CN111745675B - 用于自动装入电导体的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于容纳和定位电导体(21,22)、例如电气绕组的接头的设备(10)，尤其用于将电导体(21,22)自动地卡夹在固持元件(50)中的设备(10)，所述设备具有用于容纳至少一个电导体(21,22)的容纳单元(12)和与所述容纳单元(12)连接的运动单元(11)，所述运动单元用于容纳单元(12)的定向和定位，其中，所述容纳单元(12)具有两个相互间隔并且彼此平行地定向的夹具(13,14)，其中所述至少一个电导体(22)能在两个相互间隔的位置处通过所述容纳单元(12)的夹具(13,14)被容纳。本发明还公开一种用于容纳和定位电导体(21,22)的方法。

Description

用于自动装入电导体的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于容纳和定位电导体、例如电气绕组的接头的设备，尤其用于将电导体自动地卡夹在固持元件中的设备，所述设备具有用于容纳至少一个电导体的容纳单元和与容纳单元连接的运动单元，所述运动单元用于容纳单元的定向和定位。本发明还涉及一种用于容纳和定位电导体的方法。

背景技术

在制造电气部件、例如电机的定子时，电导体被卷绕成线圈并且接着插入或者拉入定子中。该步骤可以被自动地实施。这种定子例如由文献DE 10 2012 208 127 A1已知。在此，借助转动的绕线臂用电导体缠绕定子体并且从端侧设置在定子体上。

根据定子的设计，插入的线圈的从定子伸出的电导体尤其在功率较大的定子的情况中必须随后人工手动地绝缘并且沿固持元件布设。为此，电导体形状配合地卡锁到固持元件中。

随着对电驱动装置的需求越来越多，并且对定子的需求越来越多，这种手动实施的工作步骤对生产速度有不利影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，实现一种设备和方法，用来自动布设、尤其沿固持元件布设电导体。上述技术问题通过所述设备和方法解决。本发明的其他有利设计方案也在本申请中说明。

按照本发明的一方面，提供一种用于容纳和定位电导体、例如电气绕组的接头的设备，尤其用于将电导体自动地卡夹在固持元件中的设备。该设备具有容纳单元和与容纳单元连接的运动单元，所述容纳单元用于容纳至少一个电导体，所述运动单元用于容纳单元的定向、运动和定位。容纳单元具有两个相互间隔并且彼此平行地定向的夹具，其中所述至少一个电导体能在两个相互间隔的位置处被容纳单元的夹具容纳或者说固持住。

这两个夹具尤其设置为，在两个位置处容纳或者说固持住至少一个电导体。在此，电导体可以位置固定地容纳，从而防止电导体沿电导体的延伸方向的滑脱。

通过所述设备，从定子伸出的电导体可以单独地被抓取并且插入布置在工件处的固持元件中。通过拉紧在两个夹具之间的电导体，电导体也可以在力的作用下插入相应的固持元件中。尤其地，固持元件可以在定子旁的环境中布置在工件上或者定子的放置面上。

所述至少一个电导体可以设计为单独的导体或者设计为带有多个电线或者线芯的线束。相应的导线或者电线可以在外周侧优选是绝缘的。

该设备可以设计为工业机器人的形式。在此，运动设备可以设计为机械臂，并且容纳单元可以设计为机械手或者该工业机器人的工具。由此可以使得迄今为止手动执行的将电导体插入工件固持元件中的步骤自动化。所述设备可以在所有电气驱动装置部件或者甚至在制造变压器时被用于电导体的所谓卡夹(德语：Einclipsen)。

该设备的容纳单元优选除了具有两个夹具之外还具有用于夹具的驱动装置。每个夹具可以优选地由至少两个夹具指部构成，所述至少两个夹具指部能方向相反地通过驱动装置相向运动或者相离运动。所述至少一个驱动装置可以直接作用到夹具指部上，或者间接通过挤压面作用到夹具指部的区域上。容纳单元的夹具优选这样相互定向，使得至少一个电导体在由容纳单元容纳的状态中从一个闭合的夹具笔直地延伸至闭合的第二夹具。

所述设备不限于电气部件的制造。尤其地，所述设备也可以用于将电导体和线缆在安装电气部件或者软管时沿预设的固持元件布设并且因此节省人力成本和时间。

按照一种实施方式，夹具设计为剪式夹具或者设计为线性夹具。由此可以使得夹具适配于相应的应用地被使用。

借助剪式夹具甚至可以将相互分离的电导体自动地夹持或者容纳，并且通过夹具指部的合拢而被集束。在此，夹具甚至可以利用较小的夹具行程补偿电导体的位置沿所有坐标方向的不准确性。剪式夹具优选沿旋转轴线通过容纳单元的驱动装置能移位到打开状态或者闭合状态。在此，这两个剪式夹具优选具有共同的旋转轴线，其中，这两个夹具能同时或者相互无关地通过驱动装置被操纵。为此，容纳单元甚至可以具有多个驱动装置用于控制相应的夹具。

替选的是，夹具是线性夹具。在此，容纳单元的所述至少一个驱动装置使夹具线性地相互间隔和线性地相向运动。由此能实现更大的夹具行程，通过较大的夹具行程能夹持和位置固定地集束相互分开的或者多个未集束的电导体。

如果夹具具有容纳面，其中，在夹具的闭合状态中，夹具的至少两个容纳面分别构成用于位置固定地容纳电导体的容纳部段，在此情况下，至少一个电导体可以特别有效地通过容纳单元位置固定地容纳。尤其地，电导体可以在相应的容纳部段的区域中通过容纳面摩擦配合地或者力锁合地压紧并且因此被锁定。这样在两个夹具之间拉紧的电导体可以在运动单元的力的作用下快速和有效地插入固持元件中。可以避免电导体在这种“卡夹”期间的滑脱。

通过夹具指部的合拢，容纳单元的相应的夹具被移位到闭合状态中。夹具指部的打开或者夹具指部的相互分开将相应的夹具移位到打开状态中。

优选地，容纳面或者接触面可以是倒圆的，使得从电导体方面产生较少的剪切角度变化。所述至少一个电导体可以优选地在两个夹具之间居中插入固持元件中。

当容纳单元的夹具能同时或者先后依次移位到关闭和/或打开状态中时，所述至少一个电导体能被灵活地容纳。当两个夹具同时通过驱动装置被控制时，容纳单元可以在技术上简单地设计。

替选地或者附加地，夹具可以相互无关地或者先后依次移位到闭合和打开状态中。电导体由此可以在一个夹持点处由第一夹具容纳并且接着在第二步骤中由第二夹具在第二夹持点处被容纳和固定。在通过第二夹具容纳电导体之前，容纳单元可以为了在夹具之间张紧电导体而运动。通过该运动甚至可以在两个夹持点上固定地通过夹具容纳弯折的电导体。为此，所述运动可以具有容纳单元的转动。

若容纳单元具有用于在闭合状态中锁定夹具的止挡，所述至少一个通过容纳单元容纳的电导体可以特别牢固地在两个夹具之间定位。尤其地，止挡可以将夹具指部相互挤压并且因此在闭合之后固持夹具。止挡可以设计为容纳单元的至少一个驱动装置的组成部分。

按照另一种实施例，容纳单元的夹具分别具有至少两个定向面，其中，所述定向面设置为在夹具从打开状态移位到闭合状态中时将电导体移动到容纳面上。例如所述定向面可以由一个或者多个笔直的面部段构成，所述面部段通入容纳面中。每个夹具指部可以优选具有至少一个定向面。定向面可以具有多个不同程度弯折的部段，或者具有倒圆的形状。例如，夹具指部可以在容纳面上方具有至少一个定向面并且在容纳面下方具有至少一个定向面。布置在容纳面上方的定向面在夹具指部的面向容纳单元的驱动装置的部段中延伸。各个定向面可以具有不同的或者相同的角度。尤其可以配设多个相互过渡的、具有不同角度的定向面。

因此，电导体可以通过第一定向面被拾取，其中，通过定向面的较小的角度，电导体仅被略微垂直地偏转。电导体可以接着转送到第二定向面，第二定向面相对于第一定向面具有更大的偏角。在此，电导体可以垂直地移位直至夹具的容纳部段中。在此，一个夹具的夹具指部可以具有相同的镜像的形状或者相互不同的形状，所述形状通过容纳面和至少一个定向面表现。

按照本发明的另一方面提供一种用于尤其通过按照本发明的设备容纳和定位电导体的方法。

在一步骤中通过至少一个光学传感器确定定子的至少一个电导体的测量数据。所述至少一个光学传感器优选数据传输地与控制单元连接。通过控制单元可以评估被确定的测量数据并且以测量数据识别电导体的走向。所述至少一个光学传感器可以布置在支架上或者在所述设备上。

在每个电导体上确定至少一个夹持点。所述至少一个夹持点的坐标通过控制单元传输到所述设备上。尤其地，所述夹持点可以根据固持元件的布局确定，使得容纳单元可以将至少一个电导体在两个夹具之间居中地插入固持元件。

通过运动单元使所述设备的容纳单元将移位到打开状态中的夹具布置到至少一个夹持点上，并且通过将夹具移位到闭合状态而位置固定地容纳至少一个电导体。接着，通过容纳单元的夹具在两个位置位置固定地容纳的至少一个电导体通过所述设备将该电导体的位于夹具之间的部段中插入固持元件。

通过所述方法可以通过所述设备自动执行定子的电线的所谓卡夹(德语：verclipsen)。为此，可以首先数字检测设计为铜线的电线。电线的检测可以具有通过控制单元的一个或者多个过滤步骤和处理步骤，其用于从测量数据中提取电导体。在完成提取的电导体上确定针对利用控制单元对设备进行控制的夹持点。夹持点的位置可以转换到设备的坐标系统中并且通过接口传输到设备上。所述设备可以借助接收到的坐标在两个点位置固定地容纳电导体并且在两个夹持点之间插入固持元件中或者定子的或者工件载体的所谓夹子中。

在插入电导体之后，夹具可以重新打开并且通过运动单元控制另外的电夹具。因此定子的所有电导体可以通过设备先后定位到固持元件中。在此，电导体的光学识别可以在前期进行。对电导体的重新检测可以在需要时或者以规律的时间间隔重复。

按照所述方法的一个实施例，通过摄像机传感器和/或光学的线性传感器和/或光学的点传感器确定部件的电导体的测量数据。电导体的数字的检测可以由此借助2D或者3D摄像机或者激光传感器进行。激光传感器可以设计为点激光发射器或者线激光发射器，并且发出例如在红外或者紫外波长范围中的射线。设计为激光传感器的光学传感器可以优选布置在所述设备上并且扫描容纳单元的位移。设计为摄像机传感器的光学传感器在此可以位置固定地监视带有电线的定子并且例如固定地布置在更高的位置上。

当根据相对定子的中心的间距确定至少一个夹持点时，所述设备的控制可以在技术上特别简单地设计。所述间距可以这样确定尺寸，使得电导体在被两个夹具容纳的状态中可以在夹具之间插入固持元件中。

当至少一个电导体在容纳单元的夹具之间张紧地容纳时，至少一个电导体可以特别有效地插入固持元件中。由此尤其可以防止在电导体插入固持元件中时的垂直移位并且减小运动单元的垂直位移。

附图说明

下面根据附图进一步阐述本发明的实施例。其中：

图1示出具有根据一实施方式的按照本发明的设备的装置的示意图，

图2a、2b示出按照一实施方式的容纳单元的立体视图，

图3a、3b示出按照另一实施方式的容纳单元的夹具的立体视图，

图4a-d示出光学传感器的图像形式的确定出的测量数据，用于示出通过控制单元对已测量数据的评估。

在附图中相同的结构元件分别具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出具有根据一实施方式的按照本发明的设备10的装置100的示意图，按照该实施例，装置100设置用于容纳带有多个电线21、22的电驱动装置的定子20。

设备10设计为工业机器人并且具有机械臂形式的运动单元11和在端侧布置在运动单元11上的容纳单元12。容纳单元12具有两个相互间隔的夹具13。

按照该实施例，夹具13设计为剪式夹具，其在闭合状态中将电导体22位置固定地容纳并且在固持元件50中定位。

容纳单元12的夹具13通过共同的驱动装置15移位到打开状态中或者闭合状态中。

此外，装置100具有光学传感器30，光学传感器设计为2D摄像机的形式。光学传感器30更高的位置处固定在型材40上。光学传感器30由此可以记录定子20的所有电导体21、22。替选地或者额外地，至少一个光学传感器30可以设计为3D摄像机和/或线扫描器。

控制单元60与光学传感器30数据传输地连接。光学传感器30的已确定的测量数据由此可以由控制单元60接收和评估。

此外，控制单元60通过接口61与设备10通信。尤其地，用于控制设备10的坐标可以通过接口61传输。坐标和控制命令的传输可以例如通过TCP连接进行。

为了提高设备10的准确性，它可以具有额外的以激光传感器形式设计的光学传感器31。激光传感器31按照该实施例定位在容纳单元12的驱动装置15上。由此例如可以确定夹具13的高度并且用于调节设备10的运行。为此，控制单元60也与第二光学传感器31数据传输地连接。

图2a和图2b示出按照一实施方式的容纳单元12的立体视图。容纳单元12的夹具13在此同样设计为剪式夹具。夹具13在图2a中以打开状态示出，在图2b中以闭合状态示出。

夹具13通过驱动装置15打开和闭合。驱动装置15是线性驱动装置，其可以在端侧偏转相应的夹具指部16、17。分别有两个夹具指部16、17通过旋转轴R相互可转动地连接。因此，夹具指部16、17通过驱动装置15的操纵打开或者闭合。每个夹具13都分别具有两个夹具指部16、17，它们通过旋转轴R相互可转动地连接。

夹具指部16、17具有容纳面70，容纳面70在夹具指部16、17的闭合状态中构成容纳区域71，用于位置固定地容纳电导体22。容纳面70基本上是半圆形设计的。在夹具13的闭合状态中构成容纳区域71，容纳区域小于待容纳的电导体22，由此在电导体22和容纳区域71之间产生力锁合的连接。

在夹具13的闭合状态中，驱动装置15的止挡80、81压向夹具指部16、17，以便防止夹具指部16、17的松开。止挡80、81按照该实施例布置在每个夹具指部16、17上。

图3示出按照另外的实施方式的容纳单元12的两个相互耦连的夹具14的立体视图。夹具14分别具有两个夹具指部18、19。夹具指部18、19可以线性地相互间隔，使得相对于剪式夹具13实现更大的夹具行程H。相较于上述夹具指部16、17的区别在于，夹具指部18、19在此具有定向面，该定向面过渡到容纳面70中。每个夹具指部18、19具有沿垂直方向V布置在容纳面70下方的第一定向面72。沿垂直方向V在容纳面70上方延伸有第二定向面73，第二定向面过渡到第三定向面74中。第一定向面72和第三定向面74按照该实施例以小于第二定向面73的角度B的角度A延伸。由此可以通过第一定向面72容纳电导体22，其中，在夹具14闭合时实施电导体22沿垂直方向V的连续偏移。利用不断减小的夹具行程H，电导体22偏转到容纳区域71中。

这也类似的适用于电导体22，该电导体22从第三定向面74开始接触。在此，电导体22略微偏转，使得在电导体22转交到第二定向面73之前夹具14能闭合，以便实现电导体22向容纳部段71中更大幅的垂直移动。

在图4a至图4d中示出光学传感器30的呈图像形式的已确定的测量数据，用于示出通过控制单元60对测量数据的评估。在此，尤其示出电导体21、22的识别以及夹持点G的确定。

图4a示出带有从定子20伸出的电导体21、22的图1所示定子20的被记录的片段或者图像。该图像以测量数据的形式存在并且传送到控制单元60上，控制单元执行评估。

测量数据转换到HSV颜色空间中以便优化色差。该步骤在图4b中示出。接着，不重要的像素从测量数据去除并且建立黑白图像，黑白图像在图4c中示出。

在图4d所示图像中，定子20已从测量数据去除，使得仅电导体21、22保留。接着实施用于执行群集侦测技术的算法，例如DBSCAN，其以主循环形式扫描所有像素。若探测到白像素，则标记相应的白像素并且接着类似处理相邻像素。由此将所有相互连接的白像素成形为关联的集群，该集群分别代表电导体21、22。

接着从定子20的中心M出发确定距离C，第一夹具13、14必须布置在该距离处，以便能将电导体22定位在固持元件50中。该点是夹持点G。根据中心M和夹持点G的布置，还计算容纳单元12的角度。该角度连同夹持点的坐标通过控制单元60从光学传感器的坐标系统转换到设备10的坐标系统，接着通过接口61传送到设备10上。该过程可以先后针对所有电导体21、22和所有固持元件50进行。

附图标记列表

100装置

10设备

11运动单元

12容纳单元

13夹具/剪式夹具

14夹具/线性夹具

15夹具的驱动装置

16第一夹具指部

17第二夹具指部

18第三夹具指部

19第四夹具指部

20定子

21电线

22由容纳单元容纳的电线

30第一光学传感器/摄像机传感器

31第二光学传感器/激光传感器

40固持型材

50固持元件

60控制单元

61接口

70容纳面

71容纳部段

72第一定向面

73第二定向面

74第三定向面

80第一夹具的止挡

80第二夹具的止挡

A定向面的小角

B定向面的大角

C相对中心的距离

G夹持点/夹持位置

H夹具行程

M定子的中心

R剪式夹具的旋转轴

V垂直方向

Claims (12)

1.一种具有用于容纳和定位电导体(21,22)的设备的装置(100)，其具有光学传感器、控制单元，所述设备(10)构造为将电导体(21,22)自动地卡夹在固持元件(50)中，所述设备具有用于容纳至少一个电导体(21,22)的容纳单元(12)和与所述容纳单元(12)连接的运动单元(11)，所述运动单元用于容纳单元(12)的定向和定位，其特征在于，通过至少一个光学传感器确定至少一个电导体(21,22)的测量数据，通过控制单元评估所述测量数据和识别电导体(21,22)的走向，其中，在每个电导体(21,22)上确定至少一个夹持点(G)并且将所述至少一个夹持点(G)的坐标通过控制单元(60)传送到所述设备(10)上，通过运动单元(11)将所述设备(10)的具有移位到打开状态中的夹具(13,14)的容纳单元(12)布置到所述至少一个夹持点(G)上，并且通过使所述夹具(13,14)移位到闭合状态而位置固定地容纳所述至少一个电导体(22)，所述容纳单元(12)具有两个相互间隔并且彼此平行地定向的夹具(13,14)，其中所述至少一个电导体(22)能在两个相互间隔的位置处通过所述容纳单元(12)的夹具(13,14)被容纳。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电导体是电气绕组的接头。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述夹具(13,14)设计为剪式夹具(13)或者设计为线性夹具(14)。

4.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述夹具(13,14)具有容纳面(70)，其中，在所述夹具(13,14)的闭合状态中，夹具(13,14)的至少两个容纳面(70)分别构成用于位置固定地容纳电导体(22)的容纳部段(71)。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述容纳单元(12)的夹具(13,14)能同时或者先后依次移位到闭合和/或打开状态。

6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述容纳单元(12)具有用于将夹具(13,14)锁定在闭合状态中的止挡(80,81)。

7.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，所述容纳单元(12)的夹具(13,14)分别具有至少两个定向面(72,73,74)，其中，所述定向面(72,73,74)设置为在夹具(13,14)从打开状态移位到闭合状态中时将电导体(22)移动到所述容纳面(70)上。

8.一种用于通过按照上述权利要求之一所述的装置容纳和定位电导体(21,22)的方法，其特征在于，

-通过至少一个光学传感器(30,31)确定定子(20)的至少一个电导体(21,22)的测量数据，通过控制单元(60)评估所述测量数据和识别电导体(21,22)的走向，

-在每个电导体(21,22)上确定至少一个夹持点(G)并且将所述至少一个夹持点(G)的坐标通过控制单元(60)传送到所述设备(10)上，

-通过运动单元(11)将所述设备(10)的具有移位到打开状态中的夹具(13,14)的容纳单元(12)布置到所述至少一个夹持点(G)上，并且通过使所述夹具(13,14)移位到闭合状态而位置固定地容纳所述至少一个电导体(22)，

-通过容纳单元(12)的夹具(13,14)在两个位置固定处被容纳的至少一个电导体(22)通过所述设备(10)将该电导体(22)的位于所述夹具(13,14)之间的部段插入固持元件(50)。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，通过摄像机传感器(30)确定所述定子(20)的电导体(21,22)的测量数据。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过光学的线性传感器(31)和/或光学的点传感器(31)确定所述定子(20)的电导体(21,22)的测量数据。

11.按照权利要求8或9所述的方法，其中，根据相对所述定子(20)的中心(M)的间距(C)确定至少一个夹持点(G)。

12.按照权利要求8所述的方法，其中，所述至少一个电导体(22)被张紧地容纳在容纳单元(12)的夹具(13,14)之间。