航空航天工业组装电连接器通常是采用传统手动执行的复杂操作。在此过程中，经过培训的操作人员将许多金属销、塑料绝缘体密封塞和插座，插入到各种尺寸和形状的电子连接器中，以确保它们符合行业要求的严格军用标准。

复杂的过程是手动密集、耗时、昂贵的并且容易出错。为了减轻手动执行此类操作的需要，降低成本并提高可靠性，一家航空航天连接器制造商最近委托Durabotics公司(美国明尼苏达州Eagan)开发出了基于视觉的机器人装配单元以实现流程自动化(图1)。

图1：为了减少手动组装航空连接器的需要，Durabotics开发了一种基于视觉的机器人装配单元，以实现流程自动化。

在操作中，系统将包含连接器的托盘输送到机器人装配单元中，其中首先验证每个托盘的内容物。然后Fanuc公司(美国密歇根州罗彻斯特山)的LR Mate 200iD / 7L机器人从托板中依次移出每个连接器，并将其放置在装配站上，在那里，机器人用适当数量的销、塑料绝缘体密封塞和插座(这是从一组三个Durabotics Model 510背光振动台式送料器中挑选出来的)，来填充连接器，完成后，将组装好的连接器放回托盘中。一旦所有连接器组装完毕并返回托盘，托盘就从组装单元输送出来。

装配过程的复杂性因系统需要组装的连接器的样式和尺寸的数量而变得更加复杂。更具体地说，该系统需要构建超过60种样式和尺寸的连接器。同样，每种类型和尺寸的连接器可以具有多达约100个插入(最多三个不同金属销、密封塞和/或插座)的任何组合。这可以很容易地扩展到销、插头和/或插座的六种不同组合，并增加了三个振动台上料器。

为了满足这一需求，Durabotics选择部署模块化系统，该系统可以适应连接器类型和样式的变化，并通过基于PC的人机界面(HMI)进行编程，使其未来能够组装任何可能需要的新连接器品类。

除了触摸屏HMI之外，该系统还包括一个控制机器运行的主PLC，三个控制送入振动台的零件数量的从PLC，以及一个PC来存储每个连接器的详细特征以及要对它们执行的操作。机器人由专用机器人控制器控制，该控制器具有集成的视觉系统，经过培训，可识别在组装过程中各个阶段的连接器和插入的部件(图2)。
 

图2：主PLC控制机器的运行，而三个从PLC控制送入振动台的零件数量。PC存储每个连接器的特征以及要对它们执行的操作。机器人由专用机器人控制器控制，该控制器具有经过培训的集成视觉系统，以识别连接器和要插入其中的部件。

Durabotics定制末端执行器由三个主要部件组成。首先，为了捕获部件的图像，将相机和环形灯连接到Fanuc iRvision系统。其次，ATI工业自动化公司(美国北卡罗来纳州Apex)的QC001主侧工具更换器，可在相邻的定制工具更换器机架上提供真空、电气和机械连接，以及四个定制双端工具。

工具架上的四个工具中的每一个都包括一系列销，密封塞和/或触点尺寸。该工具使用一个真空驱动的末端执行器进行零件拾取/放置，而另一端包含一个机械安装工具。最后，通用夹具用于装载和卸载托盘上的所有连接器主体。

自动装配

在罗克韦尔自动化Allen Bradley的Compact Logix 1769 PLC的控制下，将包含六个连接器的托盘运送到传送带上的机器人装配单元中时，自动装配过程开始。托盘沿着输送机移动，直到它到达装载站，然后触发光电管，输送机停止运转(图3)。

图3：在PLC的控制下，将包含多达六种不同类型连接器的托盘运送到传送带上的机器人装配单元中时，自动装配开始。然后通过机器人将每个连接器从托盘上单独移除以进行组装。

每个托盘可以包含六种不同类型和尺寸的连接器，并且这些连接器都可以具有需要插入的销、密封塞和插座的不同组合。因此，在机器人上的通用夹具从托盘上移除连接器之前，系统必须首先识别存在的连接器的类型和尺寸。

为此，Keyence的条形码扫描器扫描附在托盘侧面的条形码，并通过串行接口将托盘编号传送到PC。然后，自定义构建的Visual Basic程序根据PC上运行的Microsoft Access数据库文件查询托盘编号，以确定托盘中六个特定插槽中存在哪些连接器样式和大小。它还输出需要插入每个连接器的触点、密封插头和插座的配方。

在识别出连接器类型的PC数据串和要对其执行的操作已经传送到机器人控制器之后，Fanuc机器人的臂移动到托盘中的第一个槽。到达那里后，Banner Engineering的WR 80 x 80 LED环形灯连接到机器人手臂上，照亮了连接器，Basler的Ace acA1300 130万像素摄像头拍摄了它的图像。然后，该图像通过以太网接口传输到配备有Fanuc集成视觉处理器iRVision的Fanuc R-30iA控制器。视觉处理器上运行的软件在图像上执行几何图案匹配算法，以识别位于插槽中的连接器的类型并确定其位置。

然后机器人上的Durabotics定制内置末端执行器从托板中拾取连接器，并将其放置在自动定心的V形组装虎钳台上，夹紧它(图4)。然后机器人控制器将配备有摄像机的末端执行器移动到虎钳夹具上，激活环形灯并捕获连接器的第二图像。该图像再次通过以太网接口传输到Fanuc视觉处理器，其中使用另一种几何图案匹配工具来确定连接器在虎钳固定装置中的位置和方向。

图4：将连接器放置在自定心V形装配站上，在此处将其夹紧。机器人手臂上的摄像头捕获连接器的图像，该图像被传送到视觉处理器，其中几何图案匹配工具确定连接器在夹具内的位置和方向。

图像识别

然后，机器人根据从PC发送到控制器的配方，继续用金属触点和密封塞填充连接器。为此，机器人选择合适的末端执行器，然后从三个背光摇床台式送料器中的一个中取出金属销、塑料绝缘体密封塞或插座，送料器是为了振动和展开部件，这一过程使机器人视觉系统能够识别单独的部件(图5)。

图5：机器人根据从PC发送到控制器的配方填充连接器的部件。为此，机器人手臂从三个背光振动台式送料器中的一个，拾取金属销、塑料绝缘体密封塞或插座，这些送料器摇动并将部件分开，这一过程使机器人视觉系统能够识别出孤立的部件。

当机器人在背光振动台上移动时，连接到机器人手臂上的末端执行器的摄像机捕获工作台面上所有部件的图像。图像再次传输到Fanuc集成视觉处理器，执行两个重要的图像处理操作。

首先，分析图像以确定桌子上部件的饱和度。为此，在集成视觉处理器上运行的系统软件执行图像中像素强度值的直方图。通过分析图像中的强度值，系统可以确定桌子上的部件数量。如果分析显示工作台填充不充分，则工作台内的从PLC会启动伺服电机，打开工作台上方料斗的浇口，以便将更多零件送入工作台。

还要分析图像以确定机器人末端执行器应该检索振动台上的哪些部件。为此，再次对部件的图像执行模式匹配算法。在此过程中，桌子上每个部件的图像与部件的训练理想模型相匹配。然后根据与模型匹配的程度，为每个部件分配分数。得分最高的部件就由机器人末端执行器进行拾取。

部件方向

在每次拾取过程中，机器人将部件移动经过矫直工具，以确保其在末端执行器的末端正确定向。例如，连接器销将相对于末端执行器以直角从工作台上移除。但是，在将其插入连接器之前，它必须垂直定向。为此，机器人将连接器销移动通过“毛须饼干(whisker biscuit)”，这是一种专利箭托，常用于射箭，具有刷毛和中心的洞，在允许羽毛通过时，用于环绕并保持箭头轴对齐。

当机器人末端执行器将销线性地移动通过毛须饼干，并将其拉过毛须时，销将其自身定向在相对于气动末端执行器的垂直位置。这样做的一个额外的好处是，毛须还可以刷掉末端执行器可能无意中从桌子上拾起的任何额外的销，以免放入装在毛须饼干下面的碗里。

然后将每个部件运送到系统上的另一个成像站，其中部件和工具从下面通过漫射Banner Engineering LED环形灯照亮。在这里，另一台Basler Ace acA1300 130万像素摄像头捕获零件图像和工具，传输到Fanuc控制器进行分析。对图像执行进一步的图案匹配操作，以确保销、插头或插座正确地安装在工具上。如果没有，机器人将部件带到碗中，其中部件从末端执行器释放并被拒绝。如果是，则机器人将部件带到连接器，在连接器处将部件插入连接器。

机器人继续填充连接器，直到它完全填充部件。任务完成后，机器人拾取完成的连接器并将其放入托盘中(与最初拾取的位置相同)。一旦托盘中的所有连接器完全填充，完成的托盘将从系统输送，下一个托盘移入并重复该过程。

自从今年1月在航空航天连接器设施上安装以来，该系统一直在定期组装连接器。由于系统的模块化特性，它可以通过增加更多振动台来轻松增强，以适应更多样化的金属销、塑料绝缘体密封塞和插座。对视觉系统的微小修改，例如在振动台上方直接添加摄像机，也可以在需要时提高系统的吞吐速度。