Robot-based automated production of wrapped connections with single solid round wires

Abstract

The solderless wrapping process is an electrical connection technology. It is mainly used in applications which require high reliability, such as the aerospace industry. A single solid conductor is wrapped around a connecting terminal. The process is currently being realized manually and the worker's qualification highly determines the overall process quality and efficiency. The challenges of this specific task include the handling of the flexible wire, the production process of standard-conforming wrapped connections and the required positioning accuracy of the tool relative to the wrappost. An automation of the production process is essential to meet the increasing quality and efficiency requirements of modern production environments, however, available solutions still highly rely on the operator and therefore lack the aspired automation degree. To enable the automated production of wrapped connections, a lightweight robot is equipped with several components. In this paper, the design of the whole system, including the newly developed robotic end-effector, is presented. The main components are two wrapping tools, each driven by an electric motor and attached to an electric slide. The device can be moved onto the wrappost extending the electric slide. A wire feeder realizes the conveying movement of the wire. Moreover, an optical sensor is used to determine the wrappost's position and orientation. The newly developed system enables the automated production of wrapped connections conforming to standards.

Abstract

Die lötfreie Wickeltechnik zählt zu den elektrischen Verbindungstechniken. Diese wird vor allem in Anwendungen eingesetzt, welche eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, wie z. B. in der Raumfahrtindustrie. Hierbei wird ein massiver Einzelleiter um einen Wickelstift gewickelt. Der Prozess wird derzeit manuell durchgeführt und die Qualifikation des Werkers bestimmt in hohem Maße die Qualität und Effizienz des gesamten Prozesses. Zu den Schwierigkeiten dieser spezifischen Tätigkeit gehören die Handhabung des flexiblen Drahtes, der Herstellungsprozess einer normgerechten Wickelverbindung und die erforderliche Positioniergenauigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Wickelstift. Eine Automatisierung des Produktionsprozesses ist eine wesentliche Voraussetzung, um den steigenden Qualitäts- und Effizienzanforderungen moderner Produktionsumgebungen gerecht zu werden. Allerdings sind die verfügbaren Lösungen immer noch stark vom Werker abhängig und haben daher nicht den angestrebten Automatisierungsgrad. Um die automatisierte Herstellung von Wickelverbindungen zu ermöglichen, wird ein Leichtbauroboter mit mehreren Komponenten ausgestattet. In diesem Beitrag wird das Design des Gesamtsystems einschließlich des neu entwickelten Roboter-Endeffektors vorgestellt. Die Hauptkomponenten sind zwei Wickelwerkzeuge, die jeweils von einem Elektromotor angetrieben werden und an einem elektrischen Schlitten befestigt sind. Durch Verfahren des elektrischen Schlittens kann das Werkzeug auf den Wickelstift bewegt werden. Die Förderbewegung des Drahtes wird durch einen Drahtvorschub realisiert. Darüber hinaus wird ein optischer Sensor verwendet, um die Position und Ausrichtung der Wickelstifte zu bestimmen. Das neu entwickelte System ermöglicht die automatisierte Herstellung von normgerechten Wickelverbindungen.