JPH0770863B2

JPH0770863B2 - 部品の実装方向決定方法

Info

Publication number: JPH0770863B2
Application number: JP60223557A
Authority: JP
Inventors: 良尚荒井; 志乃高橋; 茂佐藤; 秀明小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-09
Filing date: 1985-10-09
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPS6285489A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、部品自動挿入機でプリント板に部品を挿入す
る際の部品の挿入方向を決定する方法に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

プリント板に電子部品を挿入するプリント板組立では、
自動挿入機の普及が進んでいる。この組立作業を効率的
に行ない、作業時間の短縮，人手作業の削減、更には、
製品品質の向上をはかるためには、作業者が手挿入する
部品数を減らし、自動挿入機で挿入する部品の割合（自
動挿入率）を増加させることが重要である。自動挿入率
を向上させるには、複雑な形状をした部品の自動挿入を
可能とする異形部品挿入機の開発や、後付部品の削減が
あるが、更に、部品の挿入順序，挿入方向を工夫するこ
とによつて自動挿入率を向上することができる。第10図
（ａ）は部品と挿入機ヘツドとの干渉を示したものであ
るが、部品ｊが既にプリント板101に挿入されている状
態で挿入機ヘツド102で部品ｉを挿入する場合を考える
と、部品ｊを自動挿入するために挿入機ヘツド102が必
要とする領域（挿入作業スペース）が確保されていない
ために干渉が発生し、部品ｉを自動挿入することは不可
能である。このような関係は、電子機器製品の小型軽量
化に伴うプリント板への電子部品実装の高密度化の要請
につれて増加してきている。このような干渉を回避する
方法としては、部品ｉを挿入した後で部品ｊを挿入する
というように、挿入順序を工夫する方法があるが、部品
の挿入方向を180゜回転させて挿入することによつて、
干渉を回避できる場合がある。第10図（ｂ）は、そのと
きの挿入機ヘツド，部品の相互の位置関係を示したもの
であるが、干渉の発生は無く、部品ｉは自動挿入可能で
ある。これは、部品挿入時の挿入作業スペースが部品軸
に対して非対称であり、挿入方向を変えることによつ
て、挿入作業スペースが変化するためである。最近の自
動挿入機は、テーブルや挿入機ヘツドの回転によつて四
方向からの部品挿入が可能であるものが多く、極性の無
い部品は挿入方向を180゜回転させても、部品を実装で
きる。また、IC,コンデンサ等のように極性のある部品
でも、部品供給時の部品供給方向を変えれば、挿入方向
を180゜回転させても、正しい方向で部品を実装でき
る。

以上のことから、部品の挿入方向を工夫すれば、干渉を
回避できるために、自動挿入率を向上できることがわか
る。

ところが、従来は、特開昭60−7200号公報に記載のよう
に、部品外形寸法や高さを基準に挿入順序を決める方法
は論じられているが、自動挿入率向上という点から挿入
方向を決定する方法については述べられていない。ま
た、試行錯誤で挿入方向を決める方法では、挿入部品点
数が500を越えるような基板では多くの時間がかかり、
また、自動挿入率を最大とする解を得ることは保証でき
ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、プリント板にリードのある電子部品を
自動挿入する自動挿入機、またはチップ部品を自動装着
する自動実装機の使用率を高め、自動実装率が最大とな
るような部品の実装方向の決定、または自動実装では干
渉を起こすため、人手による実装を行う部品の費用の和
を最小とするような部品の実装方向の決定を、従来技術
の欠点を無くし、短時間で行える方法を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、各部品を挿入可能なすべての方向で挿入した
場合の挿入機ヘツドと部品との干渉を判定しておき、こ
れを用いて、部品が干渉に関与しなくなるように部品群
を求め、挿入方向を次々と決定していくものである。各
部品のすべての挿入方向を考慮し、かつ、発生する可能
性のあるあらゆる干渉を調べながら挿入方向を決定して
いるため、自動挿入率最大となる部品の挿入方向を決定
できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を自動挿入機の実施例に基づいて説明す
る。IC挿入機,RC（抵抗，コンデンサ等）挿入機をこの
順に使用して、部品から部品の15部品を挿入する場
合を考える。第２図に、干渉を考慮しないときの各部品
の挿入可能な工程（機械），挿入方向を示す。第２図の
挿入可能方向は、プリント基板の面に定めた座標軸に対
して、ある角度回転した１つの方向を定め、その方向か
ら、それぞれが90゜ずつ順次回転した４方向を、Ｉ、I
I、III、IVの方向と定義している。挿入工程は、IC同
軸，たて型等の部品の種類によつて決定できる。また、
挿入方向は、一方向からしか挿入できない部品と部品の
極性，部品の供給方向，挿入機の挿入可能方向によつて
は、180゜回転した方向を加えた二方向からの挿入が可
能なものがある。そこで、この二方向からの挿入が可能
な部品の挿入方向を、自動挿入率が最大となるように一
方の方向を選ぶことが問題となる。

しかし、実際に問題を解くには、挿入方向が二通りある
部品については、そのすべての組合せを考えなければな
らない。例えば、50部品が二方向から挿入可能であると
すると、組合せの数は、2⁵⁰＝1.13×10¹⁵となり、計算
することは不可能である。また、部品の挿入順序も合わ
せて考える必要がある。

そこで挿入方向と挿入順序を同時に考えられるように、
各部品の挿入可能な方向ごとに、干渉を回避するための
挿入順序に関する制約条件を求めておく。これを求める
ための処理を干渉チエツクと呼び、以下のようにして行
なう。各部品について、これを自動挿入する時に既に挿
入されている可能性のあるすべての部品との間で干渉を
判定する。例えば、第２図の例では、部品は部品，
との間の干渉を調べるだけでよく、部品は他のすべ
ての部品との干渉を調べる必要がある。

干渉の判定方法はいくつか考えられるが、一例として部
品を挿入する際に挿入機ヘツドが必要とする挿入作業ス
ペースと、他の部品の存在する領域との重なりを調べる
ことによつて行なう方法を考える。各挿入機ヘツド，部
品の形状を予め作成しておけば、計算によつて求めるこ
とができる。

部品ｉの挿入時に挿入機ヘツドが部品ｊと干渉する場合
には、部品ｉを挿入してから部品ｊを挿入しなければな
らないという意味で、部品ｉ→部品ｊと表わす。これを
挿入作業先行関係と呼ぶことにする。部品の挿入可能な
方向が複数あるときは、それぞれの場合について干渉を
調べる。ある特定の挿入方向のみで干渉が発生する場合
には、矢印の上にその挿入方向を記入し挿入作業先行関
係は、例えば、のように表わすこととする。これは、部品ｊが存在する
とき、部品ｉを挿入方向IIで挿入すると、干渉が発生す
るため、部品ｉを挿入方向IIで挿入するときには、部品
ｉを部品ｊに先行して挿入しなければならないことを表
わしている。

このようにして、すべての干渉チエツクが終了したら、
これを、部品を頂点、挿入作業先行関係を辺で表わした
有向グラフで表現しておく（第３図）。ここで、のように、使用する挿入機が異なる部品間で挿入作業先
行関係が生じた場合には、挿入機を使用する順序に関す
る条件を加えるために、逆向きの挿入作業先行関係，部
品→部品，も発生すると考える。

更に、問題の規模を小さくするために、グラフ理論にお
ける強連結部分の考え方を用いる。強連結部分とは、有
向グラフにおいて、辺をたどることによつて到達可能な
頂点の集合である。先に求めた挿入作業先行関係により
作成した有向グラフの強連結部分を求めると、各強連結
部分は相互に干渉に関与する部品群となることが確かめ
られる。従つて、この強連結部分を求める算法を用いれ
ば、干渉の発生に関与する部品群を容易に発見できる。
この考え方を用いると、計算しなければならない組合せ
の数を大幅に減少させることができる。

強連結部分の存在は干渉の可能性を、意味しているか
ら、干渉を回避するには、強連結部分が無くなるように
しなければならない。そのためには、挿入作業先行関係
の除去，部品の除去のいずれかが必要であるが、これ
は、それぞれ複数の挿入方向がとれる部品の挿入方向の
選択，部品の挿入工程変更（自動挿入→手挿入）に相当
する。従つて、この、挿入工程変更部品の数が小さくな
るような挿入方向を決定すれば、自動挿入率を最大とで
きる。

以上の準備のもとに、自動挿入率最大となる部品の挿入
方向を第１図の手順で決定する。

１）ステツプ１強連結部分を計算し、干渉に関与する部品群を求める。

２）ステツプ２強連結部分に含まれない部品の挿入方向は挿入可能な任
意の方向を選べる。これらの部品、及び関連する挿入作
業先行を除去する（問題の縮小）。

３）ステツプ３部品から出るすべての挿入作業先行関係の挿入方向以外
に挿入可能な方向がある部品は、干渉の可能性を回避す
るために挿入作業先行関係の挿入方向以外の挿入方向を
選ぶ。挿入方向を決定した部品，及び，その部品に関係
する挿入作業先行関係を除去する。

４）ステツプ４ステツプ３で挿入方向を決定した部品があるとき、ステ
ツプ１に戻る。挿入方向を決定した部品が無いとき、ス
テツプ５へ進む。

５）ステツプ５残された部品の挿入方向は相互の関係を考慮しながら決
めなければならない。部品の数が少ない場合は各部品の
挿入方向のすべての組合せを考え、その中で自動挿入率
が最大となるような解を求め、各部品の挿入方向を求め
る。また、部品の数が多い場合でも組合せ問題における
「分枝限定法」等の手法を用いることによつて、短時間
で解を求めることができる。

このようにして、各部品の挿入方向を決定したら、決定
した各部品の挿入方向に関連した挿入作業先行関係をリ
ストアツプする。挿入順序は、この挿入作業先行関係を
すべて満足するように決定する。

次に、例に従つて挿入方向決定の手順を説明する。第３
図から、ステツプ１の計算を行なうことにより、２つの
干渉に関与する部品群（強連結部分），｛，｝，
｛，，，，，｝が求まる（第４図）。ステ
ツプ２で強連結部分に含まれない部品，，，，
，，，の挿入方向を決定する。挿入方向が決定さ
れた部品，及び、それらの部品に関連した挿入作業先行
関係は除去されるので、有向グラフは第５図のようにな
る。ステツプ３の処理において、部品は挿入方向II I
Vで挿入可能であり、挿入作業先行関係は挿入方向IVの
みであるから、部品の挿入方向はIIと決める。同様に
部品の挿入方向もIIと決める。部品，，及び、こ
れに関連する挿入作業先行関係は除去される（第６
図）。

再び、ステツプ１に戻り、強連結部分を計算する。強連
結部分は｛，，，｝となり、ステツプ２で部品
，の挿入方向は挿入可能な任意の方向として決定す
る（第７図）。

再びステツプ１を行なうが、強連結部分は変化しない。
そこでステツプ５に進み、自動挿入率が最大となるよう
な部品の挿入方向を求める。この例の場合、部品は挿
入方向I,部品は挿入方向IIしかとれないから、部品
，部品の挿入方向は必然的に決まる。部品，部品
は挿入方向I,IIIのいずれの方向でも挿入できるの
で、第８図の４通りの組合せを考えなければならない。
第８図で、（ａ），（ｂ），（ｃ）の場合は、少なくと
も２つの部品を手挿入としなければならないが、（ｄ）
の場合は、部品のみを手挿入とすれば、強連結部分を
無くすことができるため、最適解となる。

第９図に本方法により得られた各部品の挿入方向，及
び、挿入順序決定時に守らなければならない挿入作業性
先行関係を示す。

本方法では、各部品の挿入可能なすべての方向の組合せ
を考えているため、自動挿入率最大を達成する解を得る
ことができる。また、強連結部分の計算や、問題の縮小
を行なうことによつて問題の規模を小さくできるため、
短時間で計算できる。

尚、本説明では、自動挿入率最大を目的函数としたが、
手挿入とすることによつて増加する費用は部品ごとに異
なるため、各部品ごとに費用を与え、手挿入とする部品
の費用の和を最小とすることを目的函数とする方法も考
えられる。尚、本発明では、リードのある電子部品を自
動挿入する自動挿入機における実施例を説明したが、チ
ツプ部品を自動装着する自動実装機においても、同様の
発明を実施できることは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、干渉が無く、かつ、自動挿入率が最大
となるような、部品の挿入方向が決定できるので、自動
挿入に較べて作業時間のかかる手挿入部品数を最小化で
き、プリント板に部品を実装するための総作業時間の短
縮が実現できる。また、この決定は、計算機によつて短
時間で求めることができるため、従来、人手で行なつて
いた方法に較べて、挿入機NCデータを短時間で作成でき
る。このように、本発明は、作業工数削減、及び、NCデ
ータ作成の準備作業工数削減の両面で大きな効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における挿入方向決定方法の１実施例
を示すフローチヤート、第２図は、各部品の挿入工程，
挿入可能方向の１例を示す図、第３図は、挿入作業先行
関係の有向グラフの１例を示す図、第４図から第８図
は、挿入方向決定手順中の有向グラフの変化の様子を表
わす図、第９図は、例題の最適解を表わす図、第10図
は、部品と挿入機ヘツドとの干渉を説明するための図で
ある。 101……プリント板 102……挿入機ヘツド i,j……部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林秀明神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭60−7200（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−160733（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部品自動実装機によって基板に部品を実装
する際に、部品の極性の有無、または部品の供給方向、
または実装機ヘッドによる部品の把持の仕方、または実
装機ヘッド、基板の回転の可否などによって、基板の面
に定めた座標軸に対する部品の実装方向が複数可能とな
る場合に、いずれの実装方向を採用するかを決定する方
法において、各部品ごとに自動実装機で実装可能な全ての実装方向で
実装したときの、基板上の実装機ヘッドが必要とする実
装作業スペースと、他部品が基板上に実装された時に占
めるスペースとのそれぞれの干渉を判定して、干渉が発
生しないための部品間の実装順序に関する有向グラフで
表現した制約条件を求め、該制約条件から干渉の発生に関与する部品群を、有向グ
ラフの強連結部分の考え方より求め、上記により求められた干渉の発生に関与する部品群以外
の部品は、実装可能な任意の方向を選び、以後の考慮対
象より除去し、上記した干渉の発生に関与する各部品が、上記制約条件
における実装方向以外に実装可能な方向を持つ場合は、
干渉の可能性を回避するために該実装方向を選び、該部
品を以後の考慮対象より除去し、前ステップにおいて、上記した干渉の発生に関与する部
品の少なくとも１つが、干渉の可能性を回避する実装方
向を選べたならば、再び、残った対象部品において、上
記干渉の発生に関与する部品群を求めるステップ以後を
繰返し、もし、前ステップにおいて、上記した干渉の発
生に関与する部品が１つも無ければ、以下のステップへ
進み、最終的に残った干渉の発生に関与する部品については、
各部品の実装方向の組合せの中から、干渉のために自動
実装できない部品の数が最小となるように、各部品の実
装方向を決定することを特徴とする部品の実装方向決定
方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の最終ステッ
プである各部品の実装方向の組合せの中から、干渉のた
めに自動実装できない部品の数が最小となるように、各
部品の実装方向を決定することを、最終的に残った干渉の発生に関与する部品については、
各部品の実装方向の組合せの中から、干渉のために自動
実装できない部品を手実装とする費用の和を最小となる
ように、各部品の実装方向を決定することを特徴とする
部品の実装方向決定方法。