JP2005101574A - 部品実装順序最適化方法および部品実装順序最適化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板には同一の構成を有する複数のパターンが含まれ、複数のパターンのうちのいずれかのパターンについて部品の実装順序の最適化を行なうステップ(S2)と、基板に含まれる総パターン数を部品実装機の台数で割った商および余りを算出するステップ(S4)と、余りが0の場合には、商を各部品実装機に割り当てるパターン数とするステップ(S6)と、余りが1以上の場合には、最も上流の工程から余りと同じ数の台数の部品実装機については、商に1を加算した数を割り当てるパターン数とし、それ以外の部品実装機については、商を割り当てるパターン数とするステップ(S6〜S10)と、割り当てられたパターン数のパターンを、各部品実装機に割り当てるステップ(S12)とを含む。
【選択図】 図14
Description
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、部品実装時のタクトタイムが小さくなるように部品実装順序を最適化する部品実装順序最適化方法を提供することを目的とする。
さらに、部品実装機の台数の変動によるライン編成の変更に柔軟に対応することができる部品実装順序最適化方法を提供することも目的とする。
このステップを含むことにより、部品の実装順序の最適化を1枚のパターン内で行ない、最適化の結果をすべての部品実装機で利用することができる。このため、最適化に必要な時間を短縮することができる。
さらに好ましくは、前記パターン数決定ステップは、前記基板に含まれる総パターン数を前記部品実装機の台数で割った商および余りを算出するステップと、前記余りが0の場合には、前記商を各部品実装機に割り当てられるパターン数とするステップと、前記余りが1以上の場合には、最も上流の工程から前記余りと同じ数の台数の部品実装機については、前記商に1を加算した数を割り当てられるパターン数とし、それ以外の部品実装機については、前記商を割り当てられるパターン数とするステップとを含む。
さらに好ましくは、前記パターン割り当てステップでは、前記基板の進行方向と直行する方向に各部品実装機に割り当てられるパターンのパターン境界が設けられるように、部品実装の対象として各部品実装機に前記パターン数のパターンを割り当てる。また、上記部品実装順序最適化方法は、さらに、部品実装機ごとに、前記基板に部品を装着するヘッドの標準位置から割り当てられた前記パターンまでの距離が、すべての部品実装機で一定となるように、部品実装時の前記基板の位置を決定するステップを含む。
また、部品実装順序の最適化を短時間で実行することができる。
さらに、部品実装機間のラインバランスを取ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態1に係る部品実装システムについて説明する。
(部品実装システム)
図1は、本発明に係る部品実装システム10全体の構成を示す外観図である。この部品実装システム10は、上流から下流に向けて回路基板20を送りながら電子部品を実装していく生産ラインを構成する複数の部品実装機100、200と、生産の開始等にあたり、各種データベースに基づいて必要な電子部品の実装順序を最適化し、得られたNC(Numeric Control)データを部品実装機100、200にダウンロードして設定・制御する最適化装置300とからなる。
この部品実装機100は、具体的には、高速装着機と呼ばれる部品実装機と多機能装着機と呼ばれる部品実装機それぞれの機能を併せもつ実装機である。高速装着機とは、主として□10mm以下の電子部品を1点あたり0.1秒程度のスピードで装着する高い生産性を特徴とする設備であり、多機能装着機とは、□10mm以上の大型電子部品やスイッチ・コネクタ等の異形部品、QFP(Quad Flat Package)・BGA(Ball Grid Array)等のIC部品を装着する設備である。
図2は、本発明に係る部品実装順序最適化の対象となる部品実装機100の主要な構成を示す平面図である。
図6(a)〜(d)に示すような各種チップ形電子部品423a〜423dを図7に示すキャリアテープ424に一定間隔で複数個連続的に形成された収納凹部424aに収納し、この上面にカバーテープ425を貼付けて包装し、供給用リール426に所定の数量分を巻回したテーピング形態(部品テープ)でユーザに供給されている。ただし、電子部品が収納される部品の形状は凹形状には限られない。図7に示すようなキャリアテープ424以外であっても、部品をテープに粘着固定させた粘着テープや、紙テープなどもある。
(1)ノズル交換
次の装着動作に必要なノズルがマルチ装着ヘッド112にないとき、マルチ装着ヘッド112は、ノズルステーション119へ移動し、ノズル交換を実施する。ノズルの種類としては、吸着できる部品のサイズに応じて、例えば、タイプS、M、L等がある。
(2)部品吸着
マルチ装着ヘッド112が部品供給部115a及び115bに移動し、電子部品を吸着する。一度に10個の部品を同時に吸着できないときは、吸着位置を移動させながら複数回、吸着上下動作を行うことで、最大10個の部品を吸着することができる。
(3)認識スキャン
マルチ装着ヘッド112が部品認識カメラ116上を一定速度で移動し、マルチ装着ヘッド112に吸着された全ての電子部品の画像を取り込み、部品の吸着位置を正確に検出する。
(4)部品装着
基板20に、順次電子部品を装着する。
部品の実装順序を最適化する目的は、部品実装機100による単位時間当たりの基板の生産枚数を最大化することである。したがって、好ましい最適化方法(最適化アルゴリズム)とは、この部品実装機100が有する上述の機能上及び動作上の特徴から分かるように、基板上に効率よく装着できる10個の電子部品を選び、それらを同時に部品供給部から吸着し、最短経路で順次装着するようなアルゴリズムである。このような最適化アルゴリズムで決定された部品実装順序は、理想的には、1本のノズルだけによる部品実装の場合と比較し、生産性を約10倍向上させることができる。
(マルチ装着ヘッド)
マルチ装着ヘッド112は、独立して吸着・装着動作をする10個の装着ヘッドが一列に並べられたものであり、最大10本の吸着ノズルが着脱可能であり、それら一連の吸着ノズルによって、1回の吸着上下動作で最大10個の部品を同時に吸着することができる。
マルチ装着ヘッド112を構成する10本の装着ヘッドが直線状に並ぶという構造上、部品吸着時と部品装着時のマルチ装着ヘッド112の可動範囲に関して制約がある。具体的には、図5(b)に示されるように、部品供給部の両端(左ブロック115aの左端付近及び右ブロック115bの右端付近))で電子部品を吸着するときには、アクセスできる装着ヘッドが制限される。
この部品実装機100には、部品認識カメラ116として、2次元画像を撮像する2Dカメラと、高さ情報も検出できる3Dカメラが搭載されている。2Dカメラには、撮像できる視野の大きさによって、2DSカメラと2DLカメラがある。2DSカメラは視野は小さいが高速撮像が可能で、2DSカメラは最大60×220mmまでの大きな視野を特徴としている。3Dカメラは、IC部品の全てのリードが曲がっていないかどうかを3次元的に検査するために用いられる。
電子部品のパッケージの状態には、電子部品をテープ状に収納するテーピングと呼ばれる方式と、部品の大きさに合わせて間仕切りをつけたプレートに収納するトレイと呼ばれる方式がある。
電子部品のテーピングは規格化されており、部品の大きさに応じて、8mm幅から72mmまでのテーピング規格が存在する。このようなテープ状の部品(部品テープ)をテープ幅に応じた部品カセット(テープ・フィーダ・ユニット)にセットすることで、電子部品を安定した状態で連続的に取り出すことが可能となる。
部品カセットには、1つの部品テープだけを収納するシングルカセットと、最大2つの部品テープを収納することができるダブルカセットとがある。ダブルカセットに収納する2つの部品テープは、送りピッチ(2mm又は4mm)が同一の部品テープに限られる。
部品実装機100における制約には、以上のような部品実装機100の構造から生じる制約だけでなく、部品実装機100が使用される生産現場における事情から生じる以下のような運用面での制約もある。
(1)配列固定
例えば、人手による部品テープの交換作業を削減するために、特定の部品テープ(又は、それを収納した部品カセット)については、セットする部品供給部での位置(Z軸上の位置)が固定される場合がある。
(2)リソース上の制約
同一部品種について準備できる部品テープの本数、部品テープを収納する部品カセットの数、ダブルカセットの数、吸着ノズルの数(タイプごとの数)等が、一定数に制限される場合がある。
最適化装置300は、生産の対象(基板及びその上に実装すべき部品)と生産の道具(限られたリソースを備えた部品実装機、サブ設備)とが与えられた場合に、可能な限り短い時間で基板を製造する(単位時間あたりに製造できる基板の枚数を多くする)ための部品実装順序を決定する装置である。
最適化装置300は、本発明に係る最適化プログラムをパーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータシステムが実行することによって実現され、現実の部品実装機100と接続されていない状態で、スタンドアロンのシミュレータ(部品実装順序の最適化ツール)としても機能する。
演算制御部301は、CPUや数値プロセッサ等であり、ユーザからの指示等に従って、最適化プログラム格納部305からメモリ部304に必要なプログラムをロードして実行し、その実行結果に従って、各構成要素302〜307を制御する。
メモリ部304は、演算制御部301による作業領域を提供するRAM等である。最適化プログラム格納部305は、本最適化装置300の機能を実現する各種最適化プログラムを記憶しているハードディスク等である。
実装点データ307aは、実装の対象となる全ての部品の実装点を示す情報の集まりである。図10に示されるように、1つの実装点piは、部品種ci、X座標xi、Y座標yi、実装角度θi、制御データφiからなる。ここで、「部品種」は、図11に示される部品ライブラリ307bにおける部品名に相当し、「X座標」及び「Y座標」は、実装点の座標(基板上の特定位置を示す座標)であり、「実装角度θi」は、部品実装時のヘッドの回転角度であり、「制御データ」は、その部品の実装に関する制約情報(使用可能な吸着ノズルのタイプ、マルチ装着ヘッド112の最高移動速度等)である。なお、最終的に求めるべきNCデータとは、ラインタクトが最小となるような実装点の並びである。なお、X軸方向は基板20の進行方向であり、Y軸方向はそれに直行する方向である。
次に、以上のように構成された部品実装システム10における最適化装置300の動作について説明する。
最適化装置300において部品の実装順序の最適化が行なわれた後、各部品実装機100a〜100dで、その実装順序に基づいて部品実装を行なう。各部品実装機100a〜100dには、担当するパターン12が定められている。このため、図13に示すように、部品実装時には、基板20の隅に設けられた基板マーク16を画像認識し、位置ずれ補正等を行なった後、各部品実装機100a〜100dが担当するグループ内のパターン12のパターンマーク18を認識し、部品実装を行なう。
以上説明したように、本実施の形態によると、多面取り基板において、1台の部品実装機が基板上のすべてのパターンに部品実装を行なうのではなく、予め割り当てられたパターンのみについて部品実装を行なう。このため、各部品実装機がすべてのパターンのパターンマークを画像認識をする必要がない。よって、部品実装に取り掛かるまでに多くの時間を費やすことがないため、部品実装システム全体のタクトタイムを小さくすることができる。
次に、本発明の実施の形態2に係る部品実装システムについて説明する。
例えば、最適化装置300は、図14に示した最適化処理の冒頭で1つのパターン12についての最適化処理を行なっているが、必ずしも、冒頭で行なう必要はなく、例えば、各部品実装機にパターンを割り当てた後に行なってもよいし、ストッパー位置を決定した後におこなってもよいし、それ以外の処理位置で行なってもよい。また、最適化処理自体を行なわないようにしてもよい。このようにしても、本発明の有意性は失われるものではなく、また、本発明には、上述のいずれの変形例もが含まれる。
12 パターン
14a〜14d、100、100a〜100d 部品実装機
16 基板マーク
18 パターンマーク
19 バッドマーク
20 回路基板
22 ストッパー
23 レール
110 前サブ設備
112 マルチ装着ヘッド
112a〜112b 吸着ノズル
113 XYロボット
114 部品カセット
115a,115b 部品供給部
116 部品認識カメラ
117 トレイ供給部
118 シャトルコンベヤ
119 ノズルステーション
120 後サブ設備
300 最適化装置
301 演算制御部
302 表示部
303 入力部
304 メモリ部
305 最適化プログラム格納部
306 通信I/F部
307 データベース部
307a 実装点データ
307b 部品ライブラリ
307c 実装装置情報
308 部品配列データ格納部
423d テーピング電子部品
424,441,442 キャリアテープ
424a 収納凹部
425 カバーテープ
426 供給用リール
427 本体フレーム
428 リール側板
429 送りローラ
430 送りレバー
431 リンク
432 ラチェット
433 カバーテープ剥離部
434 カバーテープ巻取りリール
435 電子部品取り出し部部
436 引張りバネ
445 継ぎ目
450 スイッチ
452 継ぎ目検出センサー
Claims (16)
- 基板に部品を実装する部品実装機を複数備える部品実装システムにおいて、部品の実装順序を最適化する部品実装順序最適化方法であって、
前記基板には同一の部品配置構成を有する複数のパターンが含まれ、
前記複数のパターンは、前記基板を分割することにより得られる複数のサブ基板にそれぞれ対応し、
前記複数のパターンの各々に、部品を実装する部品実装機として複数の前記部品実装機のいずれかを割り当てる割り当てステップを含む
ことを特徴とする部品実装順序最適化方法。 - さらに、前記複数のパターンのうちのいずれかのパターンについて部品の実装順序の最適化を行なうステップを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の部品実装順序最適化方法。 - 前記割り当てステップは、
前記基板に含まれる総パターン数と前記部品実装機の台数とから、略均等となるように各部品実装機に割り当てられるパターン数を決定するパターン数決定ステップと、
決定されたパターン数のパターン毎に、部品を実装する部品実装機として複数の前記部品実装機のいずれかを割り当てるパターン割り当てステップとを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の部品実装順序最適化方法。 - 前記パターン数決定ステップは、
前記基板に含まれる総パターン数を前記部品実装機の台数で割った商および余りを算出するステップと、
前記余りが0の場合には、前記商を各部品実装機に割り当てられるパターン数とするステップと、
前記余りが1以上の場合には、最も上流の工程から前記余りと同じ数の台数の部品実装機については、前記商に1を加算した数を割り当てられるパターン数とし、それ以外の部品実装機については、前記商を割り当てられるパターン数とするステップとを含む
ことを特徴とする請求項3に記載の部品実装順序最適化方法。 - 前記パターン数決定ステップは、
前記基板に含まれる総パターン数を前記部品実装機の台数で割った商および余りを算出するステップと、
前記商を各部品実装機に割り当てられるパターン数とする第1の割り当てサブステップとを含む
ことを特徴とする請求項3に記載の部品実装順序最適化方法。 - 前記パターン数決定ステップは、さらに、前記余りを複数の部品実装機に共通に割り当てられるパターン数とする第2の割り当てサブステップを含む
ことを特徴とする請求項5に記載の部品実装順序最適化方法。 - 前記第2の割り当てサブステップでは、各部品実装機における部品の実装時間が均等となるように、前記複数の部品実装機に共通に割り当てられるパターン数を決定する
ことを特徴とする請求項6に記載の部品実装順序最適化方法。 - 前記パターン割り当てステップでは、前記複数の部品実装機に共通に割り当てられるパターンは、前記複数の部品実装機が部品を実装可能な前記基板中の位置に設けられる
ことを特徴とする請求項6に記載の部品実装順序最適化方法。 - 前記複数の部品実装機は、部品実装システムに備えられたすべての部品実装機である
ことを特徴とする請求項6に記載の部品実装順序最適化方法。 - 前記パターン割り当てステップでは、前記基板の進行方向と直行する方向に各部品実装機に割り当てられるパターンのパターン境界が設けられるように、部品実装の対象として各部品実装機に前記パターン数のパターンを割り当てる
ことを特徴とする請求項3に記載の部品実装順序最適化方法。 - さらに、部品実装機ごとに、前記基板に部品を装着するヘッドの標準位置から割り当てられた前記パターンまでの距離が、すべての部品実装機で一定となるように、部品実装時の前記基板の位置を決定するステップを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の部品実装順序最適化方法。 - さらに、部品実装機ごとに、部品実装に使用される部品カセットの配置位置から割り当てられた前記パターンまでの距離が、すべての部品実装機で一定となるように、前記部品カセットの配置位置を決定するステップを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の部品実装順序最適化方法。 - 基板に部品を実装する部品実装機を複数備える部品実装システムのためのプログラムであって、
前記基板には同一の部品配置構成を有する複数のパターンが含まれ、
前記複数のパターンは、前記基板を分割することにより得られる複数のサブ基板にそれぞれ対応し、
前記複数のパターンの各々に、部品を実装する部品実装機として複数の前記部品実装機のいずれかを割り当てる割り当てステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 基板に部品を実装する部品実装機を複数備える部品実装システムのためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
前記基板には部品配置構成を有する複数のパターンが含まれ、
前記複数のパターンは、前記基板を分割することにより得られる複数のサブ基板にそれぞれ対応し、
前記複数のパターンの各々に、部品を実装する部品実装機として複数の前記部品実装機のいずれかを割り当てる割り当てステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 基板に部品を実装する部品実装機を複数備える部品実装システムにおいて、部品の実装順序を最適化する部品実装順序最適化方法により最適化された実装順序に従い基板に部品を実装する部品実装機であって、
前記基板には部品配置構成を有する複数のパターンが含まれ、
前記複数のパターンは、前記基板を分割することにより得られる複数のサブ基板にそれぞれ対応し、
前記部品実装順序最適化方法は、前記複数のパターンの各々に、部品を実装する部品実装機として複数の前記部品実装機のいずれかを割り当てる割り当てステップを含む
ことを特徴とする部品実装機。 - 基板に部品を実装する部品実装機を複数備える部品実装システムにおいて、部品の実装順序を最適化する部品実装順序最適化装置であって、
前記基板には部品配置構成を有する複数のパターンが含まれ、
前記複数のパターンは、前記基板を分割することにより得られる複数のサブ基板にそれぞれ対応し、
前記複数のパターンのうちのいずれかのパターンについて部品の実装順序の最適化を行なう手段と、
前記複数のパターンの各々に、部品を実装する部品実装機として複数の前記部品実装機のいずれかを割り当てる手段とを備える
ことを特徴とする部品実装順序最適化装置。
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