用于对设置在安装板上的电气开关设备的电气部件进行布线的方法与流程

本发明涉及一种用于对设置在安装板上的电气开关设备的电气部件进行布线的方法。

背景技术：

在开关设备和控制系统的制造中，电气部件的布线是仍然主要由手动操作的最重要且最耗时的操作之一。不仅这个工作过程的高度复杂，而且最重要的是百分百完美无缺的要求对执行布线的工作人员提出了很高的要求。

在优化布线过程中，存在不同支持级别的各种技术辅助工具。这些范围从手动工具和/或用于线缆组装的半自动机器到完全组装单根线材(即按长度切割、剥离、施加线材末端套圈和压接)的全自动系统。以这种方式生产的预组装线缆然后可以输出为松散的单根线材、顺序互连或串接的线材或线材束。由de102015103444a1已知缠绕在卷轴上的线缆序列。be1019651a描述了一种集成到布线系统的末端执行器中的多功能处理头。de4431254a1和ep0917259b1分别描述了一种用于对电气装置的部件的连接点进行布线的方法和装置。ep0259394b1描述了一种用于铺设线缆的工具。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是进一步开发上述类型的方法，使其具有尽可能高的自动化程度。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法来解决。各从属权利要求均涉及本发明的有利实施例。

因此，该方法包括以下步骤：

-提供开关设备的设计，该设计至少包括与安装板上的开关设备的多个电气部件有关的位置信息和定向信息以及与电气部件中的每两个之间的多条布线有关的布线信息；

-对安装板上的电气部件的实际布置进行光学检测，并使位置信息和定向信息与实际布置匹配；并且

-按照布线顺序根据布线信息、匹配的位置信息和定向信息对电气部件进行自动布线。

开关设备的设计，即具体是与开关设备的多个电气部件有关的位置信息和定向信息以及与部件的布线有关的布线信息，可以例如直接由3d-ecad系统提供。该系统还可用于获取与电气开关设备有关的补充信息，只要其可以支持布线即可。该信息可以包括例如布线的各个线缆的各个组装。确定布线的自动化程度可以包括确定各个布线步骤的自动化适用性，其中电气开关设备的两个电气部件在每种情况下布线在一起。

光学检测可以包括对开关设备的多个电气部件的存在检查，光学检测包括对电气部件的实际布置的部件进行部件识别以及根据设计使识别部件与开关设备的多个电气部件匹配。

提供设计和将测试例程应用到布线信息以及在必要时调整布线信息以使自动化程度最大化可以在计算机辅助下进行，因此基本上与位置无关，并因此例如不一定必须在为布线提供的自动布线机上进行。例如通过在自动布线机上手动调用或通过读取产品识别码(例如rfid芯片)进行自动识别，可以将适配的布线信息导入布线系统。

对安装板上的电气部件的实际布置进行光学检测可以包括扫描其上设置有电气部件的安装板的安装平面。扫描可以通过机器人(例如关节臂机器人)来执行，该机器人包括具有光学检测装置的多功能末端执行器，例如照相机或扫描仪。多关节型机器人可以通过摄像头来逐行扫描安装板平面。摄像机也可以固定或可移动地设置在安装板上方。借助于对电气部件的实际布置的光学检测，可以记录电气部件在安装板水平上的局部布置的实际数据，并将其与开关设备设计中包含的目标数据以及设计的位置信息和定向信息进行比较。可以设定，如果超过一个或多个部件的局部布置的容差值，则将位置信息和定向信息调整到部件的实际布置。对电气部件的实际布置的光学检测可以包括对电气部件的单独标识的光学检测。然而，也可以使用共同的图像识别方法来执行电气部件的标识，其中根据所检测到的部件的几何形状和不同部件在安装平面上彼此的相对布置来推断电气开关设备的各个部件。

方法还可以包括对布线信息应用测试例程，以确定布线的自动化程度，并且如果需要，调整布线信息以使自动化程度最大化，其中，根据调整后的布线信息进行电气部件的自动布线。该方法还可以包括向设计报告至少一个非可自动布线，例如ecad系统。因此，非可自动布线可适于自动化。这可能包括选择替代的线缆路由或替代的电气部件，例如具有可由多关节型机器人的线缆端子自由接近的部件。

自动布线还可以包括使用机器人，优选地多关节型机器人，从用于提供预端接或未端接的线缆的传送接口移除预端接或未端接的线缆。传送接口可以是自动线缆组装机的输出端，也可以是单独的装置，在该单独装置上或处将单独预组装线缆的线缆序列布置或设置在所限定的布线序列中，以便能够例如在机器人的帮助下将它们从该装置中机械地和全自动地移除。

替代地或附加地，自动布线可以包括利用机器人(优选利用多关节型机器人)从用于传送至少部分预组装或未组装的线缆的传送接口移除至少部分预组装或未组装的线缆。在这种情况下，移除至少部分预组装的线缆可以包括从自动线缆切割机的传送接口移除切割成特定长度的线缆。在从传送接口移除线缆之后，该方法可以包括组装线缆的至少一个至少部分预组装末端或一个未组装末端，为此，利用机器人将线缆末端馈送到自动线缆末端加工机并且在线缆末端处理完成后由自动线缆末端加工机再次移除线缆末端。

机器人可以具有带有光学系统的多功能末端执行器，该光学系统用于定位线缆和/或电气部件的实际位置或用于检测安装板上的布线位置。末端执行器还可以包括具有集成传感器系统的夹具，该夹具用于拾取单独线材并用于接触、路由和执行拉断检查。末端执行器还可包括用于对所接触的导线连接进行电测试的工具，例如欧姆计或电流连续性计。

使用带有多功能末端执行器的多关节型机器人，可以在相对于安装板的安装平面的垂直方向、水平方向(即平行于安装板的安装面)上或者也可以在两个上述方向之间的任何倾斜角度，即例如在相对于安装板的安装平面的1°和89°之间的角度范围内，拾取、馈送和接触线缆，多关节型机器人可以是单臂式机器人或双臂式多关节型机器人，其中双臂式多关节型机器人可以实现为两个独立的机器人或者可以是具有两个臂的单个机器人。

提供开关设备的设计可以包括从ecad系统获得相应的设计数据集。在布线之前，该方法还可以包括组装过程，该组装过程也可以是自动化的，其中，根据开关设备的设计，特别是根据ecad数据集，安装板配备有待布线的电气部件。

该方法还可以包括发出至少一个布线指令，该布线指令是执行手动布线步骤的指令，该手动布线步骤被标识为在将测试例程应用于布线信息时不可自动化的布线步骤。手动布线步骤可以计算机化，如ep3392987a1中所述。

自动布线步骤可以包括按照用于对电气部件进行布线的布线顺序依次生产多个单独预组装的线缆，并且经由用于处理预组装线缆的传送接口提供单独预组装的线缆。该方法可以优选地“及时”生产和提供预组装线缆，使得线缆束和其他线缆序列的存储以及它们在线束制造商处的处理以及在必要时到开关设备制造商的运输是不需要的。

例如，可以设定，在进行第一布线步骤的同时，为第二布线步骤建立第二单独预组装线缆并且经由传送接口提供第二单独预组装线缆，在第一布线步骤中，利用单独预组装线缆中的第一单独预组装线缆建立两个电气部件之间的第一电气连接，第二布线步骤紧接第一布线步骤。

传送接口可以是例如线缆组件装置的输出端。然而，传送接口也可以是用于预组装线缆的单独支架，其中在相应的预生产之后，例如针对多关节型机器人，预组装线缆以限定的方向和移除位置被依次提供。

移除可以包括利用机器人夹持预组装线缆的第一预组装线缆末端、馈送第一预组装线缆末端并且使第一预组装线缆末端在第一个电气部件的线缆连接点处电气接触。为此，机器人可以具有带有夹具的多功能末端执行器，该夹具具有例如适配于预组装线缆的套圈等的外部几何形状的接收几何形状，并且还具有例如锥体的插入辅助装置，借助于插入辅助装置，将线缆末端插入电气部件的线缆连接点的插座中。

在接触所述第一预组装线缆末端后，将线缆的第二预组装线缆末端馈送到电气部件的第二电气部件的线缆连接点，并使其在线缆连接点处接触。

第一线缆末端和第二线缆末端的馈送和接触可以由同一个机器人执行，其中在第一线缆末端已经被接触之后，机器人从夹持线缆的第一线缆末端的夹具中释放或脱离预组装线缆，以随后通过夹具将预组装线缆从第一线缆末端运送到第二线缆末端，从而随后夹持第二预组装线缆末端，然后将其例如馈送到另一电气部件，用于进行接触。

以布线顺序依次生产多个单独预组装的线缆可以包括使用至少一个自动线缆组装机生产单独预组装的线缆。为此，多条单独预组装的线缆可以经由传送接口依次传送到至少一个机器人，优选地至少一个多关节型机器人。

自动布线包括按照布线顺序并根据布线信息预制造多条线缆，为此，机器人优选多关节型机器人，夹持未组装或仅部分预组装的第一线缆末端，将第一线缆末端馈送到自动线缆组装机，由此，第一线缆末端接收组件，优选为线材末端处理件，并且其中机器人然后将组装的第一线缆末端馈送到电气部件中的第一电气部件并将其与第一电气部件接触。

在预组装第一线缆末端之后并在馈送和接触第一线缆末端之前，机器人可以夹持第二线缆末端并将其馈送到自动线缆组装机，由此，第二线缆末端接收组件优选线材末端处理件。

使用机器人移除预组装或未组装的线缆可包括使用第一机器人移除线缆的第一线缆末端和使用第二机器人移除线缆的第二线缆末端，使得线缆的两端由不同的机器人保持。

两个机器人更优选地多关节型机器人可以以主从模式工作，直到接触两个线缆末端中的一个线缆末端，在主从模式下，主机器人将待布线的线缆末端先于另一线缆末端馈送到电气部件中的一者，同时从机器人引导待随后布线的所述线缆末端。两个机器人可以实现为单个双臂机器人或两个单独的机器人。

跟踪可以包括将待随后布线的线缆末端保持在距安装板的安装平面的最小距离处，和/或当所述线缆松弛时拉紧待随后布线的线缆末端，和/或在机械偏置的作用下保持待随后布线的线缆末端。

自动布线可以包括：在线缆末端已经被馈送到电气部件并与电气部件电接触之后，执行拉断控制。为此，例如，在多关节型机器人的多功能末端执行器的功能范围内实现的、具有张力敏感型夹具的机器人可以与所接触的线缆末端接合，并逆着线缆末端的接触方向向线缆末端施加预定拉扯力，其中，如果接触承受得住预定的拉扯力，则假定线缆末端正确接触。拉力敏感型夹具可以通过法兰连接到机械臂，该法兰具有力-扭矩传感器。或者，机器人可以在至少一个机械臂关节中具有扭矩传感器。

依据电气部件中的每两个电气部件的布线，布线信息可以包括至少一个线缆路由件以及至少一种线缆条件，该线缆路由件包括线缆源坐标、线缆目的地坐标和线缆源坐标与线缆目的地坐标之间的路由路径，线缆条件优选是线缆长度、线缆横截面、线缆颜色、线材末端处理件和/或线缆标记等。

在提供开关设备的设计时，从设计进一步提供部件信息，优选安装板的至少一个尺寸、电气部件中的至少一个电气部件或电气开关设备的另一部件的类型、电气部件中的至少一个电气部件的至少一个连接类型、电气部件的至少一个电气部件的连接坐标或电气部件中的至少一个电气部件的几何形状。

附图说明

以下参考附图解释本发明的进一步细节。其中：

图1示意性地示出了根据本发明的方法的实施例的流程图；

图2示出了用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第一实施例；

图3是用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第二实施例；

图4是用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第三实施例；

图5是用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第四实施例；

图6是用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第五实施例；

图7是用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第六实施例；

图8示出了用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第七实施例；

图9是用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第八实施例；以及

图10是用于执行根据本发明的方法的示例性装置的第九实施例。

具体实施方式

根据图1所示的本发明的方法，在第一步骤100中，提供开关设备的设计，该设计至少包括与安装板上的开关设备的多个电气部件有关的位置信息和定向信息以及与位于每两个电气部件之间的多条布线有关的布线信息。

在随后的步骤200中，例如，考虑可用于实施布线方法的装置的功能范围将测试例程应用于布线信息，以确定布线的最大可实现自动化程度。因此，例如，考虑到可用于实施布线方法的装置，如果需要，可以适配布线信息，以便实现自动化程度的最大化。布线信息的适配在步骤300中描述。对于手动布线310，可以舍弃不能自动化的布线步骤，使得在自动布线中不考虑该布线步骤。如ep3392987a1中所述，可以计算机化手动布线步骤310。手动布线310可以在已经执行拉断检查700之后或者在完成能够达到自动化程度的布线之后执行。

该方法还可以包括光学检测400安装板上的电气部件的实际布置，以及将位置信息和定向信息匹配500到实际布置，该安装板设置成用于对安装在机器人8上的照相机13或安装在安装板1上方的照相机13布线。光学感测400可以包括用激光轮廓测量系统和/或使用普通图像识别技术来扫描安装板的安装平面。该方法还可以包括生成用于执行布线的至少一个代码或至少一个机器人或机器控制。

随后，在步骤600中，可以按照预定的布线顺序并考虑(可能调整的)布线信息、调整后的位置信息和定向信息来执行电气部件的自动布线。布线600可以包括利用机器人从传送接口移除610至少部分预先端接的线缆或未端接的线缆。布线600可以替代地或另外地包括按布线顺序(可选地“及时”利用布线600)依次生产620多个单独预组装的线缆，使得下一个待布线的线缆总是被提供来在传送接口处进行拾取。

自动布线600可以包括利用机器人(优选使用多关节型机器人)从用于传送至少部分预组装或未组装的线缆的传送接口移除610至少部分预组装或未组装的线缆。

移除610至少部分预组装的线缆可以包括从自动线缆切割机的传送接口移除切割成预定长度的线缆。

在从传送接口移除610线缆之后，该方法还可以包括组装线缆的至少一个至少部分预组装末端或一个未组装末端，为此，利用机器人将线缆末端馈送到自动线缆末端加工机并且在线缆末端处理完成后由自动线缆末端加工机再次移除线缆末端。

移除610可以包括夹持630预端接线缆的第一预端接线缆末端和馈送640第一预端接线缆末端并且使第一预端接线缆末端电气接触650到第一电气部件的线缆连接点。

该方法还可以包括经由传送接口将多个单独预组装线缆依次传送622到至少一个机器人，该机器人优选被配置为多关节型机器人。

类似地，自动布线600可以包括按布线顺序并考虑布线信息预先组装601多根线缆。例如，布线信息可以包括用于两个电气部件的每个布线的至少一个线缆路由和至少一个线缆状况，优选线缆长度、线缆横截面、线缆颜色、线材末端处理和/或线缆标记。

在线缆末端已被供应到电气部件并与电气部件电接触之后，该方法可包括执行拉断控制700，为此，机器人例如利用张力敏感型夹具与所接触的线缆末端接合，并逆着线缆末端的接触方向向线缆末端施加预定的拉扯力。如果接触承受了预定的拉扯力并且尤其是线缆末端的脱开没有发生，则可以假定线缆末端正确接触。在步骤700中或在单独的步骤中，除了拉断检查之外，该方法还可以包括对所生成的线材连接件中的一者进行电测试。这可以包括确定电气接触电阻。

利用机器人移除610预组装或未组装的线缆可以包括利用第一机器人移除610线缆的第一线缆末端，并且利用第二机器人移除610线缆的第二线缆末端。因此，线缆的两端由不同的机器人保持。在该实施例中，两个机器人可以以主从模式操作，直到接触到两个线缆末端中的一者，其中，主机器人将待布线的线缆末端先于另一个线缆末端馈送到电气部件中的一者，而从机器人随后在同时执行步骤621的过程中馈送待布线的线缆。

跟踪621可以包括将待随后布线的线缆末端保持在距安装板的安装平面的最小距离处，和/或如果线缆松弛则拉紧待随后布线的线缆末端，和/或在机械偏置的作用下保持待随后布线的线缆末端。

图2至图10示出了用于执行根据本发明的方法的装置的示例性实施例，该方法用于对要在安装板1上形成的电气开关设备2的电气部件3进行布线。安装板1以示例性水平对准方式由安装板搬运车12保持，使得为了线缆馈送和线缆连接的目的，可以通过机器人8从上方接近部件3。取决于该实施例，安装板1可替代地设置成与水平面成一角度。

用于执行根据本发明的方法的示例性描述的装置可以连接到ecad系统，通过该系统提供开关设备的设计，如果需要，将测试例程应用于布线信息，由此，布线信息适用于使自动化程度最大化。将测试例程应用到布线信息并调整布线信息以使自动化程度最大化也可以独立于ecad系统而在与ecad系统和电气元件布线装置接合的单独计算机系统上执行。然后，计算机系统可以从ecad系统获取开关设备设计，将测试例程应用于布线信息，并对布线信息进行任何必要的调整。

用于执行布线操作的装置可以包括多功能末端执行器，其具有用于对安装板上的电气部件的实际布置进行光学检测的光学检测装置。在由多功能末端执行器的光学检测装置对电气部件的实际布置检测之后，如果需要，该信息可以被计算机系统用于执行位置信息和定向信息与实际布置的对准。然后，计算机系统将开关设备的相应适配的设计或由此生成的机器控制程序发送到用于对电气部件进行布线的装置，使得该装置可以按照预定的布线次序执行电气部件的自动布线，该预定的布线顺序可以已由计算机系统作为布线信息适配的一部分进行修改，以使自动化程度最大化。

在图2所示的装置的实施例中，多个自动线缆切割器9.1各自提供特定类型a-d的线缆以及特定长度的线缆。线缆类型a-d可以在例如线缆横截面、线缆颜色或其他线缆特征方面不同。原则上，本发明不限于一定数量的线缆类型。然而，优选地，应当提供在至少一种线缆特征方面不同的至少两种线缆类型。包括线缆长度的所有线缆特性均可以例如以ecad系统提供的设计文件的形式从开关设备的设计中获取。

单臂多关节型机器人8从提供所需类型的线缆5的自动线缆切割机9的接口6直接引出，以将用于预期类型的线材末端处理的切割线缆5一个接一个地馈送到自动线缆末端处理机9.2，以使两端7分别进行所需的后处理。后处理可特别是包括剥离、施加线材末端套圈和压接线材末端套圈。

在芯材末端处理之后，单臂多关节型机器人8可以按照开关设备2的设计，特别是根据开关设备2的设计的开关设备2的线材部件3，以参考图1描述的方式处理由此在安装板1上获得的预组装线缆5。

图3所示的实施例与图2所示的实施例的不同之处在于使用双臂多关节臂机器人8代替单臂多关节臂机器人8。如图所示，双臂关节臂机器人8可以实现为两个独立的机器人，或者其可以是具有两个臂的单个机器人。对于本申请涉及的第一机器人和第二机器人，具体是第一关节臂机器人和第二关节臂机器人8，也可以通过图3所示的双臂关节臂机器人8来实现。(多)关节型机器人8的两个臂可以协同工作，如参考图1所述。具体地，通过以主从模式操作两个机械臂，其中，主机械臂8提供来对第一线缆末端7进行布线，而从机械臂8提供来跟踪相对的线缆末端7，例如以使得维持相对的线缆末端7到安装板1的特定最小距离的方式，以便避免线缆5与设置在安装板1上的电气部件3缠结，或者以便在由机器人在待彼此电气接触的两个部件3之间执行线缆路由期间有利于线缆5插入线缆管道。

图4所示的实施例与图3所示的实施例的不同之处在于，提供了另一个多关节臂机器人8，用于以上述方式在自动线缆组装机9.1、9.2的帮助下及时生产预组装线缆，并将它们传送到两臂式多关节臂机器人8。

图5中所示的实施例示出了使用换线器10，借助于该换线器，根据需要向单个自动线缆切割机9.1供应不同类型的a-d类型的线缆，这些线缆从不同来源获得，例如从如图所示的线缆卷筒获得。自动线缆切割机9.1的传送系统11从换线器10取出线材末端，根据需要，该线材末端设置在换线器10处。换线器10可相对于传输系统11在其不同的引出点(由垂直双箭头所示)之间移动，使得可以根据需要将所需的a-d型线材供应到自动线缆切割机9.1。

根据图6的实施例示出了根据图5的实施例的变型，其中使用双臂式多关节臂机器人8或两个单臂式机器人8代替单臂式多关节臂机器人8使用。可以在参考图3所描述的条件下进行线缆末端的引导。

图7示出了根据图6的实施例的变型，其中单独的单臂式多关节型机器人8提供来从自动线缆切割机9.1移除定长切割线缆5，并借助自动芯材末端处理机9.2对定长切割线缆5进行芯材末端处理。这将线材末端被处理过的线缆5传递到两个进一步协作的单臂式多关节型机器人8以进行布线。已经参考图3描述了协同布线过程。

图8示出了根据本发明的装置的另一实施例，其中单臂式多关节臂机器人8获得经由线缆组装系统9提供的预组装线缆5。线缆组装机9具有自动线缆切割机9.1，其中，a-d型线缆5通过换线器10选择性地馈送到该自动线缆切割机9.1。定长切割线缆5被馈送到自动线材末端机9.2，该自动线材末端机9.2具有输出端，通过该输出端单独地输出(即以预定的铺设顺序依次)输出现成的预组装线缆5。预组装线缆5是柔性的并且在接口6处被线缆组装机9提供成u形的几何形状。线缆5的末端7保持为使得多关节臂机器人8可以通过线缆末端7使用线缆末端7的限定的布置从线缆组装机9中移出组装的线缆5。

图9所示的实施例与图8所示的实施例的不同之处在于，线缆组装机9与用于执行该方法的装置分开设置。因此，线缆组装机9产生具有多条预组装线缆5的箱体形式的传送接口6，这些预组装线缆相对于彼此以预定布线顺序并以预定方向设置在传送接口6中，使得关节臂机器人8能够以限定的方式从箱体中移除单独的线材5，为此，箱体相对于关节臂机器人8以预定的布置和方向对齐。关节臂机器人8还可以包括识别装置，例如光学识别装置，以区分箱体中的单根线材5。

与图9所示的实施例不同的是，图10所示的实施例具有线缆组装装置9，其中，线缆5的两个相对末端7被保持在形成为箱体的传送接口6中，并且因此以限定方式设置，这有利于借助于多关节臂机器人8来移除线缆5。

前面的描述、附图以及权利要求中所公开的本发明的特征对于单独地和以任何组合的方式实现本发明可能是必不可少的。

附图标记列表

1安装板

2开关设备

3电气部件

4电气布线

5线缆

6传送接口

7线缆末端

8机器人

9自动线缆组装机

9.1自动线缆切割机

9.2自动线材末端加工机

10换线器

11运输系统

12安装板搬运小车

13相机

100提供

200应用

300装配

310手动布线

400光学捕捉

500匹配

600自动布线

601预组装

610移除

611组装

620制造

621追踪

622依次传送

630夹持

640馈送

650接触

700执行拉断检查和/或电气测试