专利名称：元件装配顺序的优化方法和元件装配顺序的优化设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种优化装配器装配元件的顺序的方法。特别地，本发明涉及一种优化在包含多个图案(pattern)的面板上装配元件的顺序的方法。
背景技术：
一种元件装配系统，其中，将多个用于在面板(例如印制电路板)上装配电子元件的装配器设置于一条装配线中，在该元件装配系统中，需要通过使每个装配器的节拍时间一致来保持装配线的平衡。传统上，在这种元件装配系统中，通过根据节拍时间和给每种元件分配的用于装配的元件的数量来分配由每个装配器处理的元件，从而进行对装配顺序的优化(例如，日本特开平专利申请No.09-18199和No.10-209697的正式公开)。
也就是说，如图20所示，在向包含多个图案12的面板20上装配元件的过程中，通过以下方式来优化装配顺序在装配器14a到14d当中，让位于生产流水线上游的装配器(例如，装配器14a)装配较小的元件，位于生产流水线下游的装配器(例如，装配器14d)装配较大的元件。
在元件装配过程中，装配器14a到14d中的每一个装配器都对设置在面板20拐角处的面板标志16进行图像识别，并修正面板20的在平面方向、旋转偏移、伸缩，等等方面的偏差。接下来，对设置在每个图案12上的图案标志18进行图像识别，并确定图案12的位置。接下来，进行元件装配。按照这种方式，通过对设置在每个图案12上的图案标志18的图像识别，使得能够进行高精度的位置确定。
然而，在传统元件装配系统中，装配器14a到14d中的每一个都在面板20上的所有图案12上装配元件。由于这个原因，装配器14a到14d中的每一个都必须对所有图案12的图案标志进行图像识别，这需要在进行元件装配之前消耗大量时间。因此，总体上存在元件装配系统的节拍时间增大的问题。例如，当一个面板20中包含100个图案12并且每个图案12上有两个图案标志18时，意味着单个面板20中包含200个(＝100×2)图案标志18。装配器14a到14d中的每一个必须对所有这200个图案标志18进行图像识别。
此外，由于装配器14a到14d中的每一个都在所有图案12上装配元件，所以传统元件装配系统进行优化，从而使得总体上，就面板而言，装配顺序是优化的。由于这个原因，当元件类型和装配点数量(它们是优化的对象)增长时，存在为进行优化需占用较长的计算时间的问题。
另外，当装配线上的装配器的数量改变时，由于必须从头开始再次进行优化，所以存在不能灵活处理生产流水线组织中的改变的问题。
本发明试图解决上述问题，并具有以下目的，即，提供一种元件装配顺序优化方法，用于优化元件装配的顺序从而减小元件装配过程中的节拍时间。
此外，本发明还有另一个目的，即，提供一种元件装配顺序优化方法，其中，优化装配顺序不消耗大量时间。
另外，本发明还有一个目的，即，提供一种元件装配顺序优化方法，使得能够灵活应对由于装配器数量的改变而引起的生产流水线组织的改变。
发明内容
为了实现上述目的，本发明中的元件装配顺序的优化方法是一种用于在元件装配系统中优化元件装配的顺序的优化方法，所述元件装配系统具有多个用于在一个面板上装配元件的装配器，其中，所述面板上包括多个具有相同的元件放置结构的图案，所述多个图案分别对应于通过分割所述面板而获得的多个子面板，并且该优化方法包括一个分配步骤，用于将所述多个图案中的每一个分配到多个用于元件装配的装配器中的任意一个。
所述多个图案中的每一个被分配到多个装配器的任意一个。因此，在元件装配过程中，每一个装配器只对分配给它的图案的图案标志进行图像识别，并且只需要在所述图案上进行元件装配。因此，就不需要对所有图案的图案标志进行图像识别，并且在元件装配之前不需要花费大量时间。因此，总体上能够减少元件装配系统的节拍时间。
此外，由每个装配器装配相同的电子元件。因此，例如，即使当有很多大尺寸元件并且几乎没有小尺寸元件时，也能使元件装配系统的生产流水线平衡保持一致。
另外，即使当在元件装配系统中，由于生产计划改变等原因而使装配器数量发生改变时，也能够在不对图案中的元件装配顺序的优化进行改变的情况下，通过仅仅对将被分配给每个装配器的图案进行改变以及对制动器的位置进行改变来完成优化。因此，能够容易地完成重新优化，并且能够灵活的处理生产流水线组织中的改变，当装配器数量变化时也是如此。
最好，元件装配顺序的上述优化方法还包含一个步骤用于为多个图案中的任意一个图案优化元件装配的顺序。
通过包含这个步骤，在一个图案内对元件装配顺序进行优化，并且优化的结果可以被用于所有装配器。因此，可以减少优化所需要的时间。
另外，最好，所述分配步骤包含一个图案数量确定步骤和一个图案分配步骤，所述图案数量确定步骤用于根据包含在面板中的图案的总数和装配器的数量来确定分配给每个装配器的图案的数量，从而使得图案的数量大致相等，所述图案分配步骤用于将所确定的数量的图案分配到多个用于元件装配的装配器中的任意一个。
通过使分配给每个装配器的图案数量一致，可以保持生产流水线的平衡。
另外，最好所述图案数量确定步骤包含以下步骤通过用装配器的数量除面板中包含的图案的总数来计算商和余数的步骤；当余数为零时，将商确定为将被分配的图案数量的步骤；以及一个步骤，当余数为一或更大时，在该步骤中(i)将商数加一确定为将分配给与余数相同数量的装配器的图案的数量，分配从生产流水线最上游的装配器开始，以及ii)将商数确定为将被分配给剩余装配器的图案的数量。
即便在不能使将分配给每个装配器的图案数量相同的情况下，也可以通过为位于上游生产流水线的装配器分配更多的图案来消除在下游生产流水线上的未处理面板的停滞。
另外，最好所述图案数量确定步骤包含以下步骤通过用装配器的数量除面板中包含的图案的总数来计算商和余数的步骤；第一分配子步骤，用于将商确定为将分配给每个装配器的图案的数量；以及第二分配子步骤，用于将余数确定将被公共地分配给多个装配器的图案的数量。所述多个装配器最好是元件装配系统中包含的所有装配器。
即使在产生上述余数的情况下，剩余的图案被分配给所有的装配器。因此，能够具有一致的流水线平衡。
另外，最好在图案分配步骤中，将确定数量的图案分配给每个装配器，作为将要在其上装配元件的图案，从而使得被分配给每个装配器的确定数量的图案之间的边界被设置为与面板的移动方向垂直。此外，所述元件装配顺序的优化方法还包括一个确定在元件装配过程中面板的位置的步骤，从而使得对于所有所述装配器，每个装配器的头从缺省位置到所分配的图案的移动距离是一致的，所述头被用于在面板上装配元件。
通过在这样的方向上分配图案而确定了面板的设置位置，由此对于每个装配器来说从头到图案的移动方向都变得一致并且流水线平衡也变得一致。而且，上述元件装配顺序的优化方法可以还包括一个步骤，用于确定在元件装配中使用的元件盒的放置位置，从而使得对于所有所述装配器，每个装配器的从元件盒的放置位置到所分配的图案的距离都是一致的。
而且，本发明不仅仅能够被如此实现为元件装配顺序的优化方法，而且本发明还可以被实现为使计算机执行这个方法的特征步骤的程序，以及使用该方法的特征步骤作为其单元的元件装配顺序优化设备。另外，可以通过存储媒介(比如CD-ROM)以及传输媒介(比如因特网)来传播这样的程序。
根据本发明，减少了元件装配系统的节拍时间。
此外，能够在较短的时间段内进行元件装配顺序的优化。
另外，能够在元件装配过程中保持生产流水线平衡。
此外，能够灵活地处理装配器数量的变化。
通过整体引用，将2003年9月1日提交的日本专利申请No.2003-308324的公开，包括说明书、附图和权利要求包含在此。
附图简述通过结合
了本发明具体实施例的下列描述，本发明的这些目的和其它目的、优点以及特征将变得显而易见。
图1是显示本发明中的元件装配系统的整体结构的外观图；图2是显示相同元件装配系统中的装配器的结构的俯视图；图3是说明同一个装配器的操作头和元件盒的物理关系的示意图；图4A显示了分别在同一个装配器中包含的两个装配单元中的全部四个元件供应单元的结构的例子；图4B是说明在这种结构中的各种元件盒的数量和在Z轴上的位置的表格；图5A和5B分别是显示了在元件供应单元中10-吸嘴头可拾取的位置(在Z轴上)的实例的示意图和表格；图6A到6D显示了作为装配对象的多种芯片形电子元件的例子；图7是说明包装元件的传送带及其供应轴的例子的示图；图8是说明加载了带装电子元件的元件盒的例子的示图；图9是说明优化设备的硬件结构的框图；图10显示了图9所示的装配点数据的内容的例子；图11显示了图9所示的元件库的内容的例子；图12显示了图9所示的装配器信息的内容的例子；图13是说明如何在根据本发明的元件装配系统中分配图案的示图；
图14是由优化设备执行的元件装配系统的优化过程的流程图；图15是说明如何将图案分配给每个装配器的示图；图16是说明当装配器之间的图案数量不同时的图案分配的示图；图17A和17B是说明每个装配器的制动器的位置的示图；图18是说明面板上放置的标志的示图；图19A和19B是说明每个装配器的元件盒的位置的示图；图20是说明在传统的元件装配系统中如何分配图案的示图；图21是显示元件装配系统中的装配器的基本结构的俯视图；图22是由优化设备执行的元件装配系统的优化过程的流程图；图23是显示元件装配系统中的装配器的基本结构的俯视图；图24是说明面板上用于装配的可到达的位置的示图；图25是预定数量的图案到所有装配器的共享分配的说明示图。
具体实施例方式
(第一实施例)在下文中，将参照
本发明的第一实施例中的元件装配系统。
(元件装配系统)图1是显示本发明中的元件装配系统10的整体结构的外观图。装配系统10包括多个(这里是两个)装配器100和200，以及优化设备300。装配器100和200形成生产流水线，其中电子元件被装配在向下游传送的电路板20上。优化设备300在生产开始时根据例如多个数据库中的信息来优化所需的电子元件的装配顺序，并且设置和控制已被提供了通过优化产生的NC(Numeric Control，数字控制)数据的信息装配器100和200。
装配器100配备了两个子单元(一个前端子单元110和一个后端子单元120)，用于同时各自独立地进行元件装配，或者同步地，或者交替地。每个这种子单元110和120都是一个垂直自动装配台并且包含两个元件供应单元115a和115b、多放置头112、XY机器人113、元件识别摄像头116、以及盘供应单元117，等等。元件供应单元115a和115b均由可达到48个元件盒114(component cassette)的阵列组成，元件盒114存储元件带(component tape)。多放置头112(10吸嘴头)具有10个拾取吸嘴(下面简称为“吸嘴”)，可以从元件盒114拾取最多十个元件，并把他们装配到电路板20上。XY机器人113移动多放置头112。元件识别摄像头116对多放置头112所拾取的元件的拾取状态进行二维和三维的检查。盘供应单元117供应盘元件。每个子单元和其它子单元相互独立地(并行地)将元件装配到面板上。
此外，实际上，表达方式“元件带”是指一种带子(传送带)，其上排列多个相同类型的元件，从缠绕了带子的卷轴(供应轴)等供应这样的带子。元件带主要用于将称作“芯片元件”(chip component)的相对较小的元件供应到装配器。然而，在优化过程中，“元件带”是指规定属于相同元件类型的一组元件(假定已排列在一个虚拟的带子上)的数据。在被称为“元件划分”的过程中，存在以下情况，其中属于相同元件类型的一组元件(潜在地将被安排在单个元件带上)被分配到多个元件带上。此外，“元件类型”表示电子元件的类型，比如电阻、电容，等等。
此外，这里应当注意，由元件带供应的元件有时被称为“带装元件”。
特别地，装配器110是一种结合了被称为高速装配器和多功能装配器的功能的装配器。所述高速装配器是一种具有高生产率特征的机器，主要用于以每点0.1秒的速度装配每面10毫米及以下尺寸的电子元件。所述多功能装配器是一种机器，用于装配每面10毫米及以上尺寸的较大的电子元件，以及形状不规则的元件，比如开关和连接器，以及IC元件，比如四列扁平封装(Quad Flat Package，QFP)和球栅阵列式封装(Ball Grid Array，BGA)。
简而言之，装配器100被设计为能够利用通过在一条线上安排所需数量的装配器100而形成的生产流水线，来装配几乎所有类型的电子元件(装配从0.6毫米×0.3毫米的芯片电阻到200毫米连接器范围内的元件)。应当注意到，在本实施例中，假定通过排列四个装配器100来配置生产线。
(装配器的结构)图2是显示作为本发明中元件装配顺序优化的对象的装配器100的结构的俯视图。
往复式输送机118是一种移动台面，从盘供应单元117得到的元件放置在其上，并且该移动台移动到预先确定的位置，在该确定的位置多放置头112能够从所述往复式输送机118上拾取元件。吸嘴台119是一种台面，其上放置了对应于各种形式的元件类型的替换吸嘴。
在元件识别摄像头116的左边和右边提供了每个子单元110(和120)中包含的元件供应单元115a和115b。因此，多放置头112重复操作，从而从元件供应单元115a或115b拾取元件，经过元件识别摄像头116，随后移动到电路板20上的装配点并装配所有拾取的元件。这里，“装配点”是指面板上元件将被装配到的位置坐标。应当注意到，还存在某些情况，其中，相同元件类型的元件被装配到不同的装配点。排列在元件带上的用于单个元件类型(装配点)的元件的总数量与这种元件类型的元件的数量(将要装配的元件的总数)一致。
这里，多放置头112拾取、传送、和装配元件的一系列重复操作中的一次循环(拾取、传送、装配)以及在这个单次循环中装配的元件组都被称为“任务”。例如，当多放置头112有十个吸嘴时，通过一个单独的任务所能够装配的元件的最大数量是十。还应当注意到，“拾取”操作是指从多放置头开始拾取元件时开始到多放置头112传送元件时为止所进行的所有操作。例如，这不仅包括多放置头112用单个拾取动作(多放置头112的一次举起和放下)拾取十个元件的情况，还包括用几个拾取动作拾取十个元件的情况。
图3是描述多放置头112和元件盒114之间的位置关系的示意图。多放置头112是一种使用称作“组拾取方法”(gang pickup method)的操作头，并且可以装备最多十个拾取吸嘴112a至112b。当这样装备时，可以在一个单独的拾取动作(多放置头112的一次举起和放下)中同时拾取来自最多十个元件盒114的元件。
此外，应当注意到，仅仅将一个元件带加载到称作“单盒”的元件盒114中，而将两个元件带加载到称作“双盒”的元件盒114中。在元件供应单元115a或115b中的每个元件盒114(或元件带)的位置用“Z轴上的值”或者“Z轴上的位置”来表示，连续的数值被分配给从元件供应单元115a最左端开始的位置，其中，元件供应单元115a的最左端为位置“1”。因此，对带装元件的装配顺序的确定被转换为对元件类型(或者元件带，或者其中存放了元件带的元件盒114)的顺序(即，Z轴上的位置)的确定。这里，“Z轴”是指标明安装在每个装配器(子单元，在提供子单元的情况下)上的元件盒的排列位置的坐标轴(或这种坐标值)。
如图4A所示，每个元件供应单元115a、115b、215a和215b能够分别配备最多48个元件带(分别位于Z1到Z48、Z49到Z96、Z97到Z144、Z145到Z192)。特别地，通过使用存放了两个8毫米带宽的元件带的双盒，每个元件供应单元(A-块到D-块)可以配备最多48种类型的元件，如图4B所示。由于元件(元件盒)具有更大的带宽，因此单个块可以提供的盒数量减少了。
此外，面向子单元时都位于左侧的元件供应单元115a和215a(A-块，C-块)被称为“左块”，面向子单元时都位于右侧的元件供应单元115b和215b(B-块，D-块)被称为“右块”。
图5A和5B分别是显示能够被10吸嘴头拾取的元件供应单元中的位置(在Z轴上)的例子的示图和表格。此外，图中H1到H10表示10吸嘴头中提供的吸嘴。
这里，由于10吸嘴头中每个吸嘴之间的间隔等于一个双盒的宽度(21.5毫米)，因此10吸嘴头一次举起和放下所拾取的元件的Z值间隔为1(只有奇数，或只有偶数)。而且，如图5B所示，由于10吸嘴头沿Z轴方向移动的限制，有些吸嘴(表中标为“-”)不能拾取形成每个元件供应单元的一部分的元件(Z轴)。
接下来，将使用图6到图8说明元件盒114的结构细节。
图6A到6D分别显示各种带装元件423a到423d。图中所示的各种片状电子元件423a到423d被放置于凹陷的存放空间424a中，其中的凹陷存放空间以固定间隔连续地排列在图7所示的传送带424(carrier tape)上，并且在传送带424上用外带425(cover tape)封装。预先确定长度的传送带424缠绕在供应卷轴426上并且以带子的形式(元件带)供应给用户。然而，作为将存放的元件的电子元件的形状并不限于凹形。即使形状与图7所示的传送带424中的不同，也还有用于将元件粘在带子、纸带等上面的粘性带子。
这种带装电子元件423d被安装在图8所示的元件盒114中使用，并且供应卷轴426放置在卷轴侧板428上的自由旋转的位置上，其中卷轴侧板428连接到主框架427上。从供应卷轴426拉出的传送带424由送料辊429(feed roller)引导。结合其中安装了这种电子元件供应装置的自动电子装配器(未显示)的操作，安装在同一个装配器中的一个送料调节杆(feed lever)(未显示)在箭头Y1的方向上移动电子元件供应装置的送料调节杆430，通过安装在送料调节杆430上的连杆431以固定角度旋转棘齿432。随后，联合棘齿432，以固定距离移动送料辊429(例如，2毫米或4毫米的送料距离(feedpitch))。应当注意到，可以通过电动机或汽缸驱动传送带424。
此外，通过位于盒辊429(在供应卷轴426一侧)前面的外带剥离器433从传送带424剥离外带425，并且被剥离的外带425被缠绕在外带缠绕卷轴434上。被剥离了外带425的传送带424被输送到电子元件分发单元435。在送料辊429输送传送带424的同时，存放在凹陷存放单元424a中的片状电子元件423d被来自电子元件分发单元435的真空拾取头(未显示)拾取出来，该电子元件分发单元435协同棘齿432而打开。随后，前述送料调节杆解除对送料调节杆430的推送，并且在拉力弹簧436的拉动下，送料调节杆430在Y2方向上移动，也就是说，返回到其初始位置。
装配器100的操作特征总结如下(1)吸嘴替换当在多放置头112上没有找到用于下一次装配操作的吸嘴时，多放置头112移动到吸嘴台119并执行吸嘴替换。例如，S、M和L型是存在的吸嘴类型，与可以被拾取的元件的尺寸一致。
(2)元件拾取多放置头112移动到元件供应单元115a和115b并拾取电子元件。当在单次重复中不能同时拾取十个元件时，能够通过多次举起和放下的拾取操作同时移动拾取位置来拾取最多十个元件。
(3)识别扫描多放置头112在元件识别摄像头116上以固定速率移动。所有被多放置头112所拾取的电子元件的图像都被下载，并且元件的拾取位置也被精确地检测。
(4)元件装配元件被顺序装配到面板20上。
因此，通过重复上述从(1)到(4)的操作，所有的电子元件都被安装到面板20上。上述从(2)到(4)的操作是装配器100在元件装配时进行的基本操作，相当于一个“任务”。也就是说，在一个任务中，最多可以将十个电子元件装配到面板上。
(装配器限制)优化元件的装配顺序的目标是最大化装配器100的每单位时间内的面板生产率。因此，根据装配器100所具有的上述功能和操作特征所能确定的最佳的优化方法(优化算法)是一种算法，其中，选择能够高效的装配到面板上的十个电子元件，同时从元件供应单元拾取，并且经过最短路径进行顺序装配。理想地，通过这种优化算法确定的元件装配顺序与仅通过单个吸嘴进行的元件装配相比，可以将生产率提高10倍。
但是，从结构、成本、和操作的观点来看，确定元件装配顺序的限制因素常常存在于任何装配器中。因此，实际上，元件装配顺序的优化是在各种限制下尽可能最大化单位时间的面板生产率。
下文中，将列举装配器100的主要限制。
(多放置头)多放置头112有十个排列成一条直线的装配头，彼此独立地进行拾取和装配操作。可以附加最多十个拾取吸嘴，并且通过这一系列的拾取吸嘴，可以在单个拾取动作中同时拾取最多十个元件。
此外，组成多放置头的单个操作头(拾取单个元件的操作头)被简称为“放置头(或头)”。
在组成多放置头112的十个位置头排列成直线方式的结构下，在元件拾取和元件装配的过程中，存在关于多放置头112的移动范围的限制。具体地，当在元件供应单元的两端(左块115a的左端附近和右块115b的右端附近)拾取电子元件时，如图5B所示，能够访问这些区域的位置头会受到限制。
此外，多放置头112的移动范围在将电子元件装配到面板上的过程中同样受到限制。
(元件识别摄像头)将用于获得二维图像的2D摄像头以及能够探测高度信息的3D摄像头安装在装配器100中作为元件识别摄像头116。基于视图的图像区域的尺寸，2D摄像头包含2DS摄像头和2DL摄像头。2DS摄像头具有较小的观察区域但能够进行高速摄像，而2DL摄像头的特征是具有直到60×220毫米的最大视图区域。3D摄像头被用于从三维角度检验IC元件的任何导线是否弯曲变形。
对电子元件进行摄像的过程中的识别扫描速度随摄像头而不同。当在同一任务中出现使用2DS摄像头的元件和使用3D摄像头的元件时，必须分别以各自的速度进行识别扫描，或者总共两次。
(元件供应单元)电子元件的包装形式包括所谓上带形式(taping format)，其中电子元件被存放为带形式，以及所谓的盘形式(tray format)，其中电子元件被存放在具有根据元件尺寸的划分的盘上。
通过元件供应单元115a和115b从而通过上带供应元件，通过盘供应单元117从而由盘进行供应。
电子元件的上带是根据元件尺寸而标准化的，存在从8毫米到72毫米宽度的上带标准。通过在符合带宽度的元件盒(带送料单元)中设置带形式的元件(元件带)，能够以稳定的方式连续取回电子元件。
设计与元件盒一起设置的元件供应单元从而使得能够安装直到12毫米宽的元件带而没有21.5毫米的间隔。如果带宽是16毫米或更大，就通过打开必要的空间来设置元件供应单元以容纳带宽。为了同时拾取(在一次举起和放下动作中)多个电子元件，位置头和元件盒各自的排列间隔应当匹配。对于具有直到12毫米带宽的元件可以同时拾取十个点。
此外，最多48个具有直到12毫米宽度的元件带可以被安装在组成元件供应单元的两个元件供应单元中的每一个上(左块115a，右块115b)。
(元件盒)元件盒包括只存放单个元件带的单盒，以及能最多存放两个元件带的双盒。将双盒中存放的两个元件带限制为具有相同的送料间隔(2毫米或4毫米)的元件带。
(其他限制)装配器100上的限制不仅包括例如上述的由装配器100的结构而引起的限制，还包括如下所述的由使用装配器100的生产场所的环境所引起的操作方面的限制。
(1)固定排列例如，为了减少手工进行的元件带的替换工作，存在以下情况，其中，给予特定元件带(或者存放这种带的元件盒)一个元件供应单元中的固定位置(Z轴上的位置)，所述特定元件带设置在该元件供应单元中。
(2)资源限制存在某些情况，其中，元件带、存放元件带的元件盒、双盒、拾取吸嘴(每种类型的数量)等的数量被限制为固定值。
(优化设备)当提供了用于生产的对象(面板和将要在上面装配的元件)和用于生产的设备(配备了有限资源的装配器，子单元)时，优化设备300是为在尽可能短的时间内制造面板(增加单位时间的面板产量)而确定元件装配顺序的设备。
具体地，它是用于在计算机上确定(搜索优化方案)在哪个装配器(子单元)中的哪个位置(Z轴)上放置用哪种元件带设置的元件盒，以及每个装配器(子单元)的多放置头按照什么顺序能够从元件盒上同时拾取可能达到的最大数量的元件，以及将所述多个拾取的元件装配到面板上的哪个位置(装配点)的顺序，以便最小化每个面板的装配时间。
在这过程中，需要严格遵守考虑中的装配器(子单元)所具有的上述限制。
(优化设备的硬件结构)在通用计算机系统上，例如个人电脑，通过执行根据本发明的优化程序而实现优化设备300。当没有连接到一个真实的装配器100时，优化设备300也可以作为单机模拟器运行(用于元件装配顺序的优化工具)。
图9是显示图1所示的优化设备300的硬件结构的框图。优化设备300是一种计算机，用于基于用于元件装配等的CAD(计算机辅助设计)设备提供的所有元件的信息，确定每个子单元应当装配哪个元件和每个子单元的元件装配顺序，并生成优化NC数据，以便在各种给定的、基于规范等的、对构成生产线的单元的限制条件下，最小化在面板上装配元件的生产线节拍时间(形成生产线的子单元的个体节拍时间中的最高节拍时间)。优化设备300包括计算控制单元301、显示单元302、输入单元303、存储单元304、优化程序存储单元305、通信接口单元306、数据库单元307，等等。
应当注意到，“节拍”是指装配将被计算装配的元件所需的全部时间。
计算控制单元301是CPU(中央处理单元)、数字处理器、等等。根据来自用户等的指令，计算控制单元301将来自优化程序存储单元305的所需要的程序加载到存储单元304中并执行它们。计算控制单元301依照这些执行结果控制结构元件302到307。
显示单元302是CRT(阴极射线管)、LCD(液晶显示器)，等等，而输入单元303是诸如键盘或鼠标的输入装置。这些被计算控制单元301控制，并用于使得用户能够与优化设备300进行交互。
通信接口单元306是LAN(局域网)适配器等，用于使得优化设备300能够与装配器100和200通信。
存储单元304是RAM(随机访问存储器)等，用于为计算控制单元301提供工作区域。优化程序存储单元305是硬盘等，用于存储实现本优化设备300功能的各种优化程序。
数据库单元307是硬盘驱动器等等，存储在优化设备300执行的优化过程中使用的输入数据(装配点数据307a、元件库307b、以及装配器信息307c)，以及装配点数据和其他由优化过程产生的数据。
图10到12分别显示了装配点数据307a、元件库307b、以及装配器信息307c的实例。
装配点数据307a是显示所有将要装配的元件的装配点的信息的汇集。如图10所示，一个装配点pi由元件类型ci、X坐标xi、Y坐标yi、装配角度θi、和控制数据i组成。在本例中，表达“元件类型”是指在图11中所示的元件库307b中的元件名、“X坐标”和“Y坐标”是装配点的坐标(指示面板上的具体位置的坐标)、“装配角度θi”是在元件装配过程中头的旋转角度、“控制数据”是关于元件装配的限制信息(比如可用的拾取吸嘴的类型和多放置头112移动的最大速度，等等)。应当注意到，最后生成的“NC数据”是导致最短流水线节拍时间的装配点的排列。此外，X轴方向是面板20移动的方向，Y轴方向是与X轴垂直的方向。
元件库307b是一种库，在其中将能够由装配器100和200处理的各种元件类型的具体信息收集到一起。元件库307b由元件尺寸、节拍时间(满足特定条件的原件类型的具体节拍时间)、以及其他约束信息(比如可用的拾取吸嘴的类型、元件识别摄像头116所用的识别方法、以及多放置头112移动的最大速度，等等)组成，如图11所示。应当注意到，在图11中，为了参考目的，还显示了各种类型的元件的外观。
装配器信息307c是显示形成生产线的每个子单元的结构的信息，以及这些子单元受到的上述限制。如图12所示，装配器信息307c包含表示单元编号的单元ID、关于多放置头的类型的头信息、关于能够附加到多放置头的拾取吸嘴的类型的吸嘴信息、关于元件盒114的最大数量的盒信息、关于盘供应单元117存储盘的层数的盘信息。
上述信息被如下引用。使用的类别是设备选项数据(用于每个子单元)、资源数据(能够用于每个单元的盒的数量和吸嘴的数量)、吸嘴台排列数据(用于每个装备了吸嘴台的子单元)、初始吸嘴模式数据(用于每个子单元)、以及Z轴排列数据(用于每个子单元)。
(优化过程)接下来，将对关于如上配置的元件装配系统10中的优化设备300的操作进行说明。
如上所述，假定元件装配系统10由四个装配器100组成。如图13所示，这四个装配器100从上游处理位置开始依次被标识为装配器100a、100b、100c和100d。在本实施例的优化过程中，每个装配器100执行图案12内的所有电子元件的装配。也就是说，元件被分配给每个图案12的每个装配器100，或者是由多个图案12组成的每个图案12的组。此外，为了统一装配器的节拍时间，四个装配器100最好具有相同型号。应当注意到，在本说明中，“图案”用来表示由多个子面板组成的面板中的单个子面板。
图14是由优化设备300执行的元件装配系统10的优化过程的流程图。优化设备300确定单个图案12中的元件装配的优化顺序(S2)。可以照现在的样子，为确定元件装配顺序的方法应用传统技术。照此，不用重复详细说明，应该注意到，比如，装配是从最小元件尺寸的元件开始顺序进行的，以及应当以下述方式确定在一组具有大致相同尺寸的元件中的装配顺序，即，将多放置头112的移动距离减为最小。
确定了单个图案12中的电子元件的装配顺序之后，优化单元300用包含在单个面板20中的图案12的总数除以装配器100的数量，得到一个商A和一个余数B(S4)。接下来，为每个装配器100分配的图案数量确定为A片(S6)。这里，在余数B不为0的情况下(S8中YES)，从位于处理最上游的装配器100开始，为每个装配器分配B片图案12中的一个(S10)。通过这种分配方式，位于处理队列下游的装配器100的负载被减轻，并且消除了在下游队列的未处理面板20的停滞。
接下来，优化设备300根据为每个装配器100分配的图案的数量确定每个装配器100实际上应当对面板20上的哪个图案12进行元件装配(S12)。图案12的分配通过以下方式进行尽可能使分配给一个装配器100的图案12的X坐标相同。通过以这样的方式来分配图案12，对于每个装配器100，装配器100的多放置头112从元件供应单元上的元件拾取位置移动到图案12的距离都是相同的，并且生产流水线平衡也变得一致。稍后将讨论一个具体的实例。
在元件装配过程中，面板20在轨道上传送，并在特定位置由称为制动器的附属装置使其停止。制动器的位置根据所分配的图案的位置来确定的(S14)。下文也将讨论这个过程的一个具体实例。
接下来，将结合所提供的具体实例详细说明先前描述的优化过程。如图15(a)所示，在面板20包含12个图案12的情况中，当图案12的数量除以4(装配器100a到100d的数量)时商A是3并且余数B是0(图14种的S4)。因此，为每个装配器100a到100d分配的图案的数量是3(S6)。接下来，图案被分配给100a到100d的每一个装配器。如前所述，以尽可能使得X坐标相同的方式进行分配(S12)。因此，如图15(b)所示，每个都具有三个图案12的组1到4被分别分配给装配器100a到100d。通过以这样的方式进行分配，每个组内的图案12的X坐标是相同的。因此，不推荐进行如图15(c)所示的分配，其中尽管能够通过放置在同一组中来调整图案12的X坐标，但还是不考虑X坐标。此外，尽管是以使位于图15(a)中处理位置较上游的装配器100的X坐标较小的方式来分配图案12的，但是并不需要遵守这条规则。
接下来，如图16(a)所示，在面板20包含十个图案12的情况下，当用图案的数量10除以装配器单元100a到100d的数量4时，商数A是2并且余数B是2(图14中的S4)。因此，首先将每个装配器100a到100d被分配的图案的数量确定为2(S6)。接下来，因为余数B不是0(S8中YES)，剩余图案中的每一个被分配到位于队列最上游的装配器100a和100b(S10)。因此，100a和100b这两个位于上游的装配器被分配的图案的数量是3，并且100c和100d这两个位于后续处理下游的装配器被分配的图案数量是2。
接下来，将图案12分配到100a到100d中的每一个装配器。如前所述，通过以下方式进行分配尽可能使分配给每个装配器的图案12的X坐标相同。因此，如图16(b)所示，以如下的方式分配图案12，即，当装配器100位于上游的处理位置时X坐标较小。
为每个装配器100a到100d分配了图案12之后，制动器的位置被确定(S14)。图17A说明装配器100b的制动器的位置，图17B说明装配器100d的制动器的位置。
如图17A和图17B分别所示，当轨道23上传送的面板20在制动器22的位置停止之后，进行元件装配。制动器22的位置以如下方式建立对于每个装配器100a到100d，从多放置头112的元件拾取位置到分配给每个装配器100a到100d的图案12的位置的距离大致相等。
因此，以上面陈述的方式进行元件装配顺序的优化。
当由优化设备300执行元件装配顺序的优化之后，由装配器100a到100d中的每一个根据该装配顺序进行元件装配。将被每个装配器100a到100d处理的图案12已规定的。按照这种方式，在元件装配过程中，对设置在面板20的拐角的面板标志16进行图像识别，并且校正位置偏差。随后，如图13所示，对将由每个装配器100a到100d处理的图案12的图案标志18进行图像识别，并进行元件装配。
此外，如图18所示，称为坏标志19的标志被放置在面板20中的一些图案12上。带有坏标志19的图案12被认为在先前的处理中出现瑕疵。因此，装配器100a到100b不在已被图像识别为具有坏标志19的图案12上进行元件装配。
(本实施例的效果)如上所述，根据本实施例，单个装配器只在预先分配的图案上装配元件，而不在面板的所有图案上进行。因此，每个装配器不需要对所有图案的图案标志进行图像识别。因此，由于在元件装配前的过程中没有花费大量时间，所以总体上元件装配系统的节拍时间可以最小化。
例如，当单个面板包含200个图案标志并且假设存在4个装配器时，在传统元件装配系统中，每个装配器需要识别200个点的图案标志。然而，在根据本实施例的元件装配系统中，每个装配器只要识别50(＝200/4)个点的图案标志就足够了。
此外，根据本实施例，在单个图案中对元件装配顺序进行优化，然后将优化结果用于所有装配器。因此，减少了优化所需的时间。
另外，由每个装配器对相同的电子元件进行装配。由于这个原因，例如，即使当有很多大尺寸元件和少数小尺寸元件时，也能够保持元件装配系统的生产线平衡。
此外，即使当由于生产计划的改变等而导致元件装配系统中装配器的数量变化时，也可以通过仅仅对分配给每个装配器的图案进行改变以及对制动器的位置进行改变，来完成优化，而无需改变图案内的元件装配顺序的优化。因此，即使当装配器的数量变化时，也可以轻易地重新进行优化，并且可以灵活地处理生产线组织中的变化。
此外，由以下方式确定制动器的位置，即，使得从多放置头的元件拾取位置到将要装配的图案的距离在装配器之间是一致的。因此，对于每个装配器，多放置头的移动距离和装配时间几乎一致，并且生产线平衡也变得一致。
此外，以下述方式进行图案分配，即，尽可能为每个装配器分配具有相同X坐标的图案。因此，对于每个装配器来说，装配器的多放置头从元件供应单元的元件拾取位置移动到图案的距离是一致的，并且流水线的平衡也变得一致。
(第二实施例)接下来，将说明根据本发明第二实施例的元件装配系统。
根据第二实施例的元件装配系统与第一实施例中的元件装配系统具有相同的硬件结构。然而，本实施例中的装配器100与图2所示的装配器100的区别在于，它不包括子单元110和子单元120，作为替代，它包括左子单元410和右子单元420，如图21所示。为了降低元件装配所需的空间的宽度，在图21所示的装配器的中央部分设置了用于确定面板位置的基准针(reference pin)。面板20从图中右侧进入并且通过右子单元420装配元件。随后，面板20被传送到左子单元410，并且通过左子单元410装配元件。
图22是由优化设备300执行的元件装配系统10的优化过程的流程图。在图14所示的第一实施例的优化过程中，当包含在单个面板20中的图案12的总数除以装配器100的数量时，构成余数的B片图案12中的每一个都被分配给从位于处理位置最上游的装配器100开始的装配器(图14中S10)。在本实施例的优化过程中，对这B片图案12的元件装配由所有装配器100共同完成。
S2到S8的过程与图14所示的一样。在余数B不为0的情况下(S8中YES)，优化设备300从面板20包括的图案12中选择位于所有装配器100都能装配的位置的B片图案。此外，优化设备300对使用所有装配器100在所选的B片图案12上进行元件装配的过程中将要执行的元件装配的顺序进行优化(S20)。元件装配顺序优化方法使用公知的技术。所以，将省略对其的详细说明。
在步骤S20中，以下述方式选择位于能够被所有装配器100装配的位置的B片图案。如图23所示，例如面板20从传送轨道突出的情况。在这种情况下，左子单元410和右子单元420不能在包含在突出部分的图案上装配元件。也就是说，在单个面板的情况下，出现不能由左子单元410在其上进行装配的区域402和不能由右子单元在其上进行装配的区域406，如图24所示。因此，优化设备300从不包含这些不能到达的区域的区域404选择B片图案。
接下来，优化设备300执行S12和S14中的处理。由于这些处理与参照图14说明的处理相同，所以不再重复说明。
如图25(a)所示，假定面板20包含十个图案12，并且由两个装配器100(4个子单元)进行元件装配。在这种情况下，当用图案的数量10除以子单元的数量4时，可以得到商2和余数2(图22中的S4)。因此，为每个子单元分配两个图案(组1到组4，图25(b)中)。此外，对于剩余的两个图案12，由所有的4个子单元进行元件装配(共享的组，图25(b))。
此外，如前所述，从位于能够被所有4个子单元装配的位置的图案中选择包含在共享的组中的图案。因此，在面板20中，位于X轴方向中间位置的图案12被选择为将包含在共享组中的图案12。必须注意到，关于其他组，选择位于能够被各个子单元装配的位置的图案12。
如上所说明的，根据本实施例，除了第一实施例中的效果之外，当存在余数时，由所有装配器对剩余的图案上的元件装配进行处理。因此，可以进一步改善流水线平衡并且可以避免面板20在上游处理位置的停滞。应当注意到，不必由所有的装配器对剩余的图案上的元件装配进行处理。只要是能保持生产线平衡的任何分配都是可以的。例如，在子单元数量为四并且剩余两个图案的情况下，可以使位于上游处理位置的两个子单元处理一个图案，并且使位于下游处理位置的两个子单元处理另一个图案。
此外，显而易见的是，通过分发剩余的图案到所有机器，在如图2所示的具有两级结构的机器中或者在具有一级结构的机器中，能够使生产线平衡。
尽管已基于实施例说明了本发明中的元件装配系统，但是元件装配系统并不局限于在这些实施例中所说明的那些。
例如，尽管优化设备300在图14所示的优化过程的开始对一个图案12进行了优化处理，但并不需要在开始时进行。例如，也可以在图案被分配给每个装配器之后再进行，或者在制动器的位置确定之后进行，或者在其它处理阶段中进行。此外，也可能不执行优化过程自身。即使那样，本发明也还有一定重要性，并且任何前面描述的变形也被包含在本发明的范围之内。
此外，制动器位置的确定过程(图14、图17中的S14)不是必须进行。但是，如上所述，执行这个过程可以更容易地维持生产线平衡的一致。
此外，不是必须以尽可能使Z位置(X座标)相同的方式来将图案分配到装配器。显然，只要能够使每个装配器的节拍时间一致，使用任何其它方式都是可以的。
此外，也可以使所有装配器的制动器在同样的位置，同时改变安装在元件供应单元中的元件盒的位置。图19是说明在装配器100b和100d中使用的元件盒114的设置位置的图。如图19A和图19B所示，装配器100b和装配器100d的制动器的位置是相同的。然而，在元件装配过程中使用的元件盒114的位置被设置为靠近各个装配器所处理的图案。因此，装配过程中的移动距离和多放置头112的装配时间对于每个装配器近似一致，并且流水线平衡变得一致。
此外，装配器的数量不必限制为4，可以具有更多或更少的装配器。
尽管以上只详细描述了本发明的一些典型实施例，但是本领域的技术人员容易意识到，在实质上不脱离本发明的新技术和优点的情况下，典型实施例可以有许多变形。因此，所有这样的变形都应包含在本发明的范围内。
工业适用性本发明可以被应用在对装配器的元件装配顺序进行优化的设备中。特别地，本发明可以应用在单个面板中包含多个图案等情况中。
权利要求
1.一种优化方法，用于在有多个装配器的元件装配系统中优化元件装配的顺序，所述装配器用于在面板上装配元件，其中，所述面板包含多个具有相同元件放置结构的图案，所述多个图案分别对应于通过划分所述面板而获得的多个子面板，以及所述优化方法包括分配步骤，用于将所述多个图案中的每一个分配到所述多个用于元件装配的装配器中的任何一个。
2.如权利要求1所述的优化方法，还包括为所述多个图案中的任何一个图案优化元件装配顺序的步骤。
3.如权利要求1所述的优化方法，其中，所述分配步骤包括图案数量确定步骤，用于根据所述面板中包含的所述图案的总数以及所述装配器的数量，来确定将分配给每个所述装配器的图案的数量，从而使得所述图案的数量近似相等；以及图案分配步骤，用于将所述确定数量的图案分配到所述多个用于元件装配的装配器中的任何一个。
4.如权利要求3所述的优化方法，其中，所述图案数量确定步骤包括通过用所述装配器的数量除包含在所述面板中的所述图案的总数来计算商和余数的步骤；当所述余数为零时，将所述商确定为将被分配的图案的数量的步骤；以及当所述余数为一或更大时执行的步骤(i)将所述商加1的数量确定为将被分配给从处理过程最上游开始的、与所述余数数量相同的装配器的图案的数量，以及(ii)将所述商确定为将被分配给剩余的所述装配器的图案的数量。
5.如权利要求3所述的优化方法其中，所述图案数量确定步骤包括通过用所述装配器的数量除包含在所述面板中的所述图案的总数来计算商和余数的步骤；以及第一分配子步骤，用于将所述商确定为将被分配给每个所述装配器的图案的数量。
6.如权利要求5所述的优化方法，其中，所述图案数量确定步骤还包括第二分配子步骤，用于将所述余数确定为将被公共地分配给所述多个装配器的图案的数量。
7.如权利要求6所述的优化方法，其中，在所述第二分配子步骤中，确定将被公共地分配给所述多个装配器的图案的数量从而使得每个所述装配器的元件装配时间近似相等。
8.如权利要求6所述的优化方法，其中，在所述图案分配步骤中，将被公共地分配给所述多个装配器的所述图案位于面板中的、元件能够被所述多个装配器装配的位置。
9.如权利要求6所述的优化方法，其中，所述多个装配器是所述元件装配系统中包含的所有装配器。
10.如权利要求3所述的优化方法，其中，在所述图案分配步骤中，所述确定数量的图案被分配给每个所述装配器，作为将在其上装配元件的图案，从而使得分配给每个所述装配器的所述确定数量的图案之间的边界被设置为与所述面板的移动方向垂直。
11.如权利要求1所述的优化方法，还包括确定所述面板在元件装配过程中的位置的步骤，从而使得对于所有所述装配器，每个所述装配器的头从缺省位置到所述分配的图案的移动距离是一致的，所述头被用于在所述面板上装配元件。
12.如权利要求1所述的优化方法，还包括确定在元件装配中使用的元件盒的放置位置的步骤，从而使得对于所有所述装配器，每个所述装配器的从所述元件盒的放置位置到所述分配的图案的距离是一致的。
13.一种用于元件装配系统的程序，该元件装配系统具有多个用于在面板上装配元件的装配器，其中，所述面板包含多个具有相同元件放置结构的图案，所述多个图案分别对应于通过划分所述面板而得到的多个子面板，所述程序使计算机执行分配步骤，该分配步骤用于将所述多个图案中的每一个分配到所述多个用于元件装配的装配器中的任何一个。
14.一种计算机可读记录介质，其上记录有用于元件装配系统的程序，所述元件装配系统具有多个用于在面板上装配元件的装配器，其中，所述面板包含多个具有相同元件放置结构的图案，所述多个图案分别对应于通过划分所述面板而得到的多个子面板，所述程序使计算机执行分配步骤，该分配步骤用于将所述多个图案中的每一个分配到所述多个用于元件装配的装配器中的任何一个。
15.一种装配器，用于根据通过优化方法而优化的装配顺序，在面板上装配元件，所述优化方法用于在具有多个装配器的元件装配系统中优化元件装配的顺序，所述多个装配器用于在面板上装配元件，其中，所述面板包含多个具有相同元件放置结构的图案，所述多个图案分别对应于通过划分所述面板而得到的多个子面板，所述优化方法包括分配步骤，该分配步骤用于将所述多个图案中的每一个分配到所述多个用于元件装配的装配器中的任何一个。
16.一种优化设备，用于在具有多个装配器的元件装配系统中优化元件装配的顺序，所述多个装配器用于在面板上装配元件，其中，所述面板包含多个具有相同元件放置结构的图案，所述多个图案分别对应于通过划分所述面板而得到的多个子面板，以及所述设备包括优化单元，用于为所述多个图案中的任何一个图案优化元件装配的顺序；以及分配单元，用于将所述多个图案中的每一个分配到所述多个用于元件装配的装配器中的任何一个。
全文摘要
面板中包含多个具有相同元件放置结构的图案，所述多个图案分别相应于通过划分上述面板而得到的多个子面板。元件装配顺序的优化方法i)包括为所述多个图案中的任意一个图案优化元件装配顺序的步骤(S2)，用于通过将包含在所述面板中的所述图案的总数除以装配器的数量以计算商和余数的步骤(S4)，一个用于当所述余数为零时将商确定为分配的图案数量的步骤(S6)，以及一个当所述余数是一或更大时i)将所述商加1确定为分配给从在处理位置最上游的装配器开始、与所述余数的数量相同的装配器的图案的数量，以及ii)将所述商确定为分配给其余所述装配器的图案的数量(S6到S10)，以及一个步骤用于将所分配数量的图案分配给每个装配器(S12)。
文档编号G06Q10/00GK1846223SQ20048002507
公开日2006年10月11日 申请日期2004年8月26日 优先权日2003年9月1日
发明者前西康宏, 山崎琢也, 山崎映人, 西田裕吉, 吉田几生, 小西亲, 松本昌也 申请人:松下电器产业株式会社