DE3841826A1 - Verfahren und vorrichtung zur montage von kabelbaeumen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Montage von Kabelbäumen, bei dem mittels einer Positionier- und Handhabungeinrichtung Kabel an bereitgestellten Steckerge­ häusen befestigt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Verfahren zur Montage von Kabelbäumen gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 sind in der Vergangenheit in einer Vielzahl von Patentanmeldungen vorgeschlagen, sowie in Prototypenanlagen realisiert worden.

Bei den meisten dieser Verfahren zur Montage von Kabelbäumen werden die Steckergehäuse in sogenannten Steckergehäuse-Aufnahmen auf einem Verlegebrett in der Form des späteren Kabelbaums angeordnet. Die Positionie­ rung der Steckergehäuse sowie der zugehörigen Steckerge­ häuse-Aufnahmen kann dabei mittels eines Industrierobo­ ters, aber auch von Hand erfolgen.

Anschließend verlegt der Industrieroboter die verschiede­ nen Einzelkabel zwischen den jeweiligen Polkammern der verschiedenen Steckergehäuse. Dabei fährt typischerweise der Industrieroboter den späteren Verlauf des Kabels im Kabelbaum ab und verlegt das Kabel durch entsprechend angeordnete Verlegehilfen.

Das Kabel wird dabei entweder von einer Rolle abgerollt und nach Beendigung des Verlegevorgangs abgelängt oder der Industrieroboter konfektioniert vor Beginn des Verlegevor­ gangs das Kabel, d.h. er schneidet im Zusammenwirken mit entsprechenden fest installierten Vorrichtungen das Kabel auf die richtige Länge ab, isoliert die Enden ab und ver­ sieht es dann, wenn Kabel mit Crimp-Kontakten verlegt werden sollen, in entsprechenden Anschlagmaschinen mit Kontakten.

Die vorstehende Beschreibung der Vorgehensweise bei älte­ ren Verfahren zur Montage von Kabelbäumen, von denen bei der Formulierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausgegangen worden ist, zeigt, daß die verwendete freipro­ grammierbare Positionier- und Handhabungseinrichtung, also beispielsweise ein Industrieroboter, eine Reihe von kom­ plizierten Bewegungsabläufen ausführen muß. Diese Bewe­ gungsabläufe werden auch dann nicht wesentlich verein­ facht, wenn die Einzelleitungen immer an dem gleichen Ort im Arbeitsraum des Industrieroboters bereitgestellt wer­ den, da der Industrieroboter diesen Bereitstellungsort während der Herstellung eines Kabelbaums von unterschied­ lichen Positionen, nämlich den einzelnen Polen der ver­ schiedenen Steckergehäuse anfahren muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Montage von Kabelbäumen mit einer Positionier- und Handhabungseinrichtung, wie beispielsweise einem Indu­ strieroboter, anzugeben, bei dem die einzelnen Bewegungs­ abläufe der Positionier- und Handhabungseinrichtung we­ sentlich vereinfacht sind.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, zur Verein­ fachung der automatisierten Montage von Kabelbäumen zwar weiterhin eine Positionier- und Handhabungseinrichtung zu verwenden, die unterschiedlichen Bewegungsabläufe dieser Einrichtung aber auf ein Minimum zu beschränken.

Erfindungsgemäß ist nämlich erkannt worden, daß die kom­ plizierten Bewegungsabläufe, die der Industrieroboter bei bekannten Verfahren zur automatisierten Herstellung von Kabelbäumen ausführen muß, eine Ursache für fehlerhaft montierte Kabelbäume sein können:

Beispielsweise hat ein herkömmlicher Industrieroboter einen systematischen Positionierfehler aufgrund von Tole­ ranzen der Bauteile, nicht exakter Programmierung etc. sowie einen statistischen Positionierfehler, der sich beispielsweise aufgrund von Spiel in den einzelnen Achsen etc. ergibt. Bei komplizierten Bewegungsabläufen, bei denen beispielsweise von den unterschiedlichsten Stecker­ gehäuse-Bereitstellungsorten immer wieder ein und derselbe Bereitstellungsort angefahren werden muß, kann es nun durchaus vorkommen, daß sich systematische Programmier­ fehler in einzelnen Bewegungsprogrammen und statistische Positionierfehler derart addieren, daß der Industrierobo­ ter entweder ein bereitgestelltes Kabel "nicht findet" oder das ergriffene Kabel in eine "falsche" Polkammer eines Steckergehäuses einschiebt bzw. in den falschen Schneid/Klemm-Verbinder eindrückt.

Erfindungsgemäß wird deshalb die Positionier- und Hand­ habungseinrichtung, die die Kabel an den bereitgestellten Steckergehäusen befestigt, "von allen nicht unbedingt erforderlichen Bewegungsabläufen entlastet".

Hierzu werden die Kabel als konfektionierte Leitungen an einem Bereitstellungsort derart geordnet bereitgestellt, daß sie mit einem an der Positionier- und Handhabungsein­ richtung angebrachten Werkzeug ergriffen werden können. Dabei wird unter konfektionierter Leitung ein Kabel ver­ standen, das auf die richtige Länge abgelängt und im Fall einer Crimpkontakt-Leitung bereits an den Leitungsenden mit Crimp-Steckern versehen ist. Im Falle von Schneid/ Klemm-Verbindern ist es selbstverständlich nur erforder­ lich, abgelängte Kabel bereitzustellen.

Anders als bei bekannten Verfahren, bei denen die Stecker­ gehäuse in Steckergehäuseaufnahmen in der Form des späte­ ren Kabelbaums bereitgestellt sind, werden die Steckerge­ häuse im Arbeitsraum der Positionier-und Handhabungsein­ richtung derart bereitgestellt, daß das Werkzeug durch einen sich bei sämtlichen Montagevorgängen wiederholenden Bewegungsablauf vom Kabel-Bereitstellungsort zum Stecker­ gehäuse-Bereitstellungsort überführt wird. Auch das Befe­ stigen des Kabels in der entsprechenden Polkammer des jeweiligen Steckergehäuses, also das Einschieben des Kon­ takts bzw. das Anschlagen des Kabels an einem Schneid/ Klemm-Verbinder erfolgt immer durch die gleiche Werkzeug­ bewegung. Variabel bei der Montage der einzelnen Kabelem­ den ist lediglich eine eindimensionale Relativverschiebung zwischen Werkzeug und Steckergehäusen, die noch dazu eine feste Richtung hat, d.h. zur Positionierung des Werkzeugs vor der entsprechenden Polkammer wird lediglich die Größe der Relativverschiebung variiert.

Durch diesen erfindungsgemäßen Bewegungsablauf werden nicht nur die Ursache für Positionierfehler aufgrund von systematischen und statistischen Fehlern der Positionier- und Handhabungseinrichtung ausgeschaltet, sondern auch die Herstellung eines Kabelbaums drastisch beschleunigt, da die vom Werkzeug zurückgelegten Strecken minimiert sind.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben:

Gemäß Anspruch 3 weist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Förderer auf, der die vorkonfektionierten Leitungen an den Bereitstellungs­ ort geordnet fördert, an dem sie von der Positionier- und Handhabungseinrichtung mit dem entsprechenden Werkzeug ergriffen werden können.

Selbstverständlich ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Grundgedankens möglich, daß die Positionier- und Hand­ habungseinrichtung vor der Montage der einzelnen Leitungen die Steckergehäuse einem Bereitstellungsmagazin entnimmt und in ihrem Arbeitsraum positioniert. Bevorzugt ist es jedoch, wenn ein Teilebereitstellungssystem die Steckerge­ häuse in den Arbeitsraum der Positionier- und Handhabungs­ einrichtung fördert (Anspruch 4). Hierdurch wird vermie­ den, daß die Positionier-und Handhabungseinrichtung be­ reits vor Beginn der Montage der einzelnen Leitungen einen Positionsfehler aufweist, der sich durch Addition der individuellen Fehler bei dem Aufbau der Steckergehäuse im Arbeitsraum ergibt.

Besonders bevorzugt ist es gemäß Anspruch 5, wenn das Teilebereitstellungssystem, das die Steckergehäuse in den Arbeitsraum fördert, auch die Steckergehäuse während der Kabelmontage derart verschiebt, daß sich die zu bestücken­ de Polkammer immer an der selben Stelle befindet. Anders ausgedrückt wird die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene eindimensionale Relativverschiebung mit fester Richtung und von der jeweils zu bestückenden kontaktab­ hängigen Größe zwischen Werkzeug und Steckergehäusen nicht von der Positionier- und Handhabungseinrichtung, sondern von dem Teile-Bereitstellungssystem erzeugt. Damit muß die Positionier-und Handhabungseinrichtung lediglich den Bewe­ gungsablauf, der das Werkzeug vom Kabel-Bereitstellungsort an den Steckergehäuse-Bereitstellungsort überführt, und den Bewegungsablauf zum Befestigen des Kabels in der ent­ sprechenden Polkammer erzeugen. Da diese Bewegungsabläufe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung für sämtliche Kabel gleich sind, ist eine Positionierungenauigkeit aufgrund von systematischen umd statistischen Positionierfehlern weitgehend ausge­ schlossen.

Die Positionier- und Handhabungseinrichtung kann selbstver­ ständlich die zu montierende konfektionierte Leitung mit einem Doppel-Greifer, wie er in älteren Patentanmeldungen der gleichen Anmelderin beschrieben ist, an den beiden Kabelenden derart ergreifen, daß die Kabelenden jeweils nach außen weisen.

Mit einem derartigen "Doppel-Greifer" wird zunächst das eine Kabelende angebracht und dann nach Drehen des Grei­ fers um 180° das andere Kabelende.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben aber auch die Montage der Leitungen mit einem normalen Greifer, beispielsweise einem einfachen Parallelbackengreifer (Anspruch 6). Hierzu ergreift der Greifer zunächst das eine Kabelende, während das andere Ende in der Kabelbereitstellungseinheit verbleibt. Nach Montage des zunächst ergriffenen Kabelendes verfährt der Förderer das zweite Ende an den Kabelbereitstellungsort, an dem es von dem Greifer ergriffen und anschließend mon­ tiert wird.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlichen Bewegungsabläufe sind derart einfach, daß es nicht erfor­ derlich ist, als Positionier- und Handhabungseinrichtung einen Industrieroboter, also einen sechsachsigen Manipula­ tor zu verwenden. Selbstverständlich ist es möglich, die Überführung der Leitungen vom Kabel-Bereitstellungsort zum Steckergehäuse-Bereitstellungsort und das Befestigen des Kabels in der entsprechenden Polkammer mit einem starren Manipulator, der gegen Anschläge arbeitet, auszuführen. Die im Anspruch 7 angegebene Verwendung eines Industriero­ boters hat jedoch den Vorteil, daß der Industrieroboter nach der Montage sämtlicher Einzelkabel beispielsweise auch nach Einwechseln eines Abbindewerkzeuges die Ein­ zelkabel abbinden und den fertiggestellten Kabelbaum ent­ nehmen kann. Hierbei entstehende Positionierfehler können dann dadurch ausgeglichen werden, daß der Industrieroboter vor erneuter Montage der Leitungen für einen weiteren Kabelbaum einen "Nullpunkt-Anschlag" anfährt, und sich so wieder kalibriert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung näher beschrieben, die eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist als Positionier- und Handhabungseinrichtung einen Industrieroboter auf, der in der Zeichnung exemplarisch als Vertikal-Knickarmroboter dargestellt ist. Selbstverständlich können aber auch ande­ re Robotertypen, andere freiprogrammierbare Positionier- und Handhabungseinrichtungen oder auch Einzweck-Manipula­ toren, die gegen Anschläge arbeiten, zu verwenden.

Im Arbeitsraum einer Positionier- und Handhabungseinrich­ tung (1) sind ein Förderer (2) für vorkonfektionierte Leitungen (3) sowie ein Förderer (4) für Steckergehäuse (5) angeordnet. Der Förderer (2) fördert die Leitungen (3) in Richtung eines Pfeils (2′) an einen Kabel-Bereitstel­ lungsort (6), an dem sie der Industrieroboter (1) mit einem Werkzeug (7) ergreifen kann.

Der Förderer (4) fördert die Steckergehäuse (5) in Rich­ tung eines Pfeils (4′) in den Arbeitsraum des Industrie­ roboters. Ferner kann der Förderer (4) auch so ausgebildet sein, daß er während des Montagevorgangs der einzelnen Kabel die Steckergehäuse (5) in Richtung des Pfeils (4′) sowie entgegen der Pfeilrichtung verschieben kann.

Ferner sind im Arbeitsraum des Industrieroboters noch Magazine (8) für weitere Werkzeuge, Kabelbinder oder auch für Steckergehäuse vorgesehen.

Im folgenden soll die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung näher erläutert werden:

Der Förderer (2) fördert die konfektionierten Leitungen (3), die im Fall von Crimpkontakt-Leitungen beispielsweise in einer konventionellen, starr automatisierten Anschlag­ linie hergestellt worden sind, an den Bereitstellungsort (6). Dort ergreift der Industrieroboter (1) mit dem Werk­ zeug (7), das beispielsweise ein Parallelbackengreifer sein kann, das am Bereitstellungsort (6) bereitgestellte Kabelende der Leitung (3) und verfährt zum Steckergehäuse- Bereitstellungsort. Gleichzeitig oder anschließend ver­ fährt der Förderer (4) die Steckergehäuse (5) derart, daß die mit dem gegriffenen Kabelende zu bestückende Polkammer an dem vorgegebenen Steckergehäuse-Bereitstellungsort zu liegen kommt. Mit einer entsprechenden, sich immer wieder­ holenden Einschubbewegung führt der Industrieroboter nun den Crimpkontakt in die zugehörige Polkammer ein. An­ schließend verfährt der Industrieroboter mit der gleichen Bewegung wieder an den Kabel-Bereitstellungsort (7), er­ greift das andere Kabelende und steckt dieses in der be­ sprochenen Weise in die zugehörige Polkammer ein, die nunmehr durch eine entsprechende Bewegung des Förderers (4) an den Steckergehäuse-Bereitstellungsort überführt worden ist.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan­ kens beschrieben worden, innerhalb dessen selbstverständ­ lich die verschiedensten Modifikationen möglich sind, von denen im folgenden exemplarisch einige genannt werden sollen:

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich selbstverständlich nicht nur zur Montage von Crimpkontakten, sondern auch zur Montage anderer Kontakte, beispielsweise von Schneid/Klemm-Verbin­ dern.

Selbstverständlich ist es auch möglich, auf den Förderer (4) zu verzichten, und den Industrieroboter vor der Mon­ tage der Kabel einen Greifer zur Handhabung von Steckerge­ häusen einwechseln zu lassen. Damit können die in entspre­ chenden Teile-Bereitstellungssystemen (8, Flachmagazine, Stangenmagazine, Vibrationswendelförderer etc.) bereitge­ stellten Steckergehäuse vom Industrieroboter gegriffen und in die jeweilige Fügeposition gebracht werden.

Dabei werden vorteilhafterweise vom Industrieroboter in einem ersten Arbeitsschritt mehrere Steckergehäuse in die entsprechenden Positionen gebracht, um nach einem an­ schließenden Greiferwechsel die zugehörigen Kontaktteile zu montieren.

Die dargestellte Variante hat jedoch den Vorteil, daß die vom Industrieroboter auszuführenden Bewegungsabläufe mini­ miert sind.

Der Förderer (4) eignet sich selbstverständlich dazu, nach der vollständigen Montage des Kabelbaums diesen aus dem Arbeitsraum abzuführen. Selbstverständlich kann aber auch der Industrieroboter den Kabelbaum aus der Bereitstel­ lungs-Position entnehmen und an einer anderen Stelle able­ gen.

Weiterhin kann der Industrieroboter aus dem Teilemagazin (8) nach dem Einwechseln des entsprechenden Werkzeugs auch Kabelbinder entnehmen und mit diesen den Kabelbaum in bekannter Weise abbinden. In diesem Falle ist es bevor­ zugt, wenn die in den Steckergehäusen (5) montierten Kabel (3) nicht - wie in der Zeichnung dargestellt - auf einem Tisch aufliegen, sondern frei herabhängen können, so daß der Industrieroboter mit dem Werkzeug die Kabel entspre­ chend dem späteren Verlauf des Kabelbaums "nachfahren" und an den Verzweigungsstellen abbinden kann.

Auch können "Füge-Hilfseinrichtungen", wie vibrierende Greifer und/oder Steckergehäuse, vor der Polkammer positi­ onierte Trichter etc, leicht eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Montage von Kabelbäumen, bei dem mittels einer Positionier- und Handhabungseinrichtung Kabel an bereitgestellten Steckergehäusen befestigt werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrens­ schritte:

• - die Kabel werden als konfektionierte Leitungen an einem Bereitstellungsort derart geordnet bereitgestellt, daß sie mit einem an der Positionier- und Handhabungseinrichtung angebrachten Werkzeug ergriffen werden können,
• - die Steckergehäuse werden nebeneinander im Arbeitsraum der Positionier- und Handhabungseinrichtung derart bereit­ gestellt, daß
• - durch einen sich bei der Montage aller Leitungen wie­ derholenden Bewegungsablauf das Werkzeug vom Kabel-Bereit­ stellungsort zum Steckergehäuse-Bereitstellungsort über­ führt wird,
• - durch eine eindimensionale Relativverschiebung mit fester Richtung und von dem jeweils zu bestückenden Kon­ takt abhängigen Größe zwischen Werkzeug und Steckerge­ häusen das Werkzeug vor der entsprechenden Polkammer posi­ tioniert wird, und
• - das Befestigen des Kabels in der entsprechenden Pol­ kammer des jeweiligen Steckergehäuses immer durch die gleiche Werkzeugbewegung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Montage von Kabelbäumen mit Crimpkontakten an dem Bereitstellungsort vorkonfek­ tionierte Leitungen bereitgestellt werden, die an beiden Enden Crimpkontakte aufweisen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Förderer (2) die vor­ konfektionierten Leitungen (3) an den Bereitstellungsort (6) geordnet fördert, so daß sie eine Positionier- und Handhabungseinrichtung ergreifen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilebereitstellungssystem (4) die Steckergehäuse (5) in den Arbeitsraum der Positio­ nier- und Handhabungseinrichtung (1) fördert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilebereitstellungssystem (4) die Steckergehäuse (5) während der Kabelmontage derart verschiebt, daß sich die in dem entsprechenden Arbeits­ schritt zu bestückende Polkammer immer an derselben Stelle befindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionier- und Hand­ habungseinrichtung (1) die zu montierende Leitung (3) mit einem Greifer (7) zunächst an einem Kabelende ergreift, und anschließend das andere Kabelende an den Kabel-Bereit­ stellungsort (6) gefördert wird.

7. Vorrichtung nach einem der Anspüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionier- und Handha­ bungseinrichtung (1) ein Industrieroboter ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Montage sämtlicher Einzelkabel (3) in den Steckergehäusen (5) der Industrie­ roboter (1) in an sich bekannter Weise ein Abbindewerkzeug einwechselt und die Einzelkabel abbindet.