TWI637829B - 夾持裝置 - Google Patents

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Abstract

一種夾持裝置，包括至少一吸取件、一壓差裝置、一光學單元及一影像擷取單元；吸取件為可撓透明材質且具有沿第一方向貫穿其相對二面之複數微孔；壓差裝置連接於吸取件，使吸取件用以對一工件進行壓差吸附；光學單元用以透過吸取件擷取工件之影像，並以一成像角度折射/反射影像；影像擷取單元用以擷取由光學單元所折射/反射之影像，並匯出工件之即時影像。

Description

夾持裝置
本發明有關於一種夾持裝置，尤指一種可解決工件易破損及製程需重複定位之問題，並可提供工件姿態檢測之夾持裝置。
習知取放工件之過程，抓取裝置(例如夾爪、吸盤等等)必須預知工件位置及工件姿態，以利抓取，因此必須經過重複定位才可得知工件方位。
例如，先以一影像單元判斷工件姿態，而後調整抓取裝置的相對狀態以進行抓取，由抓取裝置將工件移送至另一工作檯面，而當工件被放置於工作檯面後，必須再次將工件定位，以利後續製程，因此必須耗費相當多時間。
至於針對易碎工件的取放，則往往因為工件與抓取裝置相對位置配置不當或多次抓取而導致易碎工件受損。
據此，如何能有一種可解決工件易破損及製程需重複定位之問題之夾持裝置，是相關技術領域人士亟待解決之課題。
於一實施例中，本發明提出一種夾持裝置，包括：至少一吸取件，其為可撓透明材質且具有沿第一方向貫穿其相對二面之複數微孔； 一壓差裝置，連接於吸取件，使吸取件用以對一工件進行壓差吸附；一光學單元，用以透過吸取件擷取工件之影像，並以一成像角度折射/反射影像；以及一影像擷取單元，用以擷取由光學單元所折射/反射之影像，並匯出工件之即時影像。
100、100A、100C‧‧‧夾持裝置
10‧‧‧軟墊
10A、10C‧‧‧第一軟墊
10B、10D‧‧‧第二軟墊
11、11A、11B、11C、11D‧‧‧微孔
12‧‧‧吸附面
12A、12C‧‧‧透空部
12B、12D‧‧‧突出部
13‧‧‧影像擷取面
20‧‧‧壓差裝置
30‧‧‧光學稜鏡
31‧‧‧折射/反射面
40‧‧‧影像擷取單元
50‧‧‧殼體
60‧‧‧光源
200‧‧‧工件
300‧‧‧機械手臂
400‧‧‧運動平台/輸送帶
F1‧‧‧第一方向
θ 1‧‧‧夾角
θ 2‧‧‧成像角度
圖1為本發明之一實施例之架構結構示意圖。
圖2為本發明之設計原理示意圖。
圖3及圖4為本發明之工件隨意擺放之示意圖。
圖5為本發明另一實施例之結構示意圖。
圖6為圖5實施例吸附工件之結構示意圖。
圖7為本發明又一實施例之結構示意圖。
圖8為圖7實施例吸附工件之結構示意圖。
請參閱圖1所示夾持裝置100，其包括一吸取件10，吸取件具可撓性，例如為一軟墊10、一壓差裝置20、一光學單元，例如為一光學稜鏡30，及一影像擷取單元40。
在本實施例中，軟墊10為透明材質且具有沿第一方向F1貫穿其相對二面之複數微孔11。軟墊10材質不限，例如可由聚二甲基矽氧烷(PDMS)製成。軟墊10的尺寸及厚度不限，視工件外型及實際所需而設計，例如尺寸可為30x30公釐，厚度可為2~10公釐。微孔11的數量及孔徑大小不限，視工件外型及實際所需而設計，換言之，軟墊10之柔軟度、微孔設計、尺寸厚度可隨需求調整， 以減少工件200破損、提高固定能力及降低視覺辨識之誤差。
壓差裝置20連接於軟墊10，透過微孔11，使軟墊10用以對一工件200進行壓差吸附。壓差裝置20的種類不限，例如可為負壓裝置，使軟墊10可對設置於運動平台/輸送帶400上之工件200產生一真空吸附力。
光學稜鏡30設置於軟墊10相對於吸附工件200之面之一側，光學稜鏡30之法線方向與軟墊10的表面具有一夾角θ 1，夾角θ 1可介於35度~55度之範圍內，或等於或大於45度。光學稜鏡30具有一折射/反射面31，用以透過軟墊10擷取工件200之影像，並以一成像角度θ 2，例如為90度，折射/反射影像，其路徑如圖1、2的虛線箭頭所示。
影像擷取單元40用以擷取由光學稜鏡30所折射/反射之影像，並透過匯出影像至一與影像擷取單元40耦接之一運算模組(圖中未示出)，用以依據影像即時演算分析工件200的位置與方向等姿態資訊。在一實施例中，運算模組可內置於夾持裝置100中，例如與影像擷取單元40一體化配置，但不再此限；運算模組亦可獨立於夾持裝置100設置，以無線或有線的方式接收來自影像擷取單元40所匯出的影像，以進行工件200的位置與方向等姿態資訊之演算分析。
於本實施例中，軟墊10設置於一殼體50，軟墊10之相對兩面為一吸附面12與一影像擷取面13，吸附面12朝向殼體50外，用以與工件200接觸並吸附工件200；光學稜鏡30與影像擷取單元40設置於殼體50內，光學稜鏡30之折射/反射面31朝向影像擷取面13以擷取工件200之影像，並將影像折射/反射至影像擷取 單元40。可依所需於殼體50內設置光源60，用以提供殼體50內具有亮度，以利於擷取影像。值得說明的是，光源60的設置位置及數量不限，依實際所需，可設置至少一個光源60，或將多個光源60設置於多處。
在本實施例中，夾持裝置100設置於一機械手臂300之端部，亦即由機械手臂300作為夾持裝置100的支撐模組，可藉由機械手臂300驅動夾持裝置100相對於工件200移動。除此之外，支撐模組亦可為運動平台、輸送帶等其中之一。
請參閱圖2所示，本發明是依據下列公式設計：
其中，z=光學稜鏡30的尺寸；x'=影像擷取單元40至光學稜鏡30的距離；x=將影像擷取單元40放置於光學稜鏡30相對於設有軟墊10之一側的距離：θ 1=光學稜鏡30之法線方向與軟墊10的表面的夾角。
據此，將影像擷取單元40擺放於與光學稜鏡30具有一成像角度θ 2，亦即圖1所示狀態時，可降低殼體50的高度尺寸及縮減整體體積。
請參閱圖1、圖3及圖4所示，由於本發明是藉由光學稜鏡30擷取工件200的即時影像，搭配軟體與演算法進行影像辨識分析，透過工件200特徵萃取與演算法分析，消除吸取件結構遮蔽並補償光影折射造成的影像失真，獲得工件200在一預設之座標系上之相 對位置及方向，達到對工件200同時且即時定位之目的，因此工件200可隨意擺放，如圖3、圖4所示。
請參閱圖5及圖6所示夾持裝置100A，其包括一第一軟墊10A、一第二軟墊10B、一壓差裝置(圖中未示出)、一光學稜鏡30及一影像擷取單元40，上述構件設置於一殼體50內。
本實施例與圖1所示實施例之主要差異之一在於本實施例設置於運動平台/輸送帶400的底部，亦即由運動平台/輸送帶400作為夾持裝置100A的支撐模組，且設置方向與圖1實施例相反；此外，本實施例設有複數軟墊作為吸取件，包括一第一軟墊10A與一第二軟墊10B。第一軟墊10A與第二軟墊10B皆為透明材質且分別具有沿第一方向F1貫穿其相對二面之複數微孔11A、11B。第一軟墊10A具有一透空部12A，透空部12A係沿第一方向F1貫穿第一軟墊之相對二面。第二軟墊10B具有一突出部12B，突出部12B係沿第一方向F1突出於第二軟墊10B之一面，第二軟墊10B設置於第一軟墊10A之一側(圖示第一軟墊10A之下側)，突出部12B穿設於透空部12A並凸伸於第一軟墊10A的另一側(圖示第一軟墊10A之上側)外。
當工件200被移送並放置於第一軟墊10A與第二軟墊10B頂部時，壓差裝置作用於第一軟墊10A與第二軟墊10B之間(如圖6虛線箭頭所示)，使得突出部12B下沉，由突出部12B凸伸於第一軟墊10A之面與第一軟墊10A共同承載並吸附工件200，而後即可由光學稜鏡30擷取工件200的即時影像，再由影像擷取單元40擷取影像，用以依據影像即時演算分析工件200的位置與方向等姿態資訊。
請參閱圖7及圖8所示夾持裝置100C，其包括一第一軟墊10C、一第二軟墊10D、一壓差裝置(圖中未示出)、一光學稜鏡30及一影像擷取單元40，上述構件設置於一殼體50內。
本實施例設有複數軟墊作為吸取件，包括一第一軟墊10C與一第二軟墊10D。本實施例的第一軟墊10C與第二軟墊10D的形式與圖5所示之第一軟墊10A與第二軟墊10B稍有不同，但主要作動原理類似。
當工件200被移送並放置於第一軟墊10C與第二軟墊10D頂部時，壓差裝置作用於第一軟墊10C與第二軟墊10D之間(如圖8虛線箭頭所示)，使得突出部12D下沉，由突出部12D凸伸於第一軟墊10C之面與第一軟墊10C共同承載並吸附工件200，而後即可由光學稜鏡30擷取工件200的即時影像，再由影像擷取單元40擷取影像，用以依據影像即時演算分析工件200的位置與方向等姿態資訊。
值得說明的是，若將圖1所示實施例倒置，亦可如同圖5、圖7設置於運動平台/輸送帶400底部。圖1、圖5及圖7所示實施例說明本發明可設置於可移動之機械手臂300，亦可設置於運動平台/輸送帶400，其作用相同，皆可用以吸附工件並即時判斷工件姿態，以利於後續製程。
綜上所述，本發明所提供之夾持裝置，以具微孔之透明吸取件搭配光學單元與影像擷取單元，並利用視覺辨識分析之技術手段，在工件隨機擺放的情境下，達成對複雜外型工件、脆弱易碎工件或具孔隙工件固定與位置量測之功效，以解決工件易破損及製程需重複定位之問題，並可節省視覺站點與空間。
惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (13)

  1. 一種夾持裝置，包括：至少一吸取件，其為透明材質且具有沿一第一方向貫穿其相對二面之複數微孔；一壓差裝置，連接於該至少一吸取件，使該至少一吸取件用以對一工件進行壓差吸附；一光學單元，用以透過該至少一吸取件擷取該工件之影像，並以一成像角度折射/反射該影像；以及一影像擷取單元，用以擷取由該光學單元所折射/反射之該影像，並匯出該影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其中該壓差裝置為負壓裝置，使該至少一吸取件對該工件產生一真空吸附力。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其中該光學單元係設置於該至少一吸取件相對於吸附該工件之面之一側。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其中該成像角度為90度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其中該光學單元之法線方向與該至少一吸取件的表面具有一夾角，該夾角介於35度~55度之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其中該至少一吸取件設置於一殼體，該相對兩面為一吸附面與一影像擷取面，該吸附面朝向該殼體外，該光學單元與該影像擷取單元設置於該殼體內，該光學單元之折射/反射面朝向該影像擷取面以擷取該影像並折射/反射至該影像擷取單元。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之夾持裝置，其中該殼體內設有光源，用以提供該殼體內具有亮度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其具有複數吸取件，每一該吸取件皆設有複數微孔，包括：一第一軟墊，其具有一透空部，該透空部係沿該第一方向貫穿該第一軟墊之相對二面；以及，一第二軟墊，其具有一突出部，該突出部係沿該第一方向突出於該第二軟墊之一面，該第二軟墊設置於該第一軟墊之一側，該突出部穿設於該透空部並凸伸於該第一軟墊的另一側外，由該突出部凸伸於該第一軟墊之面與該第一軟墊共同承載並吸附該工件。
  9. 如申請專利範圍第1或8項所述之夾持裝置，其中該吸取件為軟墊。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其中該光學單元為光學稜鏡、分光鏡其中之一。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其係設置於一支撐模組，該支撐模組為機械手臂、運動平台、輸送帶其中之一。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之夾持裝置，其中該軟墊由聚二甲基矽氧烷(PDMS)製成。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之夾持裝置，其中該影像擷取單元耦接一運算模組，該運算模組接收該影像擷取單元匯出之該影像並即時演算分析該工件之姿態資訊。
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