自动装配或插入方法与流程

本发明涉及一种将至少两个各连接一根芯线的接触元件自动装配或插入触点载体的各一个接触腔中的方法。

背景技术：

由现有技术已知各种不同的用于将接触元件自动装配或插入触点载体的接触腔中的方法。触点载体或者说触点载体的接触腔中通常需要插入大量紧挨在一起的接触元件。然而，由于接触元件以及与接触元件连接的芯线紧密布置在触点载体中，并且由于内部各插设有一个接触元件的接触腔紧密布置在触点载体中，实际操作时往往无法实现自动装配或插入。如果在需要插入大量接触元件的情况下不得不将接触腔布置成相互贴近，直接抓取接触元件的抓取器就会在将接触元件插入接触腔时触碰到周围的芯线及其接触元件，并且使其发生位移或变形，从而免不了将已经插入的接触元件拉出或令其变形。

再者，一般情况下不只是装配单个的接触元件，而是需要同时装配数个各连接一根芯线的接触元件，因为这些芯线属于同一条导线。一条导线中的芯线例如可能相互连接或相互绞合。这里的难题是无法逐个插装芯线或对应的接触元件，因为无法或很难在插入第一芯线的第一接触元件后稳妥地抓取并插入同一条导线的第二芯线的第二接触元件。因此，必须将一条导线的芯线的接触元件一起插入。此时，如果不是直接抓取接触元件，而是例如以对应的柔性芯线为着力点抓取接触元件，芯线的接触元件相对于彼此的定向和位置就有可能发生变化，使得接触元件不再受到直接导引，也不再必然地相互平行或平行于其被插入接触腔时所沿着的插入方向。如果接触元件不再彼此对准或对准插入方向，就不再能插入对应的接触腔，因为接触腔是平行于插入方向延伸的。

因此，现有技术中的已知方法不适合用来将数个接触元件，特别是一条导线的芯线的数个接触元件自动地或借助装配装置插入一个触点载体中。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是克服上述缺点并提供一种能以可靠的工艺将数个接触元件同时插入触点载体的接触腔中的方法。

这个目的通过根据权利要求1所述的特征组合而达成。

本发明提出一种将至少一个连接第一芯线的第一接触元件以及连接第二芯线的第二接触元件穿过触点载体的各一个装配开口而自动装配或插入并排布置的接触腔中的方法。为此，抓取装置在第一步骤中抓取第一和第二芯线，使得两个接触元件中的一者相对于另一个接触元件沿插入方向突出，从而在装配时是在前的。

第一和第二芯线优选属于同一条导线，此外还优选各包覆一个绝缘层。接触腔从装配开口相互平行地在触点载体中延伸，并且沿着其平行于插入方向的纵向具有数个区段。锁止及导引件可以沿着接触腔的区段延伸。对配接触元件从接触腔的与装配开口相对的一侧向接触腔内延伸。

通过抓取芯线以插入接触元件，同时让一个接触元件在前，可将两个接触元件插入或装入触点载体中。其中，接触元件在接触腔中的偏移最初是无害的，在后续的方法步骤中将被校正。在校正偏移之后或者在校正偏移的同时，接触元件在后续的方法步骤中还将到达接触腔中的最终锁止位置，接触元件在该最终锁止位置上分别与对配接触元件接触。

一个基本思路是：首先将突出的或者说在前的接触元件(第一接触元件)插入触点载体的对应的接触腔中，借此在正交于插入方向的方向上将该接触元件预固定住。另一个不在前的、也就是在后的接触元件(第二接触元件)在插入方向和正交于插入方向的方向上都还能被抓取器移动。通过抓取器沿插入方向的运动以及通过发生在此之前的或与此同时发生的正交于插入方向的运动，接下来可以将在后的接触元件插入，其中，在前的接触元件保持已插入。在前的接触元件由此在正交于插入方向的方向上被触点载体固定，而在后接触元件的正交于插入方向的偏离或偏移则可以通过抓取器的运动来进行补偿。在前接触元件的插入和接下来的在后接触元件的插入可由位置检测装置监测，该位置检测装置测定或直接控制接触元件相对于触点载体的定向或位置。位置检测装置可以是光学检测系统，例如摄像机系统，或者是3d扫描仪，或者优选是借助于力矩传感器的机械工作系统。作为替代方案，也可以使用像lidar或ladar这样的检测系统。

当两个接触元件插入触点载体或者说相应的接触腔中之后，它们分别由接触腔沿插入方向导引而可移动，但是以纵向上的偏移距离相对偏移，因此，第一接触元件伸入其接触腔的程度大于第二接触元件伸入其接触腔的程度，其伸入程度之差就是该偏移距离。由于抓取装置抓取的是接触元件所对应的芯线并且通过移动芯线来带动接触元件，因此，通过抓取装置的插入运动可以将接触元件更深地引入相应的接触腔中。抓取装置在插入运动中继续抓着芯线，其中在将接触元件引入相应的接触腔后，抓取装置也可以切换对芯线的抓取，切换抓取时，抓取装置松开芯线，重新定位，而后重新抓取芯线。插入运动优选具有将接触元件进一步推入相应的接触腔中的插入方向上的分量，以及正交于插入方向的运动分量。其中，抓取装置也可以旋转一定角度。通过抓取装置的旋转和/或正交运动分量，抓取装置在插入运动中进行补偿运动或摆动运动以补偿接触元件的偏移距离。通过补偿接触元件之间的偏移，接触元件被插入运动带到相同的最终位置上，从而能例如分别与对配接触元件接触，其中对配接触元件在各自的接触腔中布置在相同高度上。

所述方法的一个有利改进方案如下设置：所述抓取装置在与所述第一接触元件相隔第一预定距离处在所述第一芯线的第一抓取段处抓取所述第一芯线，同时在与所述第二接触元件相隔第二预定距离处在所述第二芯线的第二抓取段处抓取所述第二芯线。其中，所述抓取装置如此这般地抓取所述第一和第二芯线，使得所述第一接触元件相对于所述第二接触元件在其远离相应芯线的插入侧上以偏移距离偏移突出。其中，第一芯线的第一抓取段和第二芯线的第一抓取段可位于相同高度上并且相互平行。

此外，所述方法的以下变体是有利的：所述第一和第二接触元件经所述抓取装置导引而朝所述触点载体运动，所述第一接触元件经所述抓取装置导引而被引入第一装配开口中或者通过所述第一装配开口被引入所述第一接触腔中，接着，所述第二接触元件被引入第二装配开口中或者通过所述第二装配开口被引入所述第二接触腔中。第一装配开口属于第一接触腔，第二装配开口属于第二接触腔，其中装配开口和接触腔优选被触点载体的隔片隔开并且直接相邻。

根据另一有利改进方案，所述方法如下设置：在将所述第一接触元件的至少一个接触元件区段引入或插入所述第一装配开口中或者通过所述第一装配开口引入或插入所述第一接触腔中之后，为了将所述第二接触元件引入所述第二装配开口中或者通过所述第二装配开口引入所述第二接触腔中，所述抓取装置按照预定的搜寻模式(suchmuster)运动，直至所述抓取装置处于一位置，在所述位置上，所述第二接触元件可被引入或插入或者已被引入或插入所述第二装配开口中。按照搜寻模式进行的运动也可称为搜寻运动(suchbewegung)。其中，搜寻模式优选地既包含第二接触元件在抓取装置导引下沿插入方向所做的运动，又包含正交于插入方向的运动。举例而言，第二接触元件可以从其初始位置出发在插入第一接触元件之后以正交于插入方向的螺旋形运动离开其初始位置，其中在该螺旋形运动经过一段预定距离后，进行朝向触点载体的插入运动，若不能实现插入，则再度远离触点载体。其中，插入运动之间的距离优选为接触腔尺寸的一小部分，例如在接触腔开口为2mm的情况下，该距离为0.5mm。作为螺旋形运动的替代，也可以进行网格式移行，即，例如到达均匀分布在方形平面上的网格点。此外，也可以在将第一接触元件装入或插入第一接触腔时进行搜寻运动。

因此，在所述方法的另一有利实施方式中，所述抓取装置在按照所述预定搜寻模式运动时在反复进行插入运动的情况下将所述第二接触元件移向所述触点载体和移离所述触点载体。在两次插入运动之间，所述第二接触元件相对于按照所述预定搜寻模式所进行的所述插入运动发生正交偏移。

此外，以下方法变体是有利的：所述抓取装置具有用于实现力-距离导引式插装的力矩传感器。力矩传感器布置在上面固定着抓取装置的机械臂与抓取装置的抓取器之间，因此，该力矩传感器被构建为用于测量作用于抓取器的力和力矩。

根据另一有利改进方案，所述方法如下设置：所述力矩传感器在所述第一接触元件被引入或插入所述第一装配开口时测定所述抓取装置上的第一力和力矩分布。根据预定极限值测定所述第一接触元件是否已被引入所述第一装配开口或位于所述第一装配开口后面的所述第一接触腔中。举例而言，如果在将第一接触元件插入第一装配开口的过程中插入方向上出现过大的力，就表明接触元件撞到了某物(例如撞在位于两个接触腔之间的隔片或特意为此而设置的编码筋上，下文还将更详细地说明该编码筋)，导致接触元件必然发生偏移。如果插入时一个方向上出现力矩，接触元件就不平行于插入方向且不平行于接触腔，这就需要校正方位。如果接触元件平行于接触腔纵向地被引入接触腔，测量到的力分布就符合先前已知的模式或分布，这是因为接触元件的外表面贴靠接触腔的内表面。由于所述表面相互贴靠，接触元件只能以预定的力在接触腔中位移，这就可以根据力分布来测定接触元件是否已插入接触腔中以及插入程度有多大。如果第一接触元件在插入第一接触腔时就已发生碰撞，则也可以在第一次插入过程中以搜寻模式进行搜寻运动。通过沿着内表面设置突出物，借助于力矩传感器也可以到达预定的点，或者说将相应的接触元件仅插入至确定的点。

所述方法的以下改进方案是有利的：在借助所述力矩传感器测定所述第一接触元件已被引入或插入所述第一装配开口或所述第一接触腔之后，将所述第二接触元件引入或插入所述第二装配开口或位于所述第二装配开口后面的所述第二接触腔中。如前所述，第一接触元件是否已被引入第一接触腔，这例如在第一接触元件以先前已知的力进行运动的情况下，可以通过预定的距离或者通过力分布中的跃变来加以检测，即，第一接触元件何时到达伸入接触腔中的突出物处的预定位置。所述力矩传感器在所述第二接触元件被引入或插入所述第二装配开口或所述第二接触腔时测定所述抓取装置上的第二力和力矩分布。根据预定极限值测定所述第二接触元件是否已被引入所述第二装配开口或所述第二接触腔中。除了力和力矩分布，插入第一接触元件和插入第二接触元件时都还进一步测定插入行程，从而可以测定第一接触元件和/或第二接触元件以多大的力移动了多远的距离。其中，例如可以通过用于移动抓取装置的机器人的行程测量装置或位置检测装置来测定距离或插入行程。

根据所述方法的一个有利改进方案，所述第一抓取段与所述第一接触元件之间的所述第一距离大于所述第二抓取段与所述第二接触元件之间的所述第二距离，并且，所述第一接触元件相对于所述第二接触元件偏移。

在一个有利的方法变体中，所述偏移距离介于1mm与20mm之间。

在一个实施变体中，所述第一和第二抓取段在被所述抓取装置抓取时相互平行且相邻布置。

在进一步的方案中，所述第一和第二芯线在位于所述抓取段的远离所述接触元件的一侧上的区段中绞合在一起。

在一个实施变体中，所述抓取装置具有包括两个受驱抓取指的伺服电力驱动的平行抓取器以及在所述抓取指之间延伸的中间接片。抓取时各借助一个抓取指和所述中间接片抓取一条芯线，也就是第一或第二芯线。

为能移动所述抓取装置，在一个有利的构型变体中，所述抓取装置固定在关节臂机器人上且可由所述关节臂机器人驱动。以搜寻模式进行的搜寻运动由关节臂机器人实施，其中关节臂机器人的行程测量系统也测量插入过程中所走过的距离。将关节臂机器人所测量到的距离和力矩传感器所测量到的力和力矩传输至控制器，该控制器再对关节臂机器人进行控制。

第一和第二接触元件可分别具有与接触腔的对配编码件或对配锁止件相对应的编码件或锁止件。接触腔由于尺寸小而优选不具有引入斜面。在接触腔中，对配接触元件布置在接触腔的远离装配开口的一侧。接触腔的对配编码件也可以只在接触腔的一部分上延伸，使得接触元件的例如采用弹性设计的编码件可以卡入接触腔的对配编码件后面，从而永久固定在接触腔中或者只有被施加很大的力才会与接触腔分离。接触元件在与其纵向正交的横截面中具有介于1mm与2mm之间的宽度和高度，其中装配开口的宽度和高度与此相对应。可以在接触腔中例如分别形成编码筋以作为对配编码件，该编码筋使得接触腔的方形横截面不对称，使得接触元件只能借助与编码筋相对应的凹槽或滑动面以预定的姿态被插入接触腔中。

也可以在接触腔中形成预锁件，该预锁件向接触元件施加压力，使得接触元件只有在施加增大的力的情况下才能被插入接触腔中，或者只有用增大的拉力才能从接触腔中被拔出。预锁件可以确定预定位置并定义预锁位置。如果存在预锁件和对配锁止件或对配编码件，则从装配开口观测，其在接触腔中位于装配开口前方。预锁件例如可以是伸入接触腔中的突出物或用于缩窄接触腔的其他构件。

只要在技术上是可行的并且不存在冲突，则以上所揭示的特征可任意组合。

附图说明

关于本发明其他有利改进方案的特征请参阅从属权利要求，下面参照附图并结合本发明的优选实施予以详细说明。其中：

图1至图4为实施插入方式时的俯视图；

图5为触点载体的前视图。

具体实施方式

附图是例示性的示意图。图中的相同附图标记指向相同的功能特征和/或结构特征。

图1至图4分别示出具有数个接触腔的触点载体30，这些接触腔的一侧分别由装配开口界定或者说开启。需要将第一和第二接触元件11、21引入两个直接相邻的、仅被隔片隔开的接触腔中，即具有第一装配开口33的第一接触腔31和具有第二装配开口34的第二接触腔32。由于数个接触腔直接并排布置，所以就无法直接抓取接触元件，否则，抓取接触元件的抓取器会损坏或拔出已经插入周围接触腔中的其他接触元件。为了更清楚起见，以剖面图示出触点载体30，以便能看到接触腔，特别是第一和第二接触腔31、32。在接触腔中远离装配开口的一侧上分别设有图中未示出的与接触元件相配的对配接触元件。触点载体30优选不仅在一个平面中具有接触腔，而且也在正交于该平面的方向上具有接触腔，从而形成例如如图5所示的接触腔网格。

第一和第二芯线12、22在图中未示出的矫直装置中相对定向，使得第一和第二芯线12、22至少在其具有接触元件11、21的一侧上的区段中相互平行，并且使得接触元件11、21以偏移距离x相对偏移。图中未示出的抓取器在第一芯线12的第一抓取段13和第二芯线22的第二抓取段23处同时抓取第一和第二芯线12、22，所述抓取段被图示为阴影线(非剖面)。抓取器将第一和第二芯线12、22从矫直装置移动到触点载体前方的装配初始位置，以便根据测量到的矫直装置与装配初始位置之间的行程距离以及第一接触元件11的取决于矫直装置的位置而使第一接触元件11位于第一接触腔31的第一装配开口33前方。举例而言，当有机械拉力施加在第一和第二芯线12、22上时，第一接触元件11和/或第二接触元件21的分别图示为点划线的纵轴可能会不再平行于接触腔31、32的同样图示为点划线的纵轴。如果抓取器将纵轴未对准的芯线12、22沿插入方向s朝触点载体30移动，接触元件11、21就会撞在接触腔之间的隔片上并且无法被引入。

在图1至图4所示的示例中，第一接触元件11的纵轴还平行于接触腔31、32的纵轴。抓取器将芯线12、22沿插入方向s移近装配开口33、34并且将第一接触元件11通过第一装配开口33引入第一接触腔31。如果第一接触元件11不再对准并且撞在装配开口之间的其中一个隔片上，连接抓取器的力矩传感器就会测量插入方向上的力。如果测量到的力超过预定极限值，连接力矩传感器的控制器就会识别到第一接触元件11发生碰撞而无法被引入。基于测量到的力并且基于力矩传感器所测量到的力矩，重新对准接触元件并且以搜寻模式进行搜寻运动。在图示情况下，第一接触元件11通过第一装配开口33滑入第一接触腔31中。其中，第一接触元件11的外表面贴靠在第一接触腔31的朝向其纵轴的内表面上。由于所述表面相互贴靠，力矩传感器测量到的力低于预定极限值，因此，控制器确定第一接触元件11已被引入第一接触腔33。同时测量抓取器在插入方向上走过的距离，从而得知第一接触元件11进入第一接触腔31有多深。

通过借助抓取器沿插入方向s进一步移动第一和第二芯线12、22，第一接触元件11被进一步引入第一接触腔31，直至第二接触元件21贴靠触点载体30。如果第二接触元件21还对准着，它就会沿插入方向s运动并通过第二装配开口34被引入第二接触腔32，其中同样是第二接触元件21的外表面贴靠第二接触腔32的内表面，从而可以通过力矩传感器测定第二接触元件21已被引入第二接触腔32。然而在图2所示的情形中，第二接触元件21撞在隔片或界定第二接触腔32的壁上。在此情况下，力矩传感器在插入方向s上测量到的力就会超过预定极限值，控制器从而识别到第二接触元件21未对准第二接触腔32。基于力矩传感器所测量到的力和力矩，对抓取器进行重新定位，在此过程中，抓取器使第一和第二芯线12、22发生位移。由于这一重新定位是在极小的尺寸范围内进行，因而并不会从第一接触腔31中拉出第一接触元件11。如图3所示，重新对准之后沿插入方向s进行进一步的插入运动。当根据测量到的力和力矩测定第二接触元件21现在已被引入第二接触腔32时，抓取器通过芯线12、22将接触元件11、21一起更深地移入相应的接触腔31、32中，直至接触元件11、21处于图4所示的预定装配位置。而后，抓取器在第一和第二抓取段13、23处松开第一和第二芯线12、22。在接下来的步骤中，接触元件11、21被进一步推入接触腔31、32中，直至与图中未示出的对配接触元件发生接触。

但是，如果第二接触元件22在其纵轴平行于第二接触腔32的纵轴的情况下发生了相对于第二接触腔的位移，而这可以根据力矩传感器所测定的力和力矩来加以确定，抓取器就会按照预定的搜寻模式进行搜寻运动，其中，对准抓取器后沿插入方向所进行的第一次插入运动已经可被视为从属于该搜寻运动或搜寻模式。

图5为触点载体30在插入方向上的部分视图。触点载体30在此具有数个呈网格状并排叠置的装配开口，其中以剖面图被示出的第一接触元件11已被引入第一装配开口33。第二接触元件21的纵轴已平行于第二接触腔的纵轴定向，但与之正交偏移，这使得第二接触元件21的横截面与第二装配开口34不叠合，而是以图中呈现为黑色的区域41突出于第二装配开口。由于第二接触元件21在沿插入方向的插入运动中无法被引入第二接触腔，因此，抓取器按照搜寻模式42进行搜寻运动，其中，第一接触元件21在正交于插入运动的方向上被第一接触腔固定，抓取装置使第二接触元件21沿着路线42偏移。按照螺旋形路线42进行搜寻运动，其中每经过一段预定距离后就进行一次插入运动。在此过程中，如果第二接触元件21被引入第二接触腔，就停止搜寻运动，并继续沿插入方向插入第一和第二接触元件11、21。螺旋形路线42上的点表示的是沿着该路线进行插入运动的那些位置，其中插入运动分别包括沿插入方向朝向触点载体30的运动以及(在第二接触元件21未被引入第二接触腔的情况下)沿插入方向远离触点载体40的运动。需要再次说明的是，在第一接触元件11不再对准的情况下，也可以在将第一接触元件11引入第一接触腔时就已进行搜寻运动。

本发明的实施不限于前述优选实施例。凡是运用图示解决方案的技术变体，即便以完全不同的方式进行实施，也落入本发明的范围。举例而言，抓取装置可以在插入在前的接触元件后松开在前的接触元件，使得抓取装置仅还抓持着在后的接触元件，随后按照本发明的方法将在后的接触元件插入触点载体的相应的接触腔中。