WO2024257360A1

WO2024257360A1 - 装着支援装置および装着支援方法

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Publication number: WO2024257360A1
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Inventors: 康平杉原
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Abstract

装着支援装置は、装着ヘッドを移動させて複数のキャビティに収容された部品を順次採取する採取サイクル、および複数の部品を基板に順次装着する装着サイクルを実行する部品装着機に適用され、複数のキャビティのうち部品を採取可能に収容する複数のキャビティの位置を示す収容情報に基づいて、採取サイクルにおける装着ヘッドの移動経路の候補である経路パターンを探索する経路探索部と、複数の経路パターンごとに算出された装着ヘッドの移動距離に基づいて選択された経路パターンを移動経路に設定する経路設定部と、を備える。

Description

装着支援装置および装着支援方法

　本発明は、装着支援装置および装着支援方法に関するものである。

　装着支援装置は、バルクフィーダを用いた部品装着機による装着処理を支援する。バルクフィーダは、基板に部品を装着する部品装着機に装備され、バルク状態の部品を供給する（特許文献１を参照）。部品装着機は、装着処理において、装着ヘッドを移動させて複数のキャビティに収容された部品を順次採取する採取サイクル、および複数の前記部品を基板に順次装着する装着サイクルを実行する。

特開２０１１－１１４０８４号公報

　ここで、部品装着機は、装着処理において、バルクフィーダによる部品の供給状態を認識する画像処理を実行し、その画像処理の結果に基づいて吸着ノズルを用いた部品の吸着動作を制御する。部品装着機には、装着処理の所要時間の短縮が望まれている。

　本明細書は、バルクフィーダによる部品の供給状態に応じた採取サイクルの効率化を図ることにより装着処理を支援する装着支援装置および装着支援方法を提供することを目的とする。

　本明細書は、装着ヘッドを移動させて複数のキャビティに収容された部品を順次採取する採取サイクル、および複数の前記部品を基板に順次装着する装着サイクルを実行する部品装着機に適用され、複数の前記キャビティのうち前記部品を採取可能に収容する複数の前記キャビティの位置を示す収容情報に基づいて、前記採取サイクルにおける前記装着ヘッドの移動経路の候補である経路パターンを探索する経路探索部と、複数の前記経路パターンごとに算出された前記装着ヘッドの移動距離に基づいて選択された前記経路パターンを前記移動経路に設定する経路設定部と、を備える装着支援装置を開示する。

　本明細書は、装着ヘッドを移動させて複数のキャビティに収容された部品を順次採取する採取サイクル、および複数の前記部品を基板に順次装着する装着サイクルを実行する部品装着機に適用され、複数の前記キャビティのうち前記部品を採取可能に収容する複数の前記キャビティの位置を示す収容情報に基づいて、前記採取サイクルにおける前記装着ヘッドの移動経路の候補である経路パターンを探索する経路探索工程と、複数の前記経路パターンごとに算出された前記装着ヘッドの移動距離に基づいて選択された前記経路パターンを前記移動経路に設定する経路設定工程と、を備える装着支援方法を開示する。

　本明細書では、出願当初の請求項４において「請求項１または２に記載の装着支援装置」を「請求項１－３の何れか一項に記載の装着支援装置」に変更した技術的思想や、出願当初の請求項５において「請求項１または２に記載の装着支援装置」を「請求項１－４の何れか一項に記載の装着支援装置」に変更した技術的思想も開示されている。また、本明細書では、出願当初の請求項７において「請求項５に記載の装着支援装置」を「請求項５または６に記載の装着支援装置」に変更した技術的思想や、出願当初の請求項８において「請求項１または２に記載の装着支援装置」を「請求項１－７の何れか一項に記載の装着支援装置」に変更した技術的思想も開示されている。また、本明細書では、出願当初の請求項９において「請求項１または２に記載の装着支援装置」を「請求項１－８の何れか一項に記載の装着支援装置」に変更した技術的思想や、出願当初の請求項１１において「請求項１または２に記載の装着支援装置」を「請求項１－１０の何れか一項に記載の装着支援装置」に変更した技術的思想も開示されている。

　このような構成によると、採取サイクルにおける装着ヘッドの移動距離の短縮を図ることができるので、採取サイクルおよび装着処理の効率化を図ることができる。

部品装着機を模式的に示す平面図である。供給領域を含むバルクフィーダの一部を模式的に示す側面図である。図２のＩＩＩ方向から見た平面図である。装着支援装置を適用された部品装着機を示すブロック図である。部品装着機による装着処理を示すフローチャートである。供給状態の認識処理を示すフローチャートである。供給領域を撮像した画像データを示す図である。供給状態の認識処理の結果を示す図である。移動経路の設定処理を示すフローチャートである。変更前の移動経路および初期解を示す図である。経路パターンに基づいて設定された移動経路を示す図である。初期解である移動経路、設定された移動経路、および条件付きで設定された移動経路のそれぞれの移動距離を示すグラフである。供給状態の認識処理の結果に対して区分したグループを示す図である。

　１．装着支援装置５０の概要
　装着支援装置５０は、バルクフィーダ３０を用いた部品装着機１０による装着処理を支援する。本実施形態において、装着支援装置５０は、部品装着機１０の制御装置２０に組み込まれる。装着支援装置５０は、バルクフィーダ３０により供給された部品の供給状態に応じた採取サイクルの効率化を図るものである。

　上記の部品装着機１０は、基板９１に部品を装着する装着処理を、所定の対基板作業として実行する。部品装着機１０は、他の対基板作業機とともに基板９１の搬送方向に設置され生産ラインを構成する。複数の対基板作業機のそれぞれは、生産ラインを統括して制御するホストコンピュータ６０（図４を参照）に通信可能に接続される。生産ラインは、例えば、複数の対基板作業機としての印刷機、部品装着機１０、リフロー炉、および検査機を備える。

　２．部品装着機１０の構成
　２－１．基板搬送装置１１
　部品装着機１０は、図１に示すように、基板搬送装置１１を備える。基板搬送装置１１は、基板９１を搬送方向へと順次搬送するとともに、基板９１を機内の所定位置に位置決めする。

　２－２．部品供給装置１２
　部品装着機１０は、部品供給装置１２を備える。部品供給装置１２は、基板９１に装着される部品を供給する。部品供給装置１２は、複数のスロット１２１にフィーダ１２２をそれぞれセットされる。フィーダ１２２には、例えば多数の部品が収納されたキャリアテープを送り移動させて、部品を採取可能に供給するテープフィーダが適用される。また、フィーダ１２２には、バルク状態で収容された部品を採取可能に供給するバルクフィーダ３０が適用される。バルクフィーダ３０の詳細については後述する。

　２－３．部品移載装置１３
　部品装着機１０は、部品移載装置１３を備える。部品移載装置１３は、部品供給装置１２により供給された部品を基板９１上の所定の装着位置に移載する。部品移載装置１３は、ヘッド駆動装置１３１、移動台１３２、装着ヘッド１３３、および吸着ノズル１３４を備える。ヘッド駆動装置１３１は、直動機構により移動台１３２を水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）に移動させる。装着ヘッド１３３は、図示しないクランプ部材により移動台１３２に着脱可能に固定され、機内を水平方向に移動可能に設けられる。

　装着ヘッド１３３は、回転可能に且つ昇降可能に複数の吸着ノズル１３４を支持する。吸着ノズル１３４は、フィーダ１２２により供給される部品を採取して保持する保持部材である。吸着ノズル１３４は、供給される負圧エアにより、フィーダ１２２により供給される部品を吸着する。装着ヘッド１３３に取り付けられる保持部材としては、部品を把持することにより保持するチャックなどが採用され得る。

　２－４．部品カメラ１４、基板カメラ１５
　部品装着機１０は、部品カメラ１４、および基板カメラ１５を備える。部品カメラ１４、および基板カメラ１５は、ＣＭＯＳなどの撮像素子を有するデジタル式の撮像装置である。部品カメラ１４、および基板カメラ１５は、制御信号に基づいて撮像を行い、当該撮像により取得した画像データを送出する。部品カメラ１４は、吸着ノズル１３４に保持された部品を下方から撮像可能に構成される。基板カメラ１５は、装着ヘッド１３３と一体的に水平方向に移動可能に移動台１３２に設けられる。基板カメラ１５は、基板９１を上方から撮像可能に構成される。

　また、基板カメラ１５は、基板９１の表面を撮像対象とする他に、移動台１３２の可動範囲であれば種々の機器などを撮像対象にできる。例えば、基板カメラ１５は、本実施形態において、図３に示すように、バルクフィーダ３０が部品を供給する供給領域Ａｓやバルクフィーダ３０の上部に設けられた基準マーク４９をカメラ視野に収めて撮像することができる。このように、基板カメラ１５は、種々の画像処理に用いられる画像データを取得するために、異なる撮像対象の撮像に兼用され得る。

　２－５．制御装置２０
　部品装着機１０は、制御装置２０を備える。制御装置２０は、主として、ＣＰＵや各種メモリ、制御回路により構成される。制御装置２０は、図４に示すように、記憶部２１を備える。記憶部２１は、ハードディスク装置またはフラッシュメモリなどの記憶装置により構成される。制御装置２０の記憶部２１には、装着処理の制御に用いられる制御プログラムＭ１や部品データＭ２、キャビティ情報Ｍ３、収容情報Ｍ４などの各種データが記憶される。

　制御プログラムＭ１は、装着処理において基板９１に装着される部品の装着位置、装着角度、および部品種類を予定される装着順で示す。ここで、装着処理には、採取サイクルと装着サイクルとが含まれるＰＰサイクル（ピックアンドプレースサイクル）を複数回に亘って繰り返す処理が含まれる。上記の「採取サイクル」とは、部品供給装置１２により供給された部品を吸着ノズル１３４により採取する採取動作を、複数回に亘り繰り返す処理である。

　ここで、採取サイクルにおいて採取対象の部品がバルクフィーダ３０により供給されていることがある。そして、バルクフィーダ３０の供給領域Ａｓに部品を個々に収容するキャビティ４５（図３を参照）が形成されている場合には、採取サイクルは、装着ヘッド１３３を移動させて複数のキャビティ４５に収容された部品を順次採取する動作となる。

　また、上記の「装着サイクル」とは、採取した部品を基板９１に順次装着する処理であり、詳細には、基板９１の所定の装着位置に、所定の装着角度で装着する装着動作を、複数回に亘り繰り返す処理である。このように、制御プログラムＭ１には、装着ヘッド１３３が支持する吸着ノズル１３４の数や、装着ヘッド１３３の移動距離などを考慮してグループ化された複数回の採取動作および装着動作により構成されるＰＰサイクルの実行順序が予め設定されている。

　部品データＭ２には、部品の種類ごとの形状データが含まれる。上記の「形状データ」には、部品の外縁形状、部品の特徴部の形状、および部品の寸法の少なくとも一つが含まれる。部品の「外縁形状」とは、部品の外縁を境界として部品の内側と背景とを区分したときの当該外縁の形状に相当する。

　部品の「特徴部の形状」とは、部品が有する形状、模様、色彩などに起因する外観上の特徴部の境界形状に相当する。部品の特徴部としては、部品の角部やバンプ、端子、リード部などが適用され得る。また、部品データＭ２には、形状データの他に、例えば部品ごとの最大の許容移動速度（加速度）、採取位置（例えば、吸着ノズル１３４に接触する位置）などが含まれ得る。

　キャビティ情報Ｍ３は、バルクフィーダ３０の供給領域Ａｓに形成されたキャビティ４５に関する情報が、バルクフィーダ３０の識別情報（ＩＤ）に関連付けられたものである。キャビティ情報Ｍ３には、供給領域Ａｓにおけるキャビティ４５の形状（各辺長さおよび深さを含む）、位置、向き、対応する部品の種類などが含まれ得る。収容情報Ｍ４は、複数のキャビティ４５のうち部品を採取可能に収容する複数のキャビティ４５の位置を示す情報である。収容情報Ｍ４の詳細については後述する。

　制御装置２０は、複数の保持部材（吸着ノズル１３４）のそれぞれに保持された部品の保持状態の認識処理を実行する。具体的には、制御装置２０は、部品カメラ１４の撮像により取得された画像データを画像処理し、装着ヘッド１３３の基準位置に対する各部品の位置および角度を認識する。なお、制御装置２０は、部品カメラ１４の他に、例えば装着ヘッド１３３に一体的に設けられるヘッドカメラユニットなどが部品を側方、下方、または上方から撮像して取得された画像データを画像処理するようにしてもよい。

　制御装置２０は、装着処理において、基板９１に部品が所定の姿勢で装着されるように装着ヘッド１３３による装着動作を制御する。このとき、制御装置２０は、認識した部品の保持状態に基づいて装着動作を制御する。つまり、制御装置２０は、吸着ノズル１３４に保持された部品のＱ軸（吸着ノズル１３４の自転軸）に対する位置および角度のずれを補正するように、装着ヘッド１３３の位置、および吸着ノズル１３４のＱ軸回りの角度を補正する。結果として、吸着ノズル１３４に保持された部品が制御プログラムＭ１により指示される所定の装着位置に所定の装着角度で装着される。

　３．バルクフィーダ３０の構成
　バルクフィーダ３０は、部品装着機１０にセットされて部品供給装置１２の一部として機能する。バルクフィーダ３０は、キャリアテープのようには包装されていないバルク状態（それぞれの姿勢が不規則なばら状態）で部品ケースに収容された部品を供給する。そのため、バルクフィーダ３０は、テープフィーダと異なりキャリアテープを用いないため、キャリアテープの装填や使用済みテープの回収などを省略できる点でメリットがある。

　バルクフィーダ３０には、例えば平面状の供給領域Ａｓに不規則な姿勢で部品を供給するタイプがある。しかしながら、供給領域Ａｓにおいて部品同士が接触するほど接近していたり堆積（上下方向に重なり合っている状態）していたり、部品の幅方向が上下方向となるような横立ち姿勢であったりすると、部品装着機１０は、これらの部品を採取対象にすることができない。そこで、採取可能な部品の割合を増加すべく、バルクフィーダ３０には、供給領域Ａｓにおいて部品を整列させた状態で供給するタイプがある。本実施形態では、部品を整列させるタイプのバルクフィーダ３０を例示して説明する。

　バルクフィーダ３０は、扁平な箱状に形成されたフィーダ本体３１に対して振動可能に且つ着脱可能に軌道ユニット４０が設けられる。フィーダ本体３１の前部（図２の右側端部）には、コネクタ３１１および２つの位置決め用のピン３１２が設けられる。フィーダ本体３１は、部品供給装置１２のスロット１２１にセットされると、コネクタ３１１を介して給電されるとともに、部品装着機１０の制御装置２０と通信可能な状態となる。

　軌道ユニット４０は、加振装置３５により振動を付与される。軌道ユニット４０は、複数の部品が搬送される搬送路Ｒ、および搬送路Ｒに連通して複数の部品を採取可能に上方に開口する供給領域Ａｓを形成される。軌道ユニット４０は、フィーダ本体３１の前後方向（図３の左右方向）に延伸するように形成される。軌道ユニット４０の幅方向（図３の上下方向）の両縁には、上方に突出する一対の側壁４６が形成される。一対の側壁４６は、軌道ユニット４０の先端部４７とともに搬送路Ｒの周縁を囲い、搬送路Ｒを搬送される部品の漏出を防止する壁部材である。

　軌道ユニット４０の供給領域Ａｓには、図３に示すように、複数のキャビティ４５が形成されている。複数のキャビティ４５のそれぞれは、上方に開口し、部品の厚み方向が上下方向となる姿勢で部品を収容する。本実施形態において、複数のキャビティ４５は、千鳥状をなすように配置されている。ここで、軌道ユニット４０の「供給領域Ａｓ」とは、部品をバルク状態で供給する領域であって、装着ヘッド１３３に支持された吸着ノズル１３４により部品を採取可能な領域である。また、軌道ユニット４０の「搬送路Ｒ」とは、部品ケース側から軌道ユニット４０へと流通した部品が供給領域Ａｓへと搬送される部品の通り道である。

　また、上記の加振装置３５は、複数の部品が搬送路Ｒに沿って搬送されるように軌道ユニット４０に振動を付与する。軌道ユニット４０が振動すると、部品には前方且つ上方の外力、または後方且つ上方の外力を加えられる。結果として、複数の部品は、軌道ユニット４０の前側に搬送されたり、後側に搬送されたりすることになる。バルクフィーダ３０は、フィーダ制御装置３６により加振装置３５の動作を制御して部品を搬送し、供給領域Ａｓへの部品の供給動作を実行する。供給動作により複数のキャビティ４５に部品が収容されることにより、吸着ノズル１３４が部品を採取可能な状態となる。

　軌道ユニット４０の上部には、供給領域Ａｓの開口を閉塞可能なシャッタ４８が設けられる。シャッタ４８は、軌道ユニット４０がフィーダ本体３１に取り付けられると、図略のシャッタ駆動装置により開閉動作を制御される状態となる。バルクフィーダ３０は、シャッタ４８を開閉することによって部品の飛び出しや供給領域Ａｓへの異物混入を防止することができる。

　４．部品装着機１０による装着処理
　部品装着機１０による装着処理について、図５を参照して説明する。ここで、部品供給装置１２には、バルクフィーダ３０がセットされているものとする。装着処理において、先ず、部品装着機１０の基板搬送装置１１は、図５に示すように、基板９１の搬入処理を実行する（Ｓ１１）。これにより、機内に基板９１が搬入されるとともに、機内の所定位置に位置決めされる。

　なお、装着処理に並行して、所定のタイミングでバルクフィーダ３０による部品の供給動作が実行される。この部品の供給動作の実行後に、供給領域Ａｓにおける部品の供給状態を認識する処理が実行される。供給状態の認識処理の詳細については後述する。

　次に、制御装置２０は、ＰＰサイクルを実行する。ＰＰサイクルにおいて、制御装置２０は、複数の吸着ノズル１３４を用いて部品を採取する採取動作を繰り返す採取サイクルを実行する（Ｓ１２）。このとき、制御装置２０は、採取可能な部品の位置に応じて装着ヘッド１３３を順次位置決めするように、採取動作における装着ヘッド１３３の動作を制御する。

　また、制御装置２０は、採取対象の部品をバルクフィーダ３０が供給している場合には、採取可能な部品の位置として、キャビティ４５の中心である座標値、または部品の基準位置の座標値を適宜切り換えて、吸着ノズル１３４を位置決めする。なお、採取サイクル（Ｓ１２）における装着ヘッド１３３の移動経路については、装着支援装置５０により設定される。移動経路の設定処理の詳細については後述する。

　続いて、制御装置２０は、複数の吸着ノズル１３４にそれぞれ保持された部品の保持状態の認識処理を実行する（Ｓ１３）。詳細には、制御装置２０は、装着ヘッド１３３を部品カメラ１４の上方に移動させ、部品カメラ１４に撮像指令を送出する。制御装置２０は、部品カメラ１４の撮像により取得された画像データを画像処理して、複数の吸着ノズル１３４のそれぞれに保持された部品の姿勢（位置および角度）を認識する。

　その後に、制御装置２０は、複数の吸着ノズル１３４を用いて部品を装着する装着動作を繰り返す装着サイクルを実行する（Ｓ１４）。なお、この装着サイクル（Ｓ１４）の装着動作では、制御装置２０は、制御プログラムにて指定される装着位置に、部品をそれぞれ装着するように装着ヘッド１３３の動作を制御する。さらに、制御装置２０は、装着位置に対して、認識処理（Ｓ１３）の結果に基づいて、吸着ノズル１３４が位置決めおよび角度決めされるように装着ヘッド１３３の動作を制御する。

　制御装置２０は、制御プログラムに基づいて、全てのＰＰサイクルが終了したか否かを判定する（Ｓ１５）。全てのＰＰサイクルが終了していない場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、ＰＰサイクル（Ｓ１２－Ｓ１４）を実行する。全てのＰＰサイクルが終了した場合に（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、制御装置２０は、基板９１の搬出処理を実行する（Ｓ１６）。基板９１の搬出処理において、基板搬送装置１１は、位置決めされていた基板９１をアンクランプするとともに、部品装着機１０の機外に基板９１を搬出する。

　５．装着支援装置５０の構成
　装着支援装置５０の構成について図４，図６－図１１を参照して説明する。装着支援装置５０は、部品装着機１０の制御装置２０が装着処理において実行する採取サイクルを支援する。バルクフィーダ３０により供給される部品を採取対象に含む採取サイクルでは、バルクフィーダ３０による部品の供給状態を認識する画像処理が先に実行され、その画像処理の結果に基づいて吸着ノズル１３４を用いた部品の採取動作が制御される。

　ここで、バルクフィーダ３０の供給領域Ａｓへの部品の供給処理が行われると、全てのキャビティ４５に部品が採取可能に収容されるとは限らない。そのため、上記の供給状態の認識処理では、採取可能に部品を収容しているキャビティ４５を認識し、それらのキャビティ４５に対して吸着ノズル１３４が順次位置決めされるように、装着ヘッド１３３の移動経路が設定される。

　本実施形態における複数のキャビティ４５は、第一方向（本実施形態において、Ｘ方向）に沿って配置された複数のキャビティ４５からなるキャビティ列を、Ｘ方向に交差する第二方向（本実施形態において、Ｙ方向）に並べて配置されている。そこで、上記の移動経路としては、先ず、複数のキャビティ４５のうち基板９１に近いキャビティ列のうちＸ方向一端に位置するキャビティ４５からＸ方向他端側に向かって最初に部品を採取可能に収容するキャビティ４５を採取動作の開始位置とする。そして、開始位置のキャビティ４５からＸ方向他端まで移動してから、Ｙ方向に隣接するキャビティ列に移動してからＸ方向一端側に向かうように蛇行する移動経路を設定し得る（図９Ａを参照）。

　上記のような移動経路は、採取可能に部品を収容する複数のキャビティ４５が平均的に分散している場合には効率的であると言える。しかしながら、実際には供給領域Ａｓにおいて採取可能に部品を収容する複数のキャビティ４５が偏る場合があり、上記のような移動経路の設定手法より効率的な移動経路が存在する場合がある。そこで、装着支援装置５０は、バルクフィーダ３０による部品の供給状態に応じた採取サイクルの効率化を図ることにより装着処理を支援する構成を採用する。

　本実施形態において、装着支援装置５０は、図４に示すように、状態認識部５１、経路探索部５２、および経路設定部５３を備える。状態認識部５１は、図６に示す供給状態の認識処理（Ｓ２０）を実行する。経路探索部５２および経路設定部５３は、図８に示す移動経路の設定処理（Ｓ３０）を実行する。制御装置２０は、設定処理により設定された移動経路に従って、採取サイクルにおける装着ヘッド１３３の動作を制御する。

　５－１．状態認識部５１
　状態認識部５１は、複数のキャビティ４５が形成されたバルクフィーダにおける部品９２の供給領域Ａｓを撮像して取得された画像データＤ１（図７Ａを参照）を画像処理して、供給領域Ａｓにおける部品９２の供給状態を認識して収容情報Ｍ４を生成する。部品９２の供給状態には、バルクフィーダ３０の供給領域Ａｓに供給された部品９２が部品装着機１０による採取動作の対象に適するか否かの判定結果が含まれる。

　より詳細には、図６に示すように、状態認識部５１は、カメラ（本実施形態において、基板カメラ１５）の撮像により画像データＤ１を取得する（Ｓ２１）。供給領域Ａｓには、バルク状態の部品９２が多数存在し、例えばキャビティ４５に正常な姿勢で収容されるもの、キャビティ４５の外部にあるもの、互いに接触したり堆積したりするもの、横立ち姿勢であるものなどが存在し得る。

　次に、状態認識部５１は、画像データＤ１を画像処理して、画像データＤ１内の部品９２の認識処理を実行する（Ｓ２２）。より詳細には、状態認識部５１は、例えばブロブ解析により画像データＤ１に含まれる部品９２を認識する。状態認識部５１は、画像データＤ１に対して、画像データＤ１に対して所定の閾値により二値化を行い、ブロブを生成する。状態認識部５１は、生成されたブロブの大きさや形状と、部品データＭ２に基づいて部品９２を認識する。

　続いて、状態認識部５１は、認識した部品９２について採取可否の判定処理を実行する（Ｓ２３）。この判定処理は、換言すると、認識された部品９２が部品装着機１０による採取動作の対象に適するか否かの判定である。つまり、供給領域Ａｓに存在する部品９２にであってもキャビティ４５に収容されていなかったり、他の部品９２と接触などしていたりする場合には、採取不可（採取動作の対象に不適）と判定される。

　状態認識部５１は、供給状態の認識結果を収容情報Ｍ４として記録する（Ｓ２４）。本実施形態において、状態認識部５１は、複数のキャビティ４５ごとに状態を割り出す。これにより、複数のキャビティ４５は、部品９２を採取可能に収容する収容キャビティ（図７Ｂで斜線を付して示す、「ＯＫ」）、周囲に部品９２が存在するものの採取不可であるＮＧキャビティ（図７Ｂで対角線を結ぶＸマークを付して示す、「ＮＧ」）、周囲に部品９２が存在しない空キャビティ（図７Ｂで破線にて示す、「ＥＭＰ」）に分類される。状態認識部５１は、複数のキャビティ４５の各状態（ＯＫ，ＮＧ，ＥＭＰ）の数（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を算出する。

　この収容情報Ｍ４は、複数のキャビティ４５のうち部品を採取可能に収容する複数のキャビティ４５の位置を示す。また、状態認識部５１は、供給状態の認識処理において、採取動作に適する部品がある場合には、その部品の位置および角度を認識する。このように、収容情報Ｍ４には、それぞれのキャビティ４５の状態（ＯＫ，ＮＧ，ＥＭＰ）に加えて、採取可能な部品のキャビティ４５における位置（例えば、部品の中心座標）および角度（例えば、キャビティ４５の基準角度に対する傾斜角度）が記録される。

　なお、上記の供給状態の認識処理（Ｓ２０）は、バルクフィーダ３０による部品９２の供給動作が実行された後に実行される。状態認識部５１は、例えば基板の搬入処理（Ｓ１１）や、ＰＰサイクルに並行して、認識処理を実行して収容情報Ｍ４を生成することができる。収容情報Ｍ４は、バルクフィーダ３０から部品９２が採取された場合には、採取動作に応じて更新され、またバルクフィーダ３０による部品９２の供給動作が実行されたときに破棄される。

　５－２．経路探索部５２
　経路探索部５２は、収容情報Ｍ４に基づいて、採取サイクルにおける装着ヘッド１３３の移動経路の候補である経路パターンを探索する。ここで、「移動経路」とは、ＰＰサイクルの採取サイクルにおいて装着ヘッド１３３が複数のキャビティ４５から部品９２を採取するためにＸＹ移動する際の経路であり、装着ヘッド１３３が位置決めされる複数のキャビティ４５の位置および順序を示す。

　装着ヘッド１３３は、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、移動経路Ｎｒに沿って所定のキャビティ４５へと移動する。詳細には、制御装置２０は、採取動作を実行する際には、キャビティ４５に収容されている部品９２の位置および角度を考慮して、装着ヘッド１３３の位置および吸着ノズル１３４の角度を調整する。

　「経路パターン」とは、最終的な移動経路Ｎｒを設定するまでに探索される移動経路Ｎｒの候補であり、例えば所定の経路パターンにおいて２つのキャビティ４５を始点および終点とするルートを他のルートとの間で始点または終点を入れ換えることにより探索される。経路探索部５２は、経路パターンについて、採取サイクルの効率化を図るという観点から所定の条件に基づいて探索を行う。

　５－３．経路設定部５３
　経路設定部５３は、複数の経路パターンごとに算出された装着ヘッド１３３の移動距離Ｌｍに基づいて選択された経路パターンを移動経路Ｎｒに設定する。詳細には、経路設定部５３は、経路パターンに含まれる各ルートの長さの総和を装着ヘッド１３３の移動距離Ｌｍとして算出する。

　なお、移動距離Ｌｍは、その経路パターンに設定された移動経路Ｎｒで移動する装着ヘッド１３３の移動距離に概ね一致し、採取サイクルの所要時間と相関する。つまり、経路設定部５３による経路パターンごとの移動距離Ｌｍを用いた評価は、経路パターンごとに算出された採取サイクルの所要時間を用いた評価と同義である。

　６．装着支援装置５０による装着処理の支援（装着支援方法）
　６－１．移動経路の設定処理
　装着支援装置５０による移動経路の設定処理（Ｓ３０）について説明する。ここで、移動経路の設定処理（Ｓ３０）は、バルクフィーダ３０による部品９２の供給動作が実行され、供給状態の認識処理（Ｓ２０）が完了した後に実行される。例えば、第一のＰＰサイクルの採取サイクルが収容した後に、バルクフィーダ３０による供給動作が実行されると、第一のＰＰサイクルの装着サイクルの終了後に、バルクフィーダ３０の供給領域Ａｓを撮像して画像データＤ１が取得される。

　上記の画像データＤ１を用いて、供給状態の認識処理（Ｓ２０）が実行され、その後に移動経路の設定処理（Ｓ３０）が実行される。このとき、装着ヘッド１３３は、第二のＰＰサイクルの採取サイクルのうち移動経路の設定処理（Ｓ３０）の結果を要しないフィーダ１２２により供給される部品９２の採取動作について、上記処理（Ｓ２０，Ｓ３０）と並行して実行することができる。

　移動経路の設定処理（Ｓ３０）において、経路探索部５２は、先ず、各種情報の取得を行う（Ｓ３１）。各種情報には、複数のキャビティ４５のうち部品９２を採取可能に収容する複数のキャビティ４５の位置を示す収容情報Ｍ４の他に、制御プログラムＭ１、部品データＭ２、キャビティ情報Ｍ３、さらに移動経路の設定に用いられる条件やパラメータが含まれ得る。

　次に、経路探索部５２は、第一キャビティを決定する（Ｓ３２、決定工程）。ここで、「第一キャビティ」とは、部品９２を採取可能に収容する複数のキャビティ４５のうち経路パターンＨｒにおいて最初に装着ヘッド１３３により部品９２を採取されるキャビティ４５である。つまり、全ての経路パターンＨｒの始点となる位置である。経路探索部５２は、採取サイクルが開始される際の装着ヘッド１３３の位置に基づいて第一キャビティＣｆに設定してもよい。

　具体的には、複数のキャビティ列のうち少なくとも１つの収容キャビティを含み、且つ基板９１に近いキャビティ列において、装着ヘッド１３３の現在位置に最も近い収容キャビティが第一キャビティＣｆに決定される。経路探索部５２により第一キャビティＣｆが決定されると、装着ヘッド１３３は、第一キャビティＣｆへ向かって移動を開始することができる。これにより、移動経路の設定処理（Ｓ３０）の終了を待機することなく、装着ヘッド１３３を移動させることができ、待機時間の発生を防止できる。

　ここで、本実施形態において、経路探索部５２および経路設定部５３は、巡回セールスマン問題の解決に適用されるアルゴリズムにより経路パターンＨｒの探索および移動経路Ｎｒの設定を行う。つまり、経路探索部５２および経路設定部５３は、部品９２を採取可能に収容する複数のキャビティ４５をノードとして、これらを１回ずつ巡回するルートの組み合わせを１つの経路パターンＨｒとし、ルートの長さの総和を経路パターンＨｒにおける装着ヘッド１３３の移動距離として評価する。

　上記の巡回セールスマン問題の解決に適用されるアルゴリズムとしては、ＮＮ（Neural Network）法、2-opt法が知られている。何れのアルゴリズムを適用するかについては任意に設定することができる。なお、例えば部品９２の供給状態（収容キャビティの割合、収容キャビティの偏り度合い）に応じて実験的に最適解を得やすいアルゴリズムが予め把握されている場合には、認識した供給状態に応じて適用するアルゴリズムを切り換えるようにしてもよい。

　経路探索部５２は、上記のようなアルゴリズムを用いて経路パターンＨｒを探索する際に、第一キャビティＣｆが決定されている場合には、第一キャビティＣｆを基準とする。そして、経路探索部５２は、アルゴリズムに対する初期解の設定を行う（Ｓ３３）。詳細には、経路探索部５２は、隣り合うキャビティ列のそれぞれに沿った経路（Ｘ方向の経路）の端部同士を第Ｙ方向に沿った経路で連結して形成された予備経路Ｎｉを、アルゴリズムに初期解として与える。この初期解である予備経路Ｎｉは、図９Ａに示すように、装着支援装置５０により効率化を図る前の移動経路に相当する。

　経路探索部５２は、第一キャビティＣｆを基準（固定の始点）として、初期解からルートを変更させた経路パターンＨｒを探索する（Ｓ３４、経路探索工程）。このとき、装着ヘッド１３３が第一キャビティＣｆに向かって移動を開始している場合には、経路探索部５２は、装着ヘッド１３３が移動する期間に探索工程（Ｓ３４）を実行することになる。そして、経路探索部５２により経路パターンＨｒが探索結果として生成されると、経路探索部５２は、移動経路の設定処理を実行する（Ｓ３５、経路設定工程）。

　本実施形態において、経路設定部５３は、図１０に示すように、初期解である予備経路Ｎｉにおける装着ヘッド１３３の移動距離Ｌｍ（ルートの長さの総和）と、探索された経路パターンＨｒにおける装着ヘッド１３３の移動距離Ｌｍとを比較し、差分Ｆｄ１が存在し、移動距離Ｌｍが短くなっている場合にはこの経路パターンＨｒを暫定的に移動経路Ｎｒに設定する。経路設定部５３は、次に生成された経路パターンＨｒにおける装着ヘッド１３３の移動距離Ｌｍが短くなる度に、移動経路Ｎｒを上書きするように更新する。

　経路パターンの探索が終了していない場合に（Ｓ３６：Ｎｏ）、上記処理（Ｓ３４－Ｓ３５）が繰り返される。経路パターンの探索が終了した場合に（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、最終的に設定されている移動経路Ｎｒが採取サイクルにおける装着ヘッド１３３の移動に適用される。なお、上記の経路パターンの探索の終了は、アルゴリズムによって全ての経路パターン（明らかに冗長なパターンを除く）が探索された場合の他に、採取サイクルの進行度合いによって打ち切られた場合が含まれる。

　具体的には、先ず上記処理（Ｓ３４－Ｓ３５）により、予備経路Ｎｉを初期解とされた移動経路Ｎｒ（図９Ａ）に対して、上記のアルゴリズムにより図９Ｂに示すような移動経路Ｎｒが設定される。そして、移動経路の設定処理（Ｓ３０）と並行して採取サイクルが実行されている場合には、暫定的に設定された移動経路Ｎｒに沿って装着ヘッド１３３が移動される。そして、採取サイクルの実行期間において、移動経路Ｎｒのうち装着ヘッド１３３が未達の部分を対象として、経路探索部５２による経路パターンＨｒの探索（Ｓ３４）、および経路設定部５３による移動経路Ｎｒの設定（Ｓ３５）が継続される。

　このように、部品装着機１０の制御装置２０は、装着支援装置５０により現在のところ最良とされる移動経路Ｎｒに沿って装着ヘッド１３３を移動させ、採取サイクルの終了までに装着ヘッド１３３の未達部分でより効率的な移動経路Ｎｒが設定された場合には、その移動経路Ｎｒに沿って装着ヘッド１３３を移動させる。採取サイクルが終了すると、移動経路Ｎｒの未達部分がなくなり、経路パターンの探索が終了する。

　上記のような装着支援装置５０の構成によると、採取サイクルにおける装着ヘッド１３３の移動距離Ｌｍの短縮を図ることができるので、採取サイクルおよび装着処理の効率化を図ることができる。ここで、上記のように設定される移動経路Ｎｒの最適化、および設定処理の効率化をさらに図る構成について説明する。

　６－２．移動経路の最適化
　経路探索部５２は、経路パターンの探索工程（Ｓ３４）において、収容情報Ｍ４と、実行予定の採取サイクルにより採取する部品９２の必要数Ｒａとに基づいて、経路パターンＨｒを探索してもよい。つまり、経路探索部５２は、部品９２を採取可能に収容するキャビティ４５（収容キャビティ）の数Ｖ１（以下、採取可能数Ｖｃ）が、実行予定の採取サイクル（並行して実行されている場合には未達部分を含む当該採取サイクル）での必要数Ｒａより多い場合には、必要数Ｒａを巡回セールスマン問題のノード数とする条件を付与する。

　このような構成により、直近の採取サイクルでの必要数Ｒａを採取するための移動経路Ｎｒが設定されるので、移動経路Ｎｒの設定処理の効率化を図ることができるとともに、ノード数の減少に伴う探索速度が向上し、移動経路Ｎｒの最適化を期待できる。なお、経路探索部５２は、採取可能数Ｖｃが、連続するＰＰサイクルで実行予定の採取サイクルにより採取する部品９２の必要数Ｒａ１，Ｒａ２の和より多い場合には、必要数Ｒａ１，Ｒａ２をノード数とする条件をアルゴリズムに付与してもよい。

　ここで、当初の効率化解では、図１０の中段に示すように、連続するＰＰサイクルの間におけるノード間のルート長さ（図１０において対角線を結ぶＸマークを付して示すブロックの長さ）についてもなるべく短くなるように移動経路Ｎｒが設定される。しかしながら、連続するＰＰサイクルの間におけるノード間のルート長さは、実際には装着ヘッド１３３は基板９１側へと移動しているため、短縮されても全体の効率化には寄与しない。そこで、上記のような必要数Ｒａを加味した条件を付与することで、連続するＰＰサイクルの間におけるルート長さが長くなることを許容し、採取サイクルにおける装着ヘッド１３３の移動距離Ｌｍの短縮を優先した移動経路Ｎｒが設定される。

　このような構成によると、図１０の下段に示すように、条件付きの効率化解では、当初の効率化解と比較して全体の移動距離Ｌｍは差分Ｆｄ２だけ長くなるものの、採取サイクルにおける装着ヘッド１３３の移動距離Ｌｍとしては差分ＦｄＶだけ短くなり実効的である。このように、経路パターンの探索工程（Ｓ３４）には、部品９２の供給状態や装着処理に応じた種々の条件を付与することで、現状により適応した移動経路Ｎｒを設定できる場合がある。

　例えば、経路探索部５２は、バルクフィーダ３０の供給領域Ａｓにおいて収容キャビティが偏る場合があることを想定して、条件を付与してもよい。具体的には、経路探索部５２は、先ず、図１１に示すように、収容情報Ｍ４に示される部品９２を採取可能に収容する複数のキャビティ４５（収容キャビティ）の偏り度合いにより複数のキャビティ４５を複数のグループＧｒ（Ｇｒ１，Ｇｒ２）に区分する。なお、グループＧｒの設定手法としては、例えば収容キャビティがＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方に所定数連続する部位を基準として、予め設定された許容数のＮＧキャビティおよび空キャビティが含まれる閉じた領域を探索する方法が想定される。

　次に、経路探索部５２は、複数のグループＧｒ（Ｇｒ１，Ｇｒ２）にそれぞれ含まれるキャビティ４５の数（収容キャビティの数）と、実行予定の採取サイクルにより採取する部品９２の必要数Ｒａ（Ｒａ１，Ｒａ２）とに基づいて、経路パターンＨｒを探索する。このような構成によると、必要数Ｒａを確保できるグループＧｒの内部で経路パターンが探索されるので、移動経路Ｎｒの設定処理の効率化を図ることができるとともに、ノード数の減少に伴う探索速度が向上し、移動経路Ｎｒの最適化を期待できる。

　なお、経路探索部５２は、例えば採取可能数Ｖｃが、実行予定の連続するＰＰサイクルの採取サイクルにおける必要数Ｒａ（Ｒａ１，Ｒａ２）より多い場合に、直近のＰＰサイクルに関する移動経路Ｎｒの設定処理では、グループＧｒを用いない経路パターンの探索手法を適用してもよい。これにより、移動経路の設定処理と並行に実行される採取サイクルにおける装着ヘッド１３３の移動を優先させることができる。

　そして、次回のＰＰサイクルに関する移動経路Ｎｒの設定処理では、グループＧｒを条件とする経路パターンの探索手法を適用するように切り換えてもよい。このように、装着処理の進行度合い、供給領域Ａｓにおける供給状態、バルクフィーダ３０による部品９２の供給動作の実行予定などを勘案して、アルゴリズムや条件を適宜切り換えることで移動経路Ｎｒの設定処理の効率化、移動経路Ｎｒの最適化を期待できる。

　７．実施形態の変形態様
　実施形態において、装着支援装置５０は、部品装着機１０の制御装置２０に組み込まれる構成とした。これに対して、装着支援装置５０の一部または全部は、ホストコンピュータ６０、およびその他の外部装置に組み込まれるものとしてもよい。例えば、装着支援装置５０は、ホストコンピュータ６０に組み込まれ、また生産ラインＬｎに設置される専用装置としてもよい。

　１０：部品装着機、　１２：部品供給装置、　１３：部品移載装置、　１３１：ヘッド駆動装置、　１３２：移動台、　１３３：装着ヘッド、　１３４：吸着ノズル、　１４：部品カメラ、　１５：基板カメラ、　２０：制御装置、　２１：記憶部、　３０：バルクフィーダ、　３１：フィーダ本体、　４０：軌道ユニット、　４５：キャビティ、　５０：装着支援装置、　５１：状態認識部、　５２：経路探索部、　５３：経路設定部、　６０：ホストコンピュータ、　９１：基板、　９２：部品、　Ａｓ：供給領域、　Ｒ：搬送路、　Ｍ１：制御プログラム、　Ｍ２：部品データ、　Ｍ３：キャビティ情報、　Ｍ４：収容情報、　Ｄ１：画像データ、　Ｎｒ：移動経路、　Ｎｉ：予備経路（初期解）、　Ｈｒ：経路パターン、　Ｃｆ：第一キャビティ、　Ｒａ，Ｒａ１，Ｒａ２：必要数、　Ｌｍ：移動距離、　Ｖ１，Ｖｃ：採取可能数、　Ｇｒ，Ｇｒ１，Ｇｒ２：グループ

Claims

　装着ヘッドを移動させて複数のキャビティに収容された部品を順次採取する採取サイクル、および複数の前記部品を基板に順次装着する装着サイクルを実行する部品装着機に適用され、
　複数の前記キャビティのうち前記部品を採取可能に収容する複数の前記キャビティの位置を示す収容情報に基づいて、前記採取サイクルにおける前記装着ヘッドの移動経路の候補である経路パターンを探索する経路探索部と、
　複数の前記経路パターンごとに算出された前記装着ヘッドの移動距離に基づいて選択された前記経路パターンを前記移動経路に設定する経路設定部と、
　を備える装着支援装置。
　前記経路探索部は、前記収容情報と、実行予定の前記採取サイクルにより採取する前記部品の必要数とに基づいて、前記経路パターンを探索する、請求項１に記載の装着支援装置。
　前記部品装着機は、前記採取サイクルおよび前記装着サイクルを含むＰＰサイクルを複数回に亘り実行し、
　前記経路探索部は、前記収容情報と、連続する前記ＰＰサイクルで実行予定の前記採取サイクルにより採取する前記部品の必要数のそれぞれとに基づいて、前記経路パターンを探索する、請求項１または２に記載の装着支援装置。
　前記経路探索部は、前記収容情報に示される前記部品を採取可能に収容する複数の前記キャビティの偏り度合いにより複数の前記キャビティを複数のグループに区分し、複数の前記グループにそれぞれ含まれる前記キャビティの数と、実行予定の前記採取サイクルにより採取する前記部品の必要数とに基づいて、前記経路パターンを探索する、請求項１または２に記載の装着支援装置。
　前記経路探索部は、前記部品を採取可能に収容する複数の前記キャビティのうち前記経路パターンにおいて最初に前記装着ヘッドにより前記部品を採取される第一キャビティを決定する決定工程と、前記第一キャビティを基準として前記経路パターンを探索する探索工程とを実行する、請求項１または２に記載の装着支援装置。
　前記経路探索部は、前記採取サイクルが開始される際の前記装着ヘッドの位置に基づいて前記第一キャビティに設定する、請求項５に記載の装着支援装置。
　前記経路探索部は、前記決定工程において決定された前記第一キャビティに前記装着ヘッドが移動する期間に前記探索工程を実行する、請求項５に記載の装着支援装置。
　設定された前記移動経路に沿って前記装着ヘッドが移動する期間において、前記移動経路のうち前記装着ヘッドが未達の部分を対象として、前記経路探索部による前記経路パターンの探索、および前記経路設定部による前記移動経路の設定が継続される、請求項１または２に記載の装着支援装置。
　前記経路探索部および前記経路設定部は、巡回セールスマン問題の解決に適用されるアルゴリズムにより前記経路パターンの探索および前記移動経路の設定を行う、請求項１または２に記載の装着支援装置。
　複数の前記キャビティは、第一方向に沿って配置された複数のキャビティからなるキャビティ列を、前記第一方向に交差する第二方向に並べて配置され、
　前記経路探索部は、隣り合う前記キャビティ列のそれぞれに沿った経路の端部同士を前記第二方向に沿った経路で連結して形成された予備経路を、前記アルゴリズムに初期解として与える、請求項９に記載の装着支援装置。
　複数の前記キャビティが形成されたバルクフィーダにおける前記部品の供給領域を撮像して取得された画像データを画像処理して、前記供給領域における前記部品の供給状態を認識して前記収容情報を生成する状態認識部をさらに備える、請求項１または２に記載の装着支援装置。
　装着ヘッドを移動させて複数のキャビティに収容された部品を順次採取する採取サイクル、および複数の前記部品を基板に順次装着する装着サイクルを実行する部品装着機に適用され、
　複数の前記キャビティのうち前記部品を採取可能に収容する複数の前記キャビティの位置を示す収容情報に基づいて、前記採取サイクルにおける前記装着ヘッドの移動経路の候補である経路パターンを探索する経路探索工程と、
　複数の前記経路パターンごとに算出された前記装着ヘッドの移動距離に基づいて選択された前記経路パターンを前記移動経路に設定する経路設定工程と、
　を備える装着支援方法。