TW404150B - Method of automatically controlling the placement of components on a circuit board - Google Patents

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經濟部中央*?4,·^Μ工消費合作^印$1 404150 at 1 ι_ 丨 - - — — — B 7五、發明説明（1 ) ~ -- 背景 本發明係關於構件配置。 概略而5 ’電子設備製造商的一項目標係儘可能快速 有效地作業生產線。欲達此目的，製造商廣為使用電子自 動化來生產電子總成。舉例言之，印刷電路板典型地係藉 「拾取與安置」機器組裳，其自動選擇電子構件安置於板 下，妥當排齊構件與板，並將構件安置於板上。機器製造 印刷電路板遠比人工更快。 參照第1A圖，業界常用之一型拾取與安置系統是轉塔 型系統20如畐士製作所生產出售的cp系列機器。轉塔型系 統20中，轉塔2使用吸取臂24來由構件臺28拾起構件26， 並將構件26安置於安裝於x，y臺32上的電路板3〇上。轉塔22 有數臂24，故其由構件臺28拾起一個構件之同時可安置另 一個構件於電路板30。 也參照第1B圖，構件臺28固定其上方已安裝有構件26 的帶36的捲轴34。當轉塔臂24拾起一個構件時，構件臺28 旋轉捲軸34而暴露出次一個構件。構件臺28係於χ方向移 動，故於轉塔型系統2〇已經安置妥一個捲軸上的全部構件 後’構件臺28可移動次一捲轴就位。 X，y臺32經由於x，y與ζ方向移動印刷電路板而妥為定 位印刷電路板供接納構件。大半情況下，複雜的最適化演 算用來嘗試減少\7臺32之义，7與2：方向移動與構件臺28之χ 方向移動，同時獲得轉塔22之最大轉速。習知最適化演算 視同個別實體處理各個構件，但大半轉塔型機器可由二個 ^-- (請先閲讀背面之注意事項再填窍本頁) •.訂 線 « n^— 本紙張尺度適削，國國家縣（CNS ) Μ規格（21()><297公们 4 怒 邶 中

央 卒 X 消 «· 合 作 牡 印 404150 ---- B7 — —-- . 五、發明説明（2 ) · 毗鄰構件捲軸34之一拾取構件而未明顯減低安置速度。轉 塔22 ’構件臺28，和X，y臺32係於最適化演算產生的安置 程式指導下藉一或多個控制器33控制。 參照第2圖’ 「最短路徑最適化」演算當用於構件配 置。典型最短徑演算對印刷電路板38上的各型構件p，q決 定安置而減短配置路徑40長度的構件安置順序。演算一般 始於板38上最常見的p型構件，然後，前進至次常見q型構 件。-人常見Q型構件之最短徑的計算’始於較常見p型構件 之配置路徑4〇末端42。 概述 —個態樣中，本發明係關於一種自動控制構件安置於

裝 電路板上》形成一組含有二或多型有待安置於電路板之構 件，和開發一個配置路徑，藉此該組内之任一構件可被安 置於電路板上沿配置路徑任一點。 本發明之具體例包含下列一或多個特點。該組構件可 經由鑑別兩型有待緊密座落於電路板上多個位置的構件， 並界定含該二型構件之組而產生。該組也界定為包含第三 型構件，其將於電路板上若干位置緊密座落靠近另二型構 件中之至少一型。電路板上界定若干區，該組可界定為包 a多區共同出現的各型構件。該組可包含二型構件，其比 較任何其它二型構件一起出現於更多區。區可彼此重疊， 各區可為由格子界定的方塊。 配置路徑可經由計算安置該組中全部構件於電路板上 所需的大體最短徑開發。有待安置於電路板上的每三型構 訂 線

40415C A7 B7 五、發明説明（3 ) ~ ------- 件可另成-組’可對另一組開發另一條配置路徑。另一组 的配置路役可始於前組配置路控結束處。各組構件可依對 應配置路徑置於電路板上。 另一態樣中，本發明係關於一種界定配置多型構件於 電路板上預先界定位置之順序之方法。構件分成各含至少 二型構件之多組。其中蚊一組之構件安置於電路板上， 其後另--組之構件安置於電路板上。 本發明之具體例包含下列一或多個特點。—組之全部 構件係於另一組之任何構件之前配置。同組之構件可以一 種指令配置，因而該指令内的任何位置可被該組所含任一 型構件占有。配置-組之構件的指令可由配置該組之構件 所需最短徑決定。各組所含構件類型可由彼此緊鄰出現的 不同型構件之出現頻率決定。一組可含有最經常彼此緊鄰 出現的二型構件。該組也可含有第三型構件。構件也可基 於預先界定位置的配置區内一起出現的不同型構件頻率分 組。各組可含有三型構件。 另態樣中，本發明係關於一種根據界定指令之順序 配置多型構件之方法，其中各構件係安置於電路板上預先 界定位置。於順序之後，安置僅屬第一紐的多型構件中至 少兩型的多個構件。同理’安置屬於另一組之至少兩型不 同型構件。 另一態樣中，本發明係關於一種配置構件於電路板上 之系統。該系統包含一部配置機，其構型可配置根據分組 含至少二型構件之構件，和一部控制器，其可管制配置機 經济部中央標準而t工消费合作社印裝 404150 A7 —~___________B7 五、發明説明（4 ) 的作業，因而特定一組之構件被安置於電路板上，及其後 另一組之構件被安置。 本發明之具體例包含下列一或多個特點。配置機可屬 轉塔型機。系統也包含構件臺，其儲存構件而使各組内之 構件占有構件臺上毗鄰位置。 本發明之優點包含下列一或‘多者。印刷電路板移動可 於構件配置過程中減少，故可減少先前配置構件的疏鬆糾 結機會。機件配置於電路板上所需時間可減少大於5%，因 而產生更高生產效率。 本發明之其它特點與優點由下文說明及申請專利範圍 將顯然自明。 圖式之簡單說明 第1A圖為構件配置機之頂視圖。 第1B圖為構件帶捲軸之透視圖。 第2和3圖為印刷電路板之頂視圖。 第4圖為電腦系統之方塊圖。 第5圖為構件分組程式之流程圖。 第6圖為含有印刷電路板上構件清單與數目之表。 第7圖為畫分成格方塊之印刷電路板之頂視圖。 第8圖為含第7圖之各格方塊之構件清單和數目之 表。 第9圖為含第7圖之各格方塊之成對構件清單之表。 第10圖為含有第9圖之成對構件之格數目之表。 第11圖為含多組構件清單之表。

裝---卜*-1訂------------------ * . m In —i In If (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 好濟部中央榀準^¾只工消費合作社卬^ 40415C A7 ------ B7 —•丨 _ 五、發明説明（5 ) --- 第12圖為構件臺上成組構件捲袖之頂視圖。 第13圖為最短徑最適化常式之流程圖。 第14A圖為構件配置順序表。 第14B圖為構件根據第1从圖順序配置之電路板。 第15圖為晝分成重疊格方塊之印刷電路板之部分頂視 圖。 參照第3圖，印刷電路板7 6包含多種不同型構件a，b， C ’ D ’ E ’ F ’和G。電路板76包含電子構件，例如，電阻 器，電容器，感應器，處理器，記憶體裝置，和邏輯電路； 也可包含機械構件，例如，開關和連接器。某些類型構件 (例如，A型）常出現於板76上，而它型（例如，c型）則否。 又，板上某區（例如，區78)多含構件而它區則否（例如， 區 80)。 也參照第4圖’電腦系統50可用來設計印刷電路板之 「設計圖」（亦即，構件配置於電路板上之道路圖），並將 構件組織成多組供「同時」安置於電路板上。欲設計板之 設計圖，電腦處理器52使用儲存於記憶體55的板布局程式 54。布局程式54典型地為互動式程式，其可使使用人通過 輸入裝置，例如鍵盤56或滑鼠58提供資訊給電腦處理器 52 °處理器可通過輸出農置如視頻顯示器64或影像列印機 66輸出資訊，例如，布局的視頻影像60或印刷62。布局程 式54也產生一個板布局播68，其可儲存於任何固定或可攜 式媒體（皆未顯示出）。板布局檔68鑑別含於電路板上的各 構件和對應構件類別。板布局檔68也鑑別各構件的正確位 本紙張尺料财關家縣（CNSTI^7^0X297^ ) (請先閲讀背面之注意事項寫本頁} -裝. Λ 經7¾'部中央樣準而只工消費合f

40415C A7 __________________ B7_ 五、發明説明（6 ~ ~ 置，如由其距心相對於電路板上參考點（原點）的x，y座標 決定，例如’板的左下角82。 構件分組程式70也儲存於記憶體55，使用板布局擋68 所含資訊鑑別含於電路板上的構件類型，並決定各型構件 之數量與所在位置。基於此等決定，構件分組程式70將各 構件組織成組供「同時」安置並產生一組分組指令72。分 組指令於一組呈單一型構件處理全部構件。 記憶體55之最短路徑最適化程式74使用分組指令72算 出各組構件之最短配置路徑。由於分組程式鑑別同組之構 件皆呈單一型構件’最適化程式對該組全體而非對組成該 組的個別構件類型求出最短路徑。最短配置路徑最適化結 果儲於配置指令檔75，其例如藉第1A圖之控制器33用來管 制構件之配置於電路板上。 參照第5圖，構件分組程式始於回溯84板布局檔，並 分析而產生86構件類型清單和各型數目。第6圖為含有第 3圖之電路板之構件類型清單與數目之表。其次，程式畫 分88電路板成格子（第7圖）並於格子之各方塊產生9〇構件 類型清單與數目（第8圖）。然後，程式產生92各格方塊中 成對構件清單（第9圖），其用來計數94含各對構件之格方 塊數目（第10圖）。然後，程式組織96構件類型成組供「同 時」配置（第10圖）並算出各組之構件之最短配置路徑，以 及各分組（單一）構件類型之最短配置路徑。分組程式之樣 品碼含於附錄。 參照第7圖’分組程式使用得自板布局檔的資訊來決 〜 —-- 張尺度適/Π相國家標率（〔叫六4規格（21(^297公楚) 7 g - 裝---·！！一、1τ------# (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經济部中央標準Λ只工消费合作社印製 五、發明説明（7) ' '--- 定印刷電路板76大小並將其分格。格線X卜X2，X3 ’ X4和 Y卜Y2, Y3分靠x_y軸產生而將板咐成等尺寸之矩 形區1〇〇(「格方塊」）。格線等距，較佳間隔約2〇毫米。 如此’-塊麵求X8厘米板76被分成⑽個格方塊厲5 X4)。 亦參照第8圖，分組程式決定何型構件A_G落入各格 方塊100,並計數各方塊有多少個各型A_G構件。欲達此目 的，程式對格線XI，Χ2，Χ3，χ^γι，γ2，γ3^座標和y 座標之各構件距心（未顯示出）進行x，y座標的「小於或等 於」比較。如此，其距心具有X座標小於或等於線χΐ2Χ值 和y座標小於或#於線Υ1之y值的構件落入格方塊1—1。同 理，其距心具有X值大於χ4之值和y值大於Υ3之值的構件落 入格方塊5-4。由於該程式執行「小於或等於函數」，故 其距心位在格線上的構件落入最左或較下方格方塊。 舉例言之，考慮格方塊2-3,其整個含有一個Β型構件， 一個Ε型構件，和一個g型構件；但僅部分含有第二Ε型構 件和A，C，D，和F型構件。由於(；型構件之距心1〇2顯然位 在格方塊2-3内’分組程式將c型構件互為該方塊之成員。 D型構件亦同。F型構件所在位置部分位在四個格方塊（2一 3 ’ 3-3 ’ 2-4，3-4)則較不明顯。但因F型構件之距心1〇4 位在線X2上而線Y3下方，故也落於方塊2-3。A型構件和第 二E型構件之距心（未顯示出）位在格方塊2—3外側，故分組 程式未將此等構件歸屬格方塊2-3之一員。因此，格方塊2_3 含有母型構件名—件但A型構件除外。 本紙張尺度適州中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 10 裝 .——訂------旅 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 40415C A7 五 -------------B7 、發明説明（8) 亦參照第9圖’於分組程式歸類並計數各個格方塊1〇〇 之構件數後，程式決定並列舉出現於各方塊的成對構件。 舉例s之，格方塊1-；[含有一個A型構件和兩個£型構件， 故程式將構件對A-E歸為格方塊1 之唯--對。因方塊2_ 3含有A型以外的每一型構件，程式列出此方塊除A型以外 之全部構件對。 參照第10圖，然後，分組程式列出出現於電路板上的 各構件對106,和出現各對構件的格方塊數目1〇卜最常見 的構件對（A-E共九塊）在表列之頂，而最少見之構件對（[ C ’ C-D，C-E ’ C-F ’各一次）列在最末。 亦參照第11圖，分組程式使用成對構件清單（第1〇圖） 將各構件分成含三型構件之組11〇。程式經由選擇組成最 常見的兩型構件A，E的第一構件組i12(a_e)。若二或多個 成對構件出現次數相等，但比任何其它對更多，則程式選

擇包含電路板上最高構件餘之構件^例如，若a_e和B 對於格方塊出現數目相等（第_)，程式㈣擇性Η對， 原因為電路板含有52個Α和Ε型構件，多於39個糾型構件 (第6圓）。 …、仗程式經田選擇最常與兩型事先擇定A，E型構 之一共同出現的第-構件組112。因B，DfnF型構件與特 構件A’E之一出現頻率相等(第_)，和程式須使用四 可能的解結法選擇第三構件。首先，程式選出最常見於 路板上之構件類型（第6圖）。其次，若程式須選擇與來 第一對的相同構件成對的兩個構件之_，則程式可選出」 40415() a? ――----------- -B7 五、發明説明（9 ) ~~~ 常與來自第-對的另一構件共同出現的構件。如此，若選 出的第一對為A'E對而和A.為其餘最常見對，則程 式選擇最常與E型構件共同出現的構件類型^或的。第三， 若程式須由各自與第-對的不同成員成對的兩型構相做 —選擇，則程式可選擇與第—對中最常見成員成對的構 件。如此’若選出的第一對為A_E對，而程式須介於B對 與E-F對間做-選擇，靠式可決定糾型構件何者最常 出現，並選出對應構件類型D4F。第四，程式單純選擇出 現於清單之首的構件對。 若程式使用第一方法來選擇第三構件，則選擇1)型構 件，原因為電路板所含D型構件比它型更多（第6圖）。如 此’第一構件組112包含A，D，和E型構件。 第一構件組112完成後，程式嘗試含三個特選構件類 型A ’ D，E之全部構件對，並對其餘各對（B_F，卜G , B (：， C-G，C-F)重複此過程，直至留下少於三型構件為止。任 何未成組構件（「單件」）個別處理。對第3圖之電路板76 而s ’第一構件組114包含β，F，G型構件。C型構件未成 組因此視同單件116處理。 分組程式也對各組產生出現於電路板上之構件118總 數。第一構件組112(A，D，Ε型）含板上91個構件的μ個， 第二構件組114(B ’ F，G型）含有25個構件，而單件116((： 型）含有2個構件。 參照第12圖’ 一旦各型構件分組後，對應於各組的構 件捲柏120以邊靠邊置於構件臺122。捲124固定第一組構 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經Μ-‘部中央樣準而货工消费合作杜卬製

40415C 五、發明説明（10) —-- 件U，D，E型），首先置臺上，接著為第二組（b f g型） 的捲袖126,和含有單件構件（C3〇的捲轴128。各組内， 含最常見構件的捲軸置於說组的另二構件間。因此，八型 捲麵130和F型捲軸132分別為第—組124和第：組12_巾 心捲軸。 參照第13圖，最短路徑最適化程式使用分組程式產生 的分組指令（第4圖）來求出各組構件的最短配置路徑。最 適化程式首先決定134第-組之全部構件位置（分組指令將 第-組視同單-實體），並求出136g&置構件的最短配置路 徑。然後，程式決定138第二組之全部構件位置並求出14〇 第二組構件的最短配置路徑。然後，最適化程式對所有其 餘構件組重複計算142最短配置路徑。當程式到達第一單 件型構件時，其決定144全部此型構件的所在位置，並求 出146配置構件的最短配置路徑β程式重複148此過程直至 不再有構件為止。 參照第14Α和14Β圖，最短路徑最適化程式產生一張順 序表162，該表決定各組件置於電路板164上的順序。順序 表162鑑別各別有待置於板上的構件，包括其於安置順序 之編號166，其於板164上位置，其所屬型17〇和組172。舉 例言之，有待安置於板164上的第一構件174為D型構件於 x=10 mm，y=l〇賴，而最末構件176為C型構件於x=25咖， y=40 mm。第14Β圖之構件間之箭頭顯示順序表162相關配 置路徑β 順序表162内包括導引構件組内各構件配置之次順序 本紙張尺度述用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） 13 ♦ ^ .—.--Γ-1Τ------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 404150 五 '發明説明（11 178, 180。第一次順序178中，Σ組全部構件…咏㈣ 構件）置於板164上；第二次順序18〇中’配置全部n組構 件（B，F和G型構件）^如順序表162顯示，第一次順序178 完成於第二次順序180開始之前。所有分組構件皆配置後， 單件構件176CC型構件）方配置。 另外，一旦對各構件組求出最短配置路徑時，配置路 徑終點可匹配而決定其中各組的配置順序。舉例言之，第 14A和14B圖中，I組（4〇，1〇)終點最靠近π組（35，2〇)終 點。同理，I組（10，1〇)終點最接近單件構件之（25，4〇) 終點。因此，構件可以下列順序配置；單件，1組，n組。 此種情況下，C型構件首先置於順序中，j組構件配置於 順序中之2-18位置，而π組構件配置順序中之19_27位置。 當使用終點匹配時，一組内各構件配置順序可顛倒而使該 組配置路徑終點匹配眺鄰組的終點。 分組程式和最短路徑最適化演算也可用於有多個配置 機的系統。此等系統中，大型構件組可平分給數台配置機 而平衡各機器的週期時間。 參照第15圖，替代具體例中，經由確保位四緊鄰的構 件經常以一對構件計數而改良構件之分組。第7囷之格子 内，構件154和156不算一對，但其屬不同型且緊鄰，原因 為其位在格線XI反侧，因此，無法落入同一個格方塊。然 而，於重疊格時，若足夠緊鄰的構件確實落入同一格方塊。 格方塊1-2沿X轴由電路板150左緣158和由格線ΧΓ界 定，而沿y轴則由格線Y2a和Y2b界定。格線X1，所在位置稍 ^---τ---Γ-,·ιτ------'^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 紐"•部中央標準而贺工消费合作社卬製 -14 經泸部中央標準^工消费合作社卬製 40415G at __________E___ 五、發明説明（12 ) 偏離超出原先格線XI所在位置，較佳約2 mm。格方塊2-2 沿X轴係由格線X2a和X2b界定，而沿y軸係由格線Y2a和Y2b 界定。格線X2b位置偏離原先格線XI位置左方約2 mm。因 此，格方塊1-2與2-2重疊距離約4 mm，其夠近足可使構件 154和156中之至少一者落入兩個格方塊内，確保構件154 和156被視同一對。 若兩個構件154和156位在重疊區160，則構件154和156 於兩個格方塊1-2和格方塊2-2被視同一對。欲防止構件154 和156於成對格子計數時被算兩次，分組程式須分析重疊 格方塊1-2和2-2之其它構件154和156成對出現次數。若格 方塊1 -2或格方塊2-2含該對額外出現一次，或兩方塊皆如 此，則重疊區160的存在有該對不影響格數。若格方塊卜2 或格方塊2-2皆未含額外該對出現次數，則分組程式須由 格數減1。 其它具體例屬於申請專利範圍。舉例言之，構件組可 含二型構件而非三型構件。對於可拾取4或以上個毗鄰構 件而未降低性能的構件配置機，構件組可含四型或以上構 件。此外，可使用最短路徑演算式以外的最適化演算。 本紙伕尺度適用中！S國家榇準（CNS ) A4^i~fJi〇^297/>t~) ---------裝---Ί--T訂------線 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經济部中央樣準而只工消費合作社印製 __40415C _；； 五、發明説明（13) 元件標號對照 20... .轉塔型系統 66·… 影像列印機 22… .轉塔 68·… 板布局檔 24... .吸取臂 70.… 構件分組程式 26... .構件 72.·:. 分組指令 28, 122....構件臺 74.… 最短路徑最適化程式 30·.· .電路板 75·… 配置指令擋 32... .X，y 臺 76.… 印刷電路板 33... .控制器 78, 80. 34, 120, 124-8, 130-2.. .捲軸 82____左下角 36.·. .帶 84.... 回潮 38… .印刷電路板 86, 90, 92....產生 40... .配置路徑 88.... 晝分 42... .末端 94, 108 ....計數 50... .電腦系統 96.... 組織 52... .電腦處理器 98. . . · 計算 54… .布局程式 100·.· .格方塊 55... .記憶體 102, 104____距心 56... .鍵盤 106... .構件對 58… .滑鼠 110... •組 60... .影像 112... .第一構件組 62... .印刷 114… .第二構件組 64... .視頻顯示器 116... .單件 - -- I - - - II …-— --1 !— ! -· -I- -l·-—-- ml n«l- I I - - . 1^1 n^i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度通州中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經沪部中央樣準杓只工消费合作社卬51 404150 五、發明説明（14) 118.. ..構件 136, 140, 146....計算 162____順序表 166…·數 170.. ..類型 174, 176. ...構件 A7 B7 134, 138,144....決定 142, 148....重複 164____電路板 168____位置 172….組 178,'180____次順序 --------1 裝----f ^---訂------Λ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適州中國國家榇隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 17

Claims (1)

1. 40415C A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印裝

   1. 一種自動控制構件配置於電路板上之方法，包含： 選擇印刷電路板上的多重區域，在該等區域中，相 同群組之構件包含兩或多型有待配置之構件及 對於該群組中每個型式的構件劃定一個配置路徑於 構件位置點之間，以便使那些搆件能夠依序配置於沿 著該配置路徑的對應構件位置。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該群組構件包含 兩型有待彼此緊密座落於電路板上多個位置的構件。 3·如申清專利範圍第2項之方法，其中該群組構件更包含 第三型構件，其將於電路板上若干位置緊密座落靠 近另二型構件中之至少一型。 4. 如申请專利範圍第1項之方法，其令該群組包括 二型構件，.其比較任何其它：簡件—起出現於更 多區域。 5. 如申請專利㈣第卜2、3或4項之方法，其中該等選擇 的區域包括彼此重叠的區域。 6. 如申請專利範圍第卜2、3或4項之方法，其中該等區域 的每個包括一個由一個格子界定的方塊。 7. 如申請專利範圍第卜2、3或4項之方法，其中該配置路 徑係由實質上計算配置該群組中的各種型式的全部構 件於電路板上所需最短路徑來劃定。 8. 如申請專利範圍第Μ之方法，其更包括對於有待配置 於電路板上的另三型構件產生一額外群組，及 -18- .m - ! i I j. —I— n -I f n I C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂 本紙張Υ適用中國國家榇準（CNS ) A4^i777^297/Av'i~ i ------------- n n n u A8 B8 C8 D8 404150 :、申請專利範圍 對各額外群組，敎-分別的配置隸於該額外群 組的每個另外型式的構件的依序構件位置點之間。 9. 如申μ專利範圍第8項之方法，其中該額外群組的配置 路徑可開始於該前一群組配置路徑結束處。 10. 如申請專利範圍第9項之方译，其又包括沿著該劃定的 配置路徑依序地配置構件於電路板上的該等構件位置 點。 ---------裝--— I.I--訂------竦 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局®C工消费合作社印製 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210X297公釐）