TWI609750B

TWI609750B - 用於機械系統校正及監測的裝置與方法

Info

Publication number: TWI609750B
Application number: TW104136800A
Authority: TW
Inventors: 張永融; 王俊吉; 胡竹生
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2018-01-01
Also published as: TW201702034A

Abstract

本揭露之一實施例提供一種用於機械系統校正及監測的裝置，該裝置包含：一光發射器，用以發射出一光束；一光感測模組；以及一運算模組。該光感測模組包含：一承載板；以及複數個光感測單元位於該承載板上，其中該複數個光感測單元用於接收該光束並產生複數個影像數據。其中該運算模組用以接收該複數個影像數據，並輸出一校正運動參數。

Description

用於機械系統校正及監測的裝置與方法

本發明係關於一種用於機械系統校正及監測的裝置與方法。

隨著自動化技術的進步，產業界開始採用以機器人系統為核心的智慧自動化製造單元進行製造與組裝商品，以提高產值與產品品質。機械手臂要導入焊接、切割、點膠以及組裝等產業應用中，需能長期地保持可靠度以及高重複/絕對精準度，以滿足製造品質需求。然而任何在機器人系統中發生的錯誤，包含機械手臂本體以及周邊配備，都可能導致產線停擺，損失寶貴的生產時間。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，除了離線式的校正，直接在產線上(in-line)校正係能大量節省拆卸、搬運以及組裝的時間與人力。但是經過調查，大部分的機器人製造商不提供絕對精度校正服務，或是只提供空運回原產地的校正服務，這樣的作法耗時且費用龐大。目前僅有少數廠商能夠在提供現場絕對精度校正服務，大部分還是需要將機械手臂自產線拆卸後送到台灣原廠或空運到製造國。絕對精度校正服務難以普及的其中一個原因在於所需儀器設備價格高昂。產業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線之一大限制。

一般而言，機械手臂在出廠前的製造過程中會經過層層的把關與調校，達到高水準的絕對精度，因此到使用端的初期能以高精度作業，但在經過長時間使用後，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範圍中，因而能加強在產線中的可靠度。

本揭露之一實施例提供一種用於機械系統校正及監測的裝置，包含：一光發射器，用以發射出一光束；一光感測模組；以及一運算模組。該光感測模組包含：一承載板；以及複數個光感測單元位於該承載板上，其中該複數個光感測單元用於接收該光束並產生複數個影像數據。其中該運算模組用以接收該複數個影像數據，並輸出一校正運動參數。一控制器依據該校正運動參數修改一運動命令，藉以同時地降低該複數個影像數據與相對應運動命令之間的偏移量。

本揭露之一實施例提供一種用於機械系統校正及監測的方法，包括：發射一光束；接收該光束並且轉換為複數個影像數據；以及分析該複數個影像數據與相對應運動命令之間的複數個偏移量，使得產生一校正運動參數。經由一控制器依據該校正運動參數修改一運動命令，藉以同時地降低該複數個影像數據與該相對應運動命令之間的該複數個偏移量。

前文已頗為廣泛地概述本發明之特徵及技術優勢以便可更好地理解隨後的本發明之詳細描述。本發明之額外特徵及優勢將在下文中加以描述，且形成本發明之申請專利範圍的主題。熟習此項技術者應瞭解，所揭示之概念及特定實施例可易於用作修改或設計其他結構或程序以用於進行本發明之同樣目的之基礎。熟習此項技術者亦應認識到，此等等效構造並不脫離如隨附申請專利範圍中所闡明之本發明之精神及範疇。

10‧‧‧機械系統

11‧‧‧機械手臂

12‧‧‧基座

13‧‧‧運算模組

15‧‧‧控制器

17‧‧‧第一端

18‧‧‧第二端

20‧‧‧關節

21‧‧‧關節

30‧‧‧校正裝置

31‧‧‧發射器

35‧‧‧光感測模組

36‧‧‧殼體

37、38、39、40‧‧‧光感測單元

41‧‧‧承載板

45‧‧‧光束

47‧‧‧光學遮罩

50‧‧‧光感測模組

51‧‧‧殼體

53、54、55、56‧‧‧光感測單元

58‧‧‧承載板

60‧‧‧光感測模組

61‧‧‧殼體

63、64、65、66‧‧‧光感測單元

68‧‧‧承載板

70‧‧‧光感測模組

71‧‧‧殼體

73、74、75、76‧‧‧光感測單元

78‧‧‧承載板

79、80‧‧‧凸塊

90‧‧‧光感測模組

91‧‧‧殼體

92、93、94、95‧‧‧光感測單元

96‧‧‧承載板

97、98、99、100‧‧‧凸塊

110‧‧‧光感測模組

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

由以下詳細說明與附隨圖式得以最佳了解本申請案揭示內容之各方面。注意，根據產業之標準實施方式，各種特徵並非依比例繪示。實際上，為了清楚討論，可任意增大或縮小各種特徵的尺寸。

第1圖係根據一些實施例說明機械系統與光感測模組的裝置表示圖。

第2圖係根據一些實施例說明校正裝置的操作方法流程圖。

第3圖係根據一些實施例說明光感測模組的放大表示圖。

第4圖係根據一些實施例說明光感測模組的放大表示圖。

第5圖係根據一些實施例說明光感測模組的放大表示圖。

第6圖係根據一些實施例說明光感測模組的放大表示圖。

第7圖係根據一些實施例說明光感測模組的放大表示圖。

第8圖係根據一些實施例說明光感測模組的放大表示圖。

第9圖係根據一些實施例說明配置光學遮罩後的投影圖樣表示圖。

第10圖係根據一些實施例說明配置光學遮罩後的投影圖樣表示圖。

第11圖係根據一些實施例說明配置光學遮罩後的投影圖樣表示圖。

上文已經概略地敍述本揭露之圖式，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應可瞭解，下文揭示之概念與特定實施例可作為基礎而相當輕易地予以修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應可瞭解，這類等效的建構並無法脫離後附之申請專利範圍所提出之本揭露的精神和範圍。

以下揭示內容提供許多不同的實施方式或範例，用於實施本申請案之不同特徵。元件與配置的特定範例之描述如下，以簡化本申請案之揭示內容。當然，這些僅為範例，並非用於限制本申請案。例如，以下描述在第二特徵上或上方形成第一特徵可包含形成直接接觸的第一與第二特徵之實施方式，亦可包含在該第一與第二特徵之間形成其他特徵的實施方式，因而該第一與第二特徵可並非直接接觸。此外，本申請案可在不同範例中重複元件符號與/或字母。此重複係為了簡化與清楚之目的，而非支配不同實施方式與/或所討論架構之間的關係。

再者，本申請案可使用空間對應語詞，例如「之下」、「低於」、「較低」、「高於」、「較高」等類似語詞之簡單說明，以描述圖式中一元件或特徵與另一元件或特徵的關係。空間對應語詞係用以包括除了圖式中描述的位向之外，裝置於使用或操作中之不同位向。裝置或可被定位(旋轉90度或是其他位向)，並且可相應解釋本申請案使用的空間對應描述。

本案之實施例揭露一機械手臂精度校正與監測之裝置與方法，提供機械手臂製造商於機械手臂出廠前以及產線中校正之用，補償因製造或組裝誤差造成的精度偏差，並且解決校正裝置成本過高之問題；此外，本裝置亦可作為生產線上機械手臂精度監測之用途，達成確保機器手臂位置絕對精度之功效。

第1圖係根據一些實施例說明機械系統10與光感測模組35的裝置表示圖，一機械系統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20、關節21。第一端17連接基座12；第二端18係能隨使用者的需求，裝配功能性組件例如雷射、點膠頭、焊接、切割、夾取等組件。關節20、21係能提供機械手臂11旋轉動作，並且作為機械手臂11的力臂之間的連接；隨著各種機械手臂的設計，可能有不同數量的關節與力臂，並不在本實施例之限制。基座12係為一可旋轉之底座或一固定之底座。控制器15係連接機械手臂11，並且控制器15包含處理器、記憶體及內建運算軟體等組件，用來控制機械手臂11的動作。

同一實施例中，如第1圖所示，校正及監測的裝置包括校正裝置30，且校正裝置30包含光發射器31、運算模組13以及光感測模組35。運算模組13可位於殼體36之內部或是配置於殼體36之外部，運算模組13包含處理器(CPU)、記憶體及內建運算軟體等。光感測模組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位於殼體36之承載板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係與運算模組13電性連接。光發射器31係為一發光元件例如：雷射、發光二極體(light emitting diode,LED)等元件。特別地，光感測單元37、38、39、40係為二維圖像感應器，例如電荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)、互補式金屬-氧化層-半導體的影像感測器(complementary metal-oxide-semiconductor image sensor,CMOS image sensor)等。光感測單元37、38、39、40係能接收光發射器31所投射之光束45，並且將光束45的投影圖像或投影點轉化為電子訊號。此外，光感測模組35係能連接控制器15，運算模組13處理影像的電子訊號後，透過連線將電子訊號傳輸給控制器15，連線的方式例如：以外接傳輸線方式連接光感測模組35和控制器15；或是將電子訊號暫時儲存於光感測模組35內的記憶體，利用USB隨身碟連接光感測模組35上的USB(Universal Serial Bus)端子並將電子訊號存取，在將USB隨身碟內的電子訊號轉移到控制器15；或是利用無線通訊方式，將暫時儲存於光感測模組35內的電子訊號傳送到控制器15。

在另一實施例中，光感測單元的數量為至少兩個以上。在另一實施例中，光感測單元的數量為2N個，N為一正整數。在另一實施例中，光感測單元的數量為3N個，N為一正整數。在實際操作中，可以發現複數個光感測單元可以獲得較佳的校正結果，以確保機械手臂11的精度落在合理範圍。

特別地，在一實施例中，校正裝置30另包含光學遮罩47，光束45穿透光學遮罩47造成干涉、繞射或遮蔽等物理特性，而產生二維特徵圖案(後續詳述)，光感測單元37、38、39、40接收光學遮罩47所造成的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影，二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組13可清楚地定位參考位置，藉以取得更精確的影像數據。

在一實施例中，操作者可選擇不掛上光學遮罩47，此時憑藉著光束45原本的點狀特性，投射於光感測單元37、38、39、40，藉以取得一影像數據。

第2圖係根據一些實施例說明校正裝置30的操作方法流程圖。首先，將光感測模組35電性連接至控制器15，並且將光感測模組35放置在機械手臂11的可移動範圍內。在步驟120中，將光發射器31安裝於第二端18，並且藉由螺絲或夾具將光發射器31固定。在一實施例中，進一步放置一光學遮罩47於該光發射器31之發射端，使得光束45穿透光學遮罩47造成干涉、繞射或遮蔽等物理特性，而產生二維特徵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，該指令為使用者手動輸入指令讓機械手臂11移動到某一角度或位置，使得光發射器31之光束45投射至光感測單元37上。在另一實施例中，運算模組13內建移動指令並輸出給控制器15，讓機械手臂11自行移動到某一角度或位置，使得光發射器31之光束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之投影，光感測單元37上被照射的像素(pixel)轉換為一第一影像數據X_measure1，第一影像數據X_measure1係為單個位置點或是複數個位置點集合。在一實施例中，光感測單元37接收光學遮罩47所造成的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影，二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組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，藉以取得更精確的影像數據，故第一影像數據X_measure1係為二維特徵圖案的複數個位置點集合。在步驟123中，運算模組13記錄機械手臂11之第一運動命令X_point1，第一運動命令X_point1亦代表投影點或投影圖案在量測設備(為光感測模組35)座標系中的三維位置。第一運動命令X_point1的推導說明如下，多轉軸機械手臂運動學模型為一矩陣函式：

X為機械手臂11的第二端18位置，X並且為一三維度座標；Ψ為機械手臂11末端的旋轉角度，亦為三維度的表示；θ為機械手臂11上的所有關節角度；η_robot為機械手臂11本身的六維空間轉換參數，簡言之係為一機械手臂11的運動學參數。本實施例中，以光感測模組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：X_point1=G(η_emitter,η_senser-robot,F(η_robot, θ))......(2)

第一運動命令X_point1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，X_point1為該投影點或投影圖案在量測設備座標系(在此為光感測模組35的座標系)中的三維位置；η_emitter為光發射器31固定於機械手臂11第二端18的三維位置與方向；η_sensor-robot為機械手臂11與光感測模組35之間的六維空間轉換參數；F(η_robot, θ)係為機械手臂11運動學模型，η_robot為機械手臂11本身的六維空間轉換參數，θ為機械手臂11上的所有關節角度。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，使得光發射器31之該光束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之投影，光感測單元 38上被照射的像素(pixel)轉換為一第二影像數據X_measure2，第二影像數據X_measure2係為單個位置點或是複數個位置點集合。在一實施例中，光感測單元38接收光學遮罩47所造成的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影，二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組13可清楚地定位參考位置，藉以取得更精確的影像數據，故第二影像數據X_measure2係為二維特徵圖案的複數個位置點集合。在步驟126中，運算模組13記錄機械手臂11之第二運動命令X_point2，第二運動命令X_point2亦代表投影點或投影圖案在光感測模組35的座標系中的三維位置，第二運動命令X_point2的數學表示方法等同上述函數(2)所示。在步驟127中，運算模組13將第一運動命令X_point1和第一影像數據X_measure1的誤差求出，該誤差△X₁(亦可稱為偏移量)可由以下數學式表示：△X₁=X_measure1-X_point1。該誤差△X₁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，而產生一個二維的誤差值。同樣地，運算模組13將第二運動命令X_point2和第二影像數據X_measure2的誤差求出，該誤差△X₂(亦可稱為偏移量)可由以下數學式表示：△X₂=X_measure2-X_point2。如此分析該第一、二影像數據X_measure1、X_measure2與該第一、二運動命令X_point1、X_point2之差異△X₁、△X₂。運算模組13藉由數值方法調整η_emitter、η_robot、η_sensor-robot等運動參數，使得誤差△X₁、△X₂能最小化並且趨近於零，經過運算後取得一最佳的校正後運動參數η’_emitter、η’_robot、η’_sensor-robot，該校正運動參數係能同時地降低該第一影像數據X_measure1與該第一運動命令X_point1之間的偏移量△X₁、該第二影像數據X_measure2與該第二運動命令X_point2之間的偏移量△X₂。在步驟128中，透過外接連線將校正後運動參數傳輸給控制器15；或是利用USB隨身碟將校正後運動參數存取，並且將校正後運動參數轉移到控制器15；或是利用無線通訊方式，將校正後運動參數傳送到控制器15。如此控制器15接收校正後運動參數η’_emitter、η’_robot、η’_sensor-robot，進一步代入並修改機械手臂11的運動命令X_point，如此能完成校正程序。後續機械手臂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於第二端18實際的三維位置。故校正裝置30係能提供機械手臂製造商於手臂出廠前校正之用，補償因製造或組裝誤差造成的精度偏差，並能讓機械手臂使用者於工廠中定期校正機械手臂。

在一實施例中，機械手臂11校正前的精度數據如下：

上述精度數據係由雷射追蹤儀來測量，對機械手臂11工作區域中在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。經過本案校正裝置30的校正操作後，再次用雷射追蹤儀測量精度數據，可以得到以下結果：

對機械手臂11工作區域中在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0.65 mm，方均根誤差值為0.34mm。由表A、B來看，可以得知機械手臂11經過校正裝置30的校正操作後，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使得光發射器31之光束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據對應一個運動命令，詳細操作過程如下。光感測單元37、38、39、40感測光束45之投影，光感測單元37、38、39、40上被照射的像素(pixel)分別轉換為影像數據X_measure11、X_measure12、X_measure13、X_measure14，各影像數據係為單個位置點或是複數個位置點集合。在一實施例中，光感測單元37、38、39、40接收光學遮罩47所造成的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影，二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組13可清楚地定位參考位置，藉以取得更精確的影像數據，故各影像數據X_measure11、X_measure12、X_measure13、X_measure14係為二維特徵圖案的複數個位置點集合。運算模組13分別記錄機械手臂11之運動命令X_point11、X_point12、X_point13、X_point14，各運動命令代表投影點或投影圖案在光感測模組35的座標系中的三維位置，各運動命令的數學表示方法等同上述函數(2)所示。運算模組13將影像數據X_measure11、X_measure12、X_measure13、X_measure14和運動命令X_point11、X_point12、X_point13、X_point14的誤差求出，該誤差△X₁₁、△X₁₂、△X₁₃、△X₁₄(亦可稱為偏移量)可由以下數學式表示：△X_1n=X_measure1n-X_point1n。該誤差△X_1n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，而產生一個二維的誤差值。運算模組13藉由數值方法調整η_emitter、η_robot、η_sensor-robot等運動參數，使得誤差△X₁₁、△X₁₂、△X₁₃、△X₁₄能最小化並且趨近於零，經過運算後取得一最佳的校正後運動參數η’_emitter、η’_robot、η’_sensor-robot。透過外接連線或其他方式將校正後運動參數傳輸給控制器15。如此控制器15接收校正後運動參數η’_emitter、η’_robot、η’_sensor-robot，進一步代入並修改機械手臂11的運動命令X_pointn，如此能完成校正程序。

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使得光發射器31之光束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據對應多個運動命令，在一實施例中，多個運動命令係為運算模組13內建移動指令，多個運動命令由運算模組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，使得光發射器31之光束45投射至光感測單元37、38上；在一實施例中，多個運動命令為使用者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，使得光發射器31之光束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之投影，光感測單元37上被照射的像素(pixel)轉換為影像數據X_measure21，影像數據係為單個位置點或是複數個位置點集合。運算模組13記錄機械手臂11之運動命令X_point21，運動命令代表投影點或投影圖案在光感測模組35的座標系中的三維位置，運動命令的數學表示方法等同上述函數(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；改變光感測模組35與第二端18的相對位置等方式，再次記錄影像數據X_measure22與運動命令X_point22。此外，對光感測單元37進行多個不同姿態的投射，並且記錄下影像數據X_measure2n與運動命令X_point2n。運算模組13將各影像數據X_measure2n和相對應的運動命令X_point2n的誤差求出，誤差△X_2n(亦可稱為偏移量)可由以下數學式表示：△X_2n=X_measure2n-X_point2n(n為一正整數)。進一步對光感測單元38進行多個不同姿態的投射，並且記錄下影像數據X_measure3n與運動命令X_point3n。在一實施例中，光感測單元37、38接收光學遮罩47所造成的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影，二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組13可清楚地定位參考位置，藉以取得更精確的影像數據，故各影像數據X_measure2n、X_measure3n係為二維特徵圖案的複數個位置點集合。運算模組13將各影像數據X_measure3n和相對應的運動命令X_point3n的誤差求出，誤差△X_3n(亦可稱為偏移量)可由以下數學式表示：△X_3n=X_measure3n-X_point3n。運算模組13藉由數值方法調整η_emitter、η_robot、η_sensor-robot等運動參數，使得誤差△X_2n與△X_3n能最小化並且趨近於零，經過運算後取得一最佳的校正後運動參數η’_emitter、η’_robot、η’_sensor-robot。透過外接連線或其他方式將校正後運動參數傳輸給控制器15。如此控制器15接收校正後運動參數η’_emitter、η’_robot、η’_sensor-robot，進一步代入並修改機械手臂11的運動命令X_pointn，如此能完成校正程序。

在一實施例中，校正裝置30可適用於產線上監測機械手臂11精度飄移的情況，在長時間的生產下，機械手臂11可能因為金屬疲勞、作動馬達、轉軸的劣化而有第二端18位置的誤差。在生產中，導入校正裝置30的線上監控，光感測單元37、38、39、40擷取光發射器31之投影，記錄下投影位置與圖形的影像數據與機械手臂11的運動命令。運算模組13將各影像數據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範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)，光感測模組35將輸出一警戒訊號，並將該警戒訊號傳輸給控制器15，讓控制器15與使用者得以監測機械手臂11 的精準度，其中警戒訊號可轉換為螢幕上的警戒顯示；或轉換為一發光二極體燈號。在一實施例中，光感測模組35另包含一蜂鳴器電性連接運算模組13，當誤差(或偏移量)超出一預定精度範圍或是一上限值時，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範圍。特別地，在一實施例中，產線上監測的應用之下，校正裝置30可搭配光學遮罩47，將光學遮罩47配置於第二端18，光束45穿透光學遮罩47造成干涉、繞射或遮蔽等物理特性，而產生二維特徵圖案或是幾何圖形的投影，光感測單元37、38、39、40接收光學遮罩47所造成的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影，二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組13可清楚地定位參考位置，藉以取得更精確的影像數據，如此將有助於誤差的監控，確保精度在合理的範圍內。

在一實施例中，校正裝置30可包含複數個光發射器(未繪出圖式)，例如配置兩個光發射器於第1圖的第二端18，其中兩個光發射器之發射光束夾一已知角度。操作時，將兩個光發射器的光束對準光感測模組35其中兩個光感測單元37、38，紀錄此時光感測單元37、38的影像數據和機械手臂11的運動命令；再將兩個光發射器的光束對準光感測模組35其中兩個光感測單元39、40，紀錄此時光感測單元39、40的影像數據和機械手臂11的運動命令。運算模組13將各影像數據和相對應的運動命令的誤差求出，運算模組13藉由數值方法調整運動參數，使得誤差能最小化並且趨近於零，經過運算後取得一最佳的校正後運動參數。

第3圖係根據一些實施例說明光感測模組35的放大表示圖。特別地，光感測單元37、38、39、40呈一陣列排列，彼此不相連，並且互相分離為一特定距離，已知的特定距離紀錄在運算模組13中，便於運算模組13對影像數據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鑲嵌於殼體36，詳言之，各光感測單元37、38、39、40的感測表面與承載板41為一相同或近似之水平面。另外，光感測單元的數量並不在本實施例的限制。殼體36的材料係由一低膨脹係數的材料或金屬所製造，藉以防止殼體36因為溫度變化而膨脹或收縮。

第4圖係根據一些實施例說明光感測模組50的放大表示圖。光感測模組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位於殼體51之承載板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係與運算模組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，解析度(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配置於承載板58的各個角落。光感測單元53、54、55、56鑲嵌於殼體51，詳言之，各光感測單元53、54、 55、56的感測表面與承載板58為一相同或近似之水平面。另外，光感測單元的數量並不在本實施例的限制。

第5圖係根據一些實施例說明光感測模組60的放大表示圖。光感測模組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位於殼體61之承載板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係與運算模組13電性連接。特別地，光感測單元63、64、65、66配置於靠近或是相連承載板68的各個周邊。光感測單元63、64、65、66鑲嵌於殼體61，詳言之，各光感測單元63、64、65、66的感測表面與承載板68為一相同或近似之水平面。另外，光感測單元的數量並不在本實施例的限制。

第6圖係根據一些實施例說明光感測模組70的放大表示圖。光感測模組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係與運算模組13電性連接。特別地，光感測單元73、74之感測表面高度係高於殼體71之承載板78之高度，此外，光感測單元73、74之感測表面平行於承載板78，光感測單元73、74的下方係為殼體71延伸出來的凸塊79、80，凸塊79、80位於承載板78之上方，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之感測表面高度係低於承載板78之高度，此外，光感測單元75、76之感測表面平行於承載板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，光感測單元的數量、高度與深度並不在本實施例的限制。

第7圖係根據一些實施例說明光感測模組90的放大表示圖。光感測模組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係與運算模組13電性連接。特別地，光感測單元92、93、94、95之感測表面配置為一傾斜面相異於殼體91之承載板96，光感測單元92、93、94、95的下方係為殼體91延伸出來的凸塊97、98、99、100，凸塊97、98、99、100位於承載板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的彼此感測表面之各法向量互異，並且各法向量相異於承載板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，光感測單元的數量並不在本實施例的限制。

第8圖係根據一些實施例說明光感測模組110的放大表示圖。光感測模組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係與運算模組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之分別配置在各個傾斜承載板116、117、118、119之上方，各個傾斜承載板的傾斜程度不相同並且具有不同的法向量，使得光感測單元112、113、114、115的感測表面之各法向量互異，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，光感測單元的數量、高度與深度並不在本實施例的限制。

上述不同位置、數量、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，係能增加機械手臂11的作動樣態，藉以擷取更多組運動命令與投影位置，經過數值方法縮小誤差值後，能有效提升校正後機械手臂11的精準度。

第9圖係根據一些實施例說明配置光學遮罩後的投影圖樣表示圖。在一實施例中，在校正之前，將一光學遮罩配置於光發射器31之發射端，此時光發射器31為一雷射單元或發光二極體，光發射器31發出的光束經過光學遮罩後，因為光學的干涉、繞射或遮蔽等物理特性而產生特徵圖案或是幾何圖形的投影，特別地，此光學遮罩係能產生十字投影131之光學元件，十字投影131的圖樣如第9圖所示，條帶132和條帶133呈現正交，交叉點135並非在於條帶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徵性。十字投影131係能提供一具有特色的圖樣，用來提升本案光感測模組的精確度，例如擷取十字中心點(在此為交叉點135)、角落點或條帶132、133的端點做為影像數據與運動命令的校正參考點。如本實施例的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組13可清楚地定位參考位置，藉以取得更精確的影像數據。

第10圖係根據一些實施例說明配置光學遮罩後的投影圖樣表示圖。在一實施例中，在校正之前，將一光學遮罩配置於光發射器31之發射端，此時光發射器31為一雷射單元或發光二極體，光發射器31發出的光束經過光學遮罩後，因為光學的干涉、繞射或遮蔽等物理特性而產生特徵圖案或是幾何圖形的投影，特別地，光學遮罩係能產生橢圓投影142之光學元件，橢圓投影142的圖樣如第10圖所示。橢圓投影142係能提供一具有特色的圖樣，用來提升本案光感測模組的精確度，例如擷取橢圓投影142的焦點143做為影像數據與運動命令的校正參考點。如本實施例的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組13可清楚地定位參考位置，藉以取得更精確的影像數據。

第11圖係根據一些實施例說明配置光學遮罩後的投影圖樣表示圖。在一實施例中，在校正之前，將一光學遮罩配置於光發射器31之發射端，此時光發射器31為一雷射單元或發光二極體，光發射器31發出的光束經過光學遮罩後，因為光學的干涉、繞射或遮蔽等物理特性而產生特徵圖案或是幾何圖形的投影，特別地，光學遮罩具能產生相對三角形151圖樣之光學元件，相對三角形151圖樣如第10圖所示，三角形153之其中一角154對準三角形155之一角156，角154與角156相距一空隙157。相對三角形151圖樣係能提供一具有特色的圖樣，用來提升本案光感測模組的精確度，例如擷取相對三角形151的角154、角156或兩角之間的空隙157做為影像數據與運動命令的校正參考圖樣。如本實施例的二維特徵圖案或是幾何圖形的投影將提供更佳的辨識圖樣，使得運算模組13可清楚地定位參考位置，藉以取得更精確的影像數據。

總結，本案提供一機械手臂精度校正與監測之裝置與方法，提供機械手臂製造商於手臂出廠前校正之用，補償因製造或組裝誤差造成的精度偏差，並能讓機械手臂使用者於工廠中定期校正機械手臂，解決機械手臂長時間使用後，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。本案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範圍中，因而能加強在產線中的可靠度。此外，本案校正裝置也適用於產線上監測機械手臂精度飄移的情況。本案校正裝置以低成本的校正裝置達成高精度的校正；滿足於客戶端甚至是直接在產線上校正機械手臂絕對精度的需求。

前述內容概述一些實施方式的特徵，因而熟知此技藝之人士可更加理解本申請案揭示內容之各方面。熟知此技藝之人士應理解可輕易使用本申請案揭示內容作為基礎，用於設計或修飾其他製程與結構而實現與本申請案所述之實施方式具有相同目的與/或達到相同優點。熟知此技藝之人士亦應理解此均等架構並不脫離本申請案揭示內容的精神與範圍，以及熟知此技藝之人士可進行各種變化、取代與替換，而不脫離本申請案揭示內容之精神與範圍。