CN110391510B

CN110391510B - 用于电气设备的自动化装配和布线的方法和系统

Info

Publication number: CN110391510B
Application number: CN201910306069.XA
Authority: CN
Inventors: A·鲁茨; A·舍普曼; G·诺伊曼
Original assignee: Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Current assignee: Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2039-04-17
Also published as: CN110391510A; DE102019108108A1

Abstract

本发明涉及一种用于可顺序排列的电气设备在装配单元的装配轨道上的自动化装配和布线的方法，其中，所述电气设备(1)分别具有壳体(2)、电导体连接端和ID码(5)，在该方法中执行如下步骤：提供装配和布线图，提供具有控制单元的装配机器人(40)；根据装配和布线图提供电气设备(1)；抓取电气设备，读取电气设备的ID码(5)并且为电气设备标注装配位置，其中，所述电气设备用标记标注，该标记除了装配位置之外还包含电气设备根据装配和布线图的布线；利用装配机器人(40)将相应下一个电气设备自动化装配在装配单元的装配轨道(10a、10b、10c、…)之一上；利用导体实现标注和装配的电气设备(1)的布线；和制定装配和布线检查协议。

Description

用于电气设备的自动化装配和布线的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于可顺序排列的设备、尤其是接线板或类似物在装配单元的至少一个或多个装配轨道上的自动化装配和布线的方法。本发明还涉及一种用于可顺序排列的设备、尤其是接线板或类似物在装配单元的至少一个或多个装配轨道上的自动化装配和布线的系统。

背景技术

关于现有技术，提到WO 2010/057768 A1。从该文献中也已知一种用于自动化装配可顺序排列的设备的方法，所述设备具有壳体和一个或多个导体连接端，所述导体连接端借助于装配机器人被放置在装配轨道上。装配机器人具有用于抓取可顺序排列的设备的能运动的抓取器，其中，所述抓取器在将壳体装配在自动化的标识或者说标记的承载轨道上之前、之时或之后输送壳体。

发明内容

这种方法应利用本发明进行进一步改进。

本发明的目的在于，提供一种用于可顺序排列的设备、尤其是接线板或类似物在装配单元的至少一个或多个装配轨道上的自动化装配和布线的进一步改进的方法和系统。

根据本发明提供一种用于可顺序排列的电气设备在装配单元的装配轨道上的自动化装配和布线的方法，其中，所述电气设备分别具有至少一个壳体、一个或多个电导体连接端和至少一个ID码，在该方法中至少执行如下步骤：

步骤100：提供装配和布线图，提供具有控制单元的装配机器人；并且根据装配和布线图提供电气设备；

步骤200：抓取电气设备，读取电气设备的ID码并且为电气设备标明装配位置，其中，所述电气设备用标记标注，该标记除了装配位置之外还包含电气设备根据装配和布线图的布线；

步骤300：利用装配机器人将相应下一个电气设备自动化装配在装配单元的装配轨道之一上；

步骤400：利用导体实现在步骤200和300中标注和装配的电气设备的布线，所述步骤200和300被执行多次直至所有电气设备根据当前的装配和布线图均被装配在装配单元的装配轨道上，所述导体根据当前的装配和布线图将电气设备的导体连接端相互连接；和

步骤500：制定装配和布线检查协议，为此在步骤200、300和400期间分别记录根据装配和布线图的步骤的执行，并且以可读取的形式提供所述检查协议，其中，

-要么一直为所有电气设备直接依次执行步骤200和300，要么

-首先为所有电气设备执行步骤200，并且在这之后为所有电气设备执行步骤300，

直至所有电气设备根据当前的装配和布线图均被装配在装配单元的装配轨道之一上，

其中，在所述步骤300和400以及还有步骤200期间，还分别记录分别执行过的步骤，以用于根据步骤500来创建检查协议。

在此，接线板、尤其是无源的穿通式接线板和/或具有一个或多个电气构件的接线板可以被用作为电气设备。

在一种优选的实施方式中，所述设备在步骤200中用标记标注，该标记除了装配位置之外还代表电气设备根据装配和布线图的布线。所有放置在开关柜中的电气设备的这样的标记代表开关柜的装配和布线图。由此该标记能实现：中断布线过程的自动化，在稍后的时刻执行和/或由另一装配机器人执行。

此外，优选的是，

-要么为所有电气设备直接依次一直执行步骤200和300，或

-要么首先为所有电气设备执行步骤200，并且在这之后为所有电气设备执行步骤300，

直至所有电气设备根据当前的装配和布线图均被装配在装配单元的装配轨道之一上。做完步骤200和300的顺序可以显着地影响装配过程的速度。此外，可以首先为开关柜的所有设备做完步骤200，并且紧接着由两个或更多个装配机器人依次地或并行地为所有设备做完步骤300。

以这种方式，利用装配机器人自动化地执行标注、装配和布线。附加地，所述标注、装配和布线的步骤有利地与自动化创建检查协议、尤其是开关柜检查协议相联系。

还优选的是，将承载轨道用作为所述装配轨道，所述承载轨道被装配在至少一个装配板或多个装配板上。在此，装配单元可以具有所述装配板中的一个或多个。优选地规定：所述装配单元构成为开关柜，该开关柜具有后壁，该后壁用作为装配板或设有这样的装配板。

优选地可以规定，相应的ID码具有以下信息：

-电气设备的制造商，

-电气设备的制造数据，

-电气设备的类型标识，

-电气设备的电特征值(连接端横截面、载流能力等)，

-电气设备的功能，和/或

-电气设备的机械的和/或材料决定的和/或几何的特征值。

所述制造数据可以包括一个或多个相应的信息、例如制造日期、制造地点、批号等。

所述机械特征值可以包括：关于外部轮廓的数据、关于(多个)连接点的一个或多个地点的数据、一个或多个标记的位置的数据，亦即尤其是也可以包括关于几何特征值的数据、尤其是几何数据，如一个或多个功能区域参照坐标系的位置和/或功能区域分别参照坐标系、优选“坐标系交叉点”的位置信息。

本发明还涉及一种用于可顺序排列的电气设备在装配单元的装配轨道上的自动化装配和布线的系统、尤其是用于执行按照上述方法的系统，其中，所述电气设备分别具有至少一个壳体、一个或多个电导体连接端和至少一个ID码；其中，所述系统包括至少一个计算机和至少一个装配机器人，其中，所述计算机具有至少一个规划模块和至少一个制定模块，所述规划模块构成用于提供装配和布线图，其中，电气设备能根据装配和布线图来提供，其中，所述制定模块构成用于制定装配和布线检查协议，为此所述计算机能分别记录装配机器人根据装配和布线图的执行，并且能以可读取的形式提供该检查协议；其中，所述装配机器人包括至少一个抓取器、至少一个读取装置和至少一个标注装置，所述抓取器构成用于抓取器电气设备，所述读取装置构成用于读取电气设备的ID码，所述标注装置构成用于为电气设备至少标注装配位置；其中，所述装配机器人还构成用于，将相应下一个电气设备自动化装配在装配单元的装配轨道之一上，并且利用导体实现标注和装配的电气设备的布线，其中，所述装配机器人能利用导体根据当前的装配和布线图将电气设备的导体连接端相互连接。

按照本发明的系统的一种实施方式，其中，利用所述计算机记录电气设备的识别、电气设备的标注、电气设备的装配和电气设备的布线，以用于创建检查协议。

按照本发明的系统的一种实施方式，其中，所述电气设备是接线板、尤其是无源的穿通式接线板和/或具有一个或多个电气构件的接线板。

按照本发明的系统的一种实施方式，其中，所述装配轨道是承载轨道，所述承载轨道被装配在装配板上。

附图说明

以下参考附图借助于实施例更详细地阐述本发明。在此：

图1示出示例性的根据本发明的方法流程的示意图；

图2至6示出用于阐明图1中的方法的各个步骤的内容的示意图；和

图7a至图7e分别示例性地示出卡锁在承载轨道上的接线板，在该接线板上设置有至少一个ID码，和

图8示例性地示出锁定在承载轨道上的接线板连同坐标系。

具体实施方式

根据图1，根据本发明的方法具有至少五个步骤100、200、300、400和500。此外，必要时还可以具有其它可选的步骤。

所述方法用于可顺序排列的设备1在至少一个或多个装配轨道10a、10b、10c...上的自动化的装配和布线(参见图4)。

装配轨道10a、10b、10c...可以构成为承载轨道、尤其是构成为帽形或C形的承载轨道。

装配轨道10装配在一个或多个装配板上。一个这样的装配板在本发明的意义中可以构成一个装配单元12。但是，多个所述装配板也可以构成一个装配单元12。在本申请意义中的装配单元12尤其是具有后壁11的开关柜20，该后壁用作为装配板，其中，在该装配板上装配有所述装配轨道10a、10b、10c...之中的多个装配轨道，其中，在这些装配轨道10上必须装配一个或多个电气设备1。

电气设备1可以构成为接线板。电气设备1具有壳体2和一个或多个导体连接端6和ID码5。

导体连接端6例如可以是直插式接线柱。导体连接端用于连接各一个导体端部或设有插头的导体端部。

电气设备、尤其是接线板1具有能由装配机器人40识别和读取的识别码5(以下也简称为“ID码”)。可以以不同的方式实现：ID码5相应地是可识别和可读取的。

因此，ID码5可以构成为印刷在电子设备1的壳体2的区段或铭牌或一体成型的或指定的铭牌区域上的标牌，装配机器人40能够光学地识别和分析该标牌、例如借助于文本识别程序(例如OCR)或类似物。但是，ID码5也可以构成为条形码50、尤其是构成为线状条形码或面状条形码，装配机器人40的控制单元/计算机能够识别和分析该条形码。此外，该ID码也可以存储在电气设备1上的数据载体上、尤其是存储在接线板上，该数据载体能由机器人40读取，并且(因为该ID码以数据形式存储)也可以利用该读取来分析该数据载体。数据载体也能够构成为RFID标签，该RFID标签写有可读取的代码。

术语“接线板1”不能过窄地理解。一方面，该接线板可以是一排穿通式接线柱，但是也可以是具有电子电路的电子设备。重要的是，壳体2直接并排地在相应的承载轨道10上的可顺序排列性。在任何情况下，可顺序排列的壳体2的一部分在此具有所述导体连接端6中的一个或多个导体连接端。

接线板1设计成，借助于装配机器人40的能运动的一件式或多件式抓取器41被抓取并且被安放在相应的支承轨10a、10b、10c...上，并且尤其是借助于锁定器件3被锁定。

电气设备1在装配基座的装配轨道10a、10b、10c...上应该根据预先确定的装配和布线图被装配和被布线。

装配和布线图优选利用相应的规划软件来创建并且被存储为文件。装配机器人40的控制单元优选设置用于处理文件。

为此，所述控制单元构成为用于执行在以下描述的方法。

以下将更详细地描述根据本发明的方法的实施例的步骤100至500。

步骤100：

在步骤100中提供装配机器人40。

此外，提供相应的装配和布线图。为此，将利用规划软件已经创建好的装配和布线图以文件形式保存在装配机器人40的控制单元的数据存储器中。

在步骤100中，还提供具有壳体2和导体连接端6的多个电气设备1。

此外，在步骤100中，提供电导线和/或光学导线，各电导线和/或光学导线在端部处被去绝缘和/或设有电的和/或光学的连接器件。

电气设备1可以以在储存仓4中顺序排列形式被提供。

电气设备1分别具有已经提到的ID码5。借助于ID码5，所述电气设备是可被识别的。所述识别尤其是包含认出电气设备类型，尤其是接线柱类型、该电气设备的装配位置和/或其布线。

步骤200：

在步骤200中，由装配机器人抓取——尤其是第一个或(在该步骤继续进行的情况下)相应下一个——电气设备1。

在此时或在这之前或在这之后，读取并且分析ID码5。

(尤其是如果确定已根据装配和布线图正确抓取电气设备1)为电气设备设有标记。所述标记优选是位置标记或同样优选包括位置标记，所述位置标记给出相应的电气设备1根据装配和布线图在装配单元上的位置。因此，所述标记可以包含确定的承载轨道的信息和在该承载轨道上的确定的位置的信息，例如第三承载轨道、从左侧第五个顺序排列在该承载轨道上的电气设备。

此外，所述标记可以包含电气设备1的电导体连接端在装配基座上的位置。

步骤300：

然后，在步骤300中，在装配单元上、尤其是在装配单元的装配轨道10a、10b、10c...之一上装配所述步骤200中的一个或相应的电气设备。

重复执行步骤200和300，直至根据当前的装配和布线图的全部装配结束、亦即直至已装配全部电气设备1。以这种方式，在装配数据方面做完整个装配和布线图。

在此，首先可以依次标记所有电气设备、尤其是一个或多个储存仓(步骤200)，以便紧接着将其全部依次装配在其要被装配的装配位置上(步骤300)。替代地，步骤200和300也可以直接相继地进行，使得各一个电气设备直接在其标记之后(步骤200)就被装配在其装配位置上(步骤300)，直至所有电气设备都被标注和被装配。

步骤400：

然后，在步骤400中，根据当前的装配和布线图实现在步骤200和300中标记和装配的电气设备1的布线。在此，根据布线图将电气设备1的导体连接端6与一个或多个电导线或光学导线相互连接，其中，电导体或光学导体的端部插入到电气设备1的相应地相对应的导体连接端中。以这种方式，在布线数据方面做完整个装配和布线图。这意味着：根据当前的装配和布线图执行所有布线。

步骤500：

在步骤300和400以及优选还有步骤200期间，分别记录分别执行过的步骤，尤其是电气设备1的识别、电气设备1的标注、电气设备1的装配和电气设备1的布线。作为总结果，因此提供装配和布线过程协议。

所述协议的创建是步骤500。所述协议能够用作为装配单元检查协议。

所述协议尤其是可以代替在其他情况下要手动创建的开关柜检查协议并且提供了安全和无差错的优点。借助于如此创建的检查协议，能够借助于ID码5实现电气设备1从储存仓4中的位置直至其在装配基座上、尤其是在开关柜20中的布线的整个装配过程。

图7a至图7e分别示例地示出锁定在承载轨道10上的电气设备1，在该电气设备上设置有ID码5。所述电气设备1在此是接线板。

在图7a中，ID码5设置在接线板1的壳体2的壳体表面21上。在此，原则上，壳体2的每个从外部可见的壳体表面21适合于安置ID码。在此重要的是，在装配电气设备1的时刻能由装配机器人40检测储存仓4中的ID码5。在此，不仅可以光学地而且可以机械地或电气地设置所述检测。

作为ID码5，在此仅示例地示出线状条形码和面状条形码。所述ID码5是可光学检测的。由于每单位面积明显较大的可表示的数据量，面状条形码相对于线状条形码在装配任务较复杂的情况下可以是有利的。

其上设置有ID码5的相同的表面6、8、21原则上也适合于安装标记7。因此，ID码5在图7的范围中不仅设有针对ID码5的附图标记，而且也设有针对标记7的附图标记，该标记包含电气设备1的类型、其装配位置和/或其布线。

对于标记7，随着装配任务的复杂性增加，面状条形码相对于线状条形码也是有利的。由于所需的数据量，有利地也可以将电发送和接收单元、例如RFID芯片用于所述标记。

在图7b的接线板1中，ID码5设置在导体连接端6上。相应地，标记7同样可以设置在导体连接端6上。

图7c示出ID码5并且必要时还有标记7在接线板1的端侧22上的特别有利的布置。

示例性地，在图7d中示出ID码5并且必要时还有标记7在端侧的表面21上围绕接线板1的松开和/或夹紧器件8的布置，以及在图7e中示出所述ID码并且必要时还有所述标记在接线板1的松开和/或夹紧器件8之一上的布置。

图8示例地示出锁定在承载轨道上的接线板连同坐标系x、y、z。坐标系的原点在这里参照承载轨道上的锁定位置。点(0、0、0)可以位于在承载轨道的支腿之间的中心处，在这里位于在承载轨道在其上边缘处的在上面的侧支腿之间的连接部处，并且每个设备(沿顺序排列方向观察)均可以被放置到侧壁上。

在装配和布线图中，可以为每个设备存储“数字双胞胎”的数据，因此尤其是也可以存储关于几何特征值的数据、尤其是几何数据，如一个或多个功能区域参照坐标系的位置和/或功能区域分别参照坐标系、优选参照根据图8的类型的“坐标系交叉点”的位置信息。以这种方式可以确定：例如标记7应该安置和/或必须安置在设备上的哪处(坐标系中的哪个坐标处)。

附图标记列表

1 电气设备，接线板

2 壳体

20 开关柜

21 壳体壁

22 端侧

3 锁定器件

4 储存仓

40 装配机器人

41 抓取器

5 ID码

6 导体连接端

7 标记

8 松开和/或夹紧器件

10、10a、10b、10c、… 装配轨道，承载轨道

11 后壁

12 装配单元

100-500 第一至第五方法步骤

Claims

1.一种用于可顺序排列的电气设备在装配单元的装配轨道上的自动化装配和布线的方法，其中，所述电气设备(1)分别具有至少一个壳体(2)、一个或多个电导体连接端和至少一个ID码(5)，在该方法中执行如下步骤：

步骤100：提供装配和布线图，提供具有控制单元的装配机器人(40)；根据装配和布线图提供电气设备(1)；

步骤200：抓取电气设备，读取电气设备的ID码(5)并且为电气设备至少标注装配位置，其中，所述电气设备用标记(7)标注，该标记除了装配位置之外还包含电气设备根据装配和布线图的布线；

步骤300：利用装配机器人(40)将相应下一个电气设备自动化装配在装配单元的装配轨道(10a、10b、10c、…)之一上；

步骤400：利用导体实现在步骤200和300中标注和装配的电气设备(1)的布线，所述步骤200和300被执行多次，直至所有电气设备根据当前的装配和布线图均被装配在装配单元的装配轨道上，所述导体根据当前的装配和布线图将电气设备(1)的导体连接端相互连接；和

步骤500：制定装配和布线检查协议，为此在步骤200、300和400期间分别记录根据装配和布线图的步骤的执行，并且以可读取的形式提供该检查协议，其中，

-要么一直为所有电气设备直接依次执行步骤200和300，要么

直至所有电气设备根据当前的装配和布线图均被装配在装配单元的装配轨道(10a、10b、10c、…)上，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将接线板用作为所述电气设备(1)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接线板是无源的穿通式接线板和/或具有一个或多个电气构件的接线板。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，将承载轨道用作为所述装配轨道(10a、10b、10c、…)，各所述承载轨道被装配在装配板上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述装配单元具有一个或多个所述装配板。

6.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述装配单元构成为开关柜。

7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，记录电气设备(1)的识别、电气设备(1)的标注、电气设备(1)的装配和电气设备(1)的布线。

8.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，相应的ID码(5)具有以下信息：

-电气设备(1)的制造商，

-电气设备(1)的制造数据，

-电气设备(1)的类型标识，

-电气设备(1)的电特征值，

-电气设备的功能，和/或

-电气设备(1)的机械的特征值和/或材料决定的特征值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电特征值是连接端横截面或载流能力。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述机械的特征值包括电气设备的参照坐标系的几何特征值。