JP4332586B2 - 部品実装順序決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品実装機によって電子部品等の部品を基板に実装する方法に関し、特に、部品の実装順序の決定方法に関する。

従来、電子部品等の部品をプリント基板に実装する部品実装機として、複数の装着ヘッドが交互に１枚の基板上に部品を装着する部品実装機が知られている。

このような部品実装機に対応するために、さまざまな部品実装方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている技術では、２つの装着ヘッドを用いて部品の実装を行なっているが、基板に実装される部品の実装点数が２つの装着ヘッドで等しくなるように、部品を割り当てている。
特開２００４−１８６３９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、各装着ヘッドに割り当てられる部品点数を均等化するだけでは、各装着ヘッドが交互に基板に部品を実装する動作におけるタクトロスを解消することはできない。すなわち、ある装着ヘッドの基板への部品実装動作が終了してから次の装着ヘッドによる基板への部品実装動作が開始するまでの時間的ロスを短縮することができないという問題がある。

例えば、他の装着ヘッドによる部品装着が終了した時点で、本装着ヘッドによる部品の吸着および認識が終了していなければ、それらが終了するまでの間、基板への部品の装着動作が中断し、その中断時間がタクトロスとなる。

また、部品実装機によっては、各装着ヘッドに備えられている部品の吸着ノズルの本数が相互に異なる場合がある。このような場合には、各装着ヘッドで実装される部品の実装点数を等しくしようとすると、各装着ヘッドのタスク数が異なってしまう場合がある。ここで、タスクとは、装着ヘッドによる部品の吸着・移動・装着という一連の動作の繰り返しにおける１回分の一連動作によって実装される部品群をいう。

例えば、２つの装着ヘッドにより交互に部品を実装する部品実装機において、一方の装着ヘッドのノズル数が８であり、他方の装着ヘッドが４であるものとする。また、部品の実装点数が２４０点であるものとする。この場合、上述の特許文献１に記載の方法に従い、各装着ヘッドが実装する部品の実装点数を算出すると、総実装点数２４０点を装着ヘッドの個数２で割った値１２０が実装点数となる。

このため、一方の装着ヘッドのタスク数は、１５タスク（＝１２０点／８ノズル）となり、他方の装着ヘッドのタスク数は、３０タスク（＝１２０点／４ノズル）となり、タスク数に違いが生じる。

よって、最初の１５タスクでは、一方の装着ヘッドと他方の装着ヘッドとが交互に部品の装着を行なう。この時点で、一方の装着ヘッドは１２０点の部品をすべて装着し終えたにも関わらず、他方の装着ヘッドは６０（＝４ノズル×１５タスク）点の部品しか実装していない。このため、残りの１５タスクでは、一方の装着ヘッドは停止し、他方の装着ヘッドのみが稼動して部品を装着することとなり、生産効率の低減につながっている。

このように、装着ヘッドに備えられた吸着ノズルの個数が異なる場合には、特許文献１に記載された方法に従い、部品の装着順序を決定した場合には、生産効率の低減につながるという問題がある。

なお、上述のタスク数のアンバランスは、吸着ノズル数が同一であっても、部品サイズの違いによる吸着する部品同士の干渉により、物理的に吸着ノズル本数分の部品を吸着できないことによっても発生する。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、複数の装着ヘッドが交互に１枚の基板上に部品を装着する部品実装機を対象として、基板への部品実装動作におけるタクトロスを最小にし、生産効率を向上させることができる最適な部品実装順序を決定する方法を提供することを目的とする。

また、複数の装着ヘッドが交互に１枚の基板上に部品を装着する部品実装機を対象として、各装着ヘッドに備えられたノズル数が異なる場合であっても、生産効率を向上させることができる最適な部品実装順序を決定する方法を提供することも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る部品実装順序決定方法は、１枚の基板に対して、２つの装着ヘッドが交互に部品を実装する際の実装順序を決定する部品実装順序決定方法であって、装着ヘッドによる部品の吸着・移動・装着という一連の動作の繰り返しにおける１回分の一連動作によって実装される部品群をタスクとした場合に、前記２つの装着ヘッドの各々について、他の装着ヘッドによる部品の装着時間と自身による前記他の装着ヘッドにより装着される部品とは異なる部品の吸着時間および吸着された部品の認識時間とを比較することにより、他の装着ヘッドによる部品の装着時間内に自身による部品の吸着および吸着された部品の認識を終えることができる自身による部品の最大吸着回数を算出する算出ステップと、前記２つの装着ヘッドの各々について、部品の吸着回数が前記最大吸着回数以下となるように、割り付けられた部品群をタスクに分割することにより各タスクを生成するタスク生成ステップとを含むことを特徴とする。

この構成によると、ある装着ヘッドによるタスクの部品装着が終了してから次の装着ヘッドによる部品装着へすぐ取り掛かることができる。このため、基板への部品実装動作におけるタクトロスを最小にし、生産効率を向上させることができる。

また、一方の装着ヘッドが部品を装着している間に、他方の装着ヘッドによる部品の吸着および認識動作が終了するように、タスクを求めている。このため、一方の装着ヘッドによる装着動作が完了した時点で、滞りなく他方の装着ヘッドによる装着動作に移ることができ、生産効率を向上させることができる。

なお、本発明は、このような特徴的なステップを備える部品実装順序決定方法として実現することができるだけでなく、部品実装順序決定方法に含まれる特徴的なステップを手段とする部品実装順序決定装置として実現したり、部品実装順序決定方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等の記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは言うまでもない。

本発明によると、生産効率を向上させることができる最適な部品実装順序を決定することができる部品実装順序決定方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる実装ライン１０全体の構成を示す外観図である。

この実装ライン１０は、上流から下流に向けて基板２０を送りながら電子部品を実装していく生産ラインであり、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使用するビーム数や電子部品の実装順序などの実装条件を最適化し、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とを備えている。

部品実装機１００は、部品テープを収納する部品カセット１１４の配列からなる２つの部品供給部１１５と、それら部品カセット１１４から電子部品を吸着し基板２０に装着することができる複数の吸着ノズル（以下、単に「ノズル」ともいう。）を有するマルチ装着ヘッド１１２と、マルチ装着ヘッド１１２が取り付けられるビーム１１３と、マルチ装着ヘッド１１２に吸着された部品の吸着状態を２次元又は３次元的に検査するための部品認識カメラ１１６と、トレイ部品を供給するトレイ供給部１１７等を備える。なお、トレイ供給部１１７などはサブ設備によっては備えない場合もある。

ここで、「部品テープ」とは、同一部品種の複数の部品がテープ（キャリアテープ）上に並べられたものであり、リール（供給リール）等に巻かれた状態で供給される。主に、チップ部品と呼ばれる比較的小さいサイズの部品を部品実装機に供給するのに使用される。

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。

すなわち、この部品実装機１００は、ほぼ全ての種類の電子部品（装着対象となる部品として、０．４ｍｍ×０．２ｍｍのチップ抵抗から２００ｍｍのコネクタまで）を装着できるように設計されており、この部品実装機１００を必要台数だけ並べることで、実装ラインを構成することができる。

なお、部品実装機２００の構成は、部品実装機１００と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。

図２は、部品実装機１００内部の主要な構成を示す平面図である。

部品実装機１００は、その内部に基板の搬送方向（Ｘ軸方向）に並んで配置されるサブ設備を備え、さらに部品実装機１００の前後方向（Ｙ軸方向）にもサブ設備を備えており、合計４つのサブ設備１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂを備えている。Ｘ軸方向に並んで配置されるサブ設備（１１０ａと１１０ｂ、１２０ａと１２０ｂ）は相互に独立しており、同時に異なる実装作業を行うことが可能である。さらに、サブ設備（１１０ａと１２０ｂ、１２０ｂと１２０ａ）も相互に独立しており、同時に異なる実装作業を行うことが可能である。一方前後方向（Ｙ軸方向）に向かい合って配置されるサブ設備（１１０ａと１２０ａ、１１０ｂと１２０ｂ）は、お互いが協調し一つの基板に対して実装作業を行う。

各サブ設備１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂは、それぞれのサブ設備１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂに対しビーム１１３と、マルチ装着ヘッド１１２と、部品供給部１１５ａ〜１１５ｄとが備えられている。また、部品実装機１００には前後のサブ設備間に基板２０搬送用のレール１２１が一対備えられている。

なお、部品認識カメラ１１６およびトレイ供給部１１７などは本願発明の主眼ではないため、同図においてその記載を省略している。

ビーム１１３は、Ｘ軸方向に延びた剛体であって、Ｙ軸方向（基板２０の搬送方向と垂直方向）に設けられた軌道（図示せず）上をＸ軸方向と平行を保ったままで移動することができるものである。また、ビーム１１３は、当該ビーム１１３に取り付けられたマルチ装着ヘッド１１２をビーム１１３に沿って、すなわちＸ軸方向に移動させることができるものであり、自己のＹ軸方向の移動と、これに伴ってＹ軸方向に移動するマルチ装着ヘッド１１２のＸ軸方向の移動とでマルチ装着ヘッド１１２をＸＹ平面内で自在に移動させることができる。また、これらを駆動させるためのモータ（図示せず）など複数のモータがビーム１１３に備えられており、ビーム１１３を介してこれらモータなどに電力が供給されている。

図３は、マルチ装着ヘッド１１２と部品カセット１１４の位置関係を示す模式図である。

このマルチ装着ヘッド１１２は、複数個の吸着ノズル１１２ａ〜１１２ｂを搭載することが可能であり、理想的には最大吸着ノズル数分の電子部品を部品カセット１１４それぞれから同時に（１回の上下動作で）吸着することができる。

マルチ装着ヘッド１１２は、ビーム１１３に沿って移動することができ、この移動はモータ（図示せず）により駆動されている。また、電子部品を吸着保持する際や、保持している電子部品を基板２０に装着する際の上下動もモータにより駆動されている。

図４および図５は、部品実装機１００による部品実装について説明するための図である。なお、図４および図５では、左サブ設備のみについて図示しているが、右サブ設備についても同様の動作を行なうことにより、部品実装を行う。このため、図４および図５では図示を省略する。

図４に示されるように、サブ設備１２０ａのマルチ装着ヘッド１１２は、部品供給部１１５ｃからの部品の「吸着」、吸着した部品の部品認識カメラ１１６による「認識」および認識された部品の基板２０への「装着」という３つの動作を交互に繰り返すことにより、部品を基板２０上に実装していく。

なお、サブ設備１１０ａのマルチ装着ヘッド１１２も同様に、「吸着」、「認識」および「装着」という３つの動作を交互に繰り返すことにより、部品を基板２０上に実装していく。

なお、２つのマルチ装着ヘッド１１２が同時に部品の「装着」を行うにおいて、マルチ装着ヘッド１１２同士の衝突を防ぐために、２つのマルチ装着ヘッド１１２は、協調動作を行ないながら部品を基板２０上に実装していく。具体的には、図５（ａ）に示されるように、サブ設備１２０ａのマルチ装着ヘッド１１２が「装着」動作を行なっている際には、サブ設備１１０ａのマルチ装着ヘッド１１２は「吸着」動作および「認識」動作を行なう。逆に、図５（ｂ）に示されるように、サブ設備１１０ａのマルチ装着ヘッド１１２が「装着」動作を行なっている際には、サブ設備１２０ａのマルチ装着ヘッド１１２は「吸着」動作および「認識」動作を行なう。このように、「装着」動作を２つのマルチ装着ヘッド１１２が交互に行なうことにより、マルチ装着ヘッド１１２同士の衝突を防ぐことができる。なお、理想的には、一方のマルチ装着ヘッド１１２による「装着」動作を行なっている間に、他方のマルチ装着ヘッド１１２による「吸着」動作および「認識」動作が終了していれば、一方のマルチ装着ヘッド１１２による「装着」動作が完了した時点で、滞りなく他方のマルチ装着ヘッド１１２による「装着」動作に移ることができ、生産効率を向上させることができる。

図６は、本発明の実施の形態における最適化装置３００、すなわち、図１に示された最適化装置の一構成例を示すブロック図である。この最適化装置３００は、生産ラインを構成する各設備の仕様等に基づく各種制約の下で、対象となる基板の部品実装におけるラインタクト（ラインを構成するサブ設備ごとのタクトのうち、最大のタクト）を最小化するように、部品実装用ＣＡＤ装置等から与えられた全ての部品を対象として、各サブ設備で実装すべき部品および各サブ設備における部品の実装順序を決定し、最適なＮＣデータを生成するコンピュータ装置であり、演算制御部３０１、表示部３０２、入力部３０３、メモリ部３０４、最適化プログラム格納部３０５、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）部３０６およびデータベース部３０７等から構成される。

この最適化装置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、部品実装機１００と接続されていない状態で、スタンドアローンのシミュレータ（部品実装順序の最適化ツール）としても機能する。なお、この最適化装置が部品実装機の内部に備わっていても構わない。

演算制御部３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や数値プロセッサ等であり、オペレータ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。

表示部３０２はＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等であり、入力部３０３はキーボードやマウス等であり、これらは、演算制御部３０１による制御の下で、本最適化装置３００とオペレータとが対話する等のために用いられる。

通信Ｉ／Ｆ部３０６は、ＬＡＮ（Local Area Network）アダプタ等であり、本最適化装置３００と部品実装機１００、２００との通信等に用いられる。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（Random Access Memory）等である。

データベース部３０７は、この最適化装置３００による最適化処理に用いられる入力データ（実装点データ３０７ａ、部品ライブラリ３０７ｂ、実装装置情報３０７ｃ、実装点数情報３０７ｄ等）や最適化によって生成された実装点データ等を記憶するハードディスク等である。

図７〜図１０は、それぞれ、実装点データ３０７ａ、部品ライブラリ３０７ｂ、実装装置情報３０７ｃおよび実装点数情報３０７ｄの一例を示す図である。

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７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、制御データφiからなる。ここで、「部品種」は、図８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」および「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、「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。

部品ライブラリ３０７ｂは、部品実装機１００、２００が扱うことができる全ての部品種それぞれについての固有の情報を集めたライブラリであり、図８に示されるように、部品種ごとの部品サイズ、タクト（一定条件下における部品種に固有のタクト）、その他の制約情報（使用可能な吸着ノズルのタイプ、部品認識カメラ１１６による認識方式、マルチ装着ヘッド１１２の最高速度比等）からなる。なお、本図には、参考として、各部品種の部品の外観も併せて示されている。

実装装置情報３０７ｃは、生産ラインを構成する全てのサブ設備ごとの装置構成や上述の制約等を示す情報であり、図９に示されるように、マルチ装着ヘッド１１２のタイプ、すなわちマルチ装着ヘッド１１２に備えられている吸着ノズルの本数等に関するヘッド情報、マルチ装着ヘッド１１２に装着され得る吸着ノズルのタイプ等に関するノズル情報、部品カセット１１４の最大数等に関するカセット情報、トレイ供給部１１７が収納しているトレイの段数等に関するトレイ情報等からなる。

実装点数情報３０７ｄは、図２に示した部品実装機１００の前後方向（Ｘ軸方向）に向かい合って配置されるサブ設備（１１０ａと１２０ａ、１１０ｂと１２０ｂ）ごとに設けられている。以下では、サブ設備１１０ａおよび１２０ａを「左サブ設備」と呼び、サブ設備１１０ｂおよび１２０ｂを「右サブ設備」と呼ぶこととする。

実装点数情報３０７ｄは、左サブ設備および右サブ設備の各々について設けられており、図１０に示されるように、基板上に実装される実装点の部品種と、その員数（実装点数）とが対応付けられている情報である。例えば、同図に示されるように、左サブ設備で実装される部品種は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥの５種類であり、それぞれの実装点数は、４０、２０、２０、５および１５であることが示されている。

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。最適化プログラムは、部品の実装順序を最適化するプログラムであり、機能的に（演算制御部３０１によって実行された場合に機能する処理部として）、実装順序最適化部３０５ｃ等から構成される。

実装順序最適化部３０５ｃは、データベース部３０７に記憶された各種データに基づいて、基板２０への部品の実装時間が最小となるような部品の実装順序を求める。実装順序最適化部３０５ｃによる部品の実装順序決定方法については、後述する。

次に、以上のように構成された最適化装置３００の動作について説明する。図１１は、最適化装置３００による部品実装順序を決定する処理のフローチャートである。以下の説明では、部品実装機１００の左サブ設備を対象として部品実装順序の決定方法について説明するが、部品実装機１００の右サブ設備および部品実装機２００についても同様の処理を行うことにより、部品実装順序が決定される。

最適化装置３００の実装順序最適化部３０５ｃは、１枚の基板２０への装着対象となっている部品を、サブ設備１２０ａのマルチ装着ヘッド１１２（以下「フロントヘッド」という。）またはサブ設備１１０ａのマルチ装着ヘッド１１２（以下「リアヘッド」という。）のいずれかに振り分ける（Ｓ１１０）。すなわち、実装順序最適化部３０５ｃは、装着対象部品をフロントヘッドにより装着するのか、リアヘッドにより装着するのかを決定する。部品振り分け処理（Ｓ１１０）の詳細については後述する。

次に、実装順序最適化部３０５ｃは、部品振り分け処理（Ｓ１１０）での振り分け結果を維持した状態で、タスクおよびタスク順を決定する（Ｓ１１１）。タスク決定処理（Ｓ１１１）の詳細については後述する。

最後に、実装順序最適化部３０５ｃは、決定された各タスクについて、タスク内における部品の吸着順を決定する（Ｓ１１２〜Ｓ１１４）。タスク内に部品の吸着順の決定方法については、これまでも各種手法が提案されており、かつ本願の主眼ではないため、ここでは説明を繰り返さない。

まず、部品振り分け処理（図１１のＳ１１０）について実例を示しながら説明する。図１２は、部品振り分け処理（図１１のＳ１１０）の詳細なフローチャートである。ここでは、図９に示されるようにフロントヘッドの吸着ノズルの本数は８本であり、リアヘッドの吸着ノズルの本数は４本であるものとする。また、実装対象部品の部品種とその実装点数とは、図１０の実装点数情報３０７ｄに示されるとおりであるものとする。

まず、実装順序最適化部３０５ｃは、１枚の基板２０あたりの総実装点数および吸着ノズルの本数の比に従い、フロントヘッドおよびリアヘッドが装着する部品の実装点数を算出する（Ｓ１２１）。例えば、図１３に示されるように、１枚の基板２０あたりの総実装点数１００を８対４に分けることにより、フロントヘッドが実装する部品の実装点数は６６．６６個と求められ、リアヘッドが実装する部品の実装点数は３３．３３個と求められる。これらの実装点数が、理想的な部品の実装点数である。

次に、実装順序最適化部３０５ｃは、実装点数算出処理（Ｓ１２１）で算出された実装点数に近くなるように、部品種ごとに部品をフロントヘッドおよびリアヘッドのいずれかに振り分ける（Ｓ１２２）。例えば、図１４に示されるように、実装点数情報３０７ｄに示された部品種Ａ〜Ｅを、フロントヘッドの実装点数が６６．６６個、リアヘッドの実装点数が３３．３３個に近くなるように振り分ける。すなわち、フロントヘッドが実装する部品種を、実装点数情報３０７ｆに示されるように、Ａ、ＢおよびＤの３つとすることにより、その合計値が６５個となり、６６．６６個に近くなる。また、リアヘッドが実装する部品種を実装点数情報３０７ｇに示されるようにＣおよびＥの２つとすることにより、その合計値が３５個となり、３３．３３個に近くなる。

次に、タスク決定処理（図１１のＳ１１１）について実例を示しながら説明する。図１５は、タスク決定処理（図１１のＳ１１１）の詳細なフローチャートである。まず、実装順序最適化部３０５ｃは、着目しているマルチ装着ヘッド１１２以外のマルチ装着ヘッド１１２による「装着」時間内に、着目しているマルチ装着ヘッド１１２による部品の「吸着」および「認識」を終えることができるような最大吸着回数を算出する（Ｓ１３１）。

すなわち、フロントヘッドの最大吸着回数を求める際には、次式（１）を満たす範囲内での最大吸着回数を求める。

リアヘッドによる装着時間
≧フロントヘッドによる吸着時間＋フロントヘッドによる認識時間 …（１）

ここで、リアヘッドによる部品１個あたりの装着時間を０．２秒、フロントヘッドの１回あたりの部品吸着時間を０．２秒、フロントヘッドが吸着した部品の認識時間を０．２秒とし、フロントヘッドの最大吸着回数をｎｆとした場合、式（１）は次式（２）のように表すことができる。

０．２×４≧０．２×ｎｆ＋０．２ …（２）

式（２）を満たす最大のｎｆの値を求めるとｎｆ＝３と求められる。したがって、フロントヘッドの最大吸着回数は３回として求められる。

同様にして、リアヘッドにより最大吸着回数を求める際には、次式（３）を満たす必要がある。

フロントヘッドによる装着時間
≧リアヘッドによる吸着時間＋リアヘッドによる認識時間 …（３）

ここで、フロントヘッドによる部品１個あたりの装着時間を０．２秒、リアヘッドの１回あたりの部品吸着時間を０．２秒、リアヘッドが吸着した部品の認識時間を０．２秒とし、リアヘッドの最大吸着回数をｎｒとした場合、式（３）は次式（４）のように表すことができる。

０．２×８≧０．２×ｎｒ＋０．２ …（４）

式（２）を満たす最大のｎｒの値を求めるとｎｒ＝７と求められる。したがって、リアヘッドの最大吸着回数は７回として求められる。

すなわち、１タスクあたりのフロントヘッドによる部品吸着は３回以内で行えばよく、１タスクあたりのリアヘッドによる部品吸着は７回以内で行えばよいことになる。

次に、実装順序最適化部３０５ｃは、着目しているマルチ装着ヘッド１１２の全タスクにおける吸着回数が最大吸着回数以下となるようなタスクを生成し、タスク順を決定する（Ｓ１３２）。実装順序最適化部３０５ｃは、最大吸着回数算出処理（Ｓ１３１）およびタスク生成処理（Ｓ１３２）をすべてのマルチ装着ヘッド１１２に対して実行することにより（ループＢ）、各マルチ装着ヘッド１１２におけるタスクを決定する。

図１６は、フロントヘッドに対するタスク生成処理（図１５のＳ１３２）を具体的に説明するための図である。図１６（ａ）に示されるように、フロントヘッドに割り当てられた部品の種類はＡ、ＢおよびＤの３種類であり、それぞれの員数（実装点数）は、４０、２０および５である。図１６（ｂ）に示すように、これらの部品合計数６５をフロントヘッドの吸着ノズル本数８で割ると、８余り１となる。すなわち、フロントヘッドの８本の吸着ノズルに部品を満載して部品実装を行うことを考えた場合には、８タスクは部品を満載吸着し、残りの１タスクについては１つの部品を吸着して、基板２０上に装着すればよいことになる。

なお、計９タスクの各々において、フロントヘッドの最大吸着回数３回以内で部品吸着が必ず行えるように、「部品分割」と呼ばれる処理を行なう。「部品分割」とは、１つの部品種に属する部品群（１本の部品テープ）を複数本の部品テープに分割することにより、部品供給部１１５ｃに同一種の部品テープを複数本並べることにより、一度に同一の部品種の部品を複数個吸着できるようにする処理である。

図１６（ｃ）は、部品分割した結果の部品供給部１１５ｃの部品の並びを示している。部品の並び位置はＺ番号と呼ばれる番号により特定される。ここでは、部品種を８個ずつグループ化し、最大吸着回数が３回以内になるよう部品分割を行なうと、図１６（ｃ）に示されるような部品の並びが決定される。

この並びに基づいてタスクおよびタスク順を求めると、図１６（ｄ）に示されるようなタスクおよびタスク順が得られる。すなわち、最初の８タスク（タスク１からタスク８）の吸着の順序として、１回目の吸着動作でＺ番号が１、２、３および４の部品（部品Ａ、Ａ、ＢおよびＡ）を吸着し、２回目の吸着動作でＺ番号が１、２および３の部品（部品Ａ、ＡおよびＢ）を吸着し、３回目の吸着動作でＺ番号が５の部品（部品Ｂ）またはＺ番号が６の部品（部品Ｄ）を吸着するようにすれば、３回の吸着動作でフロントヘッドの吸着ノズルに部品を満載吸着させることができる。

また、最後の１タスク（タスク９）では、残りのＺ番号６に配置された部品Ｄを吸着する。以上のようにして、部品分割や、タスクおよびタスク順を求めることにより、最大吸着回数である３回の吸着動作ですべての部品が吸着されることが保障される。

図１７は、リアヘッドに対するタスク生成処理（図１５のＳ１３２）を具体的に説明するための図である。タスクの生成方法は、図１６に示したフロントヘッドに関するものと同様である。図１７（ａ）に示されるように、リアヘッドに割り当てられた部品の種類はＣおよびＥの２種類であり、それぞれの員数（実装点数）は、２０および１５である。図１７（ｂ）に示すように、これらの部品合計数３５をリアヘッドの吸着ノズル本数４で割ると、８余り３となる。すなわち、リアヘッドの４本の吸着ノズルに部品を満載して部品実装を行うことを考えた場合には、８タスクは部品を満載吸着し、残りの１タスクについては３つの部品を吸着して、基板２０上に装着すればよいことになる。

なお、計９タスクの各々において、リアヘッドの最大吸着回数７回以内で部品を吸着すればよいことになるが、リアヘッドの吸着ノズル本数は４本しかないため、１つずつ部品を吸着したとしても、必ず４回以内で部品を吸着することができる。このため、図１６（ｃ）に示したような「部品分割」と呼ばれる処理を行なう必要はない。

したがって、図１７（ｃ）に示すように、部品供給部１１５ａの並びが決定される。また、図１７（ｄ）に示されるようなタスクおよびタスク順が得られる。すなわち、最初の７タスク（タスク１からタスク７）の部品吸着順序として、１回目および２回目の各吸着動作で、Ｚ番号が１および２の部品（部品ＣおよびＥ）を吸着するようにすれば、２回の吸着動作でリアヘッドの吸着ノズルに部品を満載吸着させることができる。

また、次の１タスク（タスク８）の部品吸着順序として、１回目の吸着動作で、Ｚ番号が１および２の部品（部品ＣおよびＥ）を吸着し、２回目および３回目の各吸着動作で、Ｚ番号が１の部品（部品Ｃ）を吸着するようにすれば、３回の吸着動作でリアヘッドの吸着ノズルに部品を満載吸着させることができる。

さらに、最後の１タスク（タスク９）の部品吸着順序として、１回目から３回目の各吸着動作で、Ｚ番号が１の部品（部品Ｃ）を吸着するようにすれば、３回の吸着動作でリアヘッドの吸着ノズルに残りの３個の部品を吸着させることができる。

以上のようにして、タスクおよびタスク順を求めることにより、最大吸着回数である７回以下の吸着回数ですべての部品が吸着させることが保障される。

以上のようにして求められたフロントヘッドおよびリアヘッドにおける各タスクの吸着回数を時系列に並べると図１８に示すようになる。このように、すべてのタスクにおいて、最大吸着回数以下の吸着回数で部品を吸着することができる。すなわち、一方のマルチ装着ヘッド１１２による「装着」動作が完了した時点で、滞りなく他方のマルチ装着ヘッド１１２による「装着」動作に移ることができ、生産効率を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態によると、マルチ装着ヘッドの吸着ノズルの本数比に基づいて、部品の実装点数を振り分けている。このため、フロントヘッドおよびリアヘッドのタスク数をほぼ等しくすることができる。よって、一方の装着ヘッドのみが部品を装着し、他方の装着ヘッドは停止しているというような状況がなくなり、２つの装着ヘッドが協調しながら１枚の基板に部品を装着することができる。よって、生産効率が向上する。

また、一方の装着ヘッドが部品を装着している間に、他方の装着ヘッドによる部品の吸着および認識動作が終了するように、タスクを求めている。このため、一方のマルチ装着ヘッド１１２による「装着」動作が完了した時点で、滞りなく他方のマルチ装着ヘッド１１２による「装着」動作に移ることができ、生産効率を向上させることができる。

以上、本発明に係る部品実装順序決定方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施の形態では、マルチ装着ヘッド１１２に備えられた吸着ノズルが吸着する部品はサイズの小さな小部品を想定していたため、マルチ装着ヘッド１１２で吸着する部品の個数は吸着ノズルの個数と等しいものとして、タスクを生成していた。しかし、実際には、部品には様々なサイズのものが含まれている。このため、大部品の場合には、部品同士の干渉により、マルチ装着ヘッド１１２に備えられた吸着ノズルの本数分の部品を吸着できない場合もあり得る。そのような場合には、実際にマルチ装着ヘッド１１２が吸着できる部品数に基づいて、上述の処理を行い、タスクを生成するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態では、図３に示したような吸着ノズルが直列したマルチ装着ヘッド１１２を想定して部品実装順序の決定を行ったが、装着ヘッドの形状は必ずしもこれに限られるものではない。例えば、マルチ装着ヘッド１１２の代わりにロータリーヘッドを用いてもよい。

図１９は、ロータリーヘッドを備えた部品実装機の上面図である。

ロータリーヘッドを備えた部品実装機は、基台４００と、基台４００の中央部に配設され、基板２０を搬送して位置決めする搬送路４０１と、テープフィーダ４０２が複数並設され、複数種類の部品を供給する部品供給部４０３と、部品供給部４０３から部品を取り出して基板２０に移送搭載するロータリーヘッド４０５と、ロータリーヘッド４０５に吸着された部品を下方から認識する認識カメラ４０６と、ロータリーヘッド４０５をＸＹ方向に移動させるＸＹロボット４０７と、部品が廃棄される廃棄トレイ４０８と、ロータリーヘッド４０５の交換用の吸着ノズルを保持するノズルステーション４０９とを備える。

図２０は、ロータリーヘッド４０５の斜視図である。

ロータリーヘッド４０５は、並設された同一機能の第１ヘッドユニット４０５ａおよび第２ヘッドユニット４０５ｂを備える。各ヘッドユニットは略同一機能のユニットであるため、以下では第１ヘッドユニット４０５ａの構造についてのみ説明する。

第１ヘッドユニット４０５ａは、固定台４１０と、固定台４１０上に配置された複数（図２０においては６つ）のノズル昇降モータ４１１と、部品を吸着保持する複数の吸着ノズル４１２と、吸着ノズル４１２を着脱自在に保持する吸着部４１３と、複数のカム管４１４と、Ａ軸またはＡ’軸を中心として吸着ノズル４１２を回転させるθモータ４１５とを備える。

上記構造を有する第１ヘッドユニット４０５ａにおいて、θモータ４１５による回転動により、複数の吸着ノズル４１２は、相対位置を変化させることなく、Ａ軸を中心として回転する。そして、ノズル昇降モータ４１１の直下に移動した吸着ノズル４１２は、直上のノズル昇降モータ４１１による押圧により下方に移動する。また、吸着ノズル４１２に吸着した部品の角度を補正する場合には、θモータ４１５による回転動により、吸着ノズル４１２は、Ａ’軸を中心として回転する。

なお、ロータリーヘッドは、吸着ノズルの組が複数備えられ各組の吸着ノズルが同一方向を向いて回転する構造を有するとしたが、放射状に異なる方向を向いた吸着ノズルの組が回転する構造を有していてもよい。すなわち、ロータリーヘッドは、図２１に示されるように、並設された同一機能の第１ヘッドユニット４６０ａおよび第２ヘッドユニット４６０ｂを備え、第１ヘッドユニット４６０ａおよび第２ヘッドユニット４６０ｂが、ユニット外枠４６１と、回転自在にユニット外枠４６１に取り付けられたサブヘッド４６２と、サブヘッド４６２を回転駆動するサブヘッド回転モータ４６３と、部品を吸着保持する吸着ノズル４６４と、サブヘッド４６２の下端位置の吸着ノズル４６４を下降動作させる押し下げ機構４６５と、撮像部４６６とをそれぞれ備える構造をしていてもよい。

なお、図２１に示したロータリーヘッドのように、部品の吸着から装着までの間に撮像部４６６（部品認識カメラ）を備える場合には、部品の吸着から装着までの間に、部品の認識が終了している。このため、このような場合には、吸着ノズルが部品を吸着してから装着位置に移動するまでの間に部品認識の動作が行なわれるため、部品認識時間を無視することができ、装着時間と吸着時間とが等しいとみなせるという特徴がある。

このため、タスク決定処理（図１１のＳ１１１）において、一方の装着ヘッドが部品を装着している間に、他方の装着ヘッドによる部品の吸着および認識動作が終了するように、タスクを求めるのではなく、ある時間区間内における部品吸着数をリアヘッドとフロントヘッドとで同じになるようにするのがよい。なお、ここでは、リアヘッドとフロントヘッドとの吸着ノズルの本数は等しいものと仮定している。

図２２は、ロータリーヘッドにおけるタスク決定処理（図１１のＳ１１１）の詳細を説明するためのフローチャートである。

実装順序最適化部３０５ｃは、各タスクにおける部品吸着回数が他のヘッドの部品吸着回数と等しくなるようにタスクおよびタスク順を決定する（Ｓ１４１）。これをすべての装着ヘッドに対して行う。

図２３は、図２２に示したタスク決定処理に従い求められたタスク順の一例を示す図である。このように、各タスクにおいて、フロントヘッドおよびリアヘッドの吸着回数が等しくなっている。このようにすることにより、一方の装着ヘッドが部品を装着している間に、他方の装着ヘッドが部品を吸着することができ、部品の実装効率を向上させることができる。

なお、図２４は、好ましくないタスク順の一例を示す図である。例えば、タスク２においては、フロントヘッドが４個の部品を吸着した後に、装着を行うが、フロントヘッドによる４個の部品装着時に、リアヘッドは８個の部品を吸着しなければならず、フロントヘッドによる部品装着よりも時間がかかってしまうという問題がある。しかし、上述したように、各タスクにおいて、タスク数をなるべく同じにすることにより、このような問題は生じなくなる。

このような特徴は、部品認識カメラを搭載したマルチ装着ヘッド１１２であっても同じである。すなわち、上述の式（１）における「フロントヘッドによる認識時間」および式（３）における「リアヘッドによる認識時間」を無視することができる。

なお、ロータリーヘッドであっても、部品認識カメラが搭載されていなければ、部品の吸着から装着までの間に、部品実装機内に備え付けられた部品認識カメラの位置までロータリーヘッドを移動させてから、部品認識を行なわなければならない。しかし、このような場合であっても、図２２に示したのと同様の方法により、各タスクにおける部品吸着回数が他のヘッドの部品吸着回数と等しくなるようにタスクおよびタスク順を決定する。

本発明は、部品実装機における部品実装順序決定方法や部品実装機に適用でき、特にプリント基板に電子部品等の部品を実装する部品実装機における部品実装順序決定方法や部品実装機等に適用できる。

本発明の実施の形態にかかる実装ライン全体の構成を示す外観図である。 部品実装機内部の主要な構成を示す平面図である。 マルチ装着ヘッドと部品カセットの位置関係を示す模式図である。 部品実装機による部品実装について説明するための図である。 部品実装機による部品実装について説明するための図である。 本発明の実施の形態における最適化装置の一構成例を示すブロック図である。 実装点データの一例を示す図である。 部品ライブラリの一例を示す図である。 実装装置情報の一例を示す図である。 実装点数情報の一例を示す図である。 最適化装置による部品実装順序を決定する処理のフローチャートである。 部品振り分け処理の詳細なフローチャートである。 部品振り分け処理について説明するための図である。 部品振り分け処理について説明するための図である。 タスク決定処理の詳細なフローチャートである。 フロントヘッドに対するタスク生成処理を具体的に説明するための図である。 リアヘッドに対するタスク生成処理を具体的に説明するための図である。 タスクの吸着回数をタスク順に並べた図である。 ロータリーヘッドを備えた部品実装機の上面図である。 ロータリーヘッドの斜視図である。 他のロータリーヘッドの斜視図である。 ロータリーヘッドにおけるタスク決定処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 図２２に示したタスク決定処理に従い求められたタスク順の一例を示す図である。 好ましくないタスク順の一例を示す図である。

符号の説明

１００，２００ 部品実装機
１１０ａ，１１０ｂ，１２０ａ，１２０ｂ サブ設備
１１２ マルチ装着ヘッド
１１２ａ，１１２ｂ，４１２ 吸着ノズル
１１３ ビーム
１１４ 部品カセット
１１５，１１５ａ〜１１５ｄ 部品供給部
１１６ 部品認識カメラ
１１７ トレイ供給部
１２１ レール
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
３０５ｃ 実装順序最適化部
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
３０７ｄ，３０７ｆ，３０７ｇ 実装点数情報
４０５ ロータリーヘッド

Claims (5)

1. １枚の基板に対して、２つの装着ヘッドが交互に部品を実装する際の実装順序を決定する部品実装順序決定方法であって、
   装着ヘッドによる部品の吸着・移動・装着という一連の動作の繰り返しにおける１回分の一連動作によって実装される部品群をタスクとした場合に、前記２つの装着ヘッドの各々について、他の装着ヘッドによる部品の装着時間と自身による前記他の装着ヘッドにより装着される部品とは異なる部品の吸着時間および吸着された部品の認識時間とを比較することにより、他の装着ヘッドによる部品の装着時間内に自身による部品の吸着および吸着された部品の認識を終えることができる自身による部品の最大吸着回数を算出する算出ステップと、
   前記２つの装着ヘッドの各々について、部品の吸着回数が前記最大吸着回数以下となるように、割り付けられた部品群をタスクに分割することにより各タスクを生成するタスク生成ステップとを含む
   ことを特徴とする部品実装順序決定方法。
2. 前記タスク生成ステップでは、
   同一の部品種の部品を複数の部品テープで供給するように部品テープの本数を決定することにより、部品の吸着回数を減少させ、前記２つの装着ヘッドの各々について、部品の吸着回数が前記最大吸着回数以下となるように、割り付けられた部品群をタスクに分割することにより各タスクを生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装順序決定方法。
3. １枚の基板に対して、２つの装着ヘッドが交互に部品を実装する際の実装順序を決定する部品実装順序決定装置であって、
   装着ヘッドによる部品の吸着・移動・装着という一連の動作の繰り返しにおける１回分の一連動作によって実装される部品群をタスクとした場合に、前記２つの装着ヘッドの各々について、他の装着ヘッドによる部品の装着時間と自身による前記他の装着ヘッドにより装着される部品とは異なる部品の吸着時間および吸着された部品の認識時間とを比較することにより、他の装着ヘッドによる部品の装着時間内に自身による部品の吸着および吸着された部品の認識を終えることができる自身による部品の最大吸着回数を算出する算出手段と、
   前記２つの装着ヘッドの各々について、部品の吸着回数が前記最大吸着回数以下となるように、割り付けられた部品群をタスクに分割することにより各タスクを生成するタスク生成手段とを備える
   ことを特徴とする部品実装順序決定装置。
4. １枚の基板に対して、２つの装着ヘッドが交互に部品を実装する際の実装順序を決定するプログラムであって、
   装着ヘッドによる部品の吸着・移動・装着という一連の動作の繰り返しにおける１回分の一連動作によって実装される部品群をタスクとした場合に、前記２つの装着ヘッドの各々について、他の装着ヘッドによる部品の装着時間と自身による前記他の装着ヘッドにより装着される部品とは異なる部品の吸着時間および吸着された部品の認識時間とを比較することにより、他の装着ヘッドによる部品の装着時間内に自身による部品の吸着および吸着された部品の認識を終えることができる自身による部品の最大吸着回数を算出する算出ステップと、
   前記２つの装着ヘッドの各々について、部品の吸着回数が前記最大吸着回数以下となるように、割り付けられた部品群をタスクに分割することにより各タスクを生成するタスク生成ステップとをコンピュータに実行させる
   ことを特徴とするプログラム。
5. １枚の基板に対して、２つの装着ヘッドが交互に部品を実装する部品実装機であって、
   請求項１に記載の部品実装順序決定方法により決定された部品実装順序に従い、基板上に部品を実装する
   ことを特徴とする部品実装機。

Images