CN100477901C

CN100477901C - 部件装配机的部件装配优化方法和装置

Info

Publication number: CN100477901C
Application number: CNB2005100753473A
Authority: CN
Inventors: 奥田忠雅
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: JP2005353776A; CN1708217A

Abstract

本发明提供一种可以在装配机中缩短装配头的总移动距离并优化部件装配的部件装配机的部件装配优化方法及装置。当具有装配了多个吸嘴的头，利用吸嘴吸附部件并装配于电路基板上时，优化部件装配顺序。作成部件的所有装配点的随机排列(1、3、……2、5)，按照该随机排列把装配点顺序分配到装配模式组(A、A、……)中。把被分配到所述装配模式组中的装配点的排列划分成以所述多个吸嘴的吸嘴数(4个)为一个单位的组，根据各组的头移动距离的总和评价所述随机排列，根据获得最佳评价的随机排列，进行向各吸嘴的装配点分配，来优化部件装配。

Description

部件装配机的部件装配优化方法和装置

技术领域

本发明涉及一种部件装配机的部件装配优化方法和装置，具体涉及在连接一台或多台部件装配机的生产线中用于构建最佳生产节奏和生产线平衡的生产程序的优化。

背景技术

在把电子部件(以下简称为部件)装配在电路基板上的电子部件装配机中，基板生产(部件装配)是针对每种基板作成生产该基板的生产程序来进行的。各生产程序包括用于在装配机上生产基板的各种数据，例如由以下数据构成：有关基板的数据、有关装配位置的数据、有关部件的数据(例如纵横高尺寸)、有关吸附位置的数据、图像识别用信息、有关粘接剂的涂覆的数据等。

以往，为了提高基板生产效率进行生产程序的优化，例如，通过优化部件的吸附和装配顺序来缩短生产节拍。并且，在通过连接多台装配机构成生产线来进行部件装配的情况下，为了使生产线上的各个部件装配机能够进行平衡的生产，需要考虑生产线的平衡来进行生产程序的优化(专利文献1)。

并且，通过使吸附部件的头部从部件供给部移动到电路基板的规定位置的路径直线化，也可以缩短生产节拍时间(专利文献2)。

另外，有一种在吸附头上设置多个吸嘴，一次按顺序(或同时)吸附多个部件，把各个部件装配于电路基板上的生产程序，在优化这种生产程序时，在从一次吸附到装配的动作(1个装配循环)过程中，确定吸附顺序或装配顺序，以使吸附或装配时的吸附头的移动距离的总和为最短。

例如，在决定装配顺序时，如图9所示，检索距吸嘴最近的装配点，为吸嘴分配装配点。下面对该方法进行说明，例如，在吸附头H上安装有4个吸嘴，形成部件A～D被吸附在各个吸嘴上的吸附方式，部件A被装配于P4、P8、P10，部件B被装配于P2、P6、P7，部件C被装配于P3、P5，部件D被装配于P1、P9、P11。在寻找起始装配点时，如图9(A)所示，部件A～D的最近的装配点是P4、P7、P5、P1。由于其中移动距离最短的是装配点P7，所以把P7设为起始装配点，为吸附部件B的吸嘴分配装配点P7。然后，使头移动到起始装配点，求出部件A、C、D的最近的装配点P4、P5、P1，检索其中移动距离最短的装配点。该装配点是P4，所以设定第2个装配点是P4，为吸附部件A的吸嘴分配装配点P4。重复相同的处理，如图9(C)、(D)所示，设定移动距离短的第3个、第4个装配点P5、P9，为吸附部件C、D的吸嘴分配装配点P5、P9。重复该循环，并在每个循环中为吸嘴分配装配点，以便把部件装配于所有装配点。

并且，生成多个供给部件的供料器的随机排列，把这些各个排列作为个体，使用遗传算法不断生成个体，并进行各个体的评价，把评价较高的个体作为最佳供料器配置，从而进行部件装配的优化(专利文献3、4)。

专利文献1日本专利特开2002-353697号公报(第0013段～第0017段)

专利文献2日本专利特开2001-94295号公报(权利要求1)

专利文献3日本专利特开平10-209681号公报

专利文献4日本专利特开2000-261190号公报

在图9所示装配状态下，虽然每个循环都进行使移动距离为最短的分配，但是作为全部循环中的头部移动量的合计距离而言未必是最佳的。

即，存在着只是将局部最佳值进行堆积，但未实现整体优化的问题。

并且，当全面考虑来检索所有组合时，虽然能够得到最佳的解，但是这种算法导致组合数成为天文数字。例如，在从400点的装配点中作成每4点一组的组时，该组合的数量用算式(1)表示，成为数量庞大的组合，在检索所有组合求出最佳的解的方法中，存在不能在适当的执行时间内结束处理的问题。

算式(1)

发明内容

因此，本发明就是为了解决上述问题而提出的，其课题是，提供一种可以在装配机中缩短装配头的总移动距离，并优化部件装配的部件装配机的部件装配优化方法及装置。

另外，另一课题是缩短执行时间。

本发明的部件装配机的部件装配优化方法，该部件装配机具有装配了多个吸嘴的头，利用所述吸嘴吸附部件并装配于电路基板上，其特征在于，

通过把装配部件的向吸嘴的分配作为向多个吸嘴的装配模式(排列模式)来形成，而形成装配模式组。然后

作为装配模式组而形成通过对所述多个吸嘴分配装配部件而得到的排列模式。并且，

把被分配到所述装配模式组中的装配点的排列划分成以所述多个吸嘴的吸嘴数为一个单位的组。然后，

把分配到所述装配模式组中的装配点的排列划分成以所述多个吸嘴的吸嘴数为一个单位的组。最后，

根据各组的头移动距离的总和评价所述随机排列，根据获得最佳评价的随机排列，进行向各吸嘴的装配点分配，使部件装配优化。

另外，本发明的部件装配机的部件装配优化装置，该部件装配机具有装配了多个吸嘴的头，利用所述吸嘴吸附部件并装配于电路基板上，其特征在于，具有：

通过把装配部件的向吸嘴的分配作为向多个吸嘴的装配模式(排列模式)来形成，而形成装配模式组的单元；

作成部件的所有装配点的随机排列，按照该随机排列把装配点顺序分配到所述装配模式组中的单元；

把被分配到所述装配模式组中的装配点的排列划分成以所述多个吸嘴的吸嘴数为一个单位的组的单元；

根据各组的头移动距离的总和评价所述随机排列的单元；和

根据获得最佳评价的随机排列，进行向各吸嘴的装配点分配，使部件装配优化的单元。

在本发明中，作成所有装配点的各种随机排列，把装配点分配到装配模式中，所以能够评价各种装配点分配的组合，能够求出装配部件时的头的移动距离总和为最小的装配顺序。并且，在使用遗传算法生成所有装配点的随机排列时，可以限定检索区域，能够尽快获得良好的解。

附图说明

图1是表示部件装配机的概略结构的俯视图。

图2是表示部件装配机的控制结构的方框图。

图3是表示具有多个吸嘴的吸附头的结构的结构图。

图4是表示将装配顺序优化的整体流程的流程图。

图5是表示各种装配模式的说明图。

图6是表示遗传算法的基本处理流程的流程图。

图7(A)是表示各种基因编码的图表，(B)、(C)是表示基因编码的评价方法的说明图。

图8是表示移动距离的评价流程的流程图。

图9(A)～(D)是说明以往的装配点分配的说明图。

图中：20、25-基板；26-主计算机；30-电子部件装配装置；40-吸附头；40a～40d-吸嘴。

具体实施方式

本发明用于在部件装配机上优化部件的装配顺序，该部件装配机利用多个吸嘴同时或按顺序吸附部件，并把部件装配于电路基板上，以下结合附图所示的实施例详细说明本发明。

(实施例)

图1表示电子部件装配装置30在主计算机(控制装置)26的控制下进行基板生产的结构。在部件装配装置30的储料器23上装配着多个供料器23a。各供料器收纳有用于装配在沿着输送路径24向箭头方向输送的基板20、25上的各种电子部件，部件装配机30的吸附头从这些供料器吸附部件，并装配在基板20、25的规定部位上，由此生产基板。通常，基板的生产是由多台装配装置来分担进行的，所以图1中利用虚线表示其他电子部件装配装置30’。

图2表示部件装配装置30的详细结构，设置在生产线上的其他部件装配装置也具有相同结构。部件装配装置30具有控制部(控制单元)31，控制部31由控制全体部件的装配的CPU31a、存储有各种控制程序和数据的ROM31、存储控制数据和处理数据并提供作业区域的RAM31b构成。在部件装配装置30中设有可以与主计算机26之间进行数据收发的数据收发部36，从主计算机26发送来的生产程序通过该数据收发部36被接收，并存储在数据存储部35中。控制部31按照从主计算机26发送来的生产程序的数据和通过数据输入部37输入的数据，控制使吸附头在X、Y方向移动的X/Y驱动部32、使吸嘴以Z轴方向(高度方向)以及吸附轴(θ)为中心旋转的其他驱动部33。

如图3所示，吸附头40具有多个吸嘴40a～40e，在X/Y驱动部32的驱动下移动到供料器23a上，在此利用多个吸嘴同时或按顺序吸附从供料器供给的部件41a～41d。利用具有摄像机34a的图像识别部34对所吸附的各个部件进行吸附状态识别，在对部件中心位置和吸附位置之间的位置偏移以及吸附角度偏移进行修正后，将其装配在沿着输送路径24输送的基板20、25的规定部位上，由此来生产基板。

该基板生产按照生产程序，反复执行以从吸附部件到吸附下一部件的动作为一个装配循环的循环。在记录于数据存储部35的部件数据中记录有各个部件的以下数据：有关基板的数据、有关装配位置(装配点)的数据、有关部件的数据(例如纵横高尺寸)、有关吸附位置的数据、有关部件的装配精度的数据、图像识别用信息、以及装配部件所需要的其他数据。

在这种结构中，在对部件装配顺序进行优化时，如果检索装配点的所有组合，从而求出最佳的解，则如上所述那样，存在着组合数量庞大，不能在适当的执行时间内结束处理的问题。因此，在本发明中，进行装配点的分组，使用遗传算法获得近似的解，在实用的执行时间内优化所有部件的装配顺序。

作为整个处理流程，在执行完现有的基于以往经验的优化处理后，在之后的处理中，使用遗传式算法对解进行改进。以下，按照图4所示流程图说明后处理的整体流程。

首先，读取生产程序文件(步骤S1)，根据现有的基于以往经验的优化处理的结果，分析存在哪一种装配模式(排列模式)(步骤S2)。

装配模式(排列模式)是指，在按照根据规定的优化算法作成的装配顺序，把各个部件分配到吸嘴上进行装配时，各个装配循环中的吸附头中的部件排列模式(部件分配模式)。例如，在吸附头上装配有4个吸嘴的部件装配机中，当4个部件A、B、C、D的装配点分别各为100点时，在按照把各个部件A、B、C、D用几个循环、从哪个部件开始装配的顺序，把各部件分配到吸嘴上时，可以获得图5所示的装配模式(排列模式)。例如，在以25次循环来装配部件A，然后以25次循环来装配部件B，之后以25次循环来装配部件C，最后以25次循环来装配部件D的情况下，可以获得由{AAAA}、{BBBB}、{CCCC}、{DDDD}这四种装配模式(排列模式)构成的装配模式(排列模式)组。然后，在分别以50次循环来装配部件A、B后，以50次循环来装配部件C、D的情况下，可以获得由{AABB}、{CCDD}这两种装配模式(排列模式)构成的装配模式(排列模式)组。另外，在用100次循环来装配部件A、B、C、D的情况下，可以获得由{ABCD}1种装配模式(排列模式)构成的装配模式组。

这样，根据规定的优化算法来作成装配模式(排列模式)，并将其作为表进行存储(步骤S3)，然后将其分组(步骤S4)。分组是指，以规定的顺序排列所有装配循环或规定数量的装配循环中的各个装配模式(排列模式)，装配模式组表示在所有装配循环或规定数量的装配循环中的各个装配模式(排列模式)的排列。

如上所述，在生成装配模式组后，把部件的装配点顺序分配到各装配模式组中，把该分配划分到组成员个数分别为吸嘴数量的各组中，进行头移动距离的评价，使用遗传算法作成装配点分配的各种组合，进行解的改进(步骤S5～S7)。此处对每组利用遗传算法进行评价处理的理由是，通过限定赋予给遗传算法的检索区域，提高尽快获得良好的解的可能性。在获得最佳的解后，把装配顺序写入生产程序中(步骤S8)。

此处，结合图6～图8说明在步骤S5～S7进行的遗传算法的处理流程。

在本发明中，把装配点向吸嘴的随机分配表述为基因码(个体)，如图6所示，利用遗传算法对个体进行传代操作，尝试解的改进。首先，生成具有各种个体的初始种群(步骤S10)，从该种群选择按照某基准保留到下一代的个体(步骤S11)。该选择有轮盘赌选择、淘汰制选择、分级方式等。然后，使所选择的各个个体以单点交叉、双点交叉、均匀交叉等方式进行交叉，生成下一代的子个体(步骤S12)。此时，使个体突然变异(步骤S13)，随机变更某个体的基因座，防止陷入局部解。反复以上处理直到结束所有代的处理(步骤S14)。

把基板的部件装配点分配给头的吸嘴的作业是把所有装配点分配到以吸附头的吸嘴数为一个单位的组中，例如，当利用每个头4个吸嘴的方式装配于400个装配点上时，总共作成100组，装配循环数与组数相同为100。因此，作为对基因的编码方法，码自身必须表示100个组，而且必须可以表现各装配点对应哪个吸嘴。

对基因的编码方法如下。首先，作成装配点的随机排列，对该排列赋予唯一的序号，存储该装配点的序号作为基因码。存储了该装配点序号的次序的序列表示各种装配顺序。

对该基因码的装配顺序的解释如下。

首先，从前头开始参照存储了基因码的序列(随机排列)，按照出现顺序分配到前述装配模式组的装配点。当装配模式组的所有装配点存储了基因码时，结束基因码的解释。

虽然是基因的评价方法，但是，评价分配到装配模式组中的装配点形成的各装配循环的移动距离，把各循环的移动距离的总和作为该基因的评价值。当然，遗传算法进行使评价值最小的处理。以下，说明总装配点数为12点，头的吸嘴数为4个，在前述12个装配点装配相同部件A的情况。

相同部件A被分配到头的4个吸嘴上，所以装配模式(排列模式)均为{AAAA}，装配模式组为{AAAA}{AAAA}{AAAA}。现在，假设基因码为图7(A)上栏所示的排列，当按照出现顺序把该基因码(个体N1)按顺序分配到装配模式组中时，进行各部件被装配于哪个装配点上的对应。把该装配点的排列划分到组成员个数分别为吸嘴数(4个)的各组中，得到图7(B)所示的3个装配组{1、3、10、12}、{7、8、11、9}、{4、6、2、5}，存在三个装配循环。因此，评价各装配组(装配循环)的移动距离，把各组的移动距离的总和作为该基因的评价值、即装配点的随机排列的评价值。

在本发明中，不仅一个基因码，通过利用图6所示遗传算法生成其他基因码(个体N2、N3、……)，进行各个基因码的评价。作为其他基因码，使用所有装配点的其他随机排列。图7(C)表示进行基于其他基因码(个体N2)的部件装配的示例。

这样，利用遗传算法生成各种基因码，进行各基因码的评价，根据获得最佳评价(评价值小)的基因码，进行向各吸嘴的装配点分配，优化部件装配。

另外，虽然是每个装配组的移动距离的评价，但是，这是考虑头的间隔来求出在装配所赋予的装配点的顺序中的头的移动距离最小的装配顺序，把其作为评价值来进行的。在进行了装配点的分组的状态下，确定了把各装配点分配到哪个吸嘴上，所以评价将各装配点循环的所有组合，选择其最短路径。该流程如图8所示。

在图8的步骤S20，将组的移动距离、即一个装配循环的移动距离初始化，在从步骤S21到步骤S24的循环中对4个装配点的一个组合求出移动距离的总和。在步骤S25～S27中当为最小距离时记录该距离，对4个装配点的所有组合即4！＝24种(步骤S28、S29)进行上述处理，记录为最小移动距离时的装配点的排列，并选择作为基因码。在利用图6的遗传算法生成个体时取入该基因码排列，可以尽快生成评价更高的基因码。

并且，在装配模式(排列模式)包括多个部件的情况下，在从前头的基因码开始按照出现顺序进行分配的方法中，把装配点分配给不同部件，这将形成致死基因。因此，在解释包括多个部件的装配模式(排列模式)时，按照基因码的出现顺序，检索可以最先分配该装配点的模式并进行分配，仅在部件数据一致时进行分配。

Claims

1.一种部件装配机的部件装配优化方法，该部件装配机具有装配了多个吸嘴的头，利用所述吸嘴吸附部件并装配于电路基板上，其特征在于，

形成通过对所述多个吸嘴分配装配部件而得到的排列模式，并把其作为装配模式组，

作成部件的所有装配点的随机排列，按照该随机排列把装配点顺序分配到所述装配模式组中，

把被分配到所述装配模式组中的装配点的排列划分成以所述多个吸嘴的吸嘴数为一个单位的组，

根据各组的头移动距离的总和评价所述随机排列，

根据获得最佳评价的随机排列，进行向各吸嘴的装配点分配，优化部件装配。

2.根据权利要求1所述的部件装配机的部件装配优化方法，其特征在于，对将各装配点循环的所有组合评价在所述组中的头移动距离，选择路径最短的组合。

3.根据权利要求1或2所述的部件装配机的部件装配优化方法，其特征在于，把所述随机排列表述为基因码，使用遗传算法生成随机排列。

4.根据权利要求1所述的部件装配机的部件装配优化方法，其特征在于，在向装配模式组中分配装配点时，只有当部件是被装配于该装配点的部件时才进行分配。

5.一种部件装配机的部件装配优化装置，该部件装配机具有装配了多个吸嘴的头，利用所述吸嘴吸附部件并装配于电路基板上，其特征在于，具有：

形成通过对所述多个吸嘴分配装配部件而得到的排列模式，并把其作为装配模式组的单元；

根据各组的头移动距离的总和评价所述随机排列的单元；和

根据获得最佳评价的随机排列，进行向各吸嘴的装配点分配，优化部件装配的单元。