自动装配系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种自动装配系统，用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中，其特征在于，所述自动装配系统包括：移动单元，用于在水平平面内移动第二部件；视觉对准单元，用于视觉地引导移动单元，以便将第二部件移动到与第一部件对准的位置处；和步进插入单元，用于抓取和移动细长的第一部件，使细长的第一部件逐步地插入到第二部件的内孔中。与现有技术相比，本发明的插入操作完全由机器自动完成，因此，工作效率远远高于人工插入操作。而且能够防止细长的第一部件在插入操作中被折弯或折断，从而能够提高细长的第一部件的插入品质。
【专利说明】自动装配系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动装配系统和自动装配方法，用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中，尤其涉及一种用于将光纤插入到插芯的内孔中的自动装配系统和自动装配方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，将细长的丝状部件插入到另一个部件的内孔中是一件非常困难的事情，特别是，当细长的丝状部件是容易折弯的、脆弱的部件时，插入操作就变得更加困难。例如，本申请的附图3显示了将细长的光纤600插入插芯500的内孔中的示例，在该示例中，光纤600的直径大致为0.1250mm，其直径公差为±0.0007mm。插芯500的内孔的直径大致为0.1253mm，其直径公差为O?0.0007mm。
[0003]如图3所示，光纤600是高精度的光学元件，其不允许折弯，否则会影响光学性能。因此,将这么细的光纤600插入插芯500的如此小的内孔中是件非常困难的事情。在现有技术中，通常米用手工方法将光纤600插入插芯500的内孔中，但是由于光纤600和插芯500的内孔都非常小，很难将光纤600与插芯500的内孔对准，需要耗费大量的时间，而且，在插入过程中，人手难以一直保持光纤600垂直向下地插入，因为人手会有微小的颤动，容易导致光纤600折弯，甚至折断，严重影响光纤600的光学性能。
[0004]因此，现有的人工插入方法存在效率不高、费时费力、精度低和废品率高等诸多缺点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
[0006]本发明的一个目的在于提供一种用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中的自动装配系统和自动装配方法，其装配效率高。
[0007]本发明的另一个目的在于提供一种用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中的自动装配系统和自动装配方法，其装配精度高。
[0008]根据本发明的一个方面，其提供一种自动装配系统，用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中，其特征在于，所述自动装配系统包括:移动单元，用于在水平平面内移动第二部件；视觉对准单元，用于视觉地引导移动单元，以便将第二部件移动到与第一部件对准的位置处；和步进插入单元，用于抓取和移动细长的第一部件，使细长的第一部件逐步地插入到第二部件的内孔中。
[0009]根据本发明的一个实例性的实施例，所述细长的第一部件为光纤，所述第二部件为具有内孔的插芯。
[0010]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述移动单元包括:第一移动臂，能够在所述水平平面内沿第一移动方向移动；和第二移动臂，能够在所述水平平面内沿与第一移动方向垂直的第二移动方向移动，其中，所述第一移动臂被构造成能够随同所述第二移动臂一起沿第二移动方向移动，并且其中，所述插芯定位在所述第一移动臂上。
[0011]根据本发明的另一个实例性的实施例，在所述第一移动臂上设置有用于定位所述插芯的定位结构。
[0012]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述视觉对准单元包括:第一摄像机，能够沿平行于所述水平平面的第一拍摄方向拍摄所述插芯和所述光纤的照片；和第二摄像机，能够沿平行于所述水平平面的第二拍摄方向拍摄所述插芯和所述光纤的照片，所述第二拍摄方向不同于所述第一拍摄方向。
[0013]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一拍摄方向垂直于所述第二拍摄方向。
[0014]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述步进插入单元包括:第一抓取器;第二抓取器，沿竖直方向布置在第一抓取器的下方；第一伺服电机，用于在第一抓取器和第二抓取器一起抓取和保持住光纤时驱动第一抓取器和第二抓取器一起沿竖直方向向下移动一个步进距离；和第二伺服电机，用于在第二抓取器松开光纤时单独驱动第二抓取器沿竖直方向向上移动一个步进距离。
[0015]根据本发明的另一个方面，其提供一种自动装配方法，用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中，所述方法包括以下步骤:
[0016]SlOO:提供如权利要求所限定的自动装配系统；
[0017]S200:将第二部件定位在移动单元上，并用步进插入单元抓取住细长的第一部件；
[0018]S300:利用视觉对准单元的视觉引导，移动单元将第二部件移动到与第一部件对准的位置处；和
[0019]S400:步进插入单元将细长的第一部件逐步地插入到第二部件的内孔中。
[0020]根据本发明的一个实例性的实施例，所述细长的第一部件为光纤，所述第二部件为具有内孔的插芯。
[0021]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述移动单元包括:第一移动臂，能够在所述水平平面内沿第一移动方向移动；和第二移动臂，能够在所述水平平面内沿与第一移动方向垂直的第二移动方向移动，其中，所述第一移动臂被构造成能够随同所述第二移动臂一起沿第二移动方向移动，并且其中，所述插芯定位在所述第一移动臂上。
[0022]根据本发明的另一个实例性的实施例，在所述第一移动臂上设置有用于定位所述插芯的定位结构。
[0023]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述视觉对准单元包括:第一摄像机，能够沿平行于所述水平平面的第一拍摄方向拍摄所述插芯和所述光纤的照片；和第二摄像机，能够沿平行于所述水平平面的第二拍摄方向拍摄所述插芯和所述光纤的照片，所述第二拍摄方向不同于所述第一拍摄方向。
[0024]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一拍摄方向垂直于所述第二拍摄方向。
[0025]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述步进插入单元包括:第一抓取器;第二抓取器，沿竖直方向布置在第一抓取器的下方；第一伺服电机，用于在第一抓取器和第二抓取器一起抓取和保持住光纤时驱动第一抓取器和第二抓取器一起沿竖直方向向下移动一个步进距离；和第二伺服电机，用于在第二抓取器松开光纤时单独驱动第二抓取器沿竖直方向向上移动一个步进距离。
[0026]根据本发明的另一个实例性的实施例，所述步骤S400包括以下步骤:
[0027]S401:第一抓取器和第二抓取器一起抓取和保持住光纤(600)，并一起沿竖直方向向下移动一个步进距离，以便将光纤向下插入一个步进距离；
[0028]S402:第二抓取器松开光纤，并沿竖直方向向上移动一个步进距离，然后再次抓取和保持住光纤；和
[0029]S403:重复前述步骤S401和S402，直至光纤在插芯的内孔中被插入到预定深度。
[0030]与现有技术相比，本发明的插入操作完全由机器自动完成，因此，工作效率远远高于人工插入操作。而且能够防止细长的第一部件在插入操作中被折弯或折断，从而能够提高细长的第一部件的插入品质。
[0031]例如，具体而言，本发明利用交叉设置的一对摄像机来引导光纤与插芯的内孔对准，因此，提高了对准精度和效率，而且，本发明利用沿竖直方向布置的上、下两个抓取器来抓取和移动光纤，因此，能够使光纤一直保持竖直，光纤不容易被折弯，并且由于下面的一个抓取器能够非常接近插芯的端面，因此，光纤在抓取点与插芯的端面之间的距离非常短，所以，光纤更不容易被折弯或折断。
[0032]通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的自动装配系统的立体示意图；
[0034]图2显示图1中的步进插入单元的立体示意图，其中显示出了作为细长的第一部件的光纤和作为具有内孔的第二部件的插芯；
[0035]图3显示将细长的光纤插入插芯的内孔中的示意图；
[0036]图4显示图1中的一对交叉布置的摄像机的示意图；
[0037]图5a和图5b显示图1中的一对摄像机拍摄的一组照片；和
[0038]图6a和图6b显示图1中的一对摄像机拍摄的另一组照片。
【具体实施方式】
[0039]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0040]图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的自动装配系统的立体示意图。
[0041]图1所示的自动装配系统用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中，例如，参见图2和图3，用于将细长的光纤600插入到插芯500的内孔中。但是，请注意，本发明不局限于图示的实施例，本发明的自动装配系统可以适用于将任何类型的细长的丝状元件插入到一个部件的内孔中的情形。
[0042]在图1所示的实施例中，自动装配系统主要包括:移动单元101、102，视觉对准单元201、202和步进插入单元301、302。
[0043]如图1所示，移动单元101、102，视觉对准单元201、202和步进插入单元301、302安装在一个水平的工作台或工作基座100上。移动单元101、102用于在水平平面内移动插芯500 (参见图2)。视觉对准单元201、202用于视觉地弓I导移动单元101、102，以便将插芯500移动到与光纤600对准的位置处，即移动到插芯500的内孔与光纤600对准的位置处。步进插入单元301、302用于抓取和移动细长的光纤600，使细长的光纤600逐步地插入到插芯500的内孔中。
[0044]如图1所示，移动单元主要包括第一移动臂101和第二移动臂102。在图1所示的实施例中，第一移动臂101能够在水平平面内沿第一移动方向移动。第二移动臂102能够在水平平面内沿与第一移动方向垂直的第二移动方向移动。
[0045]在本发明的一个实例性的实施例中，第一移动臂101安装在第二移动臂102上，因此，第一移动臂101被构造成能够随同第二移动臂102—起沿第二移动方向移动，并且在第一移动臂101上设置有用于定位插芯500的定位结构110，例如，与插芯500配合的定位孔。因此，当插芯500定位在第一移动臂101的定位结构110上时，插芯500就可以随第一移动臂101和第二移动臂102 —起在水平平面内移动，从而能够调节插芯500在水平平面内的位置，使得插芯500的内孔与光纤600对准。
[0046]在图示的实施例中，第一移动臂101和第二移动臂102分别具有独立的驱动系统，用于驱动它们沿各自的方向移动。
[0047]图4显示图1中的一对交叉布置的摄像机201、202的示意图。如图1和图4所示，视觉对准单元主要包括第一摄像机201和第二摄像机202。在图1和图4所示的实施例中，第一摄像机201能够沿平行于水平平面的第一拍摄方向拍摄插芯500和光纤600的照片。第二摄像机202能够沿平行于水平平面的第二拍摄方向拍摄插芯500和光纤600的照片，第二拍摄方向不同于第一拍摄方向。例如，在图4的实施例中，第一拍摄方向与第二拍摄方向垂直，这样进行坐标变换和位置计算时比较方便，但是，本发明不局限于此，第一拍摄方向与第二拍摄方向之间的夹角可以不等于90度，也可以为45度、60度或其它角度。
[0048]下面将借助图5a、图5b、图6a和图6b来解释视觉对准单元的工作原理。
[0049]图5a和图5b显不图1中的一对摄像机拍摄的一组照片，其中图5a为弟一摄像机201拍摄的一个照片，图5b为第二摄像机202拍摄的一个照片。
[0050]如图5a和图5b所示，可以清楚地看出，在两幅图中，光纤600都偏离插芯500的中心(内孔)，这说明，光纤600没有与插芯500的内孔对准，因此，可以根据获取的照片，计算出插芯500的轴心在由第一拍摄方向和第二拍摄方向构成的第一坐标系内相对于光纤600的轴心(即原点)的位置，然后可以将插芯500的轴心在第一坐标系内相对于光纤600的轴心(即原点)的位置转换成在由第一移动方向和第二移动方向构成的第二坐标系内相对于光纤600的轴心(即原点)的位置，从而可以控制第一移动臂101和第二移动臂102将插芯500移动到与光纤600对准的位置处，即，移动到插芯500的轴心与光纤600的轴心相互对准的位置处。
[0051]图6a和图6b显示图1中的一对摄像机拍摄的另一组照片，其中图6a为第一摄像机201拍摄的一个照片，图6b为第二摄像机202拍摄的一个照片。
[0052]在图6a和图6b显示的两幅照片中，插芯500的轴心与光纤600的轴心都相互对准，因此，可以判断插芯500已经被移动到与光纤600对准的位置处。
[0053]图2显示图1中的步进插入单元的立体示意图。
[0054]在图1和图2所示的实施例中，步进插入单元主要包括第一抓取器301、第二抓取器302、第一伺服电机401和第二伺服电机402。
[0055]如图1和图2所示，第二抓取器302沿竖直方向布置在第一抓取器301的下方，这样能够同时抓取在光纤600的沿竖直方向的两个不同的位置处，采用上、下两点抓持，可以提高抓持光纤600的稳定性。而且，下面的第一抓取器301可以设置成非常接近插芯500的端面，这样，位于下面的第一抓取器301和插芯500的端面之间的光纤600的长度就非常短，因而，不容易折弯或折断光纤600。
[0056]在图示的实施例中，第一抓取器301和第二抓取器302分别具有用于执行抓取动作的独立的驱动系统。本发明的抓取器可以采用现有技术中任一种合适的抓取器。
[0057]如图1和图2所不,第一伺服电机401用于在第一抓取器301和第二抓取器302一起抓取和保持住光纤600时驱动第一抓取器301和第二抓取器302 —起沿竖直方向向下移动一个步进距离。第二伺服电机402用于在第二抓取器302松开光纤600时单独驱动第二抓取器302沿竖直方向向上移动一个步进距离。
[0058]下面将详细说明使用图示的自动装配系统进行装配的方法。
[0059]在本发明的一个实例性的实施例中，提供一种自动装配方法，用于将细长的第一部件(例如光纤600)插入到第二部件(例如插芯500)的内孔中，所述方法包括以下步骤:
[0060]SlOO:提供前述的自动装配系统；
[0061]S200:将第二部件定位在移动单元上，并用步进插入单元抓取住细长的第一部件；
[0062]S300:利用视觉对准单元的视觉引导，移动单元将第二部件移动到与第一部件对准的位置处；和
[0063]S400:步进插入单元将细长的第一部件逐步地插入到第二部件的内孔中。
[0064]下面，将以图不的自动装配系统将光纤600插入插芯500的内孔中的实施例为例，来详细说明前述步骤S400的过程。前述步骤S400包括以下步骤:
[0065]S401:第一抓取器301和第二抓取器302 —起抓取和保持住光纤600，并一起沿竖直方向向下移动一个步进距离，以便将光纤600向下插入一个步进距离；
[0066]S402:第二抓取器302松开光纤600，并沿竖直方向向上移动一个步进距离，然后再次抓取和保持住光纤600 ;和
[0067]S403:重复前述步骤S401和S402，直至光纤600在插芯500的内孔中被插入到预定深度。
[0068]在本发明的前述实施例中，步进距离是可以根据实际需要自由设定的，例如，每一步的步进距离可以为0.1mm。但是，在一开始时，第二抓取器302应当抓取在光纤600的距离插芯500的上端面尽量大的位置处(在光纤弯曲屈服强度范围内)，例如，距离插芯500的上端面2mm的位置处，而第一抓取器301应当抓取在光纤600的距离插芯500的上端面尽量小的位置处，例如，距离插芯500的上端面两个步进距离的位置处，这样，就能保证光纤在插装过程中不弯曲或折断。
[0069]虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
[0070]虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，并且各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
[0071 ] 应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另夕卜，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。
【权利要求】
1.一种自动装配系统，用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中，其特征在于，所述自动装配系统包括: 移动单元，用于在水平平面内移动第二部件； 视觉对准单元，用于视觉地引导移动单元，以便将第二部件移动到与第一部件对准的位置处；和 步进插入单元，用于抓取和移动细长的第一部件，使细长的第一部件逐步地插入到第二部件的内孔中。
2.根据权利要求1所述的自动装配系统，其特征在于: 所述细长的第一部件为光纤￠00)，所述第二部件为具有内孔的插芯(500)。
3.根据权利要求2所述的自动装配系统，其特征在于，所述移动单元包括: 第一移动臂(101)，能够在所述水平平面内沿第一移动方向移动；和 第二移动臂(102)，能够在所述水平平面内沿与第一移动方向垂直的第二移动方向移动， 其中，所述第一移动臂(101)被构造成能够随同所述第二移动臂(102) —起沿第二移动方向移动，并且 其中，所述插芯(500)定位在所述第一移动臂(101)上。
4.根据权利要求3所述的自动装配系统，其特征在于， 在所述第一移动臂(101)上设置有用于定位所述插芯(500)的定位结构(110)。
5.根据权利要求2所述的自动装配系统，其特征在于，所述视觉对准单元包括: 第一摄像机(201)，能够沿平行于所述水平平面的第一拍摄方向拍摄所述插芯(500)和所述光纤(600)的照片；和 第二摄像机(202)，能够沿平行于所述水平平面的第二拍摄方向拍摄所述插芯(500)和所述光纤￠00)的照片，所述第二拍摄方向不同于所述第一拍摄方向。
6.根据权利要求5所述的自动装配系统，其特征在于，所述第一拍摄方向垂直于所述第二拍摄方向。
7.根据权利要求2所述的自动装配系统，其特征在于，所述步进插入单元包括: 第一抓取器(301)； 第二抓取器(302)，沿竖直方向布置在第一抓取器(301)的下方； 第一伺服电机(401)，用于在第一抓取器(301)和第二抓取器(302) —起抓取和保持住光纤(600)时驱动第一抓取器(301)和第二抓取器(302) —起沿竖直方向向下移动一个步进距离；和 第二伺服电机(402)，用于在第二抓取器(302)松开光纤(600)时单独驱动第二抓取器(302)沿竖直方向向上移动一个步进距离。
8.一种自动装配方法，用于将细长的第一部件插入到第二部件的内孔中，所述方法包括以下步骤: SlOO:提供如权利要求1所限定的自动装配系统； S200:将第二部件定位在移动单元上，并用步进插入单元抓取住细长的第一部件； S300:利用视觉对准单元的视觉引导，移动单元将第二部件移动到与第一部件对准的位置处；和 5400:步进插入单元将细长的第一部件逐步地插入到第二部件的内孔中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于: 所述细长的第一部件为光纤￠00)，所述第二部件为具有内孔的插芯(500)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述移动单元包括: 第一移动臂(101)，能够在所述水平平面内沿第一移动方向移动；和 第二移动臂(102)，能够在所述水平平面内沿与第一移动方向垂直的第二移动方向移动， 其中，所述第一移动臂(101)被构造成能够随同所述第二移动臂(102) —起沿第二移动方向移动，并且 其中，所述插芯(500)定位在所述第一移动臂(101)上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于， 在所述第一移动臂(101)上设置有用于定位所述插芯(500)的定位结构(110)。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述视觉对准单元包括: 第一摄像机(201)，能够沿平行于所述水平平面的第一拍摄方向拍摄所述插芯(500)和所述光纤(600)的照片；和 第二摄像机(202)，能够沿平行于所述水平平面的第二拍摄方向拍摄所述插芯(500)和所述光纤￠00)的照片，所述第二拍摄方向不同于所述第一拍摄方向。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一拍摄方向垂直于所述第二拍摄方向。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步进插入单元包括: 第一抓取器(301)； 第二抓取器(302)，沿竖直方向布置在第一抓取器(301)的下方； 第一伺服电机(401)，用于在第一抓取器(301)和第二抓取器(302) —起抓取和保持住光纤(600)时驱动第一抓取器(301)和第二抓取器(302) —起沿竖直方向向下移动一个步进距离；和 第二伺服电机(402)，用于在第二抓取器(302)松开光纤(600)时单独驱动第二抓取器(302)沿竖直方向向上移动一个步进距离。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤S400包括以下步骤: 5401:第一抓取器(301)和第二抓取器(302) —起抓取和保持住光纤￠00)，并一起沿竖直方向向下移动一个步进距离，以便将光纤￠00)向下插入一个步进距离； 5402:第二抓取器(302)松开光纤(600)，并沿竖直方向向上移动一个步进距离，然后再次抓取和保持住光纤￠00);和 5403:重复前述步骤S401和S402，直至光纤(600)在插芯(500)的内孔中被插入到预定深度。
【文档编号】G02B6/38GK104330851SQ201310308321
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】胡绿海, 李航, 谢逢春 申请人:泰科电子(上海)有限公司