用于校准安装设备的方法与流程

通常通过使用装配有夹持器作为末端执行器的机器人或类似定位设备来执行电线束(electrical line harnesses)的基于机器的制造。通常，这种夹持器直接地保持接触部件或者将接触部件保持在电线处，将所述接触部件移动至所期望的空腔中并且将所述接触部件插入空腔中。术语“连接器外壳”基本上还意指插座外壳、夹杆等。为了确保可靠且有效的安装处理，需要系统的各个组件的位置的准确知识。

出于成本的原因，传统电线的连接器外壳和接触部件都不能按严格容差容限来制造。因此，当使用公共安装设备时，重复出现关于定位的不准确，由此使得难以进行可靠且有效的操作。借助于图像捕获装置观察保持器这里仅可以部分地帮助。具体地，图像捕获装置一般不会考虑仅在定位和插入移动过程中引起的夹持器的位置偏差。

DE 10 2007 027 877 A1公开了一种校准针对接触元件的设置头的方法，其中，校准板被横向可移动地安装在保持器上，并且随后接触销被插入校准板的通道中。在插入处理之后，校准板被锁定并且由相机来确定通道的位置。

本发明的目的是，即使当使用具有容差的定位设备、连接器外壳、保持器和/或接触部件时，也允许利用附接至电线的接触部件精确、无误差且快速地安装连接器外壳。

该目的的解决方案通过用于校准具有权利要求1的特征的安装设备的方法来实现。

根据本发明，这样的方法包括以下步骤：

(i)将标记载体附接至所述保持器，

(ii)利用所述可移动夹持器夹持标记装置，

(iii)借助于所述夹持器和由所述夹持器夹持的所述标记装置在附接至所述保持器的所述标记载体上设置多个标记点，

(iv)借助于所述图像捕获装置确定所述标记点在所述标记载体上的位置，以及

(v)所确定的所述标记点的位置被存储在与所述控制单元相关的存储设备中。

由于利用在安装设备的正常操作期间定位和插入接触部件所使用的可移动夹持器相同的可移动夹持器来设置标记点，因此每个标记点精确地指示在定位系统的相应控制下的安装处理期间接近的位置。在本文中，位移移动与预定过程的偏差是不相关的。不管出现这样的偏差的程度以及他们如何引起，在任何情况下，这种标记点都指示由定位设备的相应控制得到的精确插入位置。

在安装设备的正常操作期间，可以重新获取所存储的标记点的位置并且在计算进行安装所需的夹持器的位移移动时考虑所述位置。利用根据本发明的校准方法，因此在机器控制内可以完全补偿安装设备和所设置的连接器外壳和接触部件的所有机械容差和偏差。根据本发明的校准方法的具体益处在于，可以利用简单装置并且具体地使用已经设置的图像捕获装置来执行该方法。

优选地，在步骤(iii)中，所述夹持器根据所述定位设备的预定位移坐标，在横向于所述插入方向的位移平面中和与所述标记载体间隔开的所述标记装置一起分别移动至标记位置，其中，在步骤(v)中，所述位移坐标与所确定的相关标记点的位置一起被分别存储在所述存储设备中。因此，标记点均被分配给作为生成标记点所基于的那些位移坐标。在该构造中，不仅标记点的位置被存储在存储设备中，而且相应的因果控制参数也被存储在存储设备中。在完成校准方法之后，在安装设备的正常操作期间，可以继续进行该方法，使得利用预定插入位置来定位合适位移坐标或控制参数。

优选地，在步骤(iii)中，在所述夹持器已经到达所述标记位置之后，所述夹持器分别沿所述插入方向朝向所述标记载体移动。以这种方式，如果接触部件将由夹持器而不是标记装置保持，则每个标记点被精确地设置在将插入接触部件的位置处。因此，标记点的位置与接触部件的插入位置直接并且立即相关联。

本发明的实施方式提供了，在步骤(iv)中，相对于所述图像捕获装置能识别的在所述保持器上设置的基准标记，确定所述标记点在所述标记载体上的位置。通过使用这种基准标记，可以特别精确地确定标记点相对于保持器的位置—即使当在步骤(iv)中确定标记点在标记载体上的位置时所述图像捕获装置具有各种位置。

在步骤(v)中，所述基准标记的位置也可以被存储在所述存储设备中。所存储的基准标记的位置可以被用作其它保持器的基准值。

本发明的特定实施方式提供了，连接到所述保持器并且优选地由金属片制成的、具有至少一个具体地冲压的或激光加工的凹口的基准体被设置为基准标记。在合适照射的情况下以相对高的精度来检测相机图像中的尖锐边缘凹口是可能的。激光加工的金属片形式的基准体的生产相对廉价。如果必要，可以从基准体的两侧检测凹口的边缘，而不管图像捕获装置是在保持器的前面还是后面。为了确保基准标记的特别可靠检测，可以提供多个凹口在基准体上的布置。

本发明的另一实施方式提供了，在步骤(iii)中，所述夹持器初始被移动至所述基准标记并且从那里移动至相应标记位置。可以通过图像捕获装置验证标记装置相对于基准标记的定位。以这种方式，相对于夹持器的坐标系设置标记点。

在步骤(iii)中，所述标记点可以被设置成行或列，优选地彼此以均匀距离设置。以这种方式，可以在标记载体上创建带有分隔的标记点的行，这些行可以类似于用于确定位置的标度被使用。

具体地，在步骤(iii)中，可以通过重复地行式或列式设置标记点，至少在保持所述连接器外壳的所述保持器的操作区域上延伸，在所述标记载体上创建栅格状点阵列。通过这种栅格状点阵列，保持器的整个区域和(如果必要)甚至整个保持器可以被包括在校准中。

优选地，在步骤(i)中，平坦加标记介质被用作标记载体，具体地，纸或箔元件。可以容易地将这种平坦加标记介质附接至保持器的面向夹持器的前面。为此目的，可以在保持器处设置合适附接装置(诸如，例如，一个或更多个夹杆)。

在步骤(ii)中，具体地，销、针、激光头或热元件可以被用作标记装置。销或针的使用是特别成本有效的。相比之下，激光头或热元件的使用允许设置特别精细和/或结构化的标记点。

本发明的另一实施方式提供了，在所述安装设备的安装台处执行步骤(iii)，并且在所述安装设备的与所述安装台分离的测量台处执行步骤(iv)。在安装设备处设置测量台和单独的安装台是过程上有利的。特别地，在此实施方式中，在测量台处已经测量了带有连接器外壳的另一保持器时，可以在正常操作期间插入接触部件。有利地，两个台都可以用于系统的校准。

本发明的另一实施方式提供了，在步骤(iv)中，所述图像捕获装置借助于另一定位设备被相继移动至各个标记点，其中，所述标记点在所述标记载体上的位置均根据另一定位系统的位移位置和所述标记点在所捕获的图像中的位置来确定。通过单独地接近标记点，可以以非常高的分辨率来确定标记点在图像中的位置。为了成本有效，由于单独地接近标记点，所以能够使用具有相对低分辨率的图像捕获装置。

可以假设保持器适于保持多个连接器外壳，其中，在步骤(iii)中，所述标记点被设置成，使得至少两个(优选地，至少五个)标记点与每个所保持的连接器外壳相关。这确保了任何位置偏差的足够准确考虑。

本发明还涉及一种用于利用附接至电线的接触部件自动安装连接器外壳的安装设备，该安装设备包括：保持器，其用于连接器外壳；定位设备，其具有可移动夹持器，所述可移动夹持器用于相对于保持器定位所述接触部件并且用于将所述接触部件沿插入方向插入所述连接器外壳的空腔中；图像捕获装置，其用于捕获所述保持器的至少部分的至少一个空间分辨图像；以及控制单元，其用于确定所述空腔在至少一个空间分辨图像中的位置并且用于使用所确定的所述空腔的位置确定将所述接触部件插入所述空腔中所需的所述夹持器的移动。

根据本发明，安装设备的控制单元被构造成如上所述地执行校准方法。这种校准功能允许可靠地补偿整个系统的所有容差和偏差。

在从属权利要求、说明书和附图中还指定了本发明的另外进展。

下文中，将参照附图通过示例的方式来描述本发明。

图1示出在正常操作期间根据本发明的安装设备的测量台。

图2示出在正常操作期间根据本发明的安装设备的安装台。

图3示出根据本发明的校准处理期间的图2的安装台。

图4示出根据本发明的校准处理期间的图1的测量台。

图1中示出的测量台10形成根据本发明的安装设备的输入部件并且包括固定了多个连接器外壳14的面板状保持器12。可以可选地使用附加的单独保持器将连接器外壳14例如锁定在保持器12的插座(receptacle)中。多个空腔16分别位于连接器外壳14的后侧，以下将描述的接触部件可以被插入所述空腔16中。另外，将为薄金属片的基准板17附接至保持器12，在基准板17中激光加工多个凹口18。

设置具有相关图像处理系统(未示出)的第一相机19形式的图像捕获装置，以捕获包括保持器12固定有连接器外壳14的部分的空间分辨图像。第一相机19被附接至相机定位系统20，借助于所述相机定位系统20，可以将第一相机19位置上移动到单独连接器外壳14前面。在所示的实施方式中，相机定位系统20被构造为两轴线性系统。出于清晰的原因，以正视图描绘了具有固定连接器外壳14和相机定位系统20的保持器12，而以平面图示出了第一相机19。保持器12、基准板17、相机定位系统20和第一相机19已经被分配了被示出为图1中的箭头布置并且用附图标记61-64指定的各自坐标系统。

图2中示出的安装台24和与图1中示出的测量台10相同的安装设备相关并且优选地程序上是下级。可以借助于运输系统(未示出)将包括固定连接器外壳14的图1中示出的保持器12运输到安装台24。在安装台24处，设置包括图像处理系统(未示出)的第二相机26。以平面图示出的相机26被布置在以正视图示出的保持器12后面—即，在背离空腔16的一侧上—在基准板17的区域中，使得所述相机26具有基准板17的凹口18的视图。在保持器12前面是两个夹持器28a、28b，夹持器28a、28b组合成双夹持器并且可以借助于夹持器定位系统30移动。第二相机26的坐标系65和夹持器定位系统30的坐标系66也被示出为图2中的箭头布置。

夹持器定位系统30这里被构造为线性系统，其中，夹持器28a、28b可沿着各自的x轴、y轴和z轴在插入方向E和与插入方向E的相反方向上移动，并且还在与插入方向成直角延伸的位移平面中移动。还可以设置用于移动夹持器28a、28b而非夹持器定位系统30的机器人。夹持器28a、28b中的每个适于经由附接至所述夹持器28a、28b的电线34保持接触部件32a、32b。在例示的实施方式中，接触部件32a、32b二者通过公共电线34互连。

在安装设备的正常操作期间，例如，手动地将各个预制连接器外壳14最初锁定到保持器12的相关插座中。随后，具有固定的连接器外壳14的保持器12被运输到测量台10(图1)。然后，通过相机定位系统20使第一相机19在基准板17前面自动移动。与相机19相关的图像处理系统确定设置在基准板17中的凹口18的位置，并且因此限定保持器12的坐标系61的位置。随后，第一相机19被顺序地定位在各个连接器14前面。与第一相机19相关的图像处理系统确定连接器外壳14的各个位置和旋转位置。从数据库中取得各个空腔相对于相关连接器外壳14的相对位置。基于相机19在位移平面中的位置和所确定的连接器外壳14在图像中的位置，确定连接器外壳14相对于基准板17的相对位置。

在完成该测量处理时，具有连接器外壳14的保持器12被运输到安装台24(图2)。夹持器28a、28b二者在公共电线34处夹持各自接触部件32a、32b。夹持器28a、28b借助于夹持器定位系统30移动到基准板17的中心，相机26位于所述基准板17的中心后面。借助于与相机26相关的图像处理系统，确定第一接触部件32a相对于基准板17和保持器12的坐标系61的相对位置。借助于电子控制单元(未示出)，然后计算夹持器28a为了安装而进行的必要移动。然后，在考虑到所确定的相对于基准板17的相对位置的情况下，将具有接触部件32a的电线34移动到所期望的连接器外壳14，并且将接触部件32a沿插入方向E插入相关空腔16中。对于电线34的另一端上的第二接触部件32b，利用相同的处理步骤重复该方法。为了程序上的优化，针对两个接触部件32a、32b的处理步骤可以交叉。

为了确保安装设备的上述正常操作的无误差且有效处理，将所有坐标系61-66相对于彼此精确对准是非常重要的。具体地，坐标系61-66均需要正交地并且彼此成直角地对准。实际上，这只有通过大量的努力才能实现。

为了补偿各个坐标系61-66的误差对准，执行用于校准安装设备的方法，以下将参照图3和图4对所述方法进行更详细的描述。最初，将标记载体38例如以纸张或箔元件的形式附接至保持器12。为此，可以在保持器12上设置合适的附接装置(诸如，一个或更多个夹杆)(未示出)。在所示的实施方式中，标记载体38基本上覆盖保持器12的整个前表面，然而，设置留出基准板17的视图的凹口42。

具有附接的标记载体38的保持器12可选地被运输到安装台24并且被放置在第二相机26前面。第二相机26的坐标系65与基准板17的坐标系62对准。各个标记装置40a、40b替代电线34的端部被夹持器28a、28b夹持。标记装置40a、40b在图3中大体被示出为箭头。实际上，标记装置40a、40b具体地可以被构造为销、针、激光头或热元件。

具有夹持的标记装置40a的第一夹持器28被移动至基准板17的基准点。根据基准板17的坐标系62，夹持器28a首先沿x方向(即，沿着水平线)移动。以10mm的均匀距离，例如，停止移动并且夹持器28a沿插入方向E朝向标记载体38移动，直到标记装置40a的尖端与标记载体38接触为止，并且从而设置标记点50。随后，利用更改的垂直位置，创建另一行标记点50。重复进行标记点50的逐行设置，直到保持器12的整个操作区域52被栅格状点阵列54覆盖为止。

在设置所有标记点50之后，具有附接的标记载体38的保持器12被移动至测量台10(图1)并且被设置在第一相机19前面。第一相机19确定基准板17的位置，并且因此限定该特定保持器12的坐标系61。位置数据被存储在控制单元的存储设备中。它们可以被用作其它保持器12的基准值。然后，随后通过相机定位系统20将第一相机19移动至各个标记点50，并且标记点50在标记载体38上的位置均根据相机定位系统20的位移位置和标记点50在所捕获图像中的位置来确定。由此确定的标记点50的位置与夹持器定位系统30的位移坐标一起例如作为这些值的表被存储在存储设备中。随后，利用第二夹持器28b及其夹持的标记装置40b重复所述校准方法，其中，再次，夹持器定位系统30的位移坐标和标记点50的相应位置通常被存储在存储设备中。

在安装设备的后续正常操作中，可以使用所存储的校准数据根据连接器外壳14在保持器12处的位置来确定夹持器定位系统30的各个位移坐标。这里，可以通过合适的算术方法(例如，通过插值方法)来确定中间值。通过校准数据来确定与夹持器28a、28b的正交和线性移动的任何偏差(其例如导致栅格状点阵列54的梯形垫状或筒状失真的)，并且因此可以凭借控制来补偿所述偏差。如果必要，可以在任何时间执行安装设备的校准的检查。通过安装设备的上述控制单元来协调正常操作和校准二者。

本发明使得能够可靠且成本有效地校准整个安装设备。

附图标记列表

10 测量台

12 保持器

14 连接器外壳

16 空腔

17 基准板

18 凹口

19 第一相机

20 相机定位系统

24 安装台

26 第二相机

28a、28b 夹持器

30 夹持器定位系统

32a、32b 接触部件

34 电线

38 标记载体

40a、40b 标记装置

42 凹口

50 标记点

52 工作区域

54 点阵列

61 保持器的坐标系

62 基准板的坐标系

63 相机定位系统的坐标系

64 第一相机的坐标系

65 第二相机的坐标系

66 夹持器定位系统的坐标系