自动装配系统及方法与流程

本发明涉及一种自动装配系统及方法，并且尤其涉及一种基于机械臂和视觉引导技术的铁壳及散件的装配系统和方法。

背景技术：

当前，例如SFP/SPF+模块中使用的铁壳及安装在铁壳上的各个散件的装配通常均由操作人员手动地完成。操作人员需要固定住铁壳，并拿取各个散件，将这些散件依次地装配到壳体上。这种手工装配操作的生产效率低下，并且由于人工操作，很容易出现操作失误，从而进一步地降低生产效率。

为了提高散件装配的效率，希望是提供一种自动化的装配系统。然而，电子产品的模块众多，难以开发一种通用的装配系统。如果针对每种模块都开发一种自动装配系统，那么生产成本将显著地提高。

此外，由于模块的小型化趋势，模块构件的装配是非常精细的操作过程，如何在自动装配过程中实现精确的构件拾取和装配，是当面面临的又一挑战，因为一个构件的装配出现失误或差错，将导致整个装配过程失败，从而严重地影响生产效率。

此外，壳体上安装的导光管是一种柔性的构件，其在操作过程中非常容易扭曲和变型，从而给自动装配过程带来不利影响。

因此，目前不仅需要提供一种能够适应多种模块装配的通用的自动装配系统和方法，还需要确保装配过程的精确，以及克服装配过程中可能出现的各种问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动装配系统和方法，以解决上文所述的现有技术的技术问题中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供了一种自动装配系统。该自动装配系统包括：构件托盘，其被构造为用于盛放待装配的多个构件；装配台，在该装配台上执行装配过程；和可操作的机械臂，其包括转盘和安装在转盘上的多个抓取装置，所述转盘配置成能够绕轴线旋转，使得所述多个抓取装置中的一个抓取装置能够对准盛放在构件托盘上的相应的一个构件并抓取该构件。所述自动装配系统还包括安装在所述转盘上的压具，所述压具被配置为在装配过程中按压和/或调整已装配的构件。

根据示例性的实施例，多个构件包括壳体和待装配到所述壳体上的散热器、夹子和导光管；并且其中所述多个抓取装置构造为分别适于抓取壳体、散热器、夹子和导光管。

根据示例性的实施例，自动装配系统还包括辅助定位装置，其适于在构件的装配过程中对构件的位置和定向进行识别和定位。

根据示例性的实施例，辅助定位装置包括视觉辅助装置，用于获得构件的图像并从所获得的图像中获取构件的位置和定向信息。

根据示例性的实施例，压具配置为按压已装配的散热器以及调整已装配的夹子，从而消除散热器与夹子之间的任何可能的干涉。

根据进一步的实施例，压具具有端面和设置在所述端面上适于按压散热器的多个突出部。

根据进一步的实施例，所述多个突出部分布置成邻近所述端面的两个相对的侧边的两排，并且每个突出部分的外侧形成倒角或倒圆。

根据示例性的实施例，所述多个抓取装置包括用于抓取导光管的导光管抓取装置，其中导光管抓取装置包括：抓取部分，用于抓握导光管的一端；和保持部分，所述保持部分设有容纳和保持所述导光管的至少一部分的凹槽。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用上述自动装配系统进行装配操作的方法，其包括以下步骤：用多个抓取装置从构件托盘上依次抓取多个构件；将转盘从与构件托盘对应的第一位置移动到与装配台对应的第二位置；依次装配所述多个构件；以及用压具按压和/或调整已装配的构件。

根据示例性的实施例，所述自动装配系统还包括适于在构件的装配过程中对构件的位置和定向进行识别和定位的辅助定位装置，所述方法还包 括：在从构件托盘上依次抓取多个构件的步骤中和/或依次地装配所述多个构件的步骤中利用所述辅助定位装置对构件的位置和定向进行识别和定位。

根据示例性的实施例，所述多个构件包括壳体和待装配到壳体上的散热器、夹子和导光管，并且依次装配所述多个构件的步骤包括：将壳体固定在装配台上；和将散热器、夹子和导光管依次装配到壳体上。

根据示例性的实施例，将夹子装配到壳体上的步骤包括：用抓取装置保持夹子的第一端，同时将夹子的与所述第一端相对的第二端以倾斜的姿态插入壳体中；释放夹子的第一端，并将抓取装置移动到所述第一端的上方；和将夹子的所述第一端向下按压，使得所述第一端固定到所述壳体。

根据示例性的实施例，用压具按压和/或调整已装配的构件的步骤包括：在将散热器和夹子装配到壳体上之后，用压具按压散热器并调整夹子以消除散热器与夹子之间的任何可能的干涉。

根据示例性的实施例，将导光管装配到壳体上的步骤包括：将导光管插入穿过壳体的前框架的夹持特征以固定所述导光管；和从导光管的背侧抵推导光管，使得导光管上的凸销插入到壳体上的孔中。

附图说明

现在将通过举例的方式结合附图对本发明的优选实施例进行描述，其中：

图1是根据本发明的实施例的自动装配系统的透视示意图；

图2是图1的自动装配系统的示意性的局部放大图，示出了机械臂的转盘及各种抓取装置；

图3是根据本发明的实施例的自动装配系统的构件托盘的透视示意图；

图4是根据本发明的实施例的自动装配系统的装配台的透视示意图；

图5示意性地示出了可使用根据本发明的实施例的自动装配系统进行装配的典型的QSFP模块的壳体以及安装在壳体上的各种构件；

图6示意性地示出了图5的QSFP模块的壳体和安装在壳体上的各种构件；

图7示意性地示出了机械臂和构件托盘，其中机械臂的一个抓取装置 正在抓取构件托盘上的壳体；

图8示意性地示出了机械臂和构件托盘，其中机械臂的另一抓取装置正在抓取构件托盘上的散热器；

图9示意性地示出了机械臂和构件托盘，其中机械臂的另一抓取装置正在抓取构件托盘上的夹子；

图10示意性地示出了机械臂和构件托盘，其中机械臂的另一抓取装置正在抓取构件托盘上的导光管；

图11示意性地示出了机械臂和装配台，其中机械臂的抓取装置正在将散热器装配到壳体上；

图12示意性地示出了机械臂和装配台，其中机械臂的抓取装置正在将夹子装配到壳体上；

图13示意性地示出了机械臂和装配台，其中机械臂的抓取装置正在将夹子装配到壳体上；

图14示意性地示出了机械臂和装配台，其中机械臂的压具正在按压散热器并调整夹子，以消除散热器与夹子之间可能的干涉；

图15示意性地示出了机械臂和装配台，其中机械臂的抓取装置正在将导光管装配到壳体上；

图16示意性地示出了机械臂和装配台，其中机械臂的抓取装置正在将导光管装配到壳体上；

图17示意性地示出了机械臂的用于抓取导光管的抓取装置的具体结构；

图18示意性地示出了机械臂的压具的具体结构；

图19示出了根据本发明的实施例的自动装配系统的视觉识别装置，其中视觉识别装置正在识别导光管的位置；

图20示出了根据本发明的实施例的自动装配系统的视觉识别装置，其中视觉识别装置正在夹子的位置；

图21和图22示出了导光管组装过程中的细节。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更容易理解，以下将结合附图 及本发明的最佳实施例对本发明的技术方案做进一步详细的说明。需要说明的是，本发明不仅限于下文提出或在附图中图示的构造或细节。本发明的某些构造或细节可具有其他实施方式或以其他方式实现。

图1-4示意性地示出了根据本发明的实施例的自动装配系统及其各个部分。

如图1所示，自动装配系统包括机械臂1、构件托盘或物料托盘7、装配台和辅助定位装置3。例如，辅助定位装置3可安装在装配台上或装配台附近。

如图2所示，机械臂1包括安装在其前端的转盘18和安装在转盘18上的多个工具2，例如，这些工具2可包括各种抓取装置9，12，13等和压具8。例如，这些抓取装置可包括用于抓取SFP或SFP+模块的壳体10的壳体抓取装置9、用于抓取夹子11的夹子抓取装置12、用于抓取散热器14的散热器抓取装置13、和用于抓取导光管16的导光管抓取装置15，17。

在示例性的实施方式中，每个工具分别沿径向方向安装在转盘18上，并且相邻的工具之间具有一定角度。例如，这些工具可以等角度地安装在转盘18上。机械臂1具有多个自由度，其可以通过现有的机械臂的运动机构实现，此处不再详细说明。机械臂1可使转盘18旋转，并且特别地，可使转盘18绕一水平的轴线旋转。在示例性的实施方式中，旋转臂1还具有用于控制转盘18的旋转角度的定位机构(图中未示出)。例如，定位机构包括旋转驱动机构和旋转停止机构，旋转驱动机构用于旋转所述转盘18，旋转停止机构用于使转盘18停止在多个预定角度中的一个预定角度，使得所述多个抓取装置中的一个抓取装置对准盛放在构件托盘上的构件。优选地，在每个预定角度下，相应的一个工具能够被定位在转盘的最下方并且竖直地向下，从而能够方便地抓取构件或者执行构件的装配。同时，其他未被选择的工具被旋转到相对远离构件托盘7并且较高的位置，从而不会妨碍被选定的工具抓取构件托盘7上的构件或进行构件装配，并且不会与构件托盘7或装配台相互干涉。

由于转盘8上安装有多个工具，因此转盘上的多个工具能够同时夹住多个不同的构件，从而能够一次性地将多个构件从构件托盘7转移到装配 台以进行装配，从而减少了在构件托盘7与装配台之间往返的次数。

根据本发明的示例性实施例的自动装配系统适于组装SFP或SFP+模块。图5和6示出了当前一种典型的QSFP模块的构件。如图5所示，QSFP模块包括并排布置的1xN壳体，上面装配有各种构件(散件)。如图6所示，其示出了已经拆除部分构件的QSFP模块，其中，1xN壳体10上装配有夹子11，散热器14和导光管16。当然，根据该实施例的自动装配系统也可以用于装配其他电子模块或光学模块。

接下来将结合图7-16描述使用该实施例的自动装配系统装配QSFP模块的具体过程。其中，图7-10示出了机械臂1的转盘18上的各种工具抓取构件托盘上的各种构件的示意图，图11-16示出了机械臂1的转盘18上的各种工具在装配台上装配的示意图。

机械臂1配置成使所述转盘18在与所述托盘基本对应的第一位置和与所述装配台基本对应的第二位置之间运动。需要说明的是，所述第一位置和第二位置并非某个唯一的位置点，而是与构件托盘和装配台基本对应的位置区域。为了正确地执行构件的抓取操作和装配操作，转盘18在第一位置区域和第二位置区域内可以进行适当的微调。

首先，机械臂1将移动转盘18到达与构件托盘7的位置基本对应的位置。在转盘18的移动过程中或之前或之后，机械臂1调整转盘18的姿态，使转盘18位于一竖直平面中。当转盘18被移动到预定位置，机械臂1旋转转盘18，使转盘18旋转预定的角度，从而转盘18上安装的多个工具中的一个工具被定位成竖直地朝下面对着构件托盘7。然后，该工具被用于抓取其所适于抓取的构件。在这个过程中，工具与待抓取的构件在水平方向上的相对位置可通过以下方式中的至少一种进行调整：一、稍微调整转盘18的位置，使所述工具移动到与待抓取的构件相对的位置，这可通过调整机械臂1实现；二、稍微调整构件托盘7的水平位置，使待抓取的构件移动至与抓取工具相对的位置，这可通过在托架(见图1)与构件托盘7之间提供适当的位置移动机构实现，例如，移动导轨等；三、二者均进行稍微的位置调整，实现方式可结合方式一和二实现，此处不再赘述。

例如，结合图2和图7所示，转盘18被旋转至使壳体抓取装置9(见图2)竖直地定位在转盘18的最下方，并且壳体抓取装置9被移动到与壳 体10对应的位置。然后，机械臂1操作，使得壳体抓取装置9下降到可抓取壳体10的位置并抓住壳体10，在抓住壳体10之后，壳体抓取装置9被向上移动至不影响后续操作的高度。

随后，例如，结合图2和图8所示，转盘18被旋转至使散热器抓取装置13(见图2)竖直地定位在转盘18的最下方，并且散热器抓取装置13被移动到与散热器14对应的位置。然后，机械臂1操作，使得散热器抓取装置13下降到可抓取散热器14的位置并抓住散热器14，在抓住散热器14之后，散热器抓取装置13被向上移动至不影响后续操作的高度。

接下来，例如，结合图2和图9所示，转盘18被旋转至使夹子抓取装置12(见图2)竖直地定位在转盘18的最下方，并且夹子抓取装置12被移动到与夹子11对应的位置。然后，机械臂1操作，使得夹子抓取装置12下降到可抓取夹子11的位置并抓住夹子11，在抓住夹子11之后，夹子抓取装置12被向上移动至不影响后续操作的高度。

再接下来，例如，结合图2和图10所示，转盘18被旋转至使导光管抓取装置15，17(见图2)竖直地定位在转盘18的最下方，并且导光管抓取装置15，17被移动到与导光管16对应的位置。然后，机械臂1操作，使得导光管抓取装置15，17下降到可抓取导光管16的位置并抓住导光管16，在抓住导光管16之后，导光管抓取装置15，17被向上移动至不影响后续操作的高度。

需要说明的是，虽然上文按照机械臂1依次抓取壳体、散热器、夹子和导光管的顺序进行了说明，但本领域的普通技术人员能够理解，上述各个构件的抓取顺序可以不同。例如，也可以首先抓取除壳体之外的其他任一构件。

在抓取用于装配的构件之后，机械臂1操作，使得转盘18移动到与装配台对应或基本对应的位置。

随后，转盘18旋转，使夹持着壳体10的壳体抓取装置9竖直地定位在转盘18的最下方，然后操作机械臂1和壳体抓取装置9，将壳体10放置到装配台上的适当位置。此外，作为示例，壳体10可通过设置在装配台上的锁定机构19，20(见图4)固定在装配台上，锁定机构可由例如气缸或液压缸4(见图4)提供锁紧力。此外，作为示例，装配台上还设有 移动机构(未示出)，用于将壳体10移动到装配台上的适当的位置；或者，装配台下可设有移动机构，用于使装配台整体地移动。作为一个示例，所述移动机构可包括导轨。在将壳体10固定在装配台上之后，机械臂1操作，使壳体抓取装置9松开壳体10并随后向上移动至不影响后续操作的高度。

随后，转盘18旋转，使夹持着散热器14的散热器抓取装置13竖直地定位在转盘18的最下方，然后操作机械臂1和散热器抓取装置13，将散热器14放置或安装到壳体10上的适当位置。此外，在将散热器14安装到壳体10上之后，机械臂1操作，使散热器抓取装置13松开散热器14并随后向上移动至不影响后续操作的高度。

随后，转盘18旋转，使夹持着夹子11的夹子抓取装置12竖直地定位在转盘18的最下方，然后操作机械臂1和夹子抓取装置12，将夹子11安装到壳体10上的适当位置。在将夹子11安装到壳体10上之后，机械臂1操作，使夹子抓取装置12松开夹子11并随后向上移动至不影响后续操作的高度。

随后，转盘18旋转，使夹持着导光管16的光管抓取装置15竖直地定位在转盘18的最下方，然后操作机械臂1和导光管抓取装置15，将导光管16安装到壳体10上的适当位置。在将导光管16安装到壳体15上之后，机械臂1操作，使导光管抓取装置15松开导光管16并随后向上移动至不影响后续操作的高度。

至此，QSFP的示例性装配过程完成。

作为一个示例，如图12和13所示，由于夹子11具有特殊的结构，因此将夹子11安装到壳体10上的过程包括：用夹子抓取装置12抓住夹子11的第一端，将夹子11的与第一端相对的第二端以倾斜的姿态插入到壳体10中；使夹子抓取装置12松开夹子11的所述第一端，并将夹子抓取装置12移动到该第一的上方，然后将该第一端向下压，以使该第一端固定到壳体10，例如，与壳体10背侧上的固定特征相接合。

作为另一个示例，由于导光管16具有特殊的细长结构，并且导光管16是相对柔软的构件，容易扭曲和变形，因此导光管抓取装置具有相应的特殊设计。如图2和17所示，导光管抓取装置包括抓取部分15和保持部 分17。如图所示，抓取部分15和保持部分17彼此相邻地布置，抓取部分15用于抓握导光管16的一端，而保持部分17用于将导光管16保持在期望的形态。例如，保持部分17的表面上可开设一道槽21，用于将细长的导光管16的至少一部分容纳和保持在槽21中，从而辅助保持导光管16的姿态。进一步地，例如，所述槽21可由具有一定宽度的夹具提供，从而将导光管16夹持在槽21中，以避免导光管16从槽21中脱出。

例如，图21和图22示出了将导光管装配到壳体上时的具体步骤和细节。如图21所示，在将导光管夹子装配到壳体上的过程中，首先，导光管抓取装置的抓取部分15抓住导光管16的一端23，将该端23插入壳体10的前框架的夹持特征24或与之相配合，从而固定导光管16；然后，导光管抓取装置从导光管16的背侧抵推导光管16，使设置在导光管16上的至少一个(例如两个)凸销26插入到壳体10上的相应的至少一个(例如两个)孔25中，以完成导光管16的安装。

在示例性的实施例中，在将夹子安装到壳体10上之后，还包括用压具8按压散热器14步骤，以用于消除散热器14与夹子11之间可能出现的任何干涉。通常，夹子11在其两个端部处包括用于固定散14热器的构造，而夹子11的两个侧边位于散热器14的两侧，不应压在散热器的两侧或与之产生位置上的干涉。在示例性的实施例中，所述压具8被设计成具有适于按压散热器14的结构。如图2和图18所示，压具8具有大致平坦的底面和设置在该底面上的成两排布置的多个突出部22，所述突出部22配置成与散热器14的结构匹配并且按压散热器14。特别地，所述两排突出部22分别布置在压具的两个相对的侧边附近，并且每个突出部22的外侧面与顶面之间形成倒圆或倒角结构。这种倒圆或倒角结构能够在按压散热器14的同时，将夹子11的两个侧边向两侧移动和调整，从而在按压过程中消除散热器14与相应的夹子11之间的任何可能位置上的干涉。当然，也可以对压具的形状和构造进行其他设计，以使其能够在执行其他构件的装配过程中用于对其他构件进行按压和调整等操作。

需要说明的是，在上述各个构件的装配过程中，都需要对抓取装置或由抓取装置抓握的构件的位置和定向进行确定。因此，在各个步骤中均需要使用上文所述的辅助定位装置3。例如，辅助定位装置3可以是视觉辅 助装置。当然，辅助定位装置3也可以是包括位置传感器的其他定位装置。如图19和20所示，通过采用视觉辅助装置，能够识别各个构件的位置和定向，从而能够适当地调节构件的位置和定向，以精确的方式实现构件的装配。根据一个示例，视觉辅助装置包括照相机和处理器，照相机用于获取被抓取的构件的图像，处理器用于处理由照相机获取的构件图像并从处理后的图像中获得构件的位置信息和定向信息。如需对构件进行调整，处理器将相应的命令发送给机械臂1，从而操作机械臂调整构件的位置和定向。图19和20示意性地示出了在装配导光管和夹子时用上述辅助定位装置识别导光管和夹子的位置和定向。在未示出的其他实施例中，也可以在构件托盘或构件托盘附近设置另一或额外的辅助定位装置，以在构件的抓取过程中提供关于抓取装置的种类和位置进行识别和定位等功能。

通过使用根据上述实施例提供的自动装配系统，可以获得至少如下有益的技术效果：

一、实现了散件装配的自动化，从而解决了现有技术只能通过操作人员进行手工装配的问题；

二、可利用转盘上的多个抓取装置一次性地从构件托盘获取待装配的多个和/或多种构件，并将这些构件在装配台上依次地装配起来，从而避免在构件托盘与装配台之间的往复操作机械臂导致的工作效率低下的缺点；

三、通过提供具有抓取部分和保持部分的导光管抓取装置，可保持导光管在移动和装配过程中的姿态，从而便于自动化装配过程的实现；

四、通过提供诸如视觉辅助装置的辅助定位装置，能够实现各构件的移动和装配过程中的精确定位和姿态调整，从而便于自动化装配过程的实现；以及

五、通过在转盘上提供压具，能够在装配过程中消除夹子与散热器之间任何可能的干涉，并且能够管理夹子使之处于正确的装配位置。

至此，已经通过举例的方式详细地描述了认为本公开的优选实施例，但是本领域的技术人员将认识到：在不背离本公开物的精神的情况下，可以对其进行进一步的修改和变化，并且所有这些修改和变化都应当落入本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。