本發(fā)明關于一種機械系統(tǒng)的校正及監(jiān)測裝置。
背景技術：
：隨著自動化技術的進步，產(chǎn)業(yè)界開始采用以機器人系統(tǒng)為核心的智能自動化制造單元進行制造與組裝商品，以提高產(chǎn)值與產(chǎn)品質(zhì)量。機械手臂要導入焊接、切割、點膠以及組裝等產(chǎn)業(yè)應用中，需能長期地保持可靠度以及高重復/絕對精準度，以滿足制造質(zhì)量需求。然而任何在機器人系統(tǒng)中發(fā)生的錯誤，包含機械手臂本體以及周邊配備，都可能導致產(chǎn)線停擺，損失寶貴的生產(chǎn)時間。其中因長時間使用或維修造成的機械性偏移必須仰賴校正彌補，除了脫機式的校正，直接在產(chǎn)在線(in-line)校正能大量節(jié)省拆卸、搬運以及組裝的時間與人力。但是經(jīng)過調(diào)查，大部分的機器人制造商不提供絕對精度校正服務，或是只提供空運回原產(chǎn)地的校正服務，這樣的作法耗時且費用龐大。目前僅有少數(shù)廠商能夠在提供現(xiàn)場絕對精度校正服務，大部分還是需要將機械手臂自產(chǎn)線拆卸后送到原廠或空運到制造國。絕對精度校正服務難以普及的其中一個原因在于所需儀器設備價格高昂。產(chǎn)業(yè)鏈中缺乏這項技術服務，絕對精度校正成為高精度需求的產(chǎn)線之一大限制。一般而言，機械手臂在出廠前的制造過程中會經(jīng)過層層的把關與調(diào)校，達到高水平的絕對精度，因此到使用端的初期能以高精度作業(yè)，但在經(jīng)過長時間使用后，機械性偏移導致精度難以保持，或是因為維修機械手臂(如：置換馬達或齒輪組)造成精度偏差。絕對精度校正能彌補這方面的問題，確保機械手臂在要求的精度范圍中，因而能加強在產(chǎn)線中的可靠度。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的一實施例提供一種機械系統(tǒng)的校正裝置，該校正裝置包含：一光發(fā)射器，用以發(fā)射出一光束；一光感測模塊；以及一運算模塊。該光感測模塊包含：一承載板；以及多個光感測單元位于該承載板上，其中該多個光感測單元用于接收該光束并產(chǎn)生多個影像數(shù)據(jù)。其中該運算模塊用以接收該多個影像數(shù)據(jù)，并輸出一校正運動參數(shù)。本發(fā)明的一實施例提供一種機械系統(tǒng)的校正方法，該校正方法包括：發(fā)射一光束；接收該光束并且轉(zhuǎn)換為多個影像數(shù)據(jù)；以及分析該多個影像數(shù)據(jù)與相對應運動命令之間的多個偏移量，使得產(chǎn)生一校正運動參數(shù)。附圖說明圖1是根據(jù)一些實施例說明機械系統(tǒng)與光感測模塊的裝置示意圖。圖2是根據(jù)一些實施例說明校正裝置的操作方法流程圖。圖3是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊的放大示意圖。圖4是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊的放大示意圖。圖5是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊的放大示意圖。圖6是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊的放大示意圖。圖7是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊的放大示意圖。圖8是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊的放大示意圖。圖9是根據(jù)一些實施例說明配置光學屏蔽后的投影圖樣示意圖。圖10是根據(jù)一些實施例說明配置光學屏蔽后的投影圖樣示意圖。圖11是根據(jù)一些實施例說明配置光學屏蔽后的投影圖樣示意圖。附圖標記說明10機械系統(tǒng)11機械手臂12基座13運算模塊15控制器17第一端18第二端20關節(jié)21關節(jié)30校正裝置31發(fā)射器35光感測模塊36殼體37、38、39、40光感測單元41承載板45光束47光學屏蔽50光感測模塊51殼體53、54、55、56光感測單元58承載板60光感測模塊61殼體63、64、65、66光感測單元68承載板70光感測模塊71殼體73、74、75、76光感測單元78承載板79、80凸塊90光感測模塊91殼體92、93、94、95光感測單元96承載板97、98、99、100凸塊110光感測模塊111殼體112、113、114、115光感測單元116、117、118、119傾斜承載板131十字投影132、133條帶135交叉點142橢圓投影143焦點151相對三角形153、155三角形154、156角157空隙具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明的實施例提供一機械手臂精度校正與監(jiān)測的裝置與方法，提供機械手臂制造商于機械手臂出廠前以及產(chǎn)線中校正之用，補償因制造或組裝誤差造成的精度偏差，并且解決校正裝置成本過高的問題；此外，本裝置也可作為生產(chǎn)在線機械手臂精度監(jiān)測的用途，達成確保機器手臂位置絕對精度的功效。圖1為根據(jù)一些實施例說明機械系統(tǒng)10與光感測模塊35的裝置示意圖，一機械系統(tǒng)10包含機械手臂11、基座12、控制器15、馬達等部分。機械手臂11具有第一端17、第二端18、關節(jié)20、關節(jié)21。第一端17連接基座12；第二端18能隨用戶的需求，裝配功能性組件例如激光、點膠頭、焊接、切割、夾取等組件。關節(jié)20、21能提供機械手臂11旋轉(zhuǎn)動作，并且作為機械手臂11的力臂之間的連接；隨著各種機械手臂的設計，可能有不同數(shù)量的關節(jié)與力臂，并不在本實施例的限制?；?2為一可旋轉(zhuǎn)的底座或一固定的底座?？刂破?5連接機械手臂11，并且控制器15包含處理器、內(nèi)存及內(nèi)建運算軟件等組件，用來控制機械手臂11的動作。同一實施例中，如第1圖所示，校正裝置30包含光發(fā)射器31、運算模塊13以及光感測模塊35。運算模塊13可位于殼體36的內(nèi)部或是配置于殼體36的外部，運算模塊13包含處理器(CPU)、內(nèi)存及內(nèi)建運算軟件等。光感測模塊35包含殼體36以及光感測單元37、38、39、40。光感測單元37、38、39、40位于殼體36的承載板41上，使得光感測單元37、38、39、40的感測表面朝向外部，光感測單元37、38、39、40與運算模塊13電性連接。光發(fā)射器31為一發(fā)光組件例如：激光、發(fā)光二極管(lightemittingdiode,LED)等組件。特別地，光感測單元37、38、39、40為二維圖像傳感器，例如電荷耦合組件(charge-coupleddevice,CCD)、互補式金屬-氧化層-半導體的影像傳感器(complementarymetal-oxide-semiconductorimagesensor,CMOSimagesensor)等。光感測單元37、38、39、40能接收光發(fā)射器31所投射的光束45，并且將光束45的投影圖像或投影點轉(zhuǎn)化為電子信號。此外，光感測模塊35能連接控制器15，運算模塊13處理影像的電子信號后，透過聯(lián)機將電子信號傳輸給控制器15，聯(lián)機的方式例如：以外接傳輸線方式連接光感測模塊35和控制器15；或是將電子信號暫時儲存于光感測模塊35內(nèi)的內(nèi)存，利用USB隨身碟連接光感測模塊35上的USB(UniversalSerialBus)端子并將電子信號存取，在將USB隨身碟內(nèi)的電子信號轉(zhuǎn)移到控制器15；或是利用無線通信方式，將暫時儲存于光感測模塊35內(nèi)的電子信號傳送到控制器15。在另一實施例中，光感測單元的數(shù)量為至少兩個以上。在另一實施例中，光感測單元的數(shù)量為2N個，N為一正整數(shù)。在另一實施例中，光感測單元的數(shù)量為3N個，N為一正整數(shù)。在實際操作中，可以發(fā)現(xiàn)多個光感測單元可以獲得較佳的校正結(jié)果，以確保機械手臂11的精度落在合理范圍。特別地，在一實施例中，校正裝置30另包含光學屏蔽47，光束45穿透光學屏蔽47造成干涉、繞射或遮蔽等物理特性，而產(chǎn)生二維特征圖案(后續(xù)詳述)，光感測單元37、38、39、40接收光學屏蔽47所造成的二維特征圖案或是幾何圖形的投影，二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置，以此取得更精確的影像數(shù)據(jù)。在一實施例中，操作者可選擇不掛上光學屏蔽47，此時憑借著光束45原本的點狀特性，投射于光感測單元37、38、39、40，以此取得一影像數(shù)據(jù)。圖2是根據(jù)一些實施例說明校正裝置30的操作方法流程圖。首先，將光感測模塊35電性連接至控制器15，并且將光感測模塊35放置在機械手臂11的旁邊。在步驟120中，將光發(fā)射器31安裝于第二端18，并且通過螺絲或夾具將光發(fā)射器31固定。在一實施例中，進一步放置一光學屏蔽47于該光發(fā)射器31的發(fā)射端，使得光束45穿透光學屏蔽47造成干涉、繞射或遮蔽等物理特性，而產(chǎn)生二維特征圖案或是幾何圖形的投影。在步驟121中，由外部輸入一指令到控制器15中，該指令為用戶手動輸入指令讓機械手臂11移動到某一角度或位置，使得光發(fā)射器31的光束45投射至光感測單元37上。在另一實施例中，運算模塊13內(nèi)建移動指令并輸出給控制器15，讓機械手臂11自行移動到某一角度或位置，使得光發(fā)射器31的光束45投射至光感測單元37上。在步驟122中，光感測單元37感測光束45的投影，光感測單元37上被照射的像素(pixel)轉(zhuǎn)換為一第一影像數(shù)據(jù)Xmeasure1，第一影像數(shù)據(jù)Xmeasure1為單個位置點或是多個位置點集合。在一實施例中，光感測單元37接收光學屏蔽47所造成的二維特征圖案或是幾何圖形的投影，二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置例如選擇直角、交叉點、空隙、長短軸、端點等，以此取得更精確的影像數(shù)據(jù)，故第一影像數(shù)據(jù)Xmeasure1為二維特征圖案的多個位置點集合。在步驟123中，運算模塊13記錄機械手臂11的第一運動命令Xpoint1，第一運動命令Xpoint1也代表投影點或投影圖案在量測設備(為光感測模塊35)坐標系中的三維位置。第一運動命令Xpoint1的推導說明如下，多轉(zhuǎn)軸機械手臂運動學模型為一矩陣函式：XΨrobot=F(ηrobotθ)---(1)]]>X為機械手臂11的第二端18位置，X并且為一三維度坐標；Ψ為機械手臂11末端的旋轉(zhuǎn)角度，也為三維度的表示；θ為機械手臂11上的所有關節(jié)角度；ηrobot為機械手臂11本身的六維空間轉(zhuǎn)換參數(shù)，簡言之為一機械手臂11的運動學參數(shù)。本實施例中，以光感測模塊35量測，機械手臂11的光束45投射在光感測單元37上的投影點或投影圖案位置幾何函式可以表示為：Xpoint1＝G(ηemitter,ηsenser-robot,F(ηrobot,θ))(2)第一運動命令Xpoint1為光束45投射在光感測單元37上的投影點或投影圖案位置，換言之，Xpoint1為該投影點或投影圖案在量測設備坐標系(在此為光感測模塊35的坐標系)中的三維位置；ηemitter為光發(fā)射器31固定于機械手臂11第二端18的三維位置與方向；ηsensor-robot為機械手臂11與光感測模塊35之間的六維空間轉(zhuǎn)換參數(shù)；F(ηrobot,θ)為機械手臂11運動學模型，ηrobot為機械手臂11本身的六維空間轉(zhuǎn)換參數(shù)，θ為機械手臂11上的所有關節(jié)角度。在步驟124中，由外部輸入一指令到控制器15中讓該機械手臂11移動到某一角度或位置，使得光發(fā)射器31的該光束45投射至光感測單元38上。在步驟125中，光感測單元38感測光束45的投影，光感測單元38上被照射的像素(pixel)轉(zhuǎn)換為一第二影像數(shù)據(jù)Xmeasure2，第二影像數(shù)據(jù)Xmeasure2為單個位置點或是多個位置點集合。在一實施例中，光感測單元38接收光學屏蔽47所造成的二維特征圖案或是幾何圖形的投影，二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置，以此取得更精確的影像數(shù)據(jù)，故第二影像數(shù)據(jù)Xmeasure2為二維特征圖案的多個位置點集合。在步驟126中，運算模塊13記錄機械手臂11的第二運動命令Xpoint2，第二運動命令Xpoint2也代表投影點或投影圖案在光感測模塊35的坐標系中的三維位置，第二運動命令Xpoint2的數(shù)學表示方法等同上述函數(shù)(2)所示。在步驟127中，運算模塊13將第一運動命令Xpoint1和第一影像數(shù)據(jù)Xmeasure1的誤差求出，該誤差ΔX1(也可稱為偏移量)可由以下數(shù)學式表示：ΔX1＝Xmeasure1-Xpoint1。該誤差ΔX1代表實際量測到的投影點或投影圖案位置和機械手臂11本身預測的位置點不相符合，而產(chǎn)生一個二維的誤差值。同樣地，運算模塊13將第二運動命令Xpoint2和第二影像數(shù)據(jù)Xmeasure2的誤差求出，該誤差ΔX2(也可稱為偏移量)可由以下數(shù)學式表示：ΔX2＝Xmeasure2-Xpoint2。如此分析該第一、二影像數(shù)據(jù)Xmeasure1、Xmeasure2與該第一、二運動命令Xpoint1、Xpoint2的差異ΔX1、ΔX2。運算模塊13通過數(shù)值方法調(diào)整ηemitter、ηrobot、ηsensor-robot等運動參數(shù)，使得誤差ΔX1、ΔX2能最小化并且趨近于零，經(jīng)過運算后取得一最佳的校正后運動參數(shù)η’emitter、η’robot、η’sensor-robot，該校正運動參數(shù)能同時地降低該第一影像數(shù)據(jù)Xmeasure1與該第一運動命令Xpoint1之間的偏移量ΔX1、該第二影像數(shù)據(jù)Xmeasure2與該第二運動命令Xpoint2之間的偏移量ΔX2。在步驟128中，透過外接連線將校正后運動參數(shù)傳輸給控制器15；或是利用USB隨身碟將校正后運動參數(shù)存取，并且將校正后運動參數(shù)轉(zhuǎn)移到控制器15；或是利用無線通信方式，將校正后運動參數(shù)傳送到控制器15。如此控制器15接收校正后運動參數(shù)η’emitter、η’robot、η’sensor-robot，進一步代入并修改機械手臂11的運動命令Xpoint，如此能完成校正程序。后續(xù)機械手臂11的實際投影點或投影圖案位置和機械手臂11本身預測的位置點相符合，使得機械手臂11的第二端18預測的三維位置趨近于第二端18實際的三維位置。故校正裝置30能提供機械手臂制造商于手臂出廠前校正之用，補償因制造或組裝誤差造成的精度偏差，并能讓機械手臂使用者于工廠中定期校正機械手臂。在一實施例中，機械手臂11校正前的精度數(shù)據(jù)如下：結(jié)果(單位：mm)XYZ長度取樣點數(shù)100100100100最大誤差3.12.653.483.59RMS誤差1.20.761.291.88表A上述精度數(shù)據(jù)是由激光追蹤儀來測量，對機械手臂11工作區(qū)域中在100個不同位置下進行取樣，可以得知X軸向具有最大誤差值為3.1mm，方均根誤差值為1.2mm；Y軸向具有最大誤差值為2.65mm，方均根誤差值為0.76mm；Z軸向具有最大誤差值為3.48mm，方均根誤差值為1.29mm；對長度(距離)的量測具有最大誤差值為3.59mm，方均根誤差值為1.88mm。經(jīng)過本發(fā)明校正裝置30的校正操作,此次實驗所采用的光感測模塊為3個光傳感器所組成,移動機械手臂對每個傳感器分別在45個不同的姿態(tài)下投射光束于傳感器，共135個運動命令，校正后再次用激光追蹤儀測量精度數(shù)據(jù)，可以得到以下結(jié)果：結(jié)果(單位：mm)XYZ長度取樣點數(shù)100100100100最大誤差0.540.380.60.65RMS誤差0.20.130.240.34表B對機械手臂11工作區(qū)域中在100個不同位置下進行取樣，可以得知X軸向具有最大誤差值為0.54mm，方均根誤差值為0.2mm；Y軸向具有最大誤差值為0.38mm，方均根誤差值為0.13mm；Z軸向具有最大誤差值為0.6mm，方均根誤差值為0.24mm；對長度(距離)的量測具有最大誤差值為0.65mm，方均根誤差值為0.34mm。由表A、B來看，可以得知機械手臂11經(jīng)過校正裝置30的校正操作后，各軸向X、Y、Z以及長度(距離)的誤差程度大幅下降，使得機械手臂11的精度能提升，足以顯示校正裝置30的功效。在一實施例中，如第1圖所示，由外部輸入一指令到控制器15中，移動機械手臂11使得光發(fā)射器31的光束45投射至光感測單元37、38、39、40上，特別地，對每一個光感測單元作單一次光束投射動作，換言之，每個光感測單元僅有一個影像數(shù)據(jù)對應一個運動命令，詳細操作過程如下。光感測單元37、38、39、40感測光束45的投影，光感測單元37、38、39、40上被照射的像素(pixel)分別轉(zhuǎn)換為影像數(shù)據(jù)Xmeasure11、Xmeasure12、Xmeasure13、Xmeasure14，各影像數(shù)據(jù)為單個位置點或是多個位置點集合。在一實施例中，光感測單元37、38、39、40接收光學屏蔽47所造成的二維特征圖案或是幾何圖形的投影，二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置，以此取得更精確的影像數(shù)據(jù)，故各影像數(shù)據(jù)Xmeasure11、Xmeasure12、Xmeasure13、Xmeasure14系為二維特征圖案的多個位置點集合。運算模塊13分別記錄機械手臂11的運動命令Xpoint11、Xpoint12、Xpoint13、Xpoint14，各運動命令代表投影點或投影圖案在光感測模塊35的坐標系中的三維位置，各運動命令的數(shù)學表示方法等同上述函數(shù)(2)所示。運算模塊13將影像數(shù)據(jù)Xmeasure11、Xmeasure12、Xmeasure13、Xmeasure14和運動命令Xpoint11、Xpoint12、Xpoint13、Xpoint14的誤差求出，該誤差ΔX11、ΔX12、ΔX13、ΔX14(也可稱為偏移量)可由以下數(shù)學式表示：ΔX1n＝Xmeasure1n-Xpoint1n。該誤差ΔX1n代表實際量測到的投影點或投影圖案和機械手臂11本身預測的位置點不相符合，而產(chǎn)生一個二維的誤差值。運算模塊13通過數(shù)值方法調(diào)整ηemitter、ηrobot、ηsensor-robot等運動參數(shù)，使得誤差ΔX11、ΔX12、ΔX13、ΔX14能最小化并且趨近于零，經(jīng)過運算后取得一最佳的校正后運動參數(shù)η’emitter、η’robot、η’sensor-robot。透過外接連線或其他方式將校正后運動參數(shù)傳輸給控制器15。如此控制器15接收校正后運動參數(shù)η’emitter、η’robot、η’sensor-robot，進一步代入并修改機械手臂11的運動命令Xpointn，如此能完成校正程序。在一實施例中，如圖1所示，由外部輸入一指令到控制器15中，移動機械手臂11使得光發(fā)射器31的光束45投射至光感測單元37、38上，特別地，對各光感測單元37、38作多次光束投射動作，換言之，每個光感測單元有多個影像數(shù)據(jù)對應多個運動命令，在一實施例中，多個運動命令為運算模塊13內(nèi)建移動指令，多個運動命令由運算模塊13輸出給控制器15中，讓機械手臂11自行移動到多個角度或位置，使得光發(fā)射器31的光束45投射至光感測單元37、38上；在一實施例中，多個運動命令為用戶手動輸入指令給控制器15，讓機械手臂11移動到多個角度或位置，使得光發(fā)射器31的光束45投射至光感測單元37、38上，詳細操作過程如下。光感測單元37感測光束45的投影，光感測單元37上被照射的像素(pixel)轉(zhuǎn)換為影像數(shù)據(jù)Xmeasure21，影像數(shù)據(jù)為單個位置點或是多個位置點集合。運算模塊13記錄機械手臂11的運動命令Xpoint21，運動命令代表投影點或投影圖案在光感測模塊35的坐標系中的位置，運動命令的數(shù)學表示方法等同上述函數(shù)(2)所示。在同一光感測單元37下，進行機械手臂11的另一姿態(tài)投射但是仍然投影在光感測單元37上，例如改變機器手臂11的關節(jié)20、21角度；改變光束45與光感測單元37表面之間的夾角；改變光感測模塊35與第二端18的相對位置等方式，再次記錄影像數(shù)據(jù)Xmeasure22與運動命令Xpoint22。此外，對光感測單元37進行多個不同姿態(tài)的投射，并且記錄下影像數(shù)據(jù)Xmeasure2n與運動命令Xpoint2n。運算模塊13將各影像數(shù)據(jù)Xmeasure2n和相對應的運動命令Xpoint2n的誤差求出，誤差ΔX2n(也可稱為偏移量)可由以下數(shù)學式表示：ΔX2n＝Xmeasure2n-Xpoint2n(n為一正整數(shù))。進一步對光感測單元38進行多個不同姿態(tài)的投射，并且記錄下影像數(shù)據(jù)Xmeasure3n與運動命令Xpoint3n。在一實施例中，光感測單元37、38接收光學屏蔽47所造成的二維特征圖案或是幾何圖形的投影，二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置，以此取得更精確的影像數(shù)據(jù)，故各影像數(shù)據(jù)Xmeasure2n、Xmeasure3n為二維特征圖案的多個位置點集合。運算模塊13將各影像數(shù)據(jù)Xmeasure3n和相對應的運動命令Xpoint3n的誤差求出，誤差ΔX3n(也可稱為偏移量)可由以下數(shù)學式表示：ΔX3n＝Xmeasure3n-Xpoint3n。運算模塊13通過數(shù)值方法調(diào)整ηemitter、ηrobot、ηsensor-robot等運動參數(shù)，使得誤差ΔX2n與ΔX3n能最小化并且趨近于零，經(jīng)過運算后取得一最佳的校正后運動參數(shù)η’emitter、η’robot、η’sensor-robot。透過外接連線或其他方式將校正后運動參數(shù)傳輸給控制器15。如此控制器15接收校正后運動參數(shù)η’emitter、η’robot、η’sensor-robot，進一步代入并修改機械手臂11的運動命令Xpointn，如此能完成校正程序。在一實施例中，校正裝置30可適用于產(chǎn)在線監(jiān)測機械手臂11精度飄移的情況，在長時間的生產(chǎn)下，機械手臂11可能因為金屬疲勞、作動馬達、轉(zhuǎn)軸的劣化而有第二端18位置的誤差。在生產(chǎn)中，導入校正裝置30的在線監(jiān)控，光感測單元37、38、39、40擷取光發(fā)射器31的投影，記錄下投影位置與圖形的影像數(shù)據(jù)與機械手臂11的運動命令。運算模塊13將各影像數(shù)據(jù)和相對應的運動命令之間的誤差求出，其誤差例如位置偏移或角度偏移，特別地，當誤差超出一預定精度范圍或是一上限值或臨界值時(可以預先設定一預定精度臨界值)，光感測模塊35將輸出一警戒信號，并將該警戒信號傳輸給控制器15，讓控制器15與使用者得以監(jiān)測機械手臂11的精準度，其中警戒信號可轉(zhuǎn)換為屏幕上的警戒顯示；或轉(zhuǎn)換為一發(fā)光二極管燈號。在一實施例中，光感測模塊35另包含一蜂鳴器電性連接運算模塊13，當誤差(或偏移量)超出一預定精度范圍或是一上限值時，蜂鳴器將啟動，告知使用者機械手臂11的精準度已超出可生產(chǎn)范圍。特別地，在一實施例中，在線監(jiān)測的應用之下，校正裝置30可搭配光學屏蔽47，將光學屏蔽47配置于光發(fā)射器31，光束45穿透光學屏蔽47造成干涉、繞射或遮蔽等物理特性，而產(chǎn)生二維特征圖案或是幾何圖形的投影，光感測單元37、38、39、40接收光學屏蔽47所造成的二維特征圖案或是幾何圖形的投影，二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置，以此取得更精確的影像數(shù)據(jù)，如此將有助于誤差的監(jiān)控，確保精度在合理的范圍內(nèi)。在一實施例中，校正裝置30可包含多個光發(fā)射器(未示出)，例如配置兩個光發(fā)射器于圖1的第二端18，其中兩個光發(fā)射器之發(fā)射光束夾一已知角度。操作時，將兩個光發(fā)射器的光束對準光感測模塊35其中兩個光感測單元37、38，紀錄此時光感測單元37、38的影像數(shù)據(jù)和機械手臂11的運動命令；再將兩個光發(fā)射器的光束對準光感測模塊35其中兩個光感測單元39、40，紀錄此時光感測單元39、40的影像數(shù)據(jù)和機械手臂11的運動命令。運算模塊13將各影像數(shù)據(jù)和相對應的運動命令的誤差求出，運算模塊13通過數(shù)值方法調(diào)整運動參數(shù)，使得誤差能最小化并且趨近于零，經(jīng)過運算后取得一最佳的校正后運動參數(shù)。圖3是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊35的放大示意圖。特別地，光感測單元37、38、39、40呈數(shù)組排列，彼此不相連，并且互相分離為一特定距離，已知的特定距離紀錄在運算模塊13中，便于運算模塊13對影像數(shù)據(jù)和相對應的運動命令的誤差運算。此外，光感測單元37、38、39、40鑲嵌于殼體36，詳言之，各光感測單元37、38、39、40的感測表面與承載板41為一相同或近似的水平面。另外，光感測單元的數(shù)量并不在本實施例的限制。殼體36的材料是由一低膨脹系數(shù)的材料或金屬所制造，以此防止殼體36因為溫度變化而膨脹或收縮。圖4是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊50的放大示意圖。光感測模塊50包含殼體51以及光感測單元53、54、55、56。光感測單元53、54、55、56位于殼體51的承載板58上，使得光感測單元53、54、55、56的感測表面朝向外部，光感測單元53、54、55、56與運算模塊13電性連接。光感測單元53、54、55、56的尺寸為11.3mm*11.3mm的正方形，分辨率(resolution)為2048*2048。殼體51的承載板58為27公分乘以27公分的正方形平面，特別地，光感測單元53、54、55、56配置于承載板58的各個角落。光感測單元53、54、55、56鑲嵌于殼體51，詳言之，各光感測單元53、54、55、56的感測表面與承載板58為一相同或近似的水平面。另外，光感測單元的數(shù)量并不在本實施例的限制。圖5是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊60的放大示意圖。光感測模塊60包含殼體61以及光感測單元63、64、65、66。光感測單元63、64、65、66位于殼體61的承載板68上，使得光感測單元63、64、65、66的感測表面朝向外部，光感測單元63、64、65、66與運算模塊13電性連接。特別地，光感測單元63、64、65、66配置于靠近或是相連承載板68的各個周邊。光感測單元63、64、65、66鑲嵌于殼體61，詳言之，各光感測單元63、64、65、66的感測表面與承載板68為一相同或近似的水平面。另外，光感測單元的數(shù)量并不在本實施例的限制。圖6是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊70的放大示意圖。光感測模塊70包含殼體71以及光感測單元73、74、75、76。光感測單元73、74、75、76的感測表面朝向外部，光感測單元73、74、75、76與運算模塊13電性連接。特別地，光感測單元73、74的感測表面高度高于殼體71的承載板78的高度，此外，光感測單元73、74的感測表面平行于承載板78，光感測單元73、74的下方為殼體71延伸出來的凸塊79、80，凸塊79、80位于承載板78的上方，用以墊高光感測單元73、74，凸塊79、80的高度互不相同；光感測單元75、76的感測表面高度低于承載板78的高度，此外，光感測單元75、76的感測表面平行于承載板78，光感測單元75、76配置在殼體71凹入的底部，凹入的深度不相同。另外，光感測單元的數(shù)量、高度與深度并不在本實施例的限制。圖7是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊90的放大示意圖。光感測模塊90包含殼體91以及光感測單元92、93、94、95。光感測單元92、93、94、95的感測表面朝向外部，光感測單元92、93、94、95系與運算模塊13電性連接。特別地，光感測單元92、93、94、95的感測表面配置為一傾斜面相異于殼體91的承載板96，光感測單元92、93、94、95的下方為殼體91延伸出來的凸塊97、98、99、100，凸塊97、98、99、100位于承載板96之上，用以墊高光感測單元92、93、94、95，凸塊97、98、99、100上表面的傾斜程度不相同，使得光感測單元92、93、94、95的彼此感測表面的各法向量互異，并且各法向量相異于承載板96的法向量。換言之，光感測單元92、93、94、95的感測表面朝向不同的方向。另外，光感測單元的數(shù)量并不在本實施例的限制。圖8是根據(jù)一些實施例說明光感測模塊110的放大示意圖。光感測模塊110包含殼體111以及光感測單元112、113、114、115。光感測單元112、113、114、115的感測表面朝向外部，光感測單元112、113、114、115與運算模塊13電性連接。特別地，殼體111具有四個傾斜承載板116、117、118、119，光感測單元112、113、114、115分別配置在各個傾斜承載板116、117、118、119的上方，各個傾斜承載板的傾斜程度不相同并且具有不同的法向量，使得光感測單元112、113、114、115的感測表面的各法向量互異，換言之，光感測單元112、113、114、115的感測表面朝向不同的方向。另外，光感測單元的數(shù)量、高度與深度并不在本實施例的限制。上述不同位置、數(shù)量、角度、平面高度的光感測單元造成機械手臂11投影時的作動差異，能增加機械手臂11的作動樣態(tài)，以此擷取更多組運動命令與投影位置，經(jīng)過數(shù)值方法縮小誤差值后，能有效提升校正后機械手臂11的精準度。圖9是根據(jù)一些實施例說明配置光學屏蔽后的投影圖樣示意圖。在一實施例中，在校正之前，將一光學屏蔽配置于光發(fā)射器31之發(fā)射端，此時光發(fā)射器31為一激光單元或發(fā)光二極管，光發(fā)射器31發(fā)出的光束經(jīng)過光學屏蔽后，因為光學的干涉、繞射或遮蔽等物理特性而產(chǎn)生特征圖案或是幾何圖形的投影，特別地，此光學屏蔽能產(chǎn)生十字投影131的光學組件，十字投影131的圖樣如圖9所示，條帶132和條帶133呈現(xiàn)正交，交叉點135并非在于條帶132的中央點或條帶133的中央點，使得十字投影131為一非對稱的十字，如此能增加投影圖案的特征性。十字投影131能提供一具有特色的圖樣，用來提升本發(fā)明光感測模塊的精確度，例如擷取十字中心點(在此為交叉點135)、角落點或條帶132、133的端點做為影像數(shù)據(jù)與運動命令的校正參考點。如本實施例的二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置，以此以取得更精確的影像數(shù)據(jù)。圖10是根據(jù)一些實施例說明配置光學屏蔽后的投影圖樣示意圖。在一實施例中，在校正之前，將一光學屏蔽配置于光發(fā)射器31之發(fā)射端，此時光發(fā)射器31為一激光單元或發(fā)光二極管，光發(fā)射器31發(fā)出的光束經(jīng)過光學屏蔽后，因為光學的干涉、繞射或遮蔽等物理特性而產(chǎn)生特征圖案或是幾何圖形的投影，特別地，光學屏蔽能產(chǎn)生橢圓投影142的光學組件，橢圓投影142的圖樣如第10圖所示。橢圓投影142能提供一具有特色的圖樣，用來提升本發(fā)明光感測模塊的精確度，例如擷取橢圓投影142的焦點143做為影像數(shù)據(jù)與運動命令的校正參考點。如本實施例的二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置，以此取得更精確的影像數(shù)據(jù)。圖11根據(jù)一些實施例說明配置光學屏蔽后的投影圖樣示意圖。在一實施例中，在校正之前，將一光學屏蔽配置于光發(fā)射器31的發(fā)射端，此時光發(fā)射器31為一激光單元或發(fā)光二極管，光發(fā)射器31發(fā)出的光束經(jīng)過光學屏蔽后，因為光學的干涉、繞射或遮蔽等物理特性而產(chǎn)生特征圖案或是幾何圖形的投影，特別地，光學屏蔽具能產(chǎn)生相對三角形151圖樣的光學組件，相對三角形151圖樣如圖10所示，三角形153的其中一角154對準三角形155的一角156，角154與角156相距一空隙157。相對三角形151圖樣能提供一具有特色的圖樣，用來提升本發(fā)明光感測模塊的精確度，例如擷取相對三角形151的角154、角156或兩角之間的空隙157做為影像數(shù)據(jù)與運動命令的校正參考圖樣。如本實施例的二維特征圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模塊13可清楚地定位參考位置，以此取得更精確的影像數(shù)據(jù)?？偨Y(jié)，本發(fā)明提供一機械手臂精度校正與監(jiān)測的裝置與方法，提供機械手臂制造商于手臂出廠前校正之用，補償因制造或組裝誤差造成的精度偏差，并能讓機械手臂使用者于工廠中定期校正機械手臂，解決機械手臂長時間使用后，機械性偏移導致精度難以保持，或是因為維修機械手臂(如：置換馬達)造成精度偏差的問題。本發(fā)明校正裝置能彌補這方面的問題，確保機械手臂在要求的精度范圍中，因而能加強在產(chǎn)線中的可靠度。此外，本發(fā)明校正裝置也適用于產(chǎn)在線監(jiān)測機械手臂精度飄移的情況。本發(fā)明校正裝置以低成本的校正裝置達成高精度的校正；滿足于客戶端甚至是直接在產(chǎn)在線校正機械手臂絕對精度的需求。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3