部件裝配機的部件裝配優化方法和裝置的製作方法
2023-05-10 04:03:56
專利名稱：部件裝配機的部件裝配優化方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種部件裝配機的部件裝配優化方法和裝置，具體涉及在連接一臺或多臺部件裝配機的生產線中用於構建最佳生產節奏和生產線平衡的生產程序的優化。
背景技術：
在把電子部件(以下簡稱為部件)裝配在電路基板上的電子部件裝配機中，基板生產(部件裝配)是針對每種基板作成生產該基板的生產程序來進行的。各生產程序包括用於在裝配機上生產基板的各種數據，例如由以下數據構成有關基板的數據、有關裝配位置的數據、有關部件的數據(例如縱橫高尺寸)、有關吸附位置的數據、圖像識別用信息、有關粘接劑的塗覆的數據等。
以往，為了提高基板生產效率進行生產程序的優化，例如，通過優化部件的吸附和裝配順序來縮短生產節拍。並且，在通過連接多臺裝配機構成生產線來進行部件裝配的情況下，為了使生產線上的各個部件裝配機能夠進行平衡的生產，需要考慮生產線的平衡來進行生產程序的優化(專利文獻1)。
並且，通過使吸附部件的頭部從部件供給部移動到電路基板的規定位置的路徑直線化，也可以縮短生產節拍時間(專利文獻2)。
另外，有一種在吸附頭上設置多個吸嘴，一次按順序(或同時)吸附多個部件，把各個部件裝配於電路基板上的生產程序，在優化這種生產程序時，在從一次吸附到裝配的動作(1個裝配循環)過程中，確定吸附順序或裝配順序，以使吸附或裝配時的吸附頭的移動距離的總和為最短。
例如，在決定裝配順序時，如圖9所示，檢索距吸嘴最近的裝配點，為吸嘴分配裝配點。下面對該方法進行說明，例如，在吸附頭H上安裝有4個吸嘴，形成部件A～D被吸附在各個吸嘴上的吸附方式，部件A被裝配於P4、P8、P10，部件B被裝配於P2、P6、P7，部件C被裝配於P3、P5，部件D被裝配於P1、P9、P11。在尋找起始裝配點時，如圖9(A)所示，部件A～D的最近的裝配點是P4、P7、P5、P1。由於其中移動距離最短的是裝配點P7，所以把P7設為起始裝配點，為吸附部件B的吸嘴分配裝配點P7。然後，使頭移動到起始裝配點，求出部件A、C、D的最近的裝配點P4、P5、P1，檢索其中移動距離最短的裝配點。該裝配點是P4，所以設定第2個裝配點是P4，為吸附部件A的吸嘴分配裝配點P4。重複相同的處理，如圖9(C)、(D)所示，設定移動距離短的第3個、第4個裝配點P5、P9，為吸附部件C、D的吸嘴分配裝配點P5、P9。重複該循環，並在每個循環中為吸嘴分配裝配點，以便把部件裝配於所有裝配點。
並且，生成多個供給部件的供料器的隨機排列，把這些各個排列作為個體，使用遺傳算法不斷生成個體，並進行各個體的評價，把評價較高的個體作為最佳供料器配置，從而進行部件裝配的優化(專利文獻3、4)。
專利文獻1日本專利特開2002-353697號公報(第0013段～第0017段)專利文獻2日本專利特開2001-94295號公報(權利要求1)專利文獻3日本專利特開平10-209681號公報專利文獻4日本專利特開2000-261190號公報在圖9所示裝配狀態下，雖然每個循環都進行使移動距離為最短的分配，但是作為全部循環中的頭部移動量的合計距離而言未必是最佳的。
即，存在著只是將局部最佳值進行堆積，但未實現整體優化的問題。
並且，當全面考慮來檢索所有組合時，雖然能夠得到最佳的解，但是這種算法導致組合數成為天文數字。例如，在從400點的裝配點中作成每4點一組的組時，該組合的數量用算式(1)表示，成為數量龐大的組合，在檢索所有組合求出最佳的解的方法中，存在不能在適當的執行時間內結束處理的問題。
算式(1) 發明內容因此，本發明就是為了解決上述問題而提出的，其課題是，提供一種可以在裝配機中縮短裝配頭的總移動距離，並優化部件裝配的部件裝配機的部件裝配優化方法及裝置。
另外，另一課題是縮短執行時間。
本發明的部件裝配機的部件裝配優化方法，該部件裝配機具有裝配了多個吸嘴的頭，利用所述吸嘴吸附部件並裝配於電路基板上，其特徵在於，通過把裝配部件的向吸嘴的分配作為向多個吸嘴的裝配模式(排列模式)來形成，而形成裝配模式組。然後作為裝配模式組而形成通過對所述多個吸嘴分配裝配部件而得到的排列模式。並且，把被分配到所述裝配模式組中的裝配點的排列劃分成以所述多個吸嘴的吸嘴數為一個單位的組。然後，把分配到所述裝配模式組中的裝配點的排列劃分成以所述多個吸嘴的吸嘴數為一個單位的組。最後，根據各組的頭移動距離的總和評價所述隨機排列，根據獲得最佳評價的隨機排列，進行向各吸嘴的裝配點分配，使部件裝配優化。
另外，本發明的部件裝配機的部件裝配優化裝置，該部件裝配機具有裝配了多個吸嘴的頭，利用所述吸嘴吸附部件並裝配於電路基板上，其特徵在於，具有通過把裝配部件的向吸嘴的分配作為向多個吸嘴的裝配模式(排列模式)來形成，而形成裝配模式組的單元；作成部件的所有裝配點的隨機排列，按照該隨機排列把裝配點順序分配到所述裝配模式組中的單元；把被分配到所述裝配模式組中的裝配點的排列劃分成以所述多個吸嘴的吸嘴數為一個單位的組的單元；根據各組的頭移動距離的總和評價所述隨機排列的單元；和根據獲得最佳評價的隨機排列，進行向各吸嘴的裝配點分配，使部件裝配優化的單元。
在本發明中，作成所有裝配點的各種隨機排列，把裝配點分配到裝配模式中，所以能夠評價各種裝配點分配的組合，能夠求出裝配部件時的頭的移動距離總和為最小的裝配順序。並且，在使用遺傳算法生成所有裝配點的隨機排列時，可以限定檢索區域，能夠儘快獲得良好的解。
圖1是表示部件裝配機的概略結構的俯視圖。
圖2是表示部件裝配機的控制結構的方框圖。
圖3是表示具有多個吸嘴的吸附頭的結構的結構圖。
圖4是表示將裝配順序優化的整體流程的流程圖。
圖5是表示各種裝配模式的說明圖。
圖6是表示遺傳算法的基本處理流程的流程圖。
圖7(A)是表示各種基因編碼的圖表，(B)、(C)是表示基因編碼的評價方法的說明圖。
圖8是表示移動距離的評價流程的流程圖。
圖9(A)～(D)是說明以往的裝配點分配的說明圖。
圖中20、25-基板；26-主計算機；30-電子部件裝配裝置；40-吸附頭；40a～40d-吸嘴。
具體實施例方式
本發明用於在部件裝配機上優化部件的裝配順序，該部件裝配機利用多個吸嘴同時或按順序吸附部件，並把部件裝配於電路基板上，以下結合附圖所示的實施例詳細說明本發明。
(實施例)圖1表示電子部件裝配裝置30在主計算機(控制裝置)26的控制下進行基板生產的結構。在部件裝配裝置30的儲料器23上裝配著多個供料器23a。各供料器收納有用於裝配在沿著輸送路徑24向箭頭方向輸送的基板20、25上的各種電子部件，部件裝配機30的吸附頭從這些供料器吸附部件，並裝配在基板20、25的規定部位上，由此生產基板。通常，基板的生產是由多臺裝配裝置來分擔進行的，所以圖1中利用虛線表示其他電子部件裝配裝置30』。
圖2表示部件裝配裝置30的詳細結構，設置在生產線上的其他部件裝配裝置也具有相同結構。部件裝配裝置30具有控制部(控制單元)31，控制部31由控制全體部件的裝配的CPU31a、存儲有各種控制程序和數據的ROM31、存儲控制數據和處理數據並提供作業區域的RAM31b構成。在部件裝配裝置30中設有可以與主計算機26之間進行數據收發的數據收發部36，從主計算機26發送來的生產程序通過該數據收發部36被接收，並存儲在數據存儲部35中。控制部31按照從主計算機26發送來的生產程序的數據和通過數據輸入部37輸入的數據，控制使吸附頭在X、Y方向移動的X/Y驅動部32、使吸嘴以Z軸方向(高度方向)以及吸附軸(θ)為中心旋轉的其他驅動部33。
如圖3所示，吸附頭40具有多個吸嘴40a～40e，在X/Y驅動部32的驅動下移動到供料器23a上，在此利用多個吸嘴同時或按順序吸附從供料器供給的部件41a～41d。利用具有攝像機34a的圖像識別部34對所吸附的各個部件進行吸附狀態識別，在對部件中心位置和吸附位置之間的位置偏移以及吸附角度偏移進行修正後，將其裝配在沿著輸送路徑24輸送的基板20、25的規定部位上，由此來生產基板。
該基板生產按照生產程序，反覆執行以從吸附部件到吸附下一部件的動作為一個裝配循環的循環。在記錄於數據存儲部35的部件數據中記錄有各個部件的以下數據有關基板的數據、有關裝配位置(裝配點)的數據、有關部件的數據(例如縱橫高尺寸)、有關吸附位置的數據、有關部件的裝配精度的數據、圖像識別用信息、以及裝配部件所需要的其他數據。
在這種結構中，在對部件裝配順序進行優化時，如果檢索裝配點的所有組合，從而求出最佳的解，則如上所述那樣，存在著組合數量龐大，不能在適當的執行時間內結束處理的問題。因此，在本發明中，進行裝配點的分組，使用遺傳算法獲得近似的解，在實用的執行時間內優化所有部件的裝配順序。
作為整個處理流程，在執行完現有的基於以往經驗的優化處理後，在之後的處理中，使用遺傳式算法對解進行改進。以下，按照圖4所示流程圖說明後處理的整體流程。
首先，讀取生產程序文件(步驟S1)，根據現有的基於以往經驗的優化處理的結果，分析存在哪一種裝配模式(排列模式)(步驟S2)。
裝配模式(排列模式)是指，在按照根據規定的優化算法作成的裝配順序，把各個部件分配到吸嘴上進行裝配時，各個裝配循環中的吸附頭中的部件排列模式(部件分配模式)。例如，在吸附頭上裝配有4個吸嘴的部件裝配機中，當4個部件A、B、C、D的裝配點分別各為100點時，在按照把各個部件A、B、C、D用幾個循環、從哪個部件開始裝配的順序，把各部件分配到吸嘴上時，可以獲得圖5所示的裝配模式(排列模式)。例如，在以25次循環來裝配部件A，然後以25次循環來裝配部件B，之後以25次循環來裝配部件C，最後以25次循環來裝配部件D的情況下，可以獲得由{AAAA}、{BBBB}、{CCCC}、{DDDD}這四種裝配模式(排列模式)構成的裝配模式(排列模式)組。然後，在分別以50次循環來裝配部件A、B後，以50次循環來裝配部件C、D的情況下，可以獲得由{AABB}、{CCDD}這兩種裝配模式(排列模式)構成的裝配模式(排列模式)組。另外，在用100次循環來裝配部件A、B、C、D的情況下，可以獲得由{ABCD}1種裝配模式(排列模式)構成的裝配模式組。
這樣，根據規定的優化算法來作成裝配模式(排列模式)，並將其作為表進行存儲(步驟S3)，然後將其分組(步驟S4)。分組是指，以規定的順序排列所有裝配循環或規定數量的裝配循環中的各個裝配模式(排列模式)，裝配模式組表示在所有裝配循環或規定數量的裝配循環中的各個裝配模式(排列模式)的排列。
如上所述，在生成裝配模式組後，把部件的裝配點順序分配到各裝配模式組中，把該分配劃分到組成員個數分別為吸嘴數量的各組中，進行頭移動距離的評價，使用遺傳算法作成裝配點分配的各種組合，進行解的改進(步驟S5～S7)。此處對每組利用遺傳算法進行評價處理的理由是，通過限定賦予給遺傳算法的檢索區域，提高儘快獲得良好的解的可能性。在獲得最佳的解後，把裝配順序寫入生產程序中(步驟S8)。
此處，結合圖6～圖8說明在步驟S5～S7進行的遺傳算法的處理流程。
在本發明中，把裝配點向吸嘴的隨機分配表述為基因碼(個體)，如圖6所示，利用遺傳算法對個體進行傳代操作，嘗試解的改進。首先，生成具有各種個體的初始種群(步驟S10)，從該種群選擇按照某基準保留到下一代的個體(步驟S11)。該選擇有輪盤賭選擇、淘汰制選擇、分級方式等。然後，使所選擇的各個個體以單點交叉、雙點交叉、均勻交叉等方式進行交叉，生成下一代的子個體(步驟S12)。此時，使個體突然變異(步驟S13)，隨機變更某個體的基因座，防止陷入局部解。反覆以上處理直到結束所有代的處理(步驟S14)。
把基板的部件裝配點分配給頭的吸嘴的作業是把所有裝配點分配到以吸附頭的吸嘴數為一個單位的組中，例如，當利用每個頭4個吸嘴的方式裝配於400個裝配點上時，總共作成100組，裝配循環數與組數相同為100。因此，作為對基因的編碼方法，碼自身必須表示100個組，而且必須可以表現各裝配點對應哪個吸嘴。
對基因的編碼方法如下。首先，作成裝配點的隨機排列，對該排列賦予唯一的序號，存儲該裝配點的序號作為基因碼。存儲了該裝配點序號的次序的序列表示各種裝配順序。
對該基因碼的裝配順序的解釋如下。
首先，從前頭開始參照存儲了基因碼的序列(隨機排列)，按照出現順序分配到前述裝配模式組的裝配點。當裝配模式組的所有裝配點存儲了基因碼時，結束基因碼的解釋。
雖然是基因的評價方法，但是，評價分配到裝配模式組中的裝配點形成的各裝配循環的移動距離，把各循環的移動距離的總和作為該基因的評價值。當然，遺傳算法進行使評價值最小的處理。以下，說明總裝配點數為12點，頭的吸嘴數為4個，在前述12個裝配點裝配相同部件A的情況。
相同部件A被分配到頭的4個吸嘴上，所以裝配模式(排列模式)均為{AAAA}，裝配模式組為{AAAA}{AAAA}{AAAA}。現在，假設基因碼為圖7(A)上欄所示的排列，當按照出現順序把該基因碼(個體N1)按順序分配到裝配模式組中時，進行各部件被裝配於哪個裝配點上的對應。把該裝配點的排列劃分到組成員個數分別為吸嘴數(4個)的各組中，得到圖7(B)所示的3個裝配組{1、3、10、12}、{7、8、11、9}、{4、6、2、5}，存在三個裝配循環。因此，評價各裝配組(裝配循環)的移動距離，把各組的移動距離的總和作為該基因的評價值、即裝配點的隨機排列的評價值。
在本發明中，不僅一個基因碼，通過利用圖6所示遺傳算法生成其他基因碼(個體N2、N3、……)，進行各個基因碼的評價。作為其他基因碼，使用所有裝配點的其他隨機排列。圖7(C)表示進行基於其他基因碼(個體N2)的部件裝配的示例。
這樣，利用遺傳算法生成各種基因碼，進行各基因碼的評價，根據獲得最佳評價(評價值小)的基因碼，進行向各吸嘴的裝配點分配，優化部件裝配。
另外，雖然是每個裝配組的移動距離的評價，但是，這是考慮頭的間隔來求出在裝配所賦予的裝配點的順序中的頭的移動距離最小的裝配順序，把其作為評價值來進行的。在進行了裝配點的分組的狀態下，確定了把各裝配點分配到哪個吸嘴上，所以評價將各裝配點循環的所有組合，選擇其最短路徑。該流程如圖8所示。
在圖8的步驟S20，將組的移動距離、即一個裝配循環的移動距離初始化，在從步驟S21到步驟S24的循環中對4個裝配點的一個組合求出移動距離的總和。在步驟S25～S27中當為最小距離時記錄該距離，對4個裝配點的所有組合即4！＝24種(步驟S28、S29)進行上述處理，記錄為最小移動距離時的裝配點的排列，並選擇作為基因碼。在利用圖6的遺傳算法生成個體時取入該基因碼排列，可以儘快生成評價更高的基因碼。
並且，在裝配模式(排列模式)包括多個部件的情況下，在從前頭的基因碼開始按照出現順序進行分配的方法中，把裝配點分配給不同部件，這將形成致死基因。因此，在解釋包括多個部件的裝配模式(排列模式)時，按照基因碼的出現順序，檢索可以最先分配該裝配點的模式並進行分配，僅在部件數據一致時進行分配。
權利要求
1.一種部件裝配機的部件裝配優化方法，該部件裝配機具有裝配了多個吸嘴的頭，利用所述吸嘴吸附部件並裝配於電路基板上，其特徵在於，作為裝配模式組而形成通過對所述多個吸嘴分配裝配部件而得到的排列模式，作成部件的所有裝配點的隨機排列，按照該隨機排列把裝配點順序分配到所述裝配模式組中，把被分配到所述裝配模式組中的裝配點的排列劃分成以所述多個吸嘴的吸嘴數為一個單位的組，根據各組的頭移動距離的總和評價所述隨機排列，根據獲得最佳評價的隨機排列，進行向各吸嘴的裝配點分配，優化部件裝配。
2.根據權利要求1所述的部件裝配機的部件裝配優化方法，其特徵在於，對將各裝配點循環的所有組合評價在所述組中的頭移動距離，選擇路徑最短的組合。
3.根據權利要求1或2所述的部件裝配機的部件裝配優化方法，其特徵在於，把所述隨機排列表述為基因碼，使用遺傳算法生成隨機排列。
4.根據權利要求1所述的部件裝配機的部件裝配優化方法，其特徵在於，在向裝配模式組中分配裝配點時，只有當部件是被裝配於該裝配點的部件時才進行分配。
5.一種部件裝配機的部件裝配優化裝置，該部件裝配機具有裝配了多個吸嘴的頭，利用所述吸嘴吸附部件並裝配於電路基板上，其特徵在於，具有形成通過對所述多個吸嘴分配裝配部件而得到的排列模式，並把其作為裝配模式組的單元；作成部件的所有裝配點的隨機排列，按照該隨機排列把裝配點順序分配到所述裝配模式組中的單元；把被分配到所述裝配模式組中的裝配點的排列劃分成以所述多個吸嘴的吸嘴數為一個單位的組的單元；根據各組的頭移動距離的總和評價所述隨機排列的單元；和根據獲得最佳評價的隨機排列，進行向各吸嘴的裝配點分配，優化部件裝配的單元。
全文摘要
本發明提供一種可以在裝配機中縮短裝配頭的總移動距離並優化部件裝配的部件裝配機的部件裝配優化方法及裝置。當具有裝配了多個吸嘴的頭，利用吸嘴吸附部件並裝配於電路基板上時，優化部件裝配順序。作成部件的所有裝配點的隨機排列(1、3、……2、5)，按照該隨機排列把裝配點順序分配到裝配模式組(A、A、……)中。把被分配到所述裝配模式組中的裝配點的排列劃分成以所述多個吸嘴的吸嘴數(4個)為一個單位的組，根據各組的頭移動距離的總和評價所述隨機排列，根據獲得最佳評價的隨機排列，進行向各吸嘴的裝配點分配，來優化部件裝配。
文檔編號H05K13/04GK1708217SQ20051007534
公開日2005年12月14日 申請日期2005年6月10日 優先權日2004年6月10日
發明者奧田忠雅 申請人:重機公司