JP5265875B2 - ワイヤ取付具の幾何学的データを決定するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、独立特許請求項の定義に記載のワイヤ取付具の表面が走査され、それからワイヤ取付具の幾何学的データが決定されるワイヤ取付具の幾何学的データを決定するための方法および装置に関する。

欧州特許出願第０５１１００７７．４号明細書から、クリンプコンタクトの高さを測定するための装置が知られていた。その詳細は、図１から３に示されている。

図１から３は、例えばクリンプコンタクト１としてのワイヤ取付具の高さの機械的手段による測定を図示する。ワイヤ２にプレスされるクリンプコンタクト１は、導体クリンプ３と絶縁体クリンプ４とを含み、導体クリンプ３はワイヤ導体５を囲み、絶縁体クリンプ４はワイヤ絶縁体６を囲む。クリンピング動作では、導体クリンプ３および絶縁体クリンプ４は、クリンピングダイおよびクリンピングアンビルによって、可塑的に変形され、図示された形状にプレスされる。垂直に移動可能な測定装置の上部部分に連結された第１ブレード７は、導体クリンプ３の上側と接触する。測定装置の下部部分に連結されたポイント８は、導体クリンプ３の下側と接触する。ブレード７の位置を、線形測定装置によって測定することができる。ポイント８の位置を、線形測定装置によって測定することができる。２つの位置の間の差が、図２および３に示されたクリンプコンタクト１の高さＨに対応する。

図３は、クリンプコンタクト１の高さの測定に関連するコンタクトポイントをもつ導体クリンプ３の断面を示す。導体クリンプ３の上側において、第１ポイント９および第２ポイント１０で、ブレード７が導体クリンプ３に連結される。クリンプ３の下側において、第３ポイント１１で、ポイント８が第３ポイント１１に連結される。クリンピング動作の間に、クリンピングダイとクリンピングアンビルの間に必要とされる遊びの結果、導体クリンプ３の下側に存在するようになるバリが１２で示される。クリンプの高さＨは、第１ポイント９および第２ポイント１０によって画定される導体クリンプ３の上側と、第３ポイント１１によって画定される下側との間の距離から決定される。
欧州特許出願第０５１１００７７．４号明細書

この装置における不利な点は、２ｍｍより小さい導体クリンプの長さを有する小さいクリンプコンタクトによって、この測定装置の機械側および高さの中心合わせが一定量の空間を占めるために、クリンプの高さを測定することができないことである。さらに、望ましい精度を保証できるために、機械的測定装置を、非常に細かく、非常に精密に作らなければならないので、このことが、製造コストに否定的な影響を与える。

ここで、本発明は対応策を提供することを説明する。請求項１で特徴づけられた本発明は、知られている装置の不利な点を回避し、ワイヤ取付具の幾何学的データをそれによって自動的に決定することができる方法および装置を作り出すための解決法を提供する。

本発明の有利なさらなる発展が、従属請求項に説明されている。

本発明によって達成された利点は、主に、ワイヤ取付具の表面が非接触的に、したがって摩耗なく走査可能であるという点にみられる。また、有利な点は、ワイヤ取付具を大きな範囲にわたって検査できることである。したがって、ワイヤ取付具をその全体において評価できる。本発明による方法によって、ワイヤ取付具のサーフェスモデルが作り出される。これから、距離、断面積などのさらなるデータを、導き出すことができる。ワイヤ取付具に対して、さらなる機械的中心合わせ装置はもはや必要ない。測定プロセスの間のワイヤ取付具の不正確な中心合わせによる測定エラーは、最初から取り除かれている。本発明による方法によって、小さいワイヤ取付具の幾何学的データを決定することができ、大きいワイヤ取付具のものも同様である。さらに、ワイヤ取付具を処理する工具の摩耗を、ワイヤ取付具の外れていく幾何学データから迅速に検出することができる。

本発明による方法によって、また本発明による装置によって、ワイヤ取付具の表面が走査され、それからワイヤ取付具の幾何学的データが決定され、複数の非接触距離測定によって、ワイヤ取付具のサーフェスモデルが作り出され、それからワイヤ取付具の幾何学的データが決定される。この方法は、手動の仕事場、半自動機械、完全自動機械に適している。

完全自動機械の場合、本発明による装置によれば、ワイヤ取付具を、製造の間も、本発明による方法に従う任意抽出ベースで測定することができる。

本発明は、添付の図に関連して、より詳細に説明される。

図４は、ワイヤ取付具の非接触走査のための測定装置を示す。第１距離センサ１４および第２距離センサ１５が、Ｕ字形ハウジング１３上に配置される。第１距離センサ１４は、ワイヤ取付具を、示された例ではクリンプコンタクト１を、下から非接触的に走査する目的を果たす。第２距離センサ１５は、ワイヤ取付具を、この場合は導体クリンプ３を、上から非接触的に走査する目的を果たす。

ハウジング１３は、ハウジング１３を、ｚ駆動装置２３によってｚ方向に動かす第１線形ユニット、例えば第１線形スライド３３上に配置される。ワイヤ２はグリッパ２４によってＺ方向の一定の位置に保持される。距離センサ１４、１５によって与えられる距離を測定するためのＺ方向におけるワイヤ取付具３の最適位置を、第１線形スライド２２によって設定することができる。第１線形スライド２２は、第１線形スライド２２をｙ駆動装置２６によってｙ方向に動かす第２線形ユニット、例えば第２線形スライド２５上に配置される。第２線形スライド２５は、第２線形スライド２５をｘ駆動装置２８によってｘ方向に動かす第３線形ユニット、例えば第３線形スライド２７上に配置される。ｘおよびｙ駆動装置２６、２８によって、図５および６に示されるように距離センサ１４、１５は、一定の走査パターンに従ってワイヤ取付具３に対して動かされる。さらに、以下にさらに説明されるように各距離測定のところで、それぞれのｘおよびｙ座標は、例えば線形スライドの線形エンコーダによって、あるいはそれぞれｘおよびｙ駆動装置のシャフトエンコーダによって登録される。

例えば距離センサ１４、１５として、示された例では、ワイヤ取付具の表面、この場合は導体クリンプの表面の、測定物体からの距離を決定する距離センサが提供される。送信器１６は、測定物体の表面に当たる焦点を合わされたポイント光ビームまたはポイントレーザビーム１７を生成する。受信器１８では、測定物体によって拡散的に反射された光ビーム１７．１が、受光素子、例えば位置検知形装置（ＰＳＤ）素子または電荷結合装置（ＣＣＤ）素子上に焦点を結ぶ。三角測量による距離測定は、相似三角形の比較に基づく。受信器によって検出された変位から、受光素子上の光パッチの位置は、走査された測定物体からの距離に依存するので、測定物体の距離を推定できる。受光素子の出力信号は、光パッチの位置に応じて変わる。

図５および６は、第２距離センサ１５の光ビーム１８が、一定の走査パターンＡＭに従ってワイヤ取付具に対してどのように動かされるかを示す。第１距離センサ１４の光ビーム１７が、ワイヤ取付具、この場合はワイヤクリンプ３の下側で同じ走査パターンＡＭに従って動かされる。図５は、ワイヤの長手方向軸に垂直に走る走査パターンＡＭを示す。図６は、ワイヤの長手方向軸に平行に走る走査パターンＡＭを示す。走査パターンＡＭを生成するために、ワイヤ２が、ワイヤ取付具またはハウジング１３と共に動かされ、あるいはハウジング１３およびワイヤ２が、ワイヤ取付具と共に動かされる。走査パターンＡＭが、曲線をもってもよい。

図７に示すように、距離測定Ｚ１およびＺ２は、以下のように走査パターンＡＭに沿って行われる。光ビーム１７および１８は、座標ｘ１、ｙ１をもつ第１測定点に動かされる。ｘ方向への移動を、例えばハウジング１３または線形ユニット２７によって行うことができ、ｙ方向への移動を、グリッパ２４によって行うことができる。ハウジング１３および／または線形ユニット２７、２５あるいはグリッパ２４が、ｘおよびｙ方向への移動を行うこともできる。座標ｘ１、ｙ１をもつ第１測定点のところで、それぞれの送信器のワイヤ取付具の表面からの距離または測定値Ｍ１が決定される。距離測定Ｚ１の測定値Ｍ１Ｚ１によって与えられる距離および距離測定Ｚ２の測定値Ｍ１Ｚ２によって与えられる距離が、第１測定点の座標ｘ１、ｙ１と共にテーブルに保存される。それから、光ビーム１７、１８が、座標ｘ２、ｙ２をもつ第２測定点に動かされ、測定値Ｍ２Ｚ１および測定値Ｍ２Ｚ２が決定され、第２測定点の座標ｘ２、ｙ２と共にテーブルに保存される。さらなる距離測定Ｚ１、Ｚ２が、同様に行われる。

距離を、例えば距離センサからワイヤ取付具の表面まで絶対的に測定することができる。距離を、一定の参照点に対して割り当てることもできる。例えば、第１測定点を、参照点として使用し、他の測定点の距離を、その参照点に関連させることができる。測定された距離をｚ座標に変換することもでき、ｘ、ｙ座標と共にテーブルに保存することができる。各距離センサの距離測定の測定値が、１つの同じ座標ゼロポイントに関連されることが重要である。

２つの距離センサ１４、１５の距離を決定するために、知られている厚さのプレートを、グリッパ２４によって距離センサ１４、１５の間に持ち込み、距離測定を行うことができる。センサ距離、またはセンサからセンサへの距離は、１つのセンサからプレートまでの測定された距離と、他のセンサからプレートまでの距離と、プレートの厚さとの和である。座標ゼロポイントを、例えば１つの距離センサに置き、他の距離センサのｚ座標を、その距離センサの離間距離から決定することができる。

距離測定Ｚ１、Ｚ２の数は、測定物体またはワイヤ取付具の表面の複雑さに応じて決定される。図７は、第１センサ１４の距離測定Ｚ１および第２センサ１５の距離測定Ｚ２を空間的に示す。すべての併せた測定値は、ワイヤ取付具、この場合は導体クリンプ３の表面の３次元のイメージをもたらす。

測定物体、またはワイヤ取付具の表面の複雑さに応じて、２つより多いセンサ、例えばワイヤ取付具を側部から走査するセンサも提供することができる。

図８は、幾何学的データ、例えば、ワイヤ取付具の高さＨまたはワイヤクリンプの高さが表面のイメージからどのように決定されるかを示す。最小値ＭＺ１ｍｉｎおよび最大値ＭＺ２ｍａｘが、それぞれ距離測定Ｚ１およびＺ２の測定値からの計算によって決定される。

理論的には、これらの最大値ＭＺ２ｍａｘおよび最小値ＭＺ１ｍｉｎは、理論的には互いに平行に走る線形回帰線Ｒ１、Ｒ２１、Ｒ２２上にある。この場合、ＭＺ１ｍｉｎの値の回帰線Ｒ１は、他の２つの回帰線Ｒ２１、Ｒ２２の正確に中央下側にある。

実際には、最適な状況（新しいクリンプダイ、新しいクリンプアンビル、均質なコンタクト材料、正確な、剥がされた長さ、測定エラーなし）下では、これらのＭＺ２ｍａｘおよびＭＺ１ｍｉｎの値は、互いの実質的に平行に走る、これらの値によって形成された線形回帰線Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ１に比較的近くにある。この場合、ＭＺ１ｍｉｎの値の回帰線Ｒ１は、他の２つの回帰線Ｒ２１、Ｒ２２の正確に中央下側にある。次に、クリンプの高さＨは、下の回帰線Ｒ１の点から、一方上の回帰線Ｒ２１の２つの点と他方の上の回帰線Ｒ２２の１つの点、あるいはその反対によって形成される上のレベルＥ２への最短距離である。

クリンプの高さＨを計算するさらなる方法は、高さＨが表面の間の距離である、２つの平行な表面を使用することである。表面が、評価に関連した測定点、この場合は導体クリンプのゾーンだけを考慮するように、表面の範囲および出発位置が選択される。それらは、同じ寸法でなくてもよく、したがって例えば、ｙ方向の表面Ｆ１は、（バリ１２なしで）表面Ｆ２より小さいが、ｘ方向では同じ寸法である。

図９ａおよび図９ｂは、測定された表面のイメージ、この場合は、導体クリンプおよびクリンプアンビルによって形成されたワイヤクリンプ３のワイヤモデルを示す。ワイヤモデルは、テーブルに保存された距離測定のＺ１、Ｚ２の測定値から、あるいはｚ座標および関連するｘ、ｙ座標から作り出される。

図９ａは、形状が導体クリンプによって決定される、導体クリンプ３の約２ミリメートル掛ける２ミリメートルのカットアウトのワイヤモデルを示す。

図９ｂは、形状がクリンプアンビルによって決定される、ワイヤクリンプ３の同じカットアウトのワイヤモデルを示す。左側に許容バリ１２を明瞭に見ることができる。しかし、バリ１２の距離測定値Ｚ１は、表面Ｆ１の外側にあり、したがって評価されない。

図１０ａは、図９ａのＭＺ２ｍａｘ値から形成される線Ｚ２２（太線）およびそれから計算される回帰線Ｒ２２（点線）を示す。

回帰線の決定は一般に知られており、以下のようにまとめることができる。回帰線は、その直線からのデータ対（ｚ、ｘ）の距離の平方が最小化される点の群を形成する測定値を通って走る直線である。図１０ａの回帰線は式
ｚ（ｘ）：＝ａｘ＋ｂ
に従い、この式でａは直線の傾きで、ｂはｚ軸の軸切片である。

線Ｚ２２および回帰線Ｒ２２は、ｈの後からｖの前まで、上述の導体クリンプのカットアウトを延びる。ｘ軸上に、前記カットアウトの２ミリメートルが表され、ｚ軸上に、距離測定Ｚ２の測定値が表される。回帰線Ｒ１およびＲ２は、回帰線Ｒ２２と同様に決定される。

図１０ａは、クリンプコンタクト１、したがって導体クリンプ３も、空間的に背面ｈに向かって少し（約１．８°）垂れ下がっていることを示す。さらに、例えば、ワイヤの長手方向軸のクリンプコンタクト１の捩れを、決定することができる。捩れを、例えば、回帰線Ｒ２２および回帰線Ｒ２１の１つの点で与えられる表面の位置から決定することができる。

図１０ｂは、図９ａのワイヤモデル上の、回帰線Ｒ２２によって、かつ回帰線Ｒ２１の１つの点によってトレースされた面Ｅ２を示す。回帰線Ｒ１の１つの点で面Ｅ２に平行に位置する面Ｅ１を通して、２つの面Ｅ１、Ｅ２の間の距離として、クリンプの高さＨを決定することができる。

しかし、実際には、測定されるべきワイヤ取付具、この場合は測定されるべき導体クリンプ３は、例えば、ランダムな孤立した凸凹または測定偏差のために、理想的な形状から外れる。これらの影響を考慮しまたはそれらを低減するために、適切な最適化方法を使用することができる。面Ｅ２は、図１０ｂに示すように、これらの侵入または外れの深さが、必要な測定精度よりも相当に小さいならば、所々で少しワイヤモデルに侵入してもよく、あるいは、少し回帰線から外れてもよい。したがって、クリンプの高さは、ｚ方向に少し修正された面の間の距離に対応する。

図１１は、ワイヤ取付具またはワイヤ絶縁体６の上に適合させられたスリーブ２０の非接触走査のための測定装置を示す。スリーブ２０の代わりに、密封要素、ブラシまたは同様の取付具を提供することができる。剥がされたワイヤ導体５も走査することができる。上述の方法と同じ方法で、ワイヤ取付具の走査および測定値の評価が行われる。この場合、回帰線はもはや平らな面にはなく、円筒形表面にある。回帰線から、ワイヤ取付具、この場合はスリーブ２０の直径を決定することができる。

図１２は、エレクトロ溶接または超音波溶接によって、剥がされたワイヤ導体５が連結されるいくつかのワイヤ２からなるワイヤハーネス２１を示す。この目的のために、幅ＢＲ、高さＨＯおよび長さＬＡの寸法に、断面または体積の圧縮が必要となる。寸法は、製造の間、できるだけ正確に維持されなければならない。寸法の妥当性確認を、測定装置によって、また上述の本発明による方法の手段によって、製造の間も行うことができる。距離測定を、９０°ずらせて置かれた２対のセンサで行うことができる。この場合、正確な評価のために、２対のセンサの逐次走査が有利である。ワイヤハーネス２１が走査され、それからそれを９０°回転させて、もう一度、走査する、上で説明された１対のセンサだけも考えられる。１回目の測定の後で、ワイヤハーネス２１を回転させる代わりに、センサ対を９０°回転することもできる。

図１３は、第１距離センサ１４がｚ方向に移動可能であり、かつ第２距離センサ１５がｚ方向に移動可能である、図４による測定装置の変形形態を示す。第１距離センサ１４のハウジング２９は、第１下部線形ユニット、例えば、ｚ１駆動装置３１によってハウジング２９をｚ方向に動かす第１下部線形スライド３０に配置される。第２距離センサ１５のハウジング３２は、第１上部線形ユニット、例えば、ｚ２駆動装置３４によってハウジング３２をｚ方向に動かす第１上部線形スライド３３に配置される。第１下部線形スライドは、また第１上部線形スライドも同様に、線形エンコーダを備えており、各ｚ駆動装置はシャフトエンコーダを備えており、それぞれの距離センサのｚ方向における正確な位置は、線形エンコーダまたはシャフトエンコーダによって決定される。

図４による距離測定の場合とは違って、この変形形態では、距離測定は、それぞれｚ方向の線形エンコーダによって行われ、各距離測定で、それぞれの距離センサは、距離センサによって測定された同じ距離、ワイヤ取付具の表面の方に動かされる。前のように、距離測定のｘ、ｙ座標および距離測定の測定値、すなわち、それぞれ、線形エンコーダによって、またはシャフトエンコーダによって測定されたワイヤ取付具の表面への距離は、テーブルに保存される。

ポイントレーザビームで三角測量を行う前述の距離センサの代わりに、ラインレーザビームで三角測量を行う距離センサを使用することができる。この距離センサは、ラインレンズから、レーザラインを測定物体の表面、この場合はワイヤ取付具の表面に投射する。レンズは、レーザラインの拡散的反射された光のイメージを受光素子のマトリックス上に形成する。距離センサは、ラインポイントからセンサおよびライン内のポイントの関連する位置、すなわち、次に第３線形スライド２７のｘ座標に関連して設定されるセンサの座標ゼロポイント上のポイントのｘ座標までの距離を意味する距離情報を、線形イメージから決定する。測定値および座標のテーブルへの保存、ならびにテーブルの評価が上で説明したように行われる。

ポイントレーザビームと比べて、ラインセンサビームをもつセンサは、より効率的に走査し、したがってより速い。図５または図６による走査パターンＡＭをライン毎に処理することができる。１つのラインがその上で１つの測定を行って、それから次のラインが１つの測定を行った。

距離を測定するための他のセンサ、例えば、レーダの原理で作動するセンサも可能である。

ワイヤ取付具の高さの機械的手段による測定を表す図である。 ワイヤ取付具の高さの機械的手段による測定を表す図である。 ワイヤ取付具の高さの機械的手段による測定を表す図である。 ワイヤ取付具の非接触走査用の測定装置の図である。 様々な走査パターンの図である。 様々な走査パターンの図である。 走査パターンに沿った距離の測定の図である。 ワイヤ取付具の高さの決定の図である。 導体クリンプのサーフェスモデルの図である。 導体クリンプのワイヤモデルの図である。 測定値から決定された回帰線の図である。 回帰線がその上でトレースされる面の図である。 ワイヤ取付具として予測されるスリーブの非接触走査の図である。 非接触で走査可能な連結を備えるワイヤハーネスの図である。 測定装置の変形実施形態の図である。

符号の説明

１ クリンプコンタクト
２ ワイヤ
３ 導体クリンプ
４ 絶縁体クリンプ
５ ワイヤ導体
６ ワイヤ絶縁体
７ ブレード
８ ポイント
９ 第１ポイント
１０ 第２ポイント
１１ 第３ポイント
１２ バリ
１３ Ｕ字形ハウジング
１４ 第１距離センサ
１５ 第２距離センサ
１６ 送信器
１７ ポイント光ビームまたはポイントレーザビーム
１７．１ 光ビーム
１８ 受信器
２０ スリーブ
２１ ワイヤハーネス
２２ 第１線形スライド
２３ Ｚ駆動装置
２４ グリッパ
２５ 第２線形スライド
２６ Ｙ駆動装置
２７ 第３線形スライド
２８ Ｘ駆動装置
２９、３２ ハウジング
３０ 第１下部線形スライド
３１ Ｚ１駆動装置
３３ 第１上部線形スライド
Ｅ１、Ｅ２ 面
Ｆ１、Ｆ２ 表面
Ｒ１、Ｒ２１、Ｒ２２ 回帰線
Ｘ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ、Ｚ１、Ｚ２ 座標
Ｍ１Ｚ１、Ｍ１Ｚ２、Ｍ２Ｚ１、Ｍ２Ｚ２、Ｍ１ 測定値
ＭＺ１ｍｉｎ、ＭＺ２ｍａｘ 数値
ＢＲ 幅
ＬＡ 長さ
ＨＯ 高さ

Claims (6)

1. ワイヤ取付具の表面が走査され、それからワイヤ取付具の幾何学的データが決定される、ワイヤ取付具の幾何学的データを決定するための方法であって、少なくとも２つの距離センサ（１４、１５）を使用することによる複数の非接触距離測定（Ｚ１、Ｚ２）によって、ワイヤ取付具（３）のサーフェスモデルが作り出され、それからワイヤ取付具（３）の幾何学的データが決定され、少なくとも２つの距離センサのうちの１つ（１４）は、ワイヤ取付具（３）の下に設けられ、少なくとも２つの距離センサのうちの他の１つ（１５）は、ワイヤ取付具（３）の上に設けられ、非接触距離測定（Ｚ１、Ｚ２）が、直線移動に基づく一定の走査パターン（ＡＭ）に従って行われることを特徴とする、方法。
2. 非接触距離測定（Ｚ１、Ｚ２）の測定値が、三角測量（ＡＭ）によって決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 距離測定（Ｚ１、Ｚ２）が、ワイヤ取付具（３）のいくつかの側で行われることを特徴とする、請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。
4. 非接触距離測定（Ｚ１、Ｚ２）の測定値から、回帰線（Ｒ１、Ｒ２１、Ｒ２２）が計算され、回帰線（Ｒ１、Ｒ２１、Ｒ２２）によって、ワイヤ取付具（３）の幾何学的データ（Ｈ）が決定されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 非接触距離測定（Ｚ１、Ｚ２）の各測定値に対して、距離測定（Ｚ１、Ｚ２）の座標（ｘ、ｙ）が決定され、測定値と共に電子テーブルに保存されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に従って維持される電子テーブル。
6. ワイヤ取付具の表面が走査可能である、ワイヤ取付具の幾何学的データを決定するための装置であって、表面を走査するために、距離センサ（１４、１５）が設けられ、該距離センサによってワイヤ取付具（３）の表面からの距離を非接触的に決定することができ、かつ線形ユニット（２２、２５、２７、３０、３３）および／またはグリッパ（２４）によって距離測定を行うために、距離センサが少なくとも２つの軸（ｘ、ｙ、ｚ）の方向に移動可能であり、２つの距離センサ（１４、１５）はＵ字型のハウジング（１３）上に設けられ、２つの距離センサのうちの１つ（１４）は、ワイヤ取付具（３）を下から走査し、２つの距離センサのうちの他方（１５）は、ワイヤ取付具（３）を上から走査することを特徴とする、装置。

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