも自由に取り外しが可能である。
そして、ノズルマガジン32Aなどには、全て同じように識別マーク37と基準マーク38とが上面に付されている。識別マーク37は、自身を他のノズルマガジンと区別するためのものであり、二次元コードなどで構成されている。一方、その識別マーク37に対応して、制御装置5内の記憶部にはノズルマガジン32Aなどに収納されている複数の吸着ノズルに関するノズル情報が格納されている。例えば、ノズルマガジン32Aには12本の異なる吸着ノズル320が収納されているが、収納されたすべての吸着ノズルについて、どの位置にどのような吸着ノズルが収納されているかを示すノズル情報が格納されている。従って、識別マーク37が読み取られることにより、ノズルステーション26に取り付けられたノズルマガジン32Aについて、対応するノズル情報から収納された12本の吸着ノズル320を把握することができるようになっている。
一方、基準マーク38は、長方形のノズルマガジン上面に対して対角線上の2箇所に付されている。この2箇所の基準マーク38を特定することにより、取付台31に取り付けられたノズルマガジンについて位置確認が行われる。つまり、ノズルマガジン32Aの取り付け位置や姿勢を正確に把握することにより、そこに収納されている複数の吸着ノズル320について、各々の位置をノズルステーション26上において正確に割り出すことが可能になる。一方、吸着ノズル320などにも各々を特定するため、二次元コードなどによるノズルマーク39が付され、自身が確認されるようになっている。なおノズルマーク39は、図面上で一部の吸着ノズルにしか示していないが、本来はすべての吸着ノズルに付されている。
装着ヘッド15には、作業位置に搬送された回路基板を撮像するためのマークカメラ28(図2参照)が設けられている。マークカメラ28は、回路基板などを上から撮像するものであり、その画像データから回路基板の種類や停止位置が確認できるようになっている。そして、本実施形態では、このマークカメラ28によって基準マーク38も撮像される。基準マーク38の撮像では、その画像データとノズルマガジンの寸法データとから、取り付けられた位置や姿勢が確認される。更に、マークカメラ28によってノズルマガジンの識別マーク37や吸着ノズルに付されたノズルマーク39が撮像され、その撮像データの処理によって各コードが読み取られる。
本実施形態によれば、複数用意されたノズルマガジン32Aなどから、生産計画に従って最大3つが選択され取付台31に取り付けられる。図3の例では、段取り替えにより装着ヘッド15Aと装着ヘッド15Bが使用され、特に装着ヘッド15Aに対して使用される小型の吸着ノズル320の種類が多く、2つのノズルマガジン32A,32Bと1つのノズルマガジン33Aが取り付けられている。こうしたノズルマガジン32A,32B,33Aは、マークカメラ28によって識別マーク37が撮像され、読み取られたコードに従い対象となるノズル情報が制御装置5内の記憶部から読み出される。よって、ノズルマガジン32A,32B,33Aに収納されている各々の吸着ノズル320,330の種類や収納位置が確認される。また、マークカメラ28によって基準マーク38が撮像され、ノズルマガジン32A,32B,33Aについて正確な位置と姿勢が確認される。これにより、ノズルステーション26に存在する吸着ノズル320,330の各々の位置を正確に把握することができる。
電子部品装着機1では、部品装着装置4の駆動制御により装着ヘッド15が移動し、吸着ノズルによって部品供給装置3から供給された電子部品を吸着保持した後、回路基板上へ移動して電子部品の装着が行われる。そして、このような電子部品の装着を行う一方で、電子部品に対応するノズル交換も行われる。ノズル交換は、装着ヘッド15がノズルステーション26へと移動し、装着している吸着ノズルがノズルステーション26の空きスペースで取り外され、対象となる吸着ノズルが装着される。その際、前述したノズル情報に基づき、対象となる吸着ノズルへの移動制御が行われる。そして、吸着ノズルの装着時にはマークカメラ28によって各吸着ノズルに付されているノズルマーク39が読み取られ、対象とする吸着ノズルであるか否かの確認が行われる。
ノズル交換は、装着ヘッド15Aに関してはノズルマガジン32A,32Bの吸着ノズル320に対して行われ、装着ヘッド15Bへの段取り替えが行われた場合には、ノズルマガジン33Aの吸着ノズル330に対してノズル交換が行われる。一方、生産内容の変更により回路基板に装着する電子部品が変わり、それに応じて装着ヘッド15や吸着ノズルを変更しなければならない場合には、ノズルステーション26に対して他に用意されているノズルマガジン33B,34A,35Aへの取り換えが行われる。
ところで、図1に示す電子部品装着機1は、装着ヘッド15(15A,15Bなど)そのものを交換するものであるが、前記特許文献1に開示された電子部品装着機は、ノズルホルダを備えたツール部材が装着ヘッド本体に着脱可能であり、更にそのツール部材に対して複数の吸着ノズルが装着可能なものである。よって、この電子部品装着機では、数種類の装着ヘッド15ではなく、数種類のツール部材が用意されることになる。従って、ノズルステーションのほかにも数種類のツール部材を収納したツール部材ステーションが設けられている。このようなツール部材交換タイプの電子部品装着機に対しても、図3に示すノズルステーション26は有効である。
一方で、ツール部材交換タイプの電子部品装着機に対しては、更に図4に示すようなノズルステーションを提案する。図4は、ノズルステーションの構成を概略的に示した平面図である。このノズルステーション27は、図3に示したノズルステーション26とその構成が同じであり、取付台31に対して複数のノズルを収納した3つのノズルマガジン33A,34A,36Aが取り付けられている。異なるのは、ノズルマガジン36Aがツール部材一体型のノズル収納であるという点である。
そのノズルマガジン36Aは、ツール部材19Aに複数の吸着ノズル360が予め装着され、ツール部材ステーションとは別に収納したものである。このノズルマガジン36Aは、他の吸着ノズルのみを収納したノズルマガジン32Aなどよりも寸法は若干大きくなるが、取付台31の位置決め突起の寸法に合わせて係合穴が形成され、ノズルマガジン34Aと干渉することなく取り外しが可能になっている。そして、ノズルマガジン36Aにも、同じように識別マーク37と基準マーク38とが付されている。ノズルマガジン36Aの識別マーク37に対応するノズル情報は、ツール部材19Aの情報を含むものであり、同じく制御装置5内の記憶部に格納されている。
ところで、識別マーク37は、それ自体に多くの情報を含むようにQRコード(登録商標)などを使用し、制御装置5内の記憶部に格納されていた情報、すなわち各ノズルマガジンに収納されている吸着ノズルなどに関するノズル情報をもったものであってもよい。例えば、ノズルマガジン32Aの識別マーク37であれば、収納された12本の異なる吸着ノズル320について、各々の種類と収納位置を対応させた情報を持ったものであってもよい。
以上、本実施形態によれば、取付台31に対して複数用意されたノズルマガジン32Aなどからを任意に選択したものを取り付けることができるため、生産内容に対応した組み合わせのノズルステーション26を作り出すことができる。よって、必要な吸着ノズルを収納したノズルステーション26を、設置スペースを広げることなく限られた電子部品装着機の内部に配置させることができる。また、組み合わせ毎にノズルステーションが必要であった従来例に比べ、コストを抑えることができ、不要なノズルステーションを保管しておく必要もないため、保管スペースも抑えることが可能になる。更に、図4に示すノズルステーション27のように、吸着ノズル360と一体のツール部材19Aを収納するなど、組み合わせに様々な変化を与えることができる。
また、本実施形態のノズルステーション26,27によれば、ノズルマガジン32aなどの複数パターンの組み合わせから、吸着ノズルの種類や数を生産内容に対応させて選択することにより、可能な限り一台の電子部品装着機1によって装着可能な電子部品の種類を増やすことができる。そのことにより、生産ラインを構成する部品装着機1の台数を減らすことが可能になり、ライン全体にかかるコストの低下や設置スペースの縮小につなげられる。
また、ノズルマガジン32Aなどに識別マーク37が付されていることにより、様々なパターンのノズルステーション26となるが、そこに収納されている各々の吸着ノズル320などを、交換に際して正しく選択することができる。また、各々の吸着ノズル320などにはノズルマークが付されているため、対象とする吸着ノズルの交換ミスをなくすことができる。更に、ノズルマガジン32Aなどに基準マーク38が付されていることにより、取り外し可能なノズルマガジン内の各吸着ノズルの位置を正確に把握することができ、装着ヘッドによる吸着ノズルの交換動作速度を高めることができる。
以上、本発明の部品装着機の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態の電子部品装着機1は部品装着機の一例にすぎず、詳しく図示しなかったが前記特許文献1のツール部材交換タイプの電子部品装着機や、その他のタイプの部品装着機を含むものである。
1…電子部品装着機 2…基板搬送装置 3…部品供給装置 4…部品装着装置 5…制御装置 15…装着ヘッド 26…ノズルステーション 28…マークカメラ 32A,32B,33A,33B,34A,35A…ノズルマガジン 37…識別マーク 38…基準マーク 39ノク…ズルマー 320,330,340,350…吸着ノズル

Claims (4)

  1. 所定位置に基板を搬送する搬送装置と、複数の部品を収容した部品供給装置と、吸着ノズルを備えた装着ヘッドにより前記部品供給装置から部品を取り出し、その部品を前記搬送装置によって搬送された基板に装着する部品装着装置と、前記各装置を制御する制御装置とを有する部品装着機を用いた部品装着方法であって
    前記部品装着装置は、前記装着ヘッドの交換と前記装着ヘッドに対する吸着ノズルの交換とが可能なものであり、
    交換可能な複数の吸着ノズルを収納するノズルステーションは、各種装着ヘッドに対応した複数の吸着ノズルを収納するノズルマガジンが複数種類用意され、機体内部に設置された取付台に対して任意に選択した複数の前記ノズルマガジンが着脱可能なものであり、
    前記部品装着方法は、
    生産計画に従って予め一の前記取付台に対して第1の前記装着ヘッドに対応した第1の前記ノズルマガジンと第2の前記装着ヘッドに対応した第2の前記ノズルマガジンとを同時に取り付ける工程と、
    前記部品装着装置に前記第1の前記装着ヘッドが取り付けられた状態で、前記第1の前記ノズルマガジンに収納された前記吸着ノズルに対してノズル交換を行う工程と、
    前記第1の前記装着ヘッドから前記第2の前記装着ヘッドへの段取り替えを行う工程と、
    前記部品装着装置に前記第2の前記装着ヘッドが取り付けられた状態で、前記第2の前記ノズルマガジンに収納された前記吸着ノズルに対してノズル交換を行う工程と、
    を含むことを特徴とする部品装着方法
  2. 所定位置に基板を搬送する搬送装置と、複数の部品を収容した部品供給装置と、吸着ノズルを備えた装着ヘッドにより前記部品供給装置から部品を取り出し、その部品を前記搬送装置によって搬送された基板に装着する部品装着装置と、前記各装置を制御する制御装置とを有し、前記装着ヘッドが、吸着ノズルを保持するツール部材の着脱が可能な部品装着機を用いた部品装着方法であって
    前記部品装着装置は、前記装着ヘッドに対するツール部材の交換と前記ツール部材に対する吸着ノズルの交換とが可能なものであり、
    交換可能な複数の吸着ノズルを収納するノズルステーションは、各種ツール部材に対応した複数の吸着ノズルを収納するノズルマガジンが複数種類用意され、機体内部に設置された取付台に対して任意に選択した複数の前記ノズルマガジンが着脱可能なものであり、
    前記部品装着方法は、
    生産計画に従って予め一の前記取付台に対して第1の前記ツール部材に対応した第1の前記ノズルマガジンと第2の前記ツール部材に対応した第2の前記ノズルマガジンとを同時に取り付ける工程と、
    前記部品装着装置に前記第1の前記ツール部材が取り付けられた状態で、前記第1の前記ノズルマガジンに収納された前記吸着ノズルに対してノズル交換を行う工程と、
    前記第1の前記ツール部材から前記第2の前記ツール部材への段取り替えを行う工程と、
    前記部品装着装置に前記第2の前記ツール部材が取り付けられた状態で、前記第2の前記ノズルマガジンに収納された前記吸着ノズルに対してノズル交換を行う工程と、
    を含むことを特徴とする部品装着方法
  3. 前記ノズルマガジンには、他のノズルマガジンと区別するための識別マークが付され、前記吸着ノズルには、他の吸着ノズルと区別するノズルマークが付され、前記装着ヘッドには、前記識別マークおよび前記ノズルマークを読み取る読取手段が設けられ、
    前記部品装着方法は、
    前記読取手段の読み取りにより、前記識別マークの情報に基づいて前記ノズルマガジン内に収納された各々の吸着ノズル特定する工程と
    前記ノズルマークの情報に基づいて対象とする吸着ノズルの確認う工程と
    を含むことを特徴とする請求項1又は求項2に記載の部品装着方法
  4. 前記ノズルマガジンには、前記取付台上の位置を示すための基準マークが付され、
    前記部品装着方法は、前記読取手段の読み取りにより、前記ノズルステーション内での各々の吸着ノズルの位置確認う工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の部品装着方法
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