TWI544995B - Rotation angle calibration system and calibration method of swivel device - Google Patents

Description

旋臂裝置之旋轉角度校準系統及校準方法

本發明尤指其提供一種可對旋臂裝置之待校準旋臂進行補償校正，使旋臂裝置之旋臂精確的旋轉定位，以確保旋臂裝置之定位精度及節省設備成本之旋臂裝置之旋轉角度校準系統及校準方法。

近年來，旋臂裝置係廣泛應用於各種作業設備上，以取代人工進行裝配、加工、熔接、切削、搬運、檢測…等作業，除了可節省人工成本外，更可大幅提昇作業效率；請參閱第1圖所示，習知旋臂裝置係於基座10上以第一旋轉軸樞設第一旋臂11，於該第一旋臂11之自由端以第二旋轉軸樞接第二旋臂12，該第二旋臂12之自由端則設有桿件13，以供裝設工作件(如取放器)，另於該基座10內設有驅動組件，該第一旋臂11與第二旋臂12內則設有傳動組件，而可驅動該第一旋臂11及第二旋臂12旋轉位移，進而帶動該桿件13上之工作件位移，以進行各種作業；惟，該旋臂裝置於驅動第一旋臂11或第二旋臂12旋轉作動時，由於受到機械誤差及振動的影響，將使得該第一旋臂11或第二旋臂12產生旋轉角度的誤差，尤其，該第一旋臂11與第二旋臂12一般係以皮帶輪組作為傳動組件，該皮帶輪組之磨耗及疲乏現象更易造成該第一旋臂11及第二旋臂12的旋轉角度誤差，而使桿件13上之工作件無法精準的位移定位，進而影響作業品質。為解決上述之缺弊，一般係於該第一、二旋臂11、12之第一、二樞 軸分別加裝旋轉式光學尺，以分別偵測出該第一、二旋臂11、12的旋轉角度誤差，並進行補償校正，以確保該第一旋臂11及第二旋臂12可使桿件13上之工作件精準的位移定位，然而，該旋轉式光學尺之造價相當昂貴，且必須於每個樞軸上裝設旋轉式光學尺，將使得整體的設備成本大幅提高。

有鑑於此，本發明人遂以其多年從事相關行業的研發與製作經驗，針對目前所面臨之問題深入研究，經過長期努力之研究與試作，終究研創出一種旋臂裝置之旋轉角度校準系統及校準方法，並藉以改善習知之缺弊，此即為本發明之設計宗旨。

本發明之目的，係提供一種旋臂裝置之旋轉角度校準系統及校準方法，該旋臂裝置係設有控制單元，以供設定待校準旋臂之旋轉資料，並依據該旋轉資料控制該待校準旋臂作分度旋轉，另於該待校準旋臂之旋轉軸的軸心位置對應裝設有分度定位器及角度感測器，該待校準旋臂的自由端裝則設有反射元件，並使該角度感測器經由該反射元件所反射之感測光線獲得偏差角度，一處理單元係依據該待校準旋臂之旋轉資料設定該分度定位器之作動參數，以控制該分度定位器帶動角度感測器隨該待校準旋臂作相同角度的分度旋轉，並由該角度感測器透過反射元件進行感測，使該處理單元抓取及儲存該角度感測器所感測出之角度誤差值，再將該角度誤差值輸入旋臂裝置之控制單元，對旋臂裝置之待校準旋臂進行補償校正，使旋臂裝置之旋臂精確的旋轉定位，而達到確保旋臂裝置之定位精度及節省設備成本之實用目的。

習知部份：

10‧‧‧基座

11‧‧‧第一旋臂

12‧‧‧第二旋臂

13‧‧‧桿件

本發明部份：

20‧‧‧基座

21‧‧‧第一旋臂

22‧‧‧第二旋臂

23‧‧‧桿件

30‧‧‧分度定位器

31‧‧‧底座

32‧‧‧動力源

33‧‧‧轉盤

40‧‧‧角度感測器

50‧‧‧反射元件

第1圖：習知旋臂裝置之外觀示意圖。

第2圖：本發明校準系統之立體示意圖。

第3圖：本發明校準系統之平面配置圖。

第4圖：本發明校準方法之流程圖。

第5圖：本發明校準方法之動作示意圖。

第6圖：本發明對待校準旋臂於各分度量測出之角度誤差值。

第7圖：本發明校準方法另一實施例之動作示意圖(一)。

第8圖：本發明校準方法另一實施例之動作示意圖(二)。

第9圖：本發明校準方法另一實施例之動作示意圖(三)。

為使 貴審查委員對本發明作更進一步之瞭解，茲舉較佳實施例並配合圖式，詳述如后：

請參閱第2、3圖所示，本發明係為一種旋臂裝置之旋轉角度校準系統及校準方法，該旋臂裝置係於一平台上架設基座20，該基座20上以第一旋轉軸樞設第一旋臂21，於該第一旋臂21之自由端以第二旋轉軸樞接第二旋臂22，該第二旋臂22之自由端則設有桿件23，以供裝設工作件(如取放器)，另於該基座20內設有驅動組件，該第一旋臂21與第二旋臂22內則設有傳動組件，該旋臂裝置並以一控制單元控制該第一旋臂21及第二旋臂22旋轉位移，進而帶動該桿件23上之工作件位移，以進行各種作業；該校準系統係包含有分度定位器30、角度感測器40、反射元件50及處理單元；該分度定位器30及角度感測器40係裝設對應於待校準旋臂之旋轉軸的軸心位置，該反射元件50係為一反射鏡，並裝設於待校準旋臂之自由端，例如待校準旋臂為第一旋臂21時，該分度定位器30及角度感測器40係裝設對應於第一旋臂21之旋轉軸的軸心位置，該反射元件50則裝設於第一旋 臂21之自由端，若待校準旋臂為第二旋臂22時，該分度定位器30及角度感測器40係裝設對應於第二旋臂22之旋轉軸的軸心位置，該反射元件50則裝設於第二旋臂22之自由端，於本實施例中，該待校準旋臂係為第二旋臂22，該分度定位器30係設有可裝設於平台上之底座31，並使該底座31對應於第二旋臂22之旋轉軸的軸心位置，該底座31上係設有由動力源32驅動作高精度分度旋轉定位之轉盤33；該角度感測器40則裝設於分度定位器30之轉盤33上，而可由該分度定位器30之轉盤33帶動角度感測器40作分度旋轉；於本實施例中，該反射元件50係裝設於旋臂裝置之第二旋臂22的自由端，以使該角度感測器40可由反射元件50所反射之感測光線獲得偏差角度；於本實施例中，該角度感測器40係為一自動視準儀，而利用自動視準儀原理進行感測旋臂裝置之第二旋臂22自由端的角度誤差值；該處理單元係依據待校準旋臂之旋轉資料設定分度定位器30之作動參數，並根據該作動參數控制該分度定位器30之轉盤33帶動角度感測器40作分度旋轉；於本實施例中，該處理單元之作動參數係包含有分度旋轉方向、分度旋轉速度、量測總行程、起點角度值、終點角度值、間隔角度值、背隙角度值、作動次數及間隔停留時間，該處理單元即根據各作動參數值控制該分度定位器30之轉盤33帶動角度感測器40作分度旋轉；另該處理單元係可接收該角度感測器40之感測訊號，以判斷待校準旋臂之自由端的反射元件50是否脫離該角度感測器40之感測範圍，當該反射元件50於該角度感測器40之感測範圍內時，該角度感測器40即透過反射元件50進行感測，並由該處理單元抓取及儲存該角度感測器40所感測出之角度誤差值，當該反射元件50由待校準旋臂帶動旋轉而脫離該角度感測器40之感測範圍時，該處理單元即根據各作動參數值控制 該分度定位器30之轉盤33帶動角度感測器40作相同角度的分度旋轉，並相同的再由角度感測器40透過反射元件50進行感測，使該處理單元抓取及儲存該角度感測器40所感測出之該角度誤差值，該處理單元即可獲得待校準旋臂於各分度的角度誤差值，最後再將該處理單元所獲得之各分度的角度誤差值輸入旋臂裝置之控制單元，以對待校準旋臂進行補償校正，使待校準旋臂精確的旋轉定位。

請再參閱第2、3、4圖所示，本發明之旋轉角度校準方法係可量測出待校準旋臂之旋轉角度誤差值，再根據該角度誤差值進行補償校正，使該待校準旋臂精確的旋轉定位，以待校準旋臂為第二旋臂22為例，首先進行前置步驟，該前置步驟之步驟A1係將該分度定位器30及角度感測器40裝設對應於該第二旋臂22之第二旋轉軸的軸心位置，步驟A2則係將反射元件50裝設於該第二旋臂22之自由端，並使該角度感測器40可由反射元件50所反射之感測光線獲得偏差角度。接著進行設定步驟，該設定步驟之步驟B1係於旋臂裝置之控制單元進行設定該第二旋臂22之旋轉資料，於本實施例中，其係以單向量測方式進行量測，而先於旋臂裝置之控制單元進行設定該第二旋臂22之旋轉資料，以控制該第二旋臂22作單向的分度旋轉動作，使該第二旋臂22之自由端由起點角度位置正向旋轉遞增至終點角度位置，步驟B2則依據該第二旋臂22之旋轉資料於處理單元設定分度定位器30之作動參數，其中，該第二旋臂22旋轉資料及分度定位器30作動參數之分度旋轉方向係設定逆時針方向為正向，該分度旋轉速度為1rpm，該量測總行程為180度，該起點角度值為-90度，該終點角度值為90度，該間隔角度值為10度，該作動次數為3次，該間隔停留時間為10秒。請參閱第4、5圖所示，接著進行量測步驟，該量 測步驟之步驟C1係先使該第二旋臂22之自由端位於起點角度位置，再由角度感測器40透過反射元件50進行感測，使該處理單元抓取及儲存該角度感測器40於起點角度位置所感測出之角度誤差值，並將該角度誤差值歸零，接著步驟C2係由該旋臂裝置之控制單元依據旋轉資料控制第二旋臂22沿著第二旋轉軸往正向(逆時針方向)作分度旋轉定位，步驟C3則由該處理單元判斷第二旋臂22之自由端的反射元件50是否脫離該角度感測器40之感測範圍，當該反射元件50由第二旋臂22帶動旋轉而脫離該角度感測器40之感測範圍時，則進行步驟C4，由該處理單元根據各作動參數值控制該分度定位器30帶動角度感測器40作相同角度的分度旋轉，並進行步驟C5由角度感測器40透過反射元件50進行感測，當步驟C3由該處理單元判斷第二旋臂22之自由端的反射元件50仍在該角度感測器40之感測範圍內時，則直接進行步驟C5由角度感測器40透過反射元件50進行感測；完成步驟C5後，步驟C6使該處理單元抓取及儲存該角度感測器40所感測出之該角度誤差值；接著步驟C7係由該處理單元依據設定判斷是否完成感測行程，當處理單元判斷尚未完成感測行程時，則重複執行步驟C2、步驟C3、步驟C4、步驟C5及步驟C6的動作，當處理單元判斷已完成感測行程時，即完成一量測總行程，則步驟C8會由處理單元輸出各角度位置的角度誤差值，進而由旋臂裝置之控制單元依據旋轉資料持續控制第二旋臂22作分度旋轉，並使第二旋臂22之自由端由起點角度值位置旋轉遞增至終點角度值位置，該處理單元則持續控制分度定位器30帶動角度感測器40作相同角度的分度旋轉，並由角度感測器40透過反射元件50於各分度位置進行感測，該處理單元即可獲得該角度感測器40於各分度位置所感測出之角度誤差值。要加以說明的是，前述的步驟係為第一次量測總 行程所獲得的結果，本發明為了獲得更精準的角度誤差值，於本實施例中，係可依據前述的步驟，進行第二次量測總行程、第三次量測總行程等，而可由多次量測獲得之各角度位置的角度誤差值取得平均值，以作為步驟C8處理單元最後輸出各角度位置的角度誤差值，而獲得更精準的角度誤差值(如第6圖所示)；最後進行校準步驟D，其係將處理單元所輸出之各角度位置的角度誤差值輸入旋臂裝置之控制單元，該旋臂裝置之控制單元即根據輸入之該各角度位置的角度誤差值，對該第二旋臂22之各角度位置進行旋轉角度的補償校正，以使旋臂裝置之第二旋臂22精確的旋轉定位，其不僅可確保旋臂裝置之定位精度，且無須於旋臂裝置之各旋轉軸上分別配置造價昂貴的光學尺，而達到節省設備成本之實用效益。

請再參閱第2、3、4圖所示，本發明旋轉角度校準方法之另一實施例，以待校準旋臂為第二旋臂22為例，首先進行前置步驟，該前置步驟之步驟A1係將該分度定位器30及角度感測器40裝設對應於該第二旋臂22之第二旋轉軸的軸心位置，步驟A2則係將反射元件50裝設於該第二旋臂22之自由端，並使該角度感測器40可由反射元件50所反射之感測光線獲得偏差角度。接著進行設定步驟，該設定步驟之步驟B1係於旋臂裝置之控制單元進行設定該第二旋臂22之旋轉資料，於本實施例中，其係以雙向量測方式進行量測，而先於旋臂裝置之控制單元進行設定該第二旋臂22之旋轉資料，以控制該第二旋臂22作雙向的分度旋轉動作，使該第二旋臂22之自由端由起點角度位置正向旋轉遞增至終點角度位置後，接著由該終點角度位置正向旋轉一背隙角度，再開始反向旋轉，使該第二旋臂22之自由端由終點角度位置反向旋轉遞增至起點角度位置，步驟B2則依據該第二旋臂22之旋轉資料於處理單元設定分度定位器30之作動參數，其中，該第二旋 臂22旋轉資料及分度定位器30作動參數之分度旋轉方向係設定逆時針方向為正向，該分度旋轉速度為1rpm，該量測總行程為180度，該起點角度值為-90度，該終點角度值為90度，該間隔角度值為10度，該作動次數為3次，該間隔停留時間為10秒，該背隙角度值為5度。請參閱第4、7、8、9圖所示，接著進行量測步驟，該量測步驟之步驟C1係先使該第二旋臂22之自由端位於起點角度位置，再由角度感測器40透過反射元件50進行感測，使該處理單元抓取及儲存該角度感測器40於起點角度位置所感測出之角度誤差值，並將該角度誤差值歸零，接著步驟C2係由該旋臂裝置之控制單元依據旋轉資料控制第二旋臂22沿著第二旋轉軸往正向(逆時針方向)作分度旋轉定位，以及於正向旋轉一背隙角度後，再往反向(順時針方向)作分度旋轉定位，步驟C3則由該處理單元判斷第二旋臂22之自由端的反射元件50是否脫離該角度感測器40之感測範圍，當該反射元件50由第二旋臂22帶動旋轉而脫離該角度感測器40之感測範圍時，則進行步驟C4，由該處理單元根據各作動參數值控制該分度定位器30帶動角度感測器40作相同角度的分度旋轉，並進行步驟C5由角度感測器40透過反射元件50進行感測，當步驟C3由該處理單元判斷第二旋臂22之自由端的反射元件50仍在該角度感測器40之感測範圍內時，則直接進行步驟C5由角度感測器40透過反射元件50進行感測；完成步驟C5後，步驟C6使該處理單元抓取及儲存該角度感測器40所感測出之該角度誤差值；接著步驟C7係由該處理單元依據設定判斷是否完成感測行程，當處理單元判斷尚未完成感測行程時，則重複執行步驟C2、步驟C3、步驟C4、步驟C5及步驟C6的動作，當處理單元判斷已完成感測行程時，即完成一量測總行程，則步驟C8會由處理單元輸出各角度位置的角度誤差值，進而由旋臂裝置之控 制單元依據旋轉資料持續控制第二旋臂22作分度旋轉，並使第二旋臂22之自由端由起點角度值位置旋轉遞增至終點角度值位置，該處理單元則持續控制分度定位器30帶動角度感測器40作相同角度的分度旋轉，並由角度感測器40透過反射元件50於各分度位置進行感測，該處理單元即可獲得該角度感測器40於各分度位置所感測出之角度誤差值。要加以說明的是，前述的步驟係為第一次量測總行程所獲得的結果，本發明為了獲得更精準的角度誤差值，於本實施例中，係可依據前述的步驟，進行第二次量測總行程、第三次量測總行程等，而可由多次量測獲得之各角度位置的角度誤差值取得平均值，以作為步驟C8處理單元最後輸出各角度位置的角度誤差值，而獲得更精準的角度誤差值；最後進行校準步驟D，其係將處理單元所輸出之各角度位置的角度誤差值輸入旋臂裝置之控制單元，該旋臂裝置之控制單元即根據輸入之該各角度位置的角度誤差值，對該第二旋臂22之各角度位置進行旋轉角度的補償校正，以使旋臂裝置之第二旋臂22精確的旋轉定位，其不僅可確保旋臂裝置之定位精度，且無須於旋臂裝置之各旋轉軸上分別配置造價昂貴的光學尺，而達到節省設備成本之實用效益。

據此，本發明實為一深具實用性及進步性之設計，然未見有相同之產品及刊物公開，從而允符發明專利申請要件，爰依法提出申請。

20‧‧‧基座

21‧‧‧第一旋臂

22‧‧‧第二旋臂

23‧‧‧桿件

30‧‧‧分度定位器

31‧‧‧底座

32‧‧‧動力源

33‧‧‧轉盤

40‧‧‧角度感測器

50‧‧‧反射元件

Claims (8)

1. 一種旋臂裝置之旋轉角度校準系統，其包含有：旋臂裝置：係設有控制單元，以供設定待校準旋臂之旋轉資料，並依據該旋轉資料控制該待校準旋臂作分度旋轉；分度定位器：係對應裝設於待校準旋臂之旋轉軸的軸心位置，該分度定位器設有底座，並於該底座上設有由動力源驅動作高精度分度旋轉定位之轉盤；角度感測器：係裝設於分度定位器之轉盤上，並以該分度定位器之轉盤帶動該角度感測器作分度旋轉；反射元件：係設於旋臂裝置之待校準旋臂的自由端，使該角度感測器經由該反射元件所反射之感測光線獲得偏差角度；處理單元：係依據旋臂裝置之待校準旋臂的旋轉資料設定分度定位器之作動參數，並依據該作動參數控制分度定位器帶動角度感測器隨旋臂裝置之待校準旋臂作相同角度的分度旋轉，以感測該待校準旋臂的自由端於各角度位置的角度誤差值，並由該處理單元抓取及儲存該角度誤差值，以供輸入旋臂裝置之控制單元，而對該待校準旋臂進行補償校正。
2. 依申請專利範圍第1項所述之旋臂裝置之旋轉角度校準系統，其中，該角度感測器係為一自動視準儀。
3. 依申請專利範圍第1項所述之旋臂裝置之旋轉角度校準系統，其中，該處理單元之作動參數係包含有分度旋轉方向、分度旋轉速度、量測總行程、起點角度值、終點角度值、間隔角度值、背隙角度值、作動次數及間隔停留時間。
4. 一種旋臂裝置之旋轉角度校準方法，其包含有：前置步驟：係將分度定位器及角度感測器對應裝設於旋臂裝置之待校準旋臂旋轉軸的軸心位置，並將反射元件裝設於該待校準旋臂之自由端，使該角度感測器由該反射元件所反射之感測光線獲得偏差角度；設定步驟：係於旋臂裝置之控制單元進行設定待校準旋臂之旋轉資料，再依據該待校準旋臂之旋轉資料於處理單元設定分度定位器之作動參數；量測步驟：旋臂裝置之控制單元依據旋轉資料控制待校準旋臂作分度旋轉，並由處理單元判斷待校準旋臂之自由端的反射元件是否脫離角度感測器之感測範圍，當該反射元件由該待校準旋臂帶動旋轉而脫離該角度感測器之感測範圍時，該處理單元依據該作動參數控制該分度定位器帶動角度感測器作相同角度的分度旋轉，並由該角度感測器透過反射元件進行感測，使該處理單元抓取及儲存該角度感測器所感測出之角度誤差值，當該處理單元判斷該反射元件仍在該角度感測器之感測範圍內時，則直接由角度感測器透過反射元件進行感測，使該處理單元抓取及儲存該角度感測器所感測出之該角度誤差值；校準步驟：係將處理單元所輸出之各角度位置的角度誤差值輸入旋臂裝置之控制單元，該旋臂裝置之控制單元即根據輸入之該各角度位置的角度誤差值，對該待校準旋臂之各角度位置進行旋轉角度的補償校正。
5. 依申請專利範圍第4項所述之旋臂裝置之旋轉角度校準方法，其中，該量測步驟係先使旋臂裝置之待校準旋臂的自由端 位於起點角度位置，再由角度感測器透過反射元件進行感測，使處理單元抓取及儲存該角度感測器於起點角度位置所感測出之角度誤差值，並將該角度誤差值歸零。
6. 依申請專利範圍第4項所述之旋臂裝置之旋轉角度校準方法，其中，該量測步驟係以單向量測方式進行量測，而於設定步驟時，先於旋臂裝置之控制單元進行設定該待校準旋臂之旋轉資料，以控制該待校準旋臂作單向的分度旋轉動作，使該待校準旋臂之自由端由起點角度位置正向旋轉遞增至終點角度位置。
7. 依申請專利範圍第4項所述之旋臂裝置之旋轉角度校準方法，其中，該量測步驟係以雙向量測方式進行量測，而於設定步驟時，先於旋臂裝置之控制單元進行設定該待校準旋臂之旋轉資料，以控制該待校準旋臂作雙向的分度旋轉動作，使該待校準旋臂之自由端由起點角度位置正向旋轉遞增至終點角度位置後，接著由該終點角度位置正向旋轉一背隙角度，再開始反向旋轉，使該待校準旋臂之自由端由終點角度位置反向旋轉遞增至起點角度位置。
8. 依申請專利範圍第4項所述之旋臂裝置之旋轉角度校準方法，其中，該量測步驟係進行多次量測總行程，而由多次量測獲得之各角度位置的角度誤差值取得平均值，以作處理單元最後輸出各角度位置的角度誤差值。