TW201947078A - 自動校正針頭位置的方法及系統 - Google Patents

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Abstract

一種自動校正一針頭相對於一縫紉機的一坐標系統的位置的方法，包括：控制一X-Y平台機構以移動一托盤而帶動一片材至一針頭的下方；降低該針頭以穿透該片材而形成一針孔並提高該針頭；控制該X-Y平台機構以移動該托盤而帶動一參考標記及一測試孔進入一影像捕捉裝置的一視野；獲得一包含該參考標記及該針孔的托盤影像；測量該影像中該針孔與該參考標記間的分離量；及基於被測量的該分離量及一參考距離，校正該針頭相對於該坐標系統的位置。

Description

自動校正針頭位置的方法及系統
本發明是有關於一種校正方法和校正系統，特別是指一種自動校正一針頭相對於一縫紉機的一坐標系統的位置的方法及系統。
在操作一台包含一支縫紉針及一個X-Y平台的自動縫紉機的期間，首先藉由該X-Y平台，使承載一個工作件並連接到該X-Y平台的一個托盤移動到一個起始縫紉位置，以使該工作件位在該縫紉針的下方，其中，該起始縫紉位置是被定義於一個特別針對該工作件地縫紉程序中。然後，依照該縫紉程序，控制該X-Y平台，以移動該托盤，以至於該工作件能夠沿著由該縫紉程序所定義的一軌跡被縫製。然而，坐該縫紉針相對於該自動縫紉機的一坐標系統的位置存在有不準確的問題，其中，該X-Y平台是被控制在該坐標系統中移動，因此，即使依照該縫紉程序，控制該X-Y平台以移動該托盤，該工作件也可能不適當地被縫製。
傳統上，相對於一台自動縫紉機的一坐標系統的一針頭位置的校正是由一位操作該縫紉機的操作者手動地執行，且該執行的方式是稍微調整該托盤連接到該自動縫紉機的該X-Y平台的位置，直到他/她用肉眼確認該針頭是準確地定位在待縫製的該工作件的位置上方。上述的方式屬於勞動密集型，且校正的準確性會受限於人為的判斷(約+/-0.2mm)。此外，由於對於安裝在該自動縫紉機的該X-Y平台上的特定托盤的校正是以手動方式進行，因此，對於不同的縫紉程序及不同的托盤，該方法需要重複地被執行。
因此，本發明的一目的，即在提供一種可以改善先前技術的至少一個缺點的自動校正針頭位置的方法。
於是，本發明自動校正針頭位置的方法，被配置用於自動校正一針頭相對於一縫紉機的一坐標系統的一位置。該縫紉機包括一針頭、一鄰近該針頭設置的影像捕捉裝置，及一連接一托盤並帶動該托盤以相對該針頭移動的X-Y平台機構。該托盤設置有一參考標記及形成有一測試孔。該參考標記具有一中心，而該中心位在由該坐標系統的一第一坐標所界定的一第一位置處。該測試孔具有一中心，而該中心位在由該坐標系統的一第二坐標所界定的一第二位置處。該第二位置與該第一位置以一參考距離隔開，而該參考距離是沿著該坐標系統的X軸及Y軸中一者。該測試孔疊置有一待穿透片材。該自動校正針頭位置的方法是利用一控制器來執行且包括以下步驟：控制該X-Y平台機構以基於該第二坐標移動該托盤，而帶動疊置該測試孔的該待穿透片材至該針頭的下方；降低該針頭以穿透該待穿透片材，而在該待穿透片材上形成一針孔，然後，提高該針頭；控制該X-Y平台機構以移動該托盤，而帶動該參考標記及該測試孔進入該影像捕捉裝置的一視野(field of view，FOV)；藉由利用該影像捕捉裝置，獲得在該影像捕捉裝置的視野內的一托盤影像，該影像包含該參考標記及形成在該待穿透片材上的該針孔；判定該影像中該參考標記的該中心的位置及該針孔的位置；測量該影像中該針孔的位置與該參考標記的中心的位置間的分離量；基於被測量的該分離量及該參考距離，校正該針頭相對於該坐標系統的位置。
本發明的另一目的，即在提供一種可以改善先前技術的至少一個缺點的自動校正針頭位置的系統。
本發明自動校正針頭位置的系統，被配置用於自動校正一針頭相對於一縫紉機的一坐標系統的一位置。該縫紉機包含一針頭及一X-Y平台機構。該自動校正針頭位置的系統包含一影像捕捉裝置、一托盤及一控制器。該影像捕捉裝置鄰近該針頭設置。該托盤是連接到該X-Y平台機構，且被該X-Y平台機構帶動，以相對於該針頭移動。該托盤設置有一參考標記且形成有一測試孔。該參考標記具有一中心，而該中心位在由該坐標系統的一第一坐標所界定的一第一位置處。該測試孔具有一中心，而該中心位在由該坐標系統的一第二坐標所界定的一第二位置處。該第二位置與該第一位置以一個參考距離隔開，而該參考距離是沿著該坐標系統的一X軸及一Y軸中一者。該測試孔疊置有一待穿透片材。該控制器電連接到該X-Y平台機構及該影像捕捉裝置，且被配置用來：控制該X-Y平台機構以基於該第二坐標移動該托盤，而帶動疊置該測試孔的該待穿透片材至該針頭的下方；降低該針頭以穿透該待穿透片材，而在該待穿透片材上形成一針孔，然後，提高該針頭；控制該X-Y平台機構以移動該托盤，而帶動該參考標記及該測試孔進入該影像捕捉裝置的一視野(field of view，FOV)；藉由利用該影像捕捉裝置，獲得在該影像捕捉裝置的視野內的一托盤影像，該影像包含該參考標記及形成在該待穿透片材上的該針孔；判定該影像中該參考標記的該中心的位置及該針孔的位置；測量該影像中該針孔的位置與該參考標記的中心的位置間的分離量；基於被測量的該分離量及該參考距離，校正該針頭相對於該坐標系統的位置。
本發明的功效在於：藉由在該托盤中佈置該參考標記及該待穿透片材，並藉由拍攝包含該參考標記及利用該針頭穿透該待穿透片材形成的針孔的一托盤影像，該針頭位置的偏差可以藉由分析該影像來測量，因此，該針頭相對於該坐標系統的位置可以基於被測量的該偏差來校正。在這樣的方式中，校正方法可以自動且省力的方式被實現。此外，與透過人工判斷來執行的傳統校正方法相比，借助於分析該托盤影像的控制器的方式可以提高校正的準確性。
參閱圖1，說明本發明自動校正一針頭相對於一台縫紉機1的一個坐標系統的一位置的系統的一個第一實施例。該縫紉機1包含一個縫紉頭11、一個連接該縫紉頭11且可被控制地相對於該縫紉頭11伸縮以縫製一工作件的針頭12，及一個X-Y平台機構13。該系統包含一個影像捕捉裝置21、一個托盤22及一個控制器23。該影像捕捉裝置21連接該縫紉頭11，且鄰近該針頭12設置，並面向一個供待縫製的該工作件設置的縫紉區域。該托盤22連接該X-Y平台機構13，且被該X-Y平台機構13帶動，而相對於該針頭12移動。該控制器23電連接該X-Y平台機構13及該影像捕捉裝置21，且可以一個具有計算能力的電子設備為例，而該電子設備例如一台個人電腦、工業電腦、微處理器等。
參閱圖2，該托盤22以一個校正托盤為例，而該校正托盤是經由諸如夾緊裝置的裝置222(參閱圖1)連接到該X-Y平台機構13的一個金屬板。該托盤22設置有一個參考標記24且形成有一個測試孔25。該參考標記24具有一中心，且該中心位於由該坐標系統的一個第一坐標(Xc,Yc)所界定的一個第一位置處。該測試孔25具有一個中心，而該中心位於由該坐標系統的一個第二坐標(Xc,Yc-d)所界定的一個第二位置處。該第二位置與該第一位置以一個參考距離(d)隔開，而該參考距離(d)為沿著該坐標系統的一個X軸及一個Y軸中一者。在該系統的第一實施例中，該第二位置以沿著該Y軸與該第一位置間隔開，但在另一實施例中，該第二位置可以沿著該X軸與該第一位置間隔開，且在這樣的情況下，該第二坐標是(Xc-d,Yc)。
該測試孔25疊置有一個待穿透片材26，且在該系統的第一實施例中，該待穿透片材26以一張貼紙為例，使得該待穿透片材26能夠固定在該托盤22上且在被該針頭12穿透以進行下一輪校正後能夠被一張新的貼紙替換。在該系統的第一實施例中，該測試孔25的直徑為6毫米、該參考距離(d)為10毫米，且該參考標記24是以直徑為3毫米且是由一個具有相同直徑的銑刀所製成的一小孔為例。然而，該參考距離(d)、小孔(即，參考標記24)的直徑及該測試孔25的直徑不限於本文所揭示的內容，且可以基於實際需要在其他實施例中改變，例如可依據在校正前基於該縫紉機1的不準確性來調整。
值得注意的是，當描述在該托盤22上且由該坐標系統的一個特定坐標所界定的一位置時，這意味著對於已經適當地校正的該縫紉機1而言，當該托盤22連接該X-Y平台機構13及控制該X-Y平台機構13以基於該特定坐標移動該托盤22時，在該托盤22上且由該特定坐標所界定的該位置將準確地定位在該針頭12的下方。
再次參閱圖1，該影像捕捉裝置21在該系統的第一實施例中以一台通用串列匯流排(universal serial bus，USB)相機為例。該通用串列匯流排相機能夠容易地電連接該控制器23，且具有0.05毫米/像素的空間解析度(spatial resolution)。因此，如果USB相機在其影像傳感器上具有600×600的像素，則該影像捕捉裝置21的一個視野(field of view，FOV)211(參閱圖3)應為30×30mm。需注意，這裡提到的該視野211是在該USB相機的影像傳感器上捕捉到的一個檢視區域。此外，參閱圖3，該影像捕捉裝置21以這樣的方式安裝到該縫紉頭11，使得該影像捕捉裝置21的視野211的一個中心與該針頭12以一個沿著該X軸的第一安裝距離(dx)及一個沿著該Y軸的第二安裝距離(dy)隔開。參閱圖14，該縫紉頭11在該縫紉頭11的一側上形成有一個安裝插座111，例如凹槽，且該影像捕捉裝置21被安裝到該縫紉頭11的該安裝插座111上。在一個實施例中，該影像捕捉裝置21包括一個安裝基座，例如磁性安裝基座。該安裝基座的形狀與該安裝插座111的形狀相對應，以便裝配到該安裝插座111中。在這樣的方式中，該影像捕捉裝置21在完成相對於該坐標系統的針頭位置的校正後，可以從該縫紉頭11上拆下，因此該影像捕捉裝置21不會在隨後的縫紉過程中受到損壞或者干擾後續的縫紉過程。在一個實施例中，該影像捕捉裝置21的一個透鏡具有一個固定焦距及一個固定光圈。
此外，為了減輕因透鏡像差而引起的不準確性，該參考距離(d)不大於該影像捕捉裝置21的該視野211的尺寸的十分之三(即，30%)。但是，該影像捕捉裝置21的規格以及該參考距離(d)與該視野211的尺寸間的關係不限於本文所揭示的內容，且可以基於在其他實施例中的實際需要而改變。
參閱圖1、圖3及圖4，說明本發明自動校正相對於一台縫紉機的一個坐標系統的一個針頭位置的方法的一第一實施例。該自動校正針頭位置的方法是藉由上面介紹的該系統來執行。在執行該方法之前，在該測試孔25與該待穿透片材26疊置的同時仍然可見該參考標記24在該托盤22上，且該托盤22是連接該X-Y平台機構13，然後，輸入一個指令以啟動該方法。該方法包含步驟S41至步驟S47。
在步驟S41中，該控制器23控制該X-Y平台機構13以基於該第二坐標(Xc,Yc-d)移動該托盤22，從而帶動疊置在該測試孔25上的該待穿透片材26至該針頭12的下方。應注意的是，當該縫紉機1被適當地校正時，則該測試孔25的中心應直接地被帶動至該針頭12的下方。
在步驟S42中，該控制器23使該針頭12下降以穿透該待穿透片材26，從而在該待穿透片材26中形成一個針孔27，然後提高該針頭12。具體地說，該控制器23控制一個連接到該針頭12的電動機以推動該針頭12在Z軸移動(Z-axis operation)從而降低或提高該針頭12，且利用該電動機的一個編碼器的角位置反饋(angular position feedback)來判定何時提高該針頭12。需注意的是，圖3顯示出該針孔27位於該測試孔25的中心的理想情況。然而，在該針頭12是偏離相對於其在該坐標系統中的期望位置的情況下，該針孔27可能不是位於該測試孔25的中心。
在步驟S43中，該控制器23控制該X-Y平台機構13以移動該托盤22，以便將該參考標記24及該測試孔25帶入該影像捕捉裝置21的該視野211中(參閱圖5及圖3)。具體地說，該控制器23控制該X-Y平台機構13以移動該托盤22，以便帶動在該參考標記24的該中心及該測試孔25的該中心之間的一個中間點(middle point)位於該影像捕捉裝置21的該視野211的中心的下方。更具體地說，該控制器23控制該X-Y平台機構13以使該托盤22沿著該X軸移動該第一安裝距離(dx)，並沿著該Y軸移動一個距離，而該距離等於該第二安裝距離(dy)與該參考距離(d)除以2的商值(d/2)間的差值，也就是，沿著該Y軸移動的該距離等於dy-d/2。在該方法的第一實施例中，由於該參考距離(d)是10毫米，對於一台理想經校正的縫紉機而言，該參考標記24的中心應該沿著該Y軸在該視野211的該中心上方約5毫米處，並且在執行步驟S43之後，該測試孔25的中心應該沿著該Y軸在該視野211的該中心下方5毫米處。圖5顯示出該針頭12尚未相對於該坐標系統被校正的實際情況，因此該中間點未位在該視野211的該中心。
步驟S43的目的是將該參考標記24及該針孔27定位在該視野211的一個中心區域內，在此情況下，該影像捕捉裝置21的光學像差(optical aberration)與該視野211的一個外部區域相比相對微乎其微，從而減輕影像失真並提高校正準確性。
在該方法的第一實施例的一變化態樣中，該第二位置與該第一位置以沿著該坐標系統的X軸的該參考距離(d)隔開，也就是，該第二位置是由該第二坐標(Xc-d，Yc)所定義，該控制器23控制該X-Y平台機構13以使該托盤22沿該Y軸移動該第二安裝距離(dy)，並沿著該X軸移動一個距離，而該距離等於該第一安裝距離(dx)與該參考距離(d)除以2的商值(d/2)間的差值，也就是，沿著該X軸移動的該距離等於dx-d/2。
在步驟S44中，該控制器23藉由使用該影像捕捉裝置21獲得在該影像捉獲裝置21的該視野211內的該托盤22的一個影像，其中該影像包含該參考標記24及形成在該待穿透片材26上的該針孔27。參閱圖6，顯示出了該影像的實際示例。
在步驟S45中，該控制器23判定該影像中該參考標記24的中心的位置及該針孔27的位置。在該方法的第一實施例中可以使用計算機視覺(Computer vision)、物體識別(object recognition)及/或市場上可用於找到一個圓形的質量中心的演算法來判定該影像中該參考標記24的中心的位置及該針孔27的位置。
在步驟S46中，該控制器23測量該影像中該針孔27的位置與該參考標記24的中心的位置間的分離量。具體地說，參閱圖5及圖6，該控制器23測量影像中該參考標記24的中心的位置與該針孔27的位置間沿著該影像的一個水平方向的以像素為單位的距離及沿著該影像的一個垂直方向的以像素為單位的距離。更具體地說，該控制器23還基於被測量的該等以像素為單位的距離及該影像捕捉裝置21的空間解析度來測量該托盤22中的該參考標記24的該中心與該針孔27間分別沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的實際距離(Ex,Ey)。例如，當沿著該水平方向的以像素為單位的距離及沿著該垂直方向的以像素為單元的距離分別是40個像素及160個像素時，則分別沿著該X軸及該Y軸的該等實際距離(Ex,Ey)可以分別經由40像素×0.05(mm/像素)=2mm及160像素×0.05(mm/像素)=8mm被計算出。圖5中顯示出一個理論針孔27'，且該理論針孔27'即為當該針頭相對於該縫紉機1的該坐標系統的位置被準確地校正時該針孔27所在之處。
在步驟S47中，該控制器23基於被測量的該分離量及該參考距離(d)校正該針頭12相對於該坐標系統的位置。具體地說，該控制器23計算沿著該Y軸的該參考距離(d)與沿著該Y軸的該實際距離(Ey)之間的一差值，以產生沿著該Y軸的一偏移距離(Dy)(即，Dy=d-Ey)。然後，該控制器23調整該針頭12相對於該坐標系統沿著該Y軸移動該偏移距離(Dy)，並調整該針頭12相對於該坐標系統沿著該X軸以沿著該X軸的該實際距離(Ex)移動(換句話說，沿著該X軸移動的一偏移距離(Dx)等於Ex)。以這樣的方式，可以適當地校正該針頭相對於該縫紉機1的坐標系統的位置。應注意的是，坐可以針對該針頭12及/或該X-Y平台機構13進行該調整，只要該針頭12的相對於該坐標系統的相對位置可以被調整以達到針頭位置校正的效果即可，其中，該X-Y平台機構13是控制於該坐標系統中移動。
在該第二位置僅沿著該X軸與該第一位置間隔開的另一實施例中，也就是，該第二位置是由該第二坐標(Xc-d，Yc)所界定時，該控制器23可調整該針頭12相對於該坐標系統沿著該X軸移動一偏移距離(Dx)，而該偏移距離(Dx)是沿著該X軸的該參考距離(d)與沿著該X軸的該實際距離(Ex)之間的差值(即，Dx=d-Ex)，且該控制器23調整該針頭12相對於該坐標系統沿著該Y軸以沿著該Y軸的該實際距離(Ey)移動(即，Dy=Ey)。
參閱圖1及圖7，在本發明自動校正一個針頭相對於一台縫紉機1的一個坐標系統的一位置的系統的一第二實施例中，當該托盤22連接該X-Y平台機構13時，該托盤22還設有一條參考線28，而該參考線28平行於該坐標系統的X軸。因此，經由利用該影像捕捉裝置21所獲得的該影像還包含該參考線28。該參考線28是為了減輕該影像捕捉裝置21的該視野211與該縫紉機1的該坐標系統之間的角度不對準的問題，而該角度不對準的問題是由於該影像捕捉裝置21不準確的安裝在該縫紉頭11上所造成的。該角度不對準的態樣，例如，如圖7所示，該影像捕捉裝置21的該視野211是繞著該坐標系統的Z軸逆時針旋轉。
參閱圖8，說明本發明自動校正一個針頭相對於一台縫紉機的一個坐標系統的一個位置的方法的一第二實施例，且該方法是由上述系統的第二實施例來執行。該方法的第二實施例是類似於該方法的第一實施例，且不同之處在於該方法的第二實施例還包含在步驟S45之後及在步驟S46之前的步驟S455。在步驟S455中，該控制器23計算該影像中的該參考線28與一條理論水平線29之間的一個角度(α)(參閱圖7)。具體地說，該參考線28與該理論水平線29之間的角度(α)是根據一個公式計算：，其中，α表示該參考線28與該理論水平線29之間的角度，dy1及dy2分別表示該參考線28的兩個終端沿著該影像的該垂直方向遠離該理論水平線29的位移量，而dx1表示該兩個終端間沿著該影像的該水平方向的一個距離。
參閱圖9，該方法的第二實施例與該方法的第一實施例之間的差異還在於步驟S46。在步驟S46中，除了先前已測量出的影像中該參考標記24的中心的位置與該針孔27的位置沿著該影像的水平方向的以像素為單位的距離及沿著該影像的垂直方向的以像素為單位的距離，及該影像捕捉裝置21的空間解析度(例如，0.05mm/像素)之外，該控制器23更進一步地基於已計算出的該角度(α)來計算該托盤22中的該參考標記24的中心與該針孔27間分別沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離(Ex,Ey)。具體地說，該等實際距離(Ex,Ey)是根據一組公式計算：及，其中，Ex及Ey分別表示該托盤22中該參考標記24的中心及針孔27間沿著該X軸及該Y軸的實際距離，Ex'及Ey'分別表示轉換距離，而該等轉換距離指的是由該影像中該參考標記24的中心的位置與該針孔27的位置間分別沿著該影像的該水平方向(X')及該垂直方向(Y')的複數像素轉換成一指定的長度單位(例如，在該實施例中為毫米或在其他實施例中為英寸)，α表示在該參考線28與該理論水平線29之間的角度。具體地說，由該影像中該參考標記24的中心的位置與該針孔27的位置間分別沿著該影像的該水平方向(X')及該垂直方向(Y')的複數像素轉換成該指定的長度單位的該等轉換距離(Ex',Ey')中的每一個是藉由將各自的以像素為單位的距離乘以該影像捕捉裝置21的空間解析度來計算。
應注意的是，該組公式用於兩個坐標系統(即，XY及X'Y')之間的轉換。在這種方式中，可以減輕該影像捕捉裝置21的該視野211與該縫紉機1的該坐標系統之間的角度不對準的問題。
在該系統的第二實施例的一變化態樣中，當該托盤22連接該X-Y平台機構13時，設置在該托盤22上的該參考線28可以平行於該坐標系統的該Y軸而被定位。在這種情況下，是計算出該影像中的該參考線28與一條理論垂直線之間的角度(α)。
值得注意的是，只要該影像捕捉裝置21的該視野211與該針頭12以大約沿著該X軸的該第一安裝距離(dx)及沿著該Y軸的該第二安裝距離(dy)隔開而允許該托盤22中該參考標記24及針孔27進入該視野211的該中心區域，則該影像捕捉裝置21就不必完美地安裝到該縫紉頭11上。此外，利用上述減輕該視野211與該坐標系統之間的角度不對準的方式，則不再需要藉由將該影像捕捉裝置21的該視野211角度地對位於該坐標系統的方式使該影像捕捉裝置21準確地安裝到該縫紉頭11上。借助於這兩個特徵，可以利用一個快速可拆卸的安裝機構，例如磁性安裝固定件或魔鬼氈，將該影像捕捉裝置21快速地連接到該縫紉頭11上或從該縫紉頭11上拆下，甚至是只要該托盤22中的該參考標記24及該針孔27可以進入該影像捕捉裝置21的視野211內，該影像捕捉裝置21可以連接在該縫紉頭11上任意的位置。無論該針孔27與該參考標記24位於該視野211內的位置和方向如何，該針頭位置相對於該坐標系統的校正準確度實際上取決於在該針孔27與該參考標記24的中心之間的實際距離(Ex,Ey)的分析，且當該針孔27與該參考標記24的中心位於該視野211的該中心區域內時，該準確度可以進一步地被提高。
參閱圖1及圖10，在本發明自動校正一針頭相對於一台縫紉機1的一坐標系統的一個位置的系統的一第三實施例中，該托盤22還設有一參考矩形30，且當該托盤22連接該X-Y平台機構13時，該參考矩形30的一側平行於該坐標系統的該X軸。該參考矩形30的尺寸根據該視野211而預先設定，使得藉由利用該影像捕捉裝置21所獲得的影像還包含完整的參考矩形30。提供該參考矩形30是為了減輕該影像捕捉裝置21的該視野211與該縫紉機1的坐標系統之間的角度不對準的問題，而該角度不對準的問題是由於該影像捕捉裝置21不準確的安裝在該縫紉頭11上所引起的。該角度不對準的態樣，例如，如圖10所示，該影像捕捉裝置21的該視野211是繞著該坐標系統的Z軸逆時針旋轉。與該系統的第二實施例相比，設置在該系統的第三實施例的該托盤22上的該參考矩形30的該一側可以作為如圖7所示的該系統的第二實施例中的該參考線28。此外，該參考矩形30是出於另一目的而提供的，而該目的為該參考矩形30使該控制器23能夠分別地沿著該影像的水平方向及垂直方向測量在複數像素與該指定的長度單位(例如，毫米)之間的複數轉換率。
參閱圖11，說明本發明自動校正一個針頭相對於一台縫紉機的一坐標系統的一個位置的方法的一第三實施例，且該方法是由上述系統的第三實施例來執行。該方法的第三實施例類似於該方法的第一實施例，且不同之處在於該方法的第三實施例在步驟S45之後及步驟S46之前還包括步驟S455'。在步驟S455'中，該控制器23計算該影像中的該參考矩形30的該一側與一理論水平線29之間的角度(α)(參閱圖10)。參閱圖12，該控制器23判定坐落在該影像中的該參考矩形30的四個角的位置。該四個角中的每一個的位置可以一組各自的像素值來呈現，例如(xp1,yp1)、(xp2,yp2)、(xp3,yp3)及(xp4,yp4)。在複數像素與該指定的長度單位之間(例如，像素到毫米)分別沿著該影像的該水平方向及該垂直方向的該等轉換率是根據以下公式計算出：及，其中，Xratio 及Yratio 分別表示複數像素與毫米之間沿該影像的水平方向和垂直方向的轉換率，而Xa及Ya分別表示以毫米為單位的該參考矩形30的尺寸。然後，該控制器23根據以下公式計算該參考矩形30的該一側與該理論水平線29之間的角度(α)：及，其中，α表示該參考矩形30的一側與該理論水平線29之間的角度，而dY表示yp1與yp2之間從複數像素轉換到毫米的一距離。
參閱圖12，該方法的第三實施例與該方法的第一實施例間的差異還在於步驟S46。在步驟S46中，除了先前已測量出的在影像中該參考標記24的中心的位置與該針孔27的位置沿著該影像的該水平方向之間像素距離及沿著該影像的該垂直方向之間的像素距離外，該控制器23更進一步地基於已計算出的該等轉換率(Xratio 及Yratio )及已計算出的該角度(α)來測量該托盤22中該參考標記24的該中心與該針孔27間沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離(Ex,Ey)。具體地說，該等實際距離(Ex,Ey)是根據一組公式來計算：及，其中，Ex及Ey分別表示該托盤22中該參考標記24的該中心與該針孔27間沿著該X軸及該Y軸的實際距離，Ex'及Ey'分別表示轉換距離，而該等轉換距離指的是由該影像中該參考標記24的該中心的位置與該針孔27的位置間分別沿著該影像的該水平方向(X')及該垂直方向(Y')的複數像素轉換成一指定的長度單位(例如，在該實施例中為毫米或在其他實施例中為英寸)，α表示在該參考線28與該理論水平線29之間的角度。具體地說，由該影像中該參考標記24的該中心的位置與該針孔27的位置間分別沿著該影像的該水平方向(X')及該垂直方向(Y')的複數像素轉換成該指定的長度單位的該等轉換距離(Ex',Ey')中的每一個是藉由將各自的像素的距離乘以在步驟S455'中各自的已測量出的該等轉換率(Xratio 及Yratio )來計算。
參照圖13，在本發明自動校正一個針頭相對於一台縫紉機1(參閱圖1)的一個坐標系統的一個位置的系統的一第四實施例中，該托盤22不是專用於校正的校正托盤。但是，以一個工作托盤來替代。該工作托盤實際上承載一個待縫製的工作件，且也設置有該參考標記24及由於被該待穿透片材26疊置因而從該圖13中看不到的該測試孔25。該參考標記24的位置與該測試孔25的位置不限於此處的示例，且可以根據實際需要佈置，例如依據該工作件的形狀等。藉由利用該工作托盤替代該校正托盤的方式，自動校正針頭位置的方法就可以在各個托盤22上執行，且在針對一個托盤22準確地校正該縫紉機1後，在同一托盤22上的該工作件可以根據一個針對該特定工作件的縫紉程序被縫製，因而免於一個校正托盤與一個工作托盤間交互替換的麻煩。此外，該影像捕捉裝置21(參閱圖1)可以用於讀取該托盤22上的一快速響應圖碼(quick response code，QR code)以識別該工作件/該托盤22。以這種方式，可以節省一台快速響應圖碼讀取器的硬體成本。
綜上所述，本發明自動校正一個針頭相對於一台縫紉機的一個坐標系統的一個位置的方法及系統至少具有以下優點。除了將該待穿透片26疊置在該測試孔25上的動作之外，借助於該影像捕捉裝置21、設置在該托盤22上的該參考標記24及由該控制器23執行的該等程序(即步驟S41-S47)，可以自動校正相對於該坐標系統的針頭位置而無需手動操作。另外，由於該控制器23被配置來透過分析被該影像捕捉裝置21所捕捉的該影像來測量該等實際距離(Ex,Ey)，其中，該等實際距離(Ex,Ey)是該針孔27遠離該參考標記24的距離，所以，與傳統方法中的人工判斷相比，在本文中校正的準確度(約+/-0.05mm)是能夠得到改善。此外，借助於設置在該托盤22上的該參考標記24及該參考線28，該影像捕捉裝置21不需要完美地安裝在該縫紉頭11上，也就是，本文的系統和方法是能夠容忍該視野211相對於該坐標系統的特定偏移或角度不對準，以允許快速地安裝/拆卸該影像捕捉裝置21，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1‧‧‧縫紉機
Ex‧‧‧實際距離
111‧‧‧安裝插座
Ey‧‧‧實際距離
11‧‧‧縫紉頭
27'‧‧‧理論針孔
12‧‧‧針頭
Dy‧‧‧偏移距離
13‧‧‧X-Y平台機構
Dx‧‧‧偏移距離
21‧‧‧影像捕捉裝置
28‧‧‧參考線
211‧‧‧視野
29‧‧‧理論水平線
22‧‧‧托盤
S455‧‧‧步驟
222‧‧‧裝置
α‧‧‧角度
23‧‧‧控制器
dy1‧‧‧位移量
24‧‧‧參考標記
dy2‧‧‧位移量
25‧‧‧測試孔
dx1‧‧‧距離
(Xc,Yc)‧‧‧第一坐標
Ex'‧‧‧轉換距離
(Xc,Yc-d)‧‧‧第二坐標
Ey'‧‧‧轉換距離
(Xc-d,Yc)‧‧‧第二坐標
X'‧‧‧水平方向
d‧‧‧參考距離
Y'‧‧‧垂直方向
X‧‧‧X軸
30‧‧‧參考矩形
Y‧‧‧Y軸
S455'‧‧‧步驟
Z‧‧‧Z軸
(xp1,yp1)‧‧‧像素值
26‧‧‧待穿透片材
(xp2,yp2)‧‧‧像素值
dx‧‧‧第一安裝距離
(xp3,yp3)‧‧‧像素值
dy‧‧‧第二安裝距離
(xp4,yp4)‧‧‧像素值
S41~S47‧‧‧步驟
Xa‧‧‧尺寸
27‧‧‧針孔
Ya‧‧‧尺寸
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是一透視圖，說明本發明自動校正一針頭相對於一縫紉機的一坐標系統的一位置的系統的一第一實施例；
圖2是一示意圖，說明本發明自動校正針頭位置的系統的一托盤；
圖3是一俯視示意圖，說明該縫紉機的一部分及該托盤；
圖4是一流程圖，說明本發明自動校正一針頭相對於一縫紉機的一坐標系統的一位置的方法的一第一實施例；
圖5是一示意圖，說明在一影像捕捉裝置的一視野中的一參考標記及一針孔；
圖6是一包含該參考標記及該針孔的托盤影像的示例；
圖7是一示意圖，說明在本發明自動校正針頭位置的系統的一第二實施例中設置有一參考線的一托盤；
圖8是一流程圖，說明本發明自動校正針頭位置的方法的一第二實施例；
圖9是一示意圖，說明在本發明自動校正針頭位置的系統的第二實施例中該視野與該坐標系統間的角度未對準；
圖10是一示意圖，說明在本發明自動校正針頭位置的系統的一第三實施例中設置有一參考矩形的一托盤；
圖11是一流程圖，說明本發明自動校正針頭位置的方法的一第三實施例；
圖12是一示意圖，說明在本發明自動校正針頭位置的系統的第三實施例中該視野與該坐標系統間的角度未對準；
圖13是一托盤及一待穿透片材的一透視圖，其中，該托盤承載一工作件且設置有該參考標記；及
圖14是一影像捕捉裝置連接到一縫紉頭的透視圖。

Claims (22)

  1. 一種自動校正相對於一縫紉機的一坐標系統的一針頭位置的方法，該縫紉機包括一針頭、一鄰近該針頭設置的影像捕捉裝置，及一連接一托盤並帶動該托盤以相對該針頭移動的X-Y平台機構，該托盤設置有一參考標記及形成有一測試孔，該參考標記具有一位在由該坐標系統的一第一坐標所界定的一第一位置處的中心，該測試孔具有一位在由該坐標系統的一第二坐標所界定的一第二位置處的中心，該第二位置與該第一位置以一沿著該坐標系統的X軸及Y軸中一者的參考距離隔開，該測試孔疊置有一待穿透片材，該方法是利用一控制器來執行且包括以下步驟： 控制該X-Y平台機構以基於該第二坐標移動該托盤，而帶動疊置該測試孔的該待穿透片材至該針頭的下方； 降低該針頭以穿透該待穿透片材，而在該待穿透片材上形成一個針孔，然後，提高該針頭； 控制該X-Y平台機構以移動該托盤，而帶動該參考標記及該測試孔進入該影像捕捉裝置的一視野； 藉由利用該影像捕捉裝置，獲得在該影像捕捉裝置的該視野內的一托盤影像，該影像包含該參考標記及形成在該待穿透片材上的該針孔； 判定該影像中該參考標記的該中心的位置及該針孔的位置； 測量該影像中該針孔的位置與該參考標記的中心的位置間的分離量；及 基於被測量的該分離量及該參考距離，校正該針頭相對於該坐標系統的位置。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，測量分離量的該步驟包括：測量該影像中該參考標記的中心的位置與該針孔的位置間分別沿著該影像的一水平方向及一垂直方向的以像素為單位的距離。
  3. 如請求項2所述的方法，其中，校正該針頭的位置的步驟包括： 基於已測量出的該等以像素為單位的距離及該影像捕捉裝置的空間解析度，測量該托盤中的該參考標記的中心與該針孔間分別沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的實際距離； 計算沿著該X軸及該Y軸中一者的該參考距離與沿著該X軸及該Y軸中該一者的該實際距離之間的一差值，以產生沿著該X軸及該Y軸中該一者的一偏移距離； 調整該針頭相對於該坐標系統沿著該X軸及該Y軸中該一者移動該偏移距離，及調整該針頭相對於該坐標系統沿著該X軸及該Y軸中該另一者以沿著該X軸及該Y軸中該另一者的該實際距離移動。
  4. 如請求項3所述的方法，當該托盤連接該X-Y平台機構時，該托盤還設有一平行於該坐標系統的該X軸的參考線，經由利用該影像捕捉裝置所獲得的影像還包含該參考線，該方法還包含： 計算該影像中的該參考線與一條理論水平線之間的一角度；其中，測量該參考標記的該中心與該針孔間的實際距離的步驟包括： 基於已測量出的以像素為單位的距離、該影像捕捉裝置的該空間解析度及已計算出的該角度，測量該托盤中的該參考標記的中心與該針孔間沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離。
  5. 如請求項4所述的方法，其中，該參考線與該理論水平線之間的該角度是根據一公式計算：，其中，α表示該參考線與該理論水平線之間的角度，dy1及dy2分別表示該參考線的兩個終端沿著該影像的該垂直方向遠離該理論水平線的位移量，而dx1表示該兩個終端間沿著該影像的該水平方向的一個距離。
  6. 如請求項4所述的方法，其中，該托盤中該參考標記的中心與該針孔間沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離是根據一組公式計算：及，其中，Ex及Ey分別表示該托盤中的該參考標記的中心及針孔間沿著該X軸及該Y軸的實際距離，Ex'及Ey'分別表示轉換距離，而該等轉換距離指的是由該影像中該參考標記的中心的位置與該針孔的位置間分別沿著該影像的該水平方向及該垂直方向的複數像素轉換成一指定的長度單位，α表示在該參考線與該理論水平線之間的角度。
  7. 如請求項6所述的方法，其中，由該影像中該參考標記的中心的位置與該針孔的位置間分別沿著該影像的該水平方向及該垂直方向的複數像素轉換成該指定的長度單位的該等轉換距離中的每一個是藉由將各自的以像素為單位的距離乘以該影像捕捉裝置的空間解析度來計算。
  8. 如請求項3所述的方法，其中，當該托盤連接該X-Y平台機構時，該托盤還設有一平行於該坐標系統的該Y軸的參考線，經由利用該影像捕捉裝置所獲得的影像還包含該參考線，該方法還包含： 計算該影像中的該參考線與一條理論垂直線之間的一角度；其中，測量該參考標記的該中心與該針孔間的實際距離的步驟包括： 基於已測量出的以像素為單位的距離、該影像捕捉裝置的空間解析度及已計算出的該角度，測量該托盤中的該參考標記的中心與該針孔間沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離。
  9. 如請求項3所述的方法，該托盤還設有一參考矩形且當該托盤連接該X-Y平台機構時，該參考矩形的一側平行於該坐標系統的該X軸，經由利用該影像捕捉裝置所獲得的影像還包含該參考矩形，該方法還包含： 基於該影像中該參考矩形的四個角的位置及以該指定的長度單位計算的參考矩形的尺寸，計算在複數像素與一指定的長度單位之間分別沿著該影像的該水平方向及該垂直方向的複數轉換率； 計算該參考矩形的該一側與一理論水平線之間的角度；其中，測量該參考標記的中心與該針孔間的實際距離的步驟包括： 基於已測量出的以像素為單位的距離、已計算出的該等轉換率及已計算出的該角度，確認該托盤中該參考標記的該中心與該針孔間沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離。
  10. 如請求項1所述的方法，其中，控制該X-Y平台機構以移動該托盤而帶動該參考標記及該測試孔至該影像捕捉裝置的視野下的步驟包括：控制該X-Y平台機構以移動該托盤而帶動在該參考標記的中心及該測試孔的中心之間的一個中間點至該影像捕捉裝置的該視野的一中心的下方。
  11. 如請求項10所述的方法，該縫紉機還包含一連接該針頭且供該影像捕捉裝置安裝的縫紉頭，以至於該影像捕捉裝置的該視野的該中心與該針頭以沿著該X軸的一第一安裝距離及個沿著該Y軸的一第二安裝距離隔開，該第二位置與該第一位置以一個沿著該坐標系統的該Y軸的參考距離隔開，其中，控制該X-Y平台機構以移動該托盤而帶動在該參考標記的中心及該測試孔的中心之間的一個中間點至該影像捕捉裝置的該視野的一中心的下方的步驟包括 控制該X-Y平台機構以使該托盤沿著該X軸移動該第一安裝距離，並沿著該Y軸移動一個距離，而該距離等於該第二安裝距離與該參考距離除以2的商值間的差值。
  12. 如請求項10所述的方法，其中，該縫紉機還包含一連接該針頭且供該影像捕捉裝置安裝的縫紉頭，以至於該影像捕捉裝置的該視野的該中心與該針頭以沿著該X軸的一第一安裝距離及個沿著該Y軸的一第二安裝距離隔開，該第二位置與該第一位置以一個沿著該坐標系統的該X軸的參考距離隔開，其中，控制該X-Y平台機構以移動該托盤而帶動在該參考標記的中心及該測試孔的中心之間的一個中間點至該影像捕捉裝置的該視野的一中心的下方的步驟包括 控制該X-Y平台機構以使該托盤沿著該Y軸移動該第二安裝距離，並沿著該X軸移動一個距離，而該距離等於該第一安裝距離與該參考距離除以2的商值間的差值。
  13. 一種自動校正相對於一縫紉機的一坐標系統的一針頭位置的系統，該縫紉機包括一針頭及一X-Y平台機構，該系統包含 一影像捕捉裝置，鄰近該針頭設置； 一托盤，連接該X-Y平台機構，且被該X-Y平台機構帶動而相對該針頭移動，並設置有一參考標記及形成有一測試孔，該參考標記具有一位在由該坐標系統的一第一坐標所界定的一第一位置處的中心，該測試孔具有一位在由該坐標系統的一第二坐標所界定的一第二位置處的中心，該第二位置與該第一位置以一個沿著該坐標系統的X軸及Y軸中一者的參考距離隔開，該測試孔疊置有一待穿透片材；及 一控制器，電連接該X-Y平台機構及該影像捕捉裝置，且被配置來 控制該X-Y平台機構以基於該第二坐標移動該托盤，而帶動疊置該測試孔的該待穿透片材至該針頭的下方； 降低該針頭以穿透該待穿透片材，而在該待穿透片材上形成一個針孔，然後，提高該針頭； 控制該X-Y平台機構以移動該托盤，而帶動該參考標記及該測試孔進入該影像捕捉裝置的一視野； 藉由利用該影像捕捉裝置，獲得在該影像捕捉裝置的視野內的一托盤影像，該影像包含該參考標記及形成在該待穿透片材上的該針孔； 判定該影像中該參考標記的該中心的位置及該針孔的位置； 測量該影像中該針孔的位置與該參考標記的中心的位置間的分離量；及 基於被測量的該分離量及該參考距離，校正相對於該坐標系統的該針頭的位置。
  14. 如請求項13所述的系統，其中，該控制器還被配置於測量該影像中該參考標記的中心的位置與該針孔的位置間分別沿著該影像的一水平方向及一垂直方向的以像素為單位的距離。
  15. 如請求項14所述的系統，其中，該控制器還被配置來 基於已測量出的以像素為單位的距離及該影像捕捉裝置的空間解析度，測量該托盤中的該參考標記的中心與該針孔間分別沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的實際距離； 計算沿著該X軸及該Y軸中該一者的該參考距離與沿著該X軸及該Y軸中該一者的該實際距離之間的一差值，以產生沿著該X軸及該Y軸中該一者的一偏移距離； 調整該針頭相對於該坐標系統沿著該X軸及該Y軸中該一者移動該偏移距離，及調整該針頭相對於該坐標系統沿著該X軸及該Y軸中該另一者以沿著該X軸及該Y軸中該另一者的該實際距離移動。
  16. 如請求項15所述的系統，其中，當該托盤連接該X-Y平台機構時，該托盤還設有一平行於該坐標系統的該X軸的參考線，且經由利用該影像捕捉裝置所獲得的該影像還包含該參考線；該控制器還被配置於 計算該影像中的該參考線與一條理論垂直線之間的一角度；且 基於已測量出的以像素為單位的距離、該影像捕捉裝置的空間解析度及已計算出的該角度，確認該托盤中的該參考標記的該中心與該針孔間沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離。
  17. 如請求項16所述的系統，其中，該參考線與該理論水平線之間的該角度是根據一公式計算：，其中，α表示該參考線與該理論水平線之間的角度，dy1及dy2分別表示該參考線的兩個終端沿著該影像的該垂直方向遠離該理論水平線的位移量，而dx1表示該兩個終端沿著該影像的該水平方向之間的一個距離。
  18. 如請求項16所述的系統，其中，該托盤中該參考標記的該中心與該針孔間分別沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離是根據一組公式計算：及，其中，Ex及Ey分別表示該托盤中的該參考標記的該中心及該針孔間沿著該X軸及該Y軸的實際距離，Ex'及Ey'分別表示轉換距離，而該等轉換距離指的是由該影像中該參考標記的該中心的位置與該針孔的位置間分別沿著該影像的該水平方向及該垂直方向的複數像素轉換成一指定的長度單位，α表示在該參考線與該理論水平線之間的角度。
  19. 如請求項18所述的系統，其中，由該影像中該參考標記的該中心的位置與該針孔的位置間分別沿著該影像的該水平方向及該垂直方向的複數像素轉換成該指定的長度單位的該等轉換距離中的每一個是藉由將各自的以像素為單位的距離乘以該影像捕捉裝置的該空間解析度來計算。
  20. 如請求項15所述的系統，其中，該托盤還設有一參考矩形且當該托盤連接該X-Y平台機構時，該參考矩形的一側平行於該坐標系統的該X軸，且經由利用該影像捕捉裝置所獲得的影像還包含該參考矩形；該控制器還被配置來： 基於該影像中該參考矩形的四個角的位置及以該指定的長度單位計算的參考矩形的尺寸，計算在複數像素與一指定的長度單位間分別地沿著該影像的該水平方向及該垂直方向的複數轉換率； 計算該影像中的該參考矩形的該一側與一理論水平線之間的一個角度； 基於已計算出的以像素為單位的距離、已計算出的該等轉換率及已計算出的該角度，測量該托盤中的該參考標記的中心與該針孔間沿著該坐標系統的該X軸及該Y軸的該等實際距離。
  21. 如請求項13所述的系統，其中，該控制器還被配置於控制該X-Y平台機構以移動該托盤而帶動在該參考標記的中心及該測試孔的中心之間的一個中間點至該影像捕捉裝置的該視野的一中心的下方。
  22. 如請求項13所述的系統，其中，該參考距離不大於該影像捕捉裝置的該視野的尺寸的十分之三。
TW108114524A 2018-05-02 2019-04-25 自動校正針頭位置的方法及系統 TWI727313B (zh)

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US15/968,787 US10699437B2 (en) 2018-05-02 2018-05-02 Method and system for automatic calibration of needle position
US15/968787 2018-05-02

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