KR0158412B1 - 칩 마운트의 부품 장착경로 최적화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부품 카세트의 장착 순서 및 부품의 장착 순서를 최적화하여 칩 마운터를 운용할 작업자의 부담을 줄이면서 생산성 향상을 도모하도록 한 칩 마운터의 부품장착경로 최적화 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 선택되지 않은 임의의 노드를 선정하고 그 노드로 부터 최소의 사이클 타임을 갖는 노드를 다음 부품의 장착점으로 선정하는 단계와; 선정한 부품이 이전 부품과 다를 경우 그 선정한 부품을 포함하는 카세트를 다음 카세트로 결정하여 가장 가까운 노드를 다음 장착점으로 선정하고 선정한 부품이 이전 부품과 동일한 부품일 경우에는 두번째 선정한 부품의 장착점에서 최소의 장착 사이클 타임을 갖는 노드를 다음 장착점으로 결정하는 단계와; 모든 노드에 대해 장착점을 선택하고 초기 장착 순서의 그룹중 운영 시간의 합이 최소인 그룹을 선택하는 단계와; 선택한 그룹의 순서대로 카세트의 위치를 결정하는 단계와; 결정한 카세트의 위치에 따라 피치 이동 매트릭스를 구성하는 단계와; 구성한 피치 이동 매트릭스에 3-옵티말 알고리즘을 적용하여 부품의 장착 경로가 최적화되도록 부품 장착순서를 결정하는 단계를 순차 실행시키게 되는 것이다.

Description

칩 마운터의 부품 장착경로 최적화방법

제1도는 일반적인 칩 마운터의 구성을 보이는 블록도이다.

제2도는 본 발명에 따른 부품 장착경로 최적화방법을 보이는 플로우 차트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 릴축 2 : 흡착 스테이션

3 : 장착 스테이션 4 : 칩위치 결정부

6 : X-Y 테이블 7 : 컨베이어

본 발명은 칩 마운터의 부품 장착경로 최적화에 관한 것으로, 특히 부품 카세트의 장착 순서 및 부품의 장착 순서를 자동으로 결정해주어 칩 마운터를 운용할 작업자의 부담을 줄이면서 생산성 향상을 도모하도록 한 칩 마운터의 부품 장착경로 최적화방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자제품 세트내에 설치되는 인쇄회로기판의 부품장착은 릴상으로 테이프에 감긴 전자부품을 부품장착기에 공급하여 작업이 이루어지는데, 장착될 부품을 그 조립 순서에 따라 자동으로 PCB에 장착하기 위해 칩 마운터가 사용된다.

이러한 기능을 갖는 일반적인 칩 마운터의 일예가 제1도에 도시 되었다.

이에 도시된 바와 같이, 일반적인 칩 마운터는 PCB상에 장착될 부품 카세트가 장착되는 릴 축(1)과, 인덱스의 헤드가 상기 릴 축(1)에 장착된 부품을 흡착하도록 하는 흡착 스테이션(2)과, 인덱스의 헤드가 흡착 스테이션(2)에서 흡착한 부품을 PCB 상에 장착하도록 하는 장착 스테이션(3)과, 흡착 스테이션(2)에서 흡착한 부품의 위치를 보정 및 교정하는 칩위치 결정부(4)와, 부품이 장착되는 PCB(5)와, PCB(5)를 지정된 속도로 상하좌우로 이동시켜서 PCB(5)의 지정된 노드가 장착 스테이션(3)에 오도록 이동시키는 X-Y 테이블(6)과, PCB(5)를 X-Y 테이블(6)의 위치에 오도록 하거나 장착 완료된 PCB(5)를 다음 경화로 또는 매거진으로 이동시키는 컨베이어(7)로 구성 된다.

도면중 미설명 부호 8은 장착될 부품들을 나타낸 것이다.

이와 같이 구성된 일반적인 칩 마운터를 참조하여 종래의 부품 장착방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 칩 마운터를 운용할 작업자가 부품을 장착할 PCB의 패턴을 보고 원점에서 가장 가까운 점을 1번 장착점으로 결정한 후, 그 부품을 포함하는 부품을 1번 카세트로 하여 PCB위에 있는 같은 종류의 부품들을 찾는다. 일정한 순서(현 장착점에서 가장 가까이 있는 점을 우선 장착)로 해당 부품들을 찾아서 모두 장착하고 나면 1번 카세트의 마지막 부품과 가장 가까이 있는 점을 다음 장착순서로 정한다. 이때의 부품을 2번 카세트로 정한다.

이와 같은 순서로 모든 종류의 부품들에 대해서 고려하고 나면 이때의 카세트 순서가 작업하고자 하는 PCB의 카세트 장착순서이며, 부품 장착순서가 된다. 이렇게 결정된 작업 순서로 칩 마운터를 운용하면, X-Y 테이블(6)은 PCB(5)를 지정된 속도로 상하좌우로 이동시켜서 PCB(5)의 지정된 노드를 장착 스테이션(3)에 오도록 이동시킨다. 릴 축(1)은 PCB(5)에 장착될 부품 카세트를 작업자가 정한 순서대로 장착한 후 수평 운동을 하면서 부품 카세트를 흡착 스테이션(2)을 운반한다. 그러면 흡착 스테이션(2)은 인덱스의 헤드가 상기한 릴 축(1)에 장착된 부품 카세트를 흡착하도록 하고, 칩위치 결정부(4)는 흡착 스테이션(2)에서 흡착한 부품이 정확히 흡착되었나를 검사하여 불량일 경우 에러 메세지를 송출하고 장착동작을 중지시킨다.

이후, 사용자가 운전 스위치를 다시 온시키면 인덱스가 회전하여 흡착 불량 피더의 부품을 다시 흡착하고, 칩위치 결정부(4)는 다시 흡착 스테이션(2)에서 흡착한 부품이 정확히 흡착되었나를 검사한다. 이 검사 결과 흡착 스테이션(2)이 부품 카세트를 정확히 흡착한 경우에는 장착 스테이션(3)이 흡착 스테이션(2)에서 흡착한 부품을 PCB(5)의 지정된 노드에 장착하게 된다.

이러한 동작으로 PCB(5)상의 지정된 노드에 해당 부품을 장착하게 되고, 부품의 장착이 완료되면 컨베이어(7)는 PCB(5)를 다음 스테이션, 즉 경화로나 매거진으로 이동을 시키고, 새로운 PCB를 이송하여 X-Y 테이블(6)에 고정시킨다.

한편, 상기와 같은 방법으로 장착을 완료하면 숙련된 작업자는 기계의 가동률을 측정하여 또다시 카세트 순서, 부품 장착순서를 바꾸어가며 시험가동을 하게되고, 부품장착기의 작업 효율을 높일 수 있는 최적의 장착 순서를 찾아 가면서 부품을 장착하게 된다. 따라서 이러한 방법은 숙련된 작업자가 작업을 하는 경우라 할지라도 적게는 2-3일, 길게는 일주일 정도의 시간을 요한다.

이러한 종래의 부품 장착방법은 작업자가 부품의 카세트 위치와 장착순서를 결정하여 NC 파트 프로그램을 작성한 후 시험을 하게 된다. 그런데, 현장에서 오랫동안 근무에 온 숙련된 작업자라고 하더라도 수작업으로 일일이 적게는 100정, 많게는 300정이상의 부품 장착에 대해서 효율적인 장착 순서를 결정하고 그 카세트의 위치를 결정하는 데에는 시간이 많이 요구될 뿐만 아니라 이는 매우 힘들 일이며, 또한 그렇게 결정된 장착순서와 카세트의 위치가 기계 가동율을 향상시키는지에 대한 확신을 보장할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 부품 장착을 위한 방법의 일환으로 컴퓨터 칩 마운터의 최적 운영을 위해 부품의 카세트 위치나 장착순서를 결정해주는 방법이 사용되나, 이들의 대부분은 장착 순서를 정할때 모든 속도인자를 고려하는 것이 아니라 단순한 거리 정보나 아니면 몇가지 단순한 정보만을 이용해서 장착순서를 결정해주기 때문에 효율적인 방법이라고 할 수 없다.

예를 들면, PCB위의 어떤 한 부품이 장착되고 난후 다음 장착점을 선정할 때 릴피치 이동, X-Y 테이블 이동거리, 인덱스 테이블 타임등을 고려하여 최소의 장착 사이클 타임을 갖는 노드의 부품을 장착해야 함에도 불구하고 이 선택된 부품과 동일한 부품을 모두 장착하고 난 다음에 다른 종류의 부품중 최소의 장착 사이클 타임을 갖는 노드를 다음 장착 순서로 결정한다. 즉, 릴축의 피치 이동은 최소화 시킬 수 있는 반면 X-Y 테이블의 이동 거리는 최적화 시킬 수 없게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 부품 장착방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 부품 카세트의 장착 순서 및 부품의 장착 순서를 최적화하여 칩 마운터를 운용할 작업자의 부담을 줄이면서 생산성 향상을 도모하도록 한 칩 마운터의 부품 장착경로 최적화 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 선택되지 않은 임의의 노드를 선정하고 그 노드로 부터 최소의 사이클 타임을 갖는 노드를 다음 부품의 장착점으로 선정하는 단계와; 상기 선정한 부품이 이전 부품과 다를 경우 그 선정한 부품을 포함하는 카세트를 다음 카세트로 결정하여 가장 가까운 노드를 다음 장착점으로 선정하고 선정한 부품이 이전 부품과 동일한 부품일 경우에는 두번째 선정한 부품의 장착점에서 최소의 장착 사이클 타임을 갖는 노드를 다음 장착점으로 결정하는 단계와; 상기한 단계를 반복수행하여 모든 노드에 대해 장착점을 선택하고 초기 장착 순서의 그룹중 운영 시간의 합이 최소인 그룹을 선택하는 단계와; 상기 선택한 그룹의 순서대로 카세트의 위치를 결정하는 단계와; 상기 결정한 카세트의 위치에 따라 피치 이동 매트릭스를 구성하는 단계와; 상기 구성한 피치 이동 매트릭스에 3-옵티말 알고리즘을 적용하여 부품의 장착경로가 최적화되도록 부품 장착순서를 결정하는 단계로 이루어진다.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 적용되는 칩 마운터 시스템은 전술한 제1도인 일반적인 칩 마운터 시스템과 동일하며, 이를 참조하여 본 발명 부품 장착경로 최적화방법을 첨부한 도면 제2도에 의거 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명의 장착경로 최적화를 위해 운영 최적화에 대한 수리 모델을 아래에 제시한다.

아래 수리 모델에 대한 가정은 다음과 같다.

1) 인덱스 테이블의 속도는 모든 부품에 대해 동일하다.

2) 장착 각도의 상대적인 차이는 칩 마운터의 운영 시간에 영향을 미치지 않는다.

3) 부품을 포지셔링하기 위한 유니트의 사용이 변화되어도 칩 마운터의 운영시간에 영향을 미치지 않는다.

4) 부품의 크기는 모두 동일하다.

위의 가정을 생각한다면 단지 PCB상의 노드들 간의 거리와 부품 카세트 위치에 따른 릴 축의 피치 이동수가 주요 변수가 된다.

이러한 가정하에서 칩 마운터의 카세트 위치 및 장착 순서 결정을 최적화 시키고자 할 경우 반드시 고려해야 할 사항은 다음과 같다.

1) 릴 축의 피치 이동을 최소로 해야 한다.

2) PCB위의 모든 장착점의 작업 시간을 최소로 해야 한다.

3) 필요한 최적의 순서를 구하는데, 두 장착점간의 X-Y 테이블의 이동시간 계산 공식은 다음과 같다.

두 장착점간의 X-Y 테이블 이동시간 = MAX(△X, △Y)

여기서,

△X = X축 용 모터가 두 장착점 간의 X축 상의 거리를 이동하는데 걸리는 시간

△Y = Y축 용 모터가 두 장착점 간의 Y축 상의 거리를 이동하는데 걸리는 시간

4) 노드의 장착각도 차이가 180도 이상이면 사이클 타임이 증가하므로 현 장착점과 다음 장착점 간의 장착 각도 차이는 가능하면 최대 180도 미만으로 해야 한다.

5) 칩 위치 결정부의 셔틀 스텝을 고려하여 가능하면 같은 종류의 칩 위치 결정부가 사용되도록 부품의 작업 순서를 고려해야 한다.

6) 부품을 고속, 중속, 저속 부품군으로 나누어서 고속, 중속, 저속의 부품 군의 순으로 장착되도록 순서를 정해야 한다.

상기와 같은 사항을 고려한 상태에서 카세트 장착 순서 및 칩 장착 순서를 결정하기 위하여 TSP(Travelling Salesman Problem)문제를 풀어 해결한다.

이를 위해 먼저 시스템 분석을 하고 각 변수들을 매트릭스로 표현한다. 이는 로터리형 칩 마운터의 효율적인 운용을 위해 카세트의 위치와 장착 순서를 결정하는 문제로서 먼저 부품이 장착되는 모든 정보, 예를 들면 장착 각도, 인덱스 테이블의 속도, X-Y 테이블의 이동거리, 부품의 거리, 포지셔링 유니트 등을 고려하여 카세트의 위치를 결정한다. 그리고 카세트 위치에 대한 정보를 바탕으로 장착 순서를 결정한다.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

릴 축과 인덱스 테이블 그리고 X-Y 테이블은 각각 다른 모터에 의해 동작함으로 부품의 공급과 이동 및 장착 작업은 순차적으로 진행되지 않고 각각 다른 작업 스테이션에서 동시에 이루어진다. 따라서 장착해야 할 PCB상의 모든 점들을 네트워크 상의 노드로 생각할 수 있다. 부품은 자신들에 지정된 정보에 따라 PCB위에 장착된다. 부품들에 지정된 정보는 변하지 않으나, PCB위의 노드들에 한 부품이 어떤 부품에 장착되느냐에 따라 장착 시간은 달라질 수 있다. 장착 순서에 따라 장착 시간을 변화시키는 모든 정보를 인자라고 하고, 이러한 인자들을 칩 마운터 시스템을 구성하는 주요 부분인 릴 축과 인덱스 테이블 그리고 X-Y 테이블 각각에서 선정한다. 여기서 한 부품이 PCB상에 장착되는 노드는 둘 이상일 수 있으며 장착되는 각도도 다양하다. 인덱스 테이블에는 테이블의 속도, 칩 퍼지셔닝 유니트, 그리고 장착 각도등의 3가지 인자가 있어서 부품 장착 작업 시간에 영향을 준다. 인덱스 테이블의 속도는 부품의 종류마다 다양하고, 인덱스 테이블의 속도가 다양해질때 인덱스 테이블은 가장 느린 속도에 지배를 받아 회전하게 된다. 예를 들어서 만일 부품1이 인덱스 테이블의 한 헤드에 물려있고 다음의 다른 헤드에 부품2가 몰릴때 인덱스 테이블의 속도는 부품1과 부품2에 지정된 속도중에서 느리게 지정된 속도로 인덱스 테이블이 회전하게 되는 것이다. 이러한 조건을 바탕으로 한 본 발명의 장착경로 최적화 방법이 제2도에 도시되었다.

여기서 카세트의 위치는 부품을 PCB위에 장착시키는 모든 정보, 이를 테면 노드의 위치, 장착 각도, 사용될 칩 위치 결정부, 인덱스 테이블 속도, X-Y 테이블의 속도등에 의한 장착 순서를 고려하여 피치 이동이 최소가 되도록 카세트의 위치를 결정해야 한다. 카세트 장착 순서를 C_i(i=1,...,100), 부품 장착 순서를 S_i(i=1,...,2000)라 할 때, 단계(S1)에서는 시작 노드 i=1로 두고, 그와 같은 부품을 포함하는 카세트를 1번 카세트로 결정한다. 그리고 단계(S2)에서는 한 부품을 노드 i에 장착한 후 다음에 장착할 노드를 결정한다. 즉, 현재의 장착점에서 다음에 장착할 가장 작은 TOT_ij값을 갖는 노드를 다음 장착점으로 결정한다(S2). 여기서 TOT_ij는 노드 i에 부품을 장착시킨 후 바로 노드 j에 부품을 장착시키기 위하여 요구되는 최소한의 운영시간을 의미한다. 만약 이 부품이 현재의 카세트와 동일 부품이 아닐 경우, 이 부품을 포함하는 카세트를 다음 카세트로 결정한다(S3). TOT_ij값이 동일할 경우 가장 가까이 있는 부품을 다음 장착점으로 선택한다(S4).

다음으로 단계(S6)에서는 모든 노드가 선택되었는지를 확인한다. 이때 모든 노드가 선택되었으면 다음 단계(S7)로 가고, 그렇지 않은 경우에는 상기한 단계(S2)로 리턴한다. 이후, 단계(S7)에서는 시작 노드 i가 마지막 노드이면 다음 단계(S8)로 이동하고, 그렇지 않으면 시작 노드를 i=i+1로 하고 단계(S1)로 리턴한다. 그리고, 단계(S9)에서는 카세트의 위치를 결정한다. 이때 모든 부품을 시작노드로 하여 고려했으면 상기한 단계(S6)에서 구한 장착 순서의 그룹들 중에서 운영 시간의 합이 가장 작은 그룹을 선택한다(S8). 그 그룹은 릴 축의 피치 이동과 X-Y 테이블의 이동 거리를 최소화할 수 있도록 고려되었으므로 그 그룹의 순서대로 카세트를 배치시킨다(S9).

다음 단계(S10,S11)에서는 초기 카세트의 위치를 결정한 후 부품 장착 순서를 정하기 위해 3-optimal 알고리즘을 적용한다. 즉, 단계(S7)에서 결정된 1번 노드로부터 초기 Hamiltonian 순환로를 구성한 다음 이를 t라 한다. 순환로 t의 교점 순서는 v1,v2,...,vi,...vj,...vl,...v1이다. t로 부터 초기 카세트 장착 순서(Ci)를 결정한다. 이때 순화로 t의 순서가 부품 장착 순서가 되며, 총 장착 시간(L)을 결정할 수 있다. 그리고 다음 단계(S10)에서는 Hamiltonian 순환로 t로 부터 k=3개의 호(edge)를 제거한 t의 이웃 t'를 구성한다.

즉, i=1,

j=i+1,

l=j+1일 경우,

호(v_i, v_i+1), (v_j, v_j+1), (v_l, v_l+1)를 제거하여 새로운 이웃 v_i, v₂,...,v_i,...,v_j+1,...v_l, v_i+1,...,v_j, v_j+1,...,v_n, v₁이 순환로의 비용을 L'이라고 한다.

만약, L'L이면, t=t', L=L'라 수정하고 이의 첫 이웃을 구하기 위해 상기한 단계(S9)로 리턴한다.

그리고, L'L이면 1←i+1로 하고,

l≤n이면 상기한 호 제거과정으로 리턴하고, 아니면 j←j+1,

j≤n-1이면 l=j+1로 하고, 아니면 i←I+1, i≤n-2이면 j=i+1로 하고, 아니면 다음 단계(S11)로 이동한다. 단계(S11)에서는 마지막으로 결정된 순환로 t에 대하여 카세트 장착 순서 및 부품 장착 순서를 이 칩 마운터의 최종 장착 경로로 설정하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 추가된 알고리즘으로 카세트 장착 순서 및 칩 장착순서를 결정하므로서 칩 마운터를 운영할 작업자의 부담을 줄일 수 있으며, 칩 마운터의 가동율 및 이를 통한 생산성을 극대화 시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 선택되지 않은 임의의 노드를 선정하고 그 노드로 부터 최소의 사이클 타임을 갖는 노드를 다음 부품의 장착점으로 선정하는 단계와; 상기 선정한 부품이 이전 부품과 다를 경우 그 선정한 부품을 포함하는 카세트를 다음 카세트로 결정하여 가장 가까운 노드를 다음 장착점으로 선정하고 선정한 부품이 이전 부품과 동일한 부품일 경우에는 두번째 선정한 부품의 장착점에서 최소의 장착 사이클 타임을 갖는 노드를 다음 장착점으로 결정하는 단계와; 상기한 단계를 반복수행하여 모든 노드에 대해 장착점을 선택하고 초기 장착순서의 그룹중 운영 시간의 합이 최소인 그룹을 선택하는 단계와; 상기 선택한 그룹의 순서대로 카세트의 위치를 결정하는 단계와; 상기 결정한 카세트의 위치에 따라 피치 이동 매트릭스를 구성하는 단계와; 상기 구성한 피치 이동 매트릭스에 3-옵티말 알고리즘을 적용하여 부품의 장착 경로가 최적화되도록 부품 장착순서를 결정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 칩 마운터의 부품 장착경로 최적화 방법.