TW201414546A

TW201414546A - 電線分類機及分類電線的方法

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Publication number: TW201414546A
Application number: TW102133816A
Authority: TW
Inventors: Roberto Francisco-Yi Lu; Qing-Long Zeng; Charles David Fry; Bi-Cheng Chen
Original assignee: Tyco Electronics Corp; Shenzhen Ami Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2014-04-16
Also published as: WO2014046920A1; CN104885313B; US20140081464A1; MX2015003655A; US9317023B2; MX339800B; CN104885313A

Abstract

一種電線分類機(100)，其包含一機座(110)以及由該機座所承托之一固定架(106)。該固定架係用以支撐一電纜(104)，該電纜具有複數條電線(220)。一位置控制系統(120)由該機座所支撐，以及一導引系統(160)由該位置控制系統所支撐。該導引系統具有一觀看該固定架之相機(102)，該相機可相對於該固定架移動。一電線操控器(122)由該位置控制系統所支撐，該位置控制系統相對於該固定架移動該電線操控器。該電線操控器係用以接合該電纜之該等電線，從而相對於該固定架放置該等電線。一控制器(170)與該位置控制系統及該導引系統通訊。該控制器基於該相機所獲得的一影像來操作該位置控制系統，以控制該電線操控器相對於該固定架之一位置。

Description

電線分類機及分類電線的方法

本文所述之發明標的，大致是關於電線分類機及分類電線的方法。

許多電氣構件會被安裝至電纜的末端。這類電纜一般具有個別的電線，該等個別的電線會被端接到一電氣構件的不同元件上。例如，該等電線可被焊接到電路板，或被端接到接點或端子。裝配電氣構件並將電氣構件連接至電纜十分費時。通常的作法是以人工方式放置該等電線，例如由一作業員將該等電線穿進一電線整理器，以固定該等電線於適當位置，以便端接至電路板或接點。然而此種人工穿線方法十分費時。

需要有一種無需操作人員介入且具成本效益的自動化電線分類流程。

在一實施例中，揭示一種電線分類機，其包含一機座以及由該機座所承托之一固定架。該固定架係用以支撐一電纜，該電纜具有複數條電線。一位置控制系統由該機座所支撐。一導引系統由該位置控制系統所支撐。該導引系統具有一相機，該相機觀看該固定架並可相對於該固定架移動。一電線操控器由該位置控制系統所支撐，該位置控制系統相對於該固定架移動該電線操控器。該電線操控器係用以接合該電纜之該等電線，從而相對於該固定架放置該等電線。一控制器與該位置控制系統及該導引系統通訊。該控制器基於該相機所獲得的一影像來操作該位置控制系統，以控制該電線操控器相對於該固定架之一位置。

該相機依照需要可基於該等電線的一顏色區分該等電線。該控制器可基於該電線的該顏色操作該位置控制系統，以控制該電線操控器之一位置。該控制器可形成一運動設定檔，供該位置控制系統用以移動該電線操控器。該運動設定檔可具有用以依序放置一條以上電線之運動。

該固定架依照需要可包含電線固定器，該電線操控器相對於該電線固定器將該等電線移動至適當位置。該電線操控器可抓住個別電線，以操控該等電線至適當位置。該電線操控器放置了至少一條電線之後，該相機可拍攝該等電線的位置之影像。該控制器可基於該等電線的新影像更新該位置控制系統的操作。該位置控制系統可包含一X位置控制器、一Y位置控制器以及一Z位置控制器，以控制該電線操控器在三維空間的一位置。該位置控制系統可包含一角位置控制器，以控制該電線操控器相對於該固定架的一角度。該導引系統可包含一光學組件，其影響該相機所拍攝的該等電線之一影像。

該導引系統依照需要可包含具有一照明來源的一光學組件，該照明來源發射不同波長的光線至該等電線。該控制器可基於該照明來源所發射的光線區別該等電線。該控制器可運行一電線識別演算法，其判定每一電線之形狀及位置。該控制器可基於已判定之該形狀及位置，確定用以移動該電線操控器的一運動設定檔。

在另一實施例中，揭示一種分類一電纜的複數條電線之方法，該方法包含：將該電纜固持在一固定架上；利用一相機拍攝該等電線之一影像；利用一控制器之一電線識別演算法，基於從該影像得出之該等電線的排列方式形成一運動設定檔；以及移動一電線操控器，以基於該運動設定檔相對於該固定架改變該等電線之位置。

100‧‧‧電線分類機

102‧‧‧相機

104‧‧‧電纜

106‧‧‧固定架

110‧‧‧機座

112‧‧‧軌道

114‧‧‧工作區

120‧‧‧位置控制系統

122‧‧‧電線操控器

130‧‧‧X位置控制器

132‧‧‧Y位置控制器

134‧‧‧Z位置控制器

136‧‧‧角位置控制器

140‧‧‧馬達

142‧‧‧軸

150‧‧‧附接件

152‧‧‧附接件

154‧‧‧附接件

156‧‧‧支架

158‧‧‧臂

160‧‧‧導引系統

162‧‧‧光學組件

164‧‧‧孔洞

170‧‧‧控制器

180‧‧‧操控指

200‧‧‧平板

202‧‧‧上表面

204‧‧‧空腔

206‧‧‧端部

208‧‧‧端部

210‧‧‧電纜夾具

212‧‧‧電線固定器

220‧‧‧電線

222‧‧‧護套

230‧‧‧階級部

232‧‧‧邊緣

300‧‧‧方法

302、304、306、308、310、312‧‧‧步驟

第一圖繪示根據一例示實施例形成之一電線分類機。

第二圖繪示該電線分類機之一相機和電線操控器。

第三圖為該電線分類機的一固定架之俯視圖，該固定架內裝載有複數條電纜。

第四圖為該固定架之局部放大圖，顯示複數條電線為多個電線固持器所固持。

第五圖繪示一種分類一電纜的電線之方法。

第一圖繪示根據一例示實施例形成之一電線分類機100。電線分類機100係用於分開一電纜的個別電線，並將個別電線放置於適當位置，例如用以連接至一電路板，或用以連接至一接點或端子之適當位置。電線分類機100利用一自動化流程，自動分類複數條電線。

電線分類機100提供視覺導引功能，其係利用一相機102收集該等電線的相關影像與資料，藉以動態地改變電線分類機100之組件的參數與控制。提供至電線分類機100的每一條電纜可具有不同的電線布局(例如該等電線穿出電纜的定位為任意的)，電線分類機100會識別特定電線並將其適當放置，例如放在用以焊接至一電路板之適當位置。在一例示實施例中，該等電線以顏色編碼，每一電線需具備一預定義位置，用以端接至電路板。此種電路板的布局通常可被定義為一覆蓋區(footprint)。電線分類機100利用來自相機102的影像識別該等電線的特徵，例如布局、形狀、位置資料、顏色等等，從而區別出個別電線為何種電線，並形成一運動設定檔，用以將個別電線放置於適當位置。例如，電線分類機100可判定哪些電線在上方重疊覆蓋了其他電線，而哪些電線是被其他電線重疊覆蓋於下方。電線分類機100可先行移動上方的覆蓋電線至適當位置，藉此使被覆蓋於下方的電線顯露出來以便進一步將其移動。電線分類機100的參數與控制可以幾何特徵資料為基礎，而該等幾何特徵資料係以相機102拍攝到的影像為基礎而獲得。

在繪示的實施例中，電線分類機100處裡複數條電纜104(每一電纜104具有個別電線)。該等電纜104被固持在一固定架106上。固定架106可固持任何數量的電纜104。或者，該等電纜104可個別提供至電線分類機100，而非作為固定架106之部分以整組方式提供。在一例示實施例中，該等電纜104的兩端都可交由電線分類機100處理，以分類由該等電纜104的兩端延伸的複數條電線。或者，亦可僅分類由該等電纜104的一端所延伸的複數條電線。在其他可替代的實施例中，此系統可包含兩個以上的電線分類機100，供分類不同的電纜104，或分類由同一固定架106所固持的複數條電纜104之不同端部。可對電線分類機100的控制活動進行同步處理或加以管理，以確保各組件之間不會相互影響。

電線分類機100包含一機座110，其支撐電線分類機100之各組件。機座110可為固定式機座。機座110可為一較大型機器之部分，例如設置在其他工作站之前或之後的位置。在一例示實施例中，機座110包含一軌道112。可沿著軌道112傳送固定架106。若固定架106位在電線分類機100之一工作區114內，固定架106依照需要可被固持在適當位置且無法沿著軌道112移動。

電線分類機100包含由機座110所支撐之一位置控制系統120。位置控制系統120係用以在電線分類機100運作期間，將相機102相對於固定架106置於定位。位置控制系統120係用以在電線分類機100運作期間，將一電線操控器122相對於固定架106置於定位。電線操控器122係用以物理移動該等電線。電線操控器122可按照電線分類機100基於該等電線的特定排列所確定之一特定運動設定檔，在三維空間中移動。在繪示的實施例中，位置控制系統120為一具有轉動軸的直角座標型運動機械手臂。其他實施例可使用其他類型的系統，例如一選擇順應性裝配機械手臂(SCARA)或其他機械運動系統。

在一例示實施例中，位置控制系統120包含一X位置控制器130、一Y位置控制器132、一Z位置控制器134及至少一角位置控制器136，從而允許電線分類機100的各元件能在三維空間進行移動。第一圖繪示一座標系統，顯示相互垂直的X軸、Y軸和Z軸。X位置控制器130允許元件沿X軸移動。X軸依照需要可平行於軌道112。Y位置控制器132允許元件沿Y軸移動。Z位置控制器134允許元件沿Z軸移動。角位置控制器136允許元件沿至少一有角度的路徑移動。在一例示實施例中，該等位置控制器130、132、134、136各包含一馬達140以驅動各自的軸142。該等馬達140可為電動馬達、氣動馬達或其他類型的馬達。該等馬達140可為伺服馬達。

在一例示實施例中，X位置控制器130包含一附接件150。Y位置控制器132可耦接至附接件150，例如藉由附接件150上的一夾具耦接。當操作X位置控制器130時，Y位置控制器132可在X方向上移動。Y位置控制器132包含一附接件152。Z位置控制器134可耦接至附接件152，例如藉由附接件152上的一夾具耦接。當操作X位置控制器130時，Z位置控制器134可在X方向上移動；當操作Y位置控制器132時，Z位置控制器134可在Y方向上移動。Z位置控制器134包含一附接件154。角位置控制器136可耦接至附接件154，例如藉由附接件154上的一夾具耦接。當操作X位置控制器130時，角位置控制器136可在X方向上移動；當操作Y位置控制器132時，角位置控制器136可在Y方向上移動；當操作Z位置控制器134時，角位置控制器136可在Z方向上移動。在可替代的實施例中，亦可能出現其他的設置方式。

相機102可耦接至角位置控制器136。例如，可利用一支架156將相機102耦接至角位置控制器136。或者，相機102可耦接至附接件154。在可替代的實施例中，相機102可耦接至其他元件且同時隨著位置控制系統120移動。電線操控器122可耦接至角位置控制器136的一臂158。電線操控器122隨著該等位置控制器130、132、134、136移動。依照需要可設置多個相機102，從不同角度觀看電線分類區域。或者，亦可使用一立體鏡。

電線分類機100包含一導引系統160，其為該等電線的移動提供視覺導引。相機102構成導引系統160的一部分。相機102對準工作區114並拍攝電線操控器122及/或該等電線的影像。相機102依照需要可拍攝連續影像，而電線分類機100可基於該等影像持續更新運作。或者，相機102可在預定義時間拍攝影像，例如在分類電線開始前於每一新電纜的端部位置拍攝、在電線分類流程的各階段(例如每條電線被放置定位後)拍攝、以預定義的時間間隔(例如每秒一影像)拍攝等。

在一例示實施例中，導引系統160包含一光學組件162，其用於控制電線分類機100的光學特徵。例如，光學組件162可包含一照明來源，其用於照亮工作區114、電線操控器122及/或該等電線。照明來源可發射不同波長的光線至該等電線上，以利於識別對應電線的特徵。不同的光波長可用於區別不同顏色的電線。上述光線可呈現出陰影，以識別某些電線是否重疊。

光學組件162可包含一孔洞164貫穿其中。相機102的攝像可透過孔洞164聚焦。光學組件162限制了觀看區域的範圍，從而限制了電線分類機100所要處理的資料量，以使電線分類機100能運作得更快。例如，該等電線位於由孔洞164所定義的可見邊界外的部分，將可被隱蔽於觀看範圍外，因此，電線分類機100在確定運動設定檔時將不會處理這些部分。

電線分類機100包含一控制器170，其控制電線分類機100之運作。控制器170與位置控制系統120、導引系統160通訊。例如，相機102所產生的影像是由控制器170處理。控制器170包含一運動計畫及流程參數計算演算法。控制器170包含一電線分類演算法，該演算法為電線分類機100制定出一運動設定檔。該電線分類演算法係以相機102所提供的影像為基礎。該電線分類演算法識別每一條個別的電線，包括其形狀及位置，並根據所識別的特定電線，辨別該電線適當的最終位置。該電線分類演算法確定用以分類該等電線的一計畫。該電線分類演算法為位置控制系統120計算一連串的運動，以高效率地移動一或多條電線。該電線分類演算法可確定一高效率的運動設定檔，用以分類該等電線。例如，該電線分類演算法可基於所觀察到的該等電線的位置，確定一電線分類次序。由於各電線從電纜穿出的排列方式並不一定(例如，不同電纜可具有不同的電線排列方式)，在不同的電纜上，位在上方與位在下方的有色電線各自之排列方式，可能隨電纜而異。在某一條電纜上，其中紅色電線的分類次序可能排在第一，但在另一條電纜上，其中紅色電線的分類次序可能排在第二、第三、最後等等。該運動設定檔係適用於特定電纜，以各電線的就地定位為基礎，並且是由控制器高速自動產生及更新。

在一例示實施例中，照明來源發射光線至該等電線上，以協助該電線分類演算法識別個別電線。該識別過程可基於影像中個別電線的亮度進行。例如，不同的有色電線在影像中可具有不同的亮度等級，此種差異有助於該電線分類演算法識別不同電線。

在電線分類機100運作期間，控制器170控制電線操控器122的X、Y、Z及角位置。在電線分類機100運作期間，控制器170控制相機120的X、Y、Z及角位置。控制器170利用該電線分類演算法形成一運動設定檔，用以分類電纜104的每一條個別電線。在運作時，控制器170將相機102和電線操控器122置於一系列的工作站處，其中每一工作站都有電纜104的一端部位在該處。在每一工作站，相機102拍攝電線的排列方式，而控制器170基於該等電線的特定排列方式確定一系列步驟，有效率地分類該等電線。該電線分類演算法形成用以分類個別電線之一運動設定檔，該運動設定檔包含電線操控器122的一系列運動。一旦所有電線都經過分類，控制器170會令相機102和電線操控器122移動至下一個工作站，分類下一組電線。由於每一個工作站的電線排列方式可能不同，控制器170可在每一工作站規畫一不同的運動設定檔。

第二圖繪示安裝至支架156的相機102和電線操控器122。相機102提供視覺回饋用以控制機器。相機102和光學組件162相對於支架156的位置可調整。可透過手動或自動方式調整位置。相機102係置於孔洞164的正上方，對準孔洞164。孔洞164限定相機102所拍攝影像的視場。電線操控器122係置於光學組件162下方。相機102可透過孔洞164觀看電線操控器122。或者，若無法觀看電線操控器122，控制器170(如第一圖所示)可獲知電線操控器122相對於影像的位置並用以控制電線操控器122的運動。

電線操控器122係用以對該等電纜104(如第一圖所示)的電線進行操控。在一例示實施例中，電線操控器122係用以抓取或夾取電線，使該等電線隨著電線操控器122移動。例如，電線操控器122可包含一或多個操控指180，在電線分類機100(如第一圖所示)運作期間，該等操控指180會抓住電線以將其移動。在可替代的實施例中，電線操控器122可採取其他方式移動電線，例如在電線操控器122移動的同時，沿某一方向推動或拉動電線。

固定架依照需要可在電線區域內包含一扁平板。該扁平板將該等電線的位置大體限制在一平面上，供電線操控器進行操作。電線操控器122可在其尖端與該扁平板之間攫取電線，以將該等電線放置於適當位置。

第三圖為固定架106之俯視圖，該固定架106已裝載有複數條電纜104於其中。固定架106可固持任何數量的電纜104。固定架106包含具有一上表面202之一平板200。該等電纜104沿上表面202延伸，且倚靠在上表面202上被固持住。在一例示實施例中，平板200包含一空腔204，其具有通過上表面202的一開口。該等電纜104過長的部分可被捲起或收容於空腔204內，而端部206、208則沿著上表面202置於定位。在一例示實施例中，端部206及208都沿著上表面202置於定位，以分類位在端部206及208的電線。或者，亦可只分類位在端部206的電線。

固定架106包含複數個電纜夾具210，以沿著上表面202將該等電纜104夾持在適當位置。該等電纜夾具210將該等端部206、208夾持在適當位置，因此可分類自該等端部206延伸的電線。該等電纜夾具210可為氣動操作夾具。該等電纜夾具210可為彈簧偏壓式夾具。可藉由一自動化流程，或可藉由人工方式，將該等電纜104相對於該等電纜夾具210置於定位。

固定架106包含複數個電線固定器212，其沿著上表面202將每一電纜104的個別電線固持在適當位置。上表面202依照需要可設有多個托架，其收容該等電線並控制電線之相對位置。電線固定器212可將該等電線收容於該等托架內。在該等電線經分類後，該等電線固定器212固持住該等電線的端部。在運作時，電線分類機100(如第一圖所示)將正確的電線放置在對應的電線固定器212，電線固定器212進而將電線的端部固持在適當位置，例如用以焊接至一電路板，用以端接至一接點或端子，或用以進行其他處理(如電鍍、塗層或其他處理)之適當位置。該等電線固定器212依照需要可為彈簧偏壓式固定器。在可替代的實施例中，單一的電線固定器212可固持一條對應電纜的所有電線，或固持多條電纜的所有電線。

第四圖為固定架106之局部放大圖，顯示複數條電線220被該等電線固定器212所固持。該等電線220自電纜104的端部206延伸，並延伸超出電纜104的一護套222。在一例示實施例中，需將該等電線220以特定的排列方式置於定位(例如，每一條電線220需位於一特定地點或位置)，例如用以焊接至一電路板的適當位置。穿出護套222的該等電線220之排列方式可為任意，且可隨不同電纜有不同的排列方式。電線分類機100(如第一圖所示)能藉由外觀識別每一條電線220，例如利用顏色辨識方式識別該等電線220，以妥善地將其置於正確定位。電線分類機100將該等電線220放置在該等電線固定器212之下，而該等電線固定器212將該等電線220固持在適當位置。

在一例示實施例中，固定架106包含一階級部230。該等電線220被固持在階級部230與該等電線固定器212之間。該等電線220可延伸超過階級部230的一邊緣232，該等電線220可在邊緣232處被端接至電路板。例如，可將電路板置於越過邊緣232的區域，而該等電線220被該等電線固定器固持住的同時，也可被焊接至該電路板。

第五圖繪示一種分類一電纜的複數條電線之方法300。在302，該方法包含將一電纜固持在一固定架上。例如，該電纜可由複數個電纜夾具固持。依照需要，該電纜的兩個端部皆可被固持在該固定架上。在該電纜被固持的狀態下，將使得該電纜的個別電線可自該電纜的一護套端部延伸而出，而得以對該等電線進行分類。

在304，該方法包含拍攝一電纜之一影像。可由一相機對準該電纜的端部以拍攝該影像。該相機觀看暴露於該電纜端部的該等電線之排列方式。該相機可拍攝一個以上的影像。可設置多個相機以觀看該等電線及該電纜的不同部分或角度。依照需要，該影像區可由一照明來源照亮。該等電線可由具有不同波長的光線照亮。該等電線可為不同顏色的電線，而不同波長的光線對該等電線會造成不同影響。

在306，該方法包含為該電線分類機形成一運動設定檔。該運動設定檔控制一電線操控器之運動，該電線操控器移動該等電線。該運動設定檔包含一組指令，其可由一電腦執行以控制該電線分類機之運作。在一例示實施例中，該電線分類機包含一控制器，用於控制該電線分類機之運作。該控制器包含一電線辨識演算法，其基於拍攝到的影像判定該等電線的排列方式。該電線辨識演算法區別不同的電線，例如基於該等電線的顏色進行區別。例如，當以不同波長的光線照亮該等電線時，該控制器可利用辨識軟體及該電線辨識演算法判定個別電線為何種電線。該控制器判定該等電線的形狀與排列方式。該控制器確定一重疊識別方案，以識別哪些電線重疊覆蓋了其他電線，而哪些電線是被其他電線所重疊覆蓋。該控制器判定哪一條電線位在上方後，接著便可判定應先行移動此一電線，然而在其他情況下，亦有可能先行移動其他電線。從影像取得的資料會被用來產生該運動設定檔，而該電線分類機會依據該運動設定檔運作。該運動設定檔依照需要可在移動一或多條電線後進行更新與修正。

在308，該方法包含基於該運動設定檔來移動該電線操控器。例如，該電線分類機可包含複數個位置控制器，其相對於該固定架移動該電線操控器。該電線操控器可抓取單一電線或以其他方式與之接合，將該電線移動至相對於該固定架的一適當位置。例如，該等電線原本穿出電纜時可能為互絞、互相疊套(nested)、互相交織及/或互相重疊覆蓋的情況。該電線操控器將該等電線依預定義的排列方式置於定位，例如使該等電線在同一平面上以彼此平行並間隔開的方式排列。該電線操控器將該等電線以每次一條的方式移動至適當位置。

在310，在一些實施例中，該方法可包含拍攝該等電線的一第二影像。在312，可更新該運動設定檔，例如基於該第二影像進行更新。可在移動一或多條電線後拍攝該第二影像。更新該運動設定檔確保了該等電線能被準確地置於定位。