TWI639906B - 主動式組裝系統、主動式組裝之方法及其定位組裝裝置 - Google Patents

主動式組裝系統、主動式組裝之方法及其定位組裝裝置 Download PDF

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Abstract

一種主動式組裝系統、主動式組裝之方法及其定位組裝裝置，用以將第一組裝件與第二組裝件互相組裝。主動式組裝系統包括主控制裝置及定位組裝裝置。定位組裝裝置包括固定支架、驅動裝置及機械手臂。固定支架用以設置第一組裝件。驅動裝置係電性連接主控制裝置，驅動裝置係可提供多自由度方向之運動。機械手臂係固接於驅動裝置並與驅動裝置同時作動，用以設置該第二組裝件，其中第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時，主控制裝置係根據組裝影像驅動驅動裝置及機械手臂以調整第二組裝件組裝時之組裝位置及組裝角度。

Description

主動式組裝系統、主動式組裝之方法及其定位組裝裝置
本發明係關於一種主動式組裝系統、主動式組裝之方法及其定位組裝裝置，特別是一種可以精密調整組裝位置及組裝角度之主動式組裝系統、主動式組裝之方法及其定位組裝裝置。
隨著時代的進步，具照相功能的行動裝置已經日益普及，如手機或平版電腦。然而手機或平版電腦之光學鏡頭貼合製程極為關鍵，須將鏡片調整至正確位置後才與貼合機構結合。因此於先前技術中係經常利用主動式的對準系統來進行組裝。例如TRIOPTICS公司發展之主動式對準調整系統(ProCam® Align Smart)。但該系統使用傳統旋轉式電動機透過導螺桿機構傳動，因此其對準時的位置調整皆是做單軸的運動，對準的時間勢必會拉長，且由於電動機本體及附屬之傳動件等週邊設備相當繁重，使得即使移動質輕的鏡片元件，亦需龐大之致動系統，故顯得笨重且缺乏效率。此外，這種固定式自動化(fixed automation)模式，當然不具彈性、靈活性，一旦製程上有任何修正、改變，則相關之機構甚至控制系統將無法輕易調整，甚至需重新設計。於先前技術中也揭示一種Fanuc Delta三軸併接式機械手臂平台，然而其運動方式是立體空間偶合，即是某個帶有曲線的平移，無法同時執行二個方位之旋轉運動，較不適合執行獨立之方位角運動，而需另靠疊加之三軸旋轉手肘來提供三方向的旋轉自由度。所以此組合系統亦不利於位移及旋轉之複合運動的操作。
因此，有必要發明一種新的主動式組裝系統及其方法，以解決先前技術的缺失。
本發明之主要目的係在提供一種主動式組裝系統，其具有可以精密調整組裝位置及組裝角度之效果。
本發明之另一主要目的係在提供一種用於上述系統之主動式組裝之方法
本發明之另一主要目的係在提供一種用於上述系統之定位組裝裝置。
為達成上述之目的，本發明之主動式組裝系統，用以將第一組裝件與第二組裝件互相組裝。主動式組裝系統包括主控制裝置及定位組裝裝置。定位組裝裝置包括固定支架、影像擷取模組、驅動平台及能提供多自由度(六自由度最佳可滿足空間運動需求)運動方向之機械手臂。固定支架用以設置第一組裝件。影像擷取模組係電性連接主控制裝置並設置於固定支架，用以於第一組裝件與第二組裝件要進行組裝時擷取組裝影像。驅動裝置係電性連接主控制裝置，驅動裝置可滿足組裝所需移動之多自由度或滿足空間六自由度方向運動。機械手臂係固接於驅動裝置並與驅動裝置同時作動，用以設置該第二組裝件，其中第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時，主控制裝置係根據組裝影像驅動驅動裝置及機械手臂以調整第二組裝件組裝時之組裝位置及組裝角度。
本發明之主動式組裝之方法包括以下步驟：設置該第一組裝件於固定支架上；設置第二組裝件於機械手臂上，其中機械手臂係固接於驅動裝置並與驅動裝置同時作動，其中該驅動裝置可滿足組裝所需移動之多自由度或滿足空間六自由度方向運動；於第一組裝件與第二組裝件要進行組裝時擷取組裝影像；以及根據組裝影像隨時驅動驅動裝置及機械手臂以調整第二組裝件組裝時之組裝位置及組裝角度。
本發明之定位組裝裝置係用於主動式組裝系統內並與主控制裝置電性連接，以將第一組裝件與第二組裝件互相組裝。定位組裝裝置包括固定支架、影像擷取模組、驅動裝置及機械手臂。固定支架用以設置第一組裝件。影像擷取模組係電性連接主控制裝置並設置於固定支架，用以於第一組裝件與第二組裝件要進行組裝時擷取組裝影像。驅動裝置係電性連接主控制裝置，驅動裝置可滿足組裝所需移動之多自由度或滿足空間六自由度方向運動。機械手臂係固接於驅動裝置並與驅動裝置同時作動，用以設置該第二組裝件，其中第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時，主控制裝置係根據組裝影像驅動驅動裝置及機械手臂以調整第二組裝件組裝時之組裝位置及組裝角度。
為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。
以下請先參考圖1係本發明之主動式組裝系統之組成示意圖。
本發明之主動式對準組裝系統1包括主控制裝置10及定位組裝裝置20，用以將一第一組裝件2與一第二組裝件3(如圖2所示)互相組裝。主控制裝置10可以為工業用電腦、桌上型電腦、筆記型電腦或是平板電腦等，或是利用可以儲存於記憶模組內的電腦程式產品搭配一般的桌上型電腦、筆記型電腦或是平板電腦來達成所需的效果，但本發明並不限於此。於本發明之一實施例中，定位組裝裝置20包括固定支架21、驅動裝置22、機械手臂23及影像擷取模組24，以藉由主控制裝置10之控制以達到將第一組裝件2與第二組裝件3進行組裝的目的。於本發明之一實施方式中，第一組裝件2可以為一鏡頭，第二組裝件3則為相機內設置鏡頭之貼合結構，但本發明並不以此為限。
在此請參考圖2係本發明之定位組裝裝置之架構示意圖。
於本發明之一實施例中，定位組裝裝置20之固定支架21用以利用卡合或夾持等方式設置該第一組裝件2，固定支架21可以連接於另一個固定的機檯或地面，本發明並不限於此，且本發明也不限定固定第一組裝件2之方式。驅動裝置22係電性連接該主控制裝置10，以根據主控制裝置10之命令而可滿足組裝所需移動之多自由度(Degree of freedom)或滿足空間六自由度方向作動，其所需移動之自由度係以六自由度為較佳。於本發明之一實施例中，驅動裝置22係為史都華平台(Stewart Platform Base)，其藉由一基座221與六個致動器222連接組成。其動作原理乃由致動器222(氣壓、油壓或馬達)驅動連桿的長短變化造成基座221的空間運動，其具有六個自由度，也就是可以分別對基座221的X、Y、Z軸做平移動作，那就會分別得到水平平移(Sway)、垂直平移(Surge)及上下平移(Heave)三個自由度。如果再加上分別對基座221的X、Y及Z軸旋轉的動作，那將再增加搖滾(Roll)、俯仰(Pitch)及扭轉(Yaw)三個自由度。由於史都華平台之作用及控制方式已經被本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟悉，故在此不再贅述。且本發明也不限於史都華平台或其他單一的驅動平台，只要任何可以達到對準需要移動之多自由度或滿足空間六自由度方向運動的設備皆在本發明的保護範圍內。
機械手臂23用以利用卡合或夾持等方式設置該第二組裝件3，但本發明也不限定固定第二組裝件3之方式。機械手臂23係固接於該驅動裝置22，並與該驅動裝置22同時作動，藉此能提供多自由度)運動方向，其中以六自由度為較佳方式，可滿足空間運動需求。如此一來，該第一組裝件2與該第二組裝件3要進行組裝時，該主控制裝置10係驅動該驅動裝置22於X、Y、Z軸做平移動作或是旋轉的動作。由於機械手臂23固接於驅動裝置22，所以機械手臂23就會同時被帶動，藉以調整該第二組裝件3組裝時之一組裝位置及一組裝角度。藉此，第一組裝件2與該第二組裝件3就可以方便地進行組裝。
而於本發明之一實施方式中，定位組裝裝置20還可以包括影像擷取模組24。影像擷取模組24電性連接該主控制裝置10並設置於該固定支架21，且位於設置第一組裝件2處的上方。該影像擷取模組24可以為一CMOS或CCD所製成，但本發明並不限於此。當該第一組裝件2與該第二組裝件3要進行組裝時，影像擷取模組24係自第一組裝件2之正上方擷取一組裝影像，並傳輸回主控制裝置10。主控制裝置10係根據該組裝影像判斷第一組裝件2是否對準了第二組裝件3，並隨時對驅動裝置22下達調整命令，以調整該第二組裝件3組裝時之該組裝位置及該組裝角度。當主控制裝置10根據該組裝影像判斷第一組裝件2已經對準了第二組裝件3後，才讓第一組裝件2與第二組裝件3互相組裝，藉以達到精密組裝的目的。主控制裝置10之控制方式於之後之步驟流程圖中有詳細說明，故在此先不贅述。
接著請參考圖3係本發明之主動式組裝之方法之步驟流程圖。此處需注意的是，以下雖以上述的主動式組裝系統1之定位組裝裝置20為例說明本發明之主動式對準組裝之方法，但本發明之主動式組裝之方法並不以使用在上述相同結構的定位組裝裝置20為限。
首先進行步驟301：設置該第一組裝件於一固定支架上。
首先固定支架21用以設置要進行組裝的該第一組裝件2。
其次進行步驟302：設置該第二組裝件於一機械手臂上。
其次，機械手臂23用以設置要進行組裝的該第二組裝件3。且機械手臂23係固接於該驅動裝置22，並與該驅動裝置22同時作動。
再進行步驟303：於該第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時擷取一組裝影像。
當該第一組裝件2與該第二組裝件3要進行組裝時，影像擷取模組24係對第一組裝件2與第二組裝件3的擷取一組裝影像，並傳輸回主控制裝置10。
最後進行步驟304：根據該組裝影像隨時驅動該驅動裝置及該機械手臂以調整該第二組裝件組裝時之一組裝位置及一組裝角度。
最後主控制裝置10係根據該組裝影像隨時控制六軸驅動裝置22，以調整該第二組裝件3組裝時之該組裝位置及該組裝角度，當主控制裝置10根據該組裝影像判斷第一組裝件2已經對準了第二組裝件3後，才讓第一組裝件2與第二組裝件3互相組裝，以達到精密組裝的目的。
而其中驅動一驅動裝置22之步驟可以在影像擷取模組24擷取組裝影像時計算出空間頻率響應(Spatial Frequency Response，SFR)。就如圖4所示，圖4係本發明之驅動一驅動裝置之方法之步驟流程圖。
首先進行步驟401：對一測試圖擷取以得到一測試影像。
首先係利用影像擷取模組24對測試圖進行擷取，以得到一測試影像，測試圖係與第二組裝件3放置於相同位置。於本發明之一實施例中，影像擷取模組24係擷取ISO12233解像力測試圖，但本發明並不限於此種圖示。
其次進行步驟402：將該測試影像區分為複數之對稱影像區塊及一中央影像區塊，以計算各該影像區塊具有之複數之影像參數。
其次影像擷取模組24擷取測試圖後，主控制裝置10就可以得到測試影像，並從測試影像中找出複數之區塊。舉例來說，主控制裝置10可以將測試影像區分為複數之對稱影像區塊及中央影像區塊。複數之對稱影像區塊可以包括測試影像中央的上下影像區塊及四個角落的影像區塊，但本發明並不限於影像區域的個數，而影像區域的選擇準則為需兩兩對稱。以ISO12233解像力測試圖為例，ISO12233解像力測試圖已經為習知慣用的解像力測試圖，主控制裝置10可以辨識出測試圖上各互相對稱區塊的位置，且同步計算出各影像區塊所具有之複數之影像參數。於本實施例中，影像參數可以為MTF（Modulation Transfer Function）50值，但本發明並不限於此。
接著進行步驟403：根據該複數之影像參數之一平均值驅動該驅動裝置於一Z軸上移動。
接著主控制裝置10可以計算出該複數之影像參數之一平均值，以藉由該平均值驅動該驅動裝置22於一Z軸上移動。於本實施例中，影像參數可以為MTF50值，MTF50值越大即代表擷取得到的測試影像的清晰程度越佳。因此主控制裝置10係控制驅動裝置22於Z軸上移動到複數之影像參數之平均值最大的位置。
藉著進行步驟404：根據該中央影像區塊圖形驅動該驅動裝置於一X-Y軸上移動。
接著主控制裝置10係控制驅動裝置22於X-Y軸上移動，讓該中央影像區塊可以移動到測試影像的正中央。
最後步驟405：根據該對稱影像區塊之該複數之影像參數驅動該驅動裝置旋轉。
最後主控制裝置10可以將測試影像區分為上下左右四個區域，即代表四個象限。再將每個象限中的具有的對稱影像區塊之該複數之影像參數進行比較，找出影像參數平均值，即MTF50平均值較小的該區，以讓驅動裝置22的X軸、Y軸沿著該象限及其對角的象限旋轉。主控制裝置10再比較個別旋轉後的上、下兩區MTF50平均值差值及左、右兩區影像參數平均值差值。找出平均值差值較小者，其象限區域即為調整的旋轉方向。主控制裝置10即可持續調整直到上下左右四個區域的影像參數平均值差值小於等於一特定值為止。
最後控制驅動裝置22沿著Z軸做旋轉，確認四個角落的影像區塊彼此間的影像參數平均值差值小於等於特定值為止。由此可知，驅動裝置22之旋轉係為連續的控制流程，先使驅動裝置22沿著其中兩軸做同步旋轉，再使驅動裝置22沿著剩下的一軸做旋轉。如此一來，即可完成驅動裝置22的調整，以具有最佳的該組裝位置及該組裝角度。
此處需注意的是，本發明之主動式組裝之方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。驅動裝置22的驅動流程也僅是舉例說明，本發明並不限於此。
需注意的是，上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如 此不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。
1‧‧‧主動式組裝系統
2‧‧‧第一組裝件
3‧‧‧第二組裝件
10‧‧‧主控制裝置
20‧‧‧定位組裝裝置
21‧‧‧固定支架
22‧‧‧驅動裝置
221‧‧‧基座
222‧‧‧致動器
23‧‧‧機械手臂
24‧‧‧影像擷取模組
圖1係本發明之主動式組裝系統之組成示意圖。 圖2係本發明之定位組裝裝置之架構示意圖。 圖3係本發明之主動式組裝對準之方法之步驟流程圖。 圖4係本發明之驅動一驅動裝置之方法之步驟流程圖。

Claims (11)

  1. 一種主動式組裝系統，用以將一第一組裝件與一第二組裝件互相組裝，該主動式組裝系統包括：一主控制裝置；以及一定位組裝裝置，包括：一固定支架，用以設置該第一組裝件；一影像擷取模組，係電性連接該主控制裝置並設置於該固定支架，用以對一測試圖擷取以得到一測試影像，以及於該第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時擷取一組裝影像；一驅動裝置，係電性連接該主控制裝置，該驅動裝置可滿足組裝所需移動之多自由度或滿足空間六自由度方向運動；以及一機械手臂，係固接於該驅動裝置並與該驅動裝置同時作動，用以設置該第二組裝件，其中該主控制裝置將該測試影像區分為複數之對稱影像區塊及一中央影像區塊，以計算各該影像區塊具有之複數之影像參數，使該第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時，該主控制裝置根據該複數之影像參數及該組裝影像驅動該驅動裝置及該機械手臂以調整該第二組裝件組裝時之一組裝位置及一組裝角度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之主動式組裝系統，其中該主控制裝置係根據該複數之影像參數之一平均值驅動該驅動裝置於一Z軸上移動，根據該中央影像區塊圖形驅動該驅動裝置 於一X-Y軸上移動，以及根據該對稱影像區塊之該複數之影像參數之間之一平均值差值驅動該驅動裝置旋轉，藉以調整該第二組裝件組裝時之該組裝位置及該組裝角度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之主動式組裝系統，其中該主控制裝置係驅動該驅動裝置沿著其中的兩軸做同步旋轉，並驅動該驅動裝置沿著剩餘的一軸做旋轉。
  4. 如申請專利範圍第1到3項之任一項所述之主動式組裝系統，其中該影像擷取模組係為一CMOS。
  5. 一種主動式組裝之方法，用以將一第一組裝件與一第二組裝件互相組裝，包括以下步驟：設置該第一組裝件於一固定支架上；設置該第二組裝件於一機械手臂上，其中該機械手臂係固接於一驅動裝置並與該驅動裝置同時作動，其中該驅動裝置可滿足組裝所需移動之多自由度或滿足空間六自由度方向運動；於該第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時擷取一組裝影像；以及根據該組裝影像隨時驅動該驅動裝置及該機械手臂以調整該第二組裝件組裝時之一組裝位置及一組裝角度，其中根據該組裝影 像驅動該驅動裝置之步驟進一步包括：對一測試圖擷取以得到一測試影像；將該測試影像區分為複數之對稱影像區塊及一中央影像區塊，以計算各該影像區塊具有之複數之影像參數；根據該複數之影像參數之一平均值驅動該驅動裝置於一Z軸上移動；根據該中央影像區塊圖形驅動該驅動裝置於一X-Y軸上移動；以及根據該對稱影像區塊之該複數之影像參數之間之一平均值差值驅動該驅動裝置旋轉。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之主動式組裝之方法，更包括藉由一CMOS擷取該組裝影像之步驟。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之主動式組裝之方法，其中驅動該驅動裝置旋轉之步驟包括：驅動該驅動裝置沿著其中的兩軸做同步旋轉；以及驅動該驅動裝置沿著剩餘的一軸做旋轉。
  8. 一種定位組裝裝置，係用於一主動式組裝系統內並與一主控制裝置電性連接，以將一第一組裝件與一第二組裝件互相組裝；該定位組裝裝置，包括： 一固定支架，用以設置該第一組裝件；一影像擷取模組，係電性連接該主控制裝置並設置於該固定支架，用以對一測試圖擷取以得到一測試影像，以及於該第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時擷取一組裝影像；一驅動裝置，係電性連接該主控制裝置，該驅動裝置可滿足組裝所需移動之多自由度或滿足空間六自由度方向運動；以及一機械手臂，係固接於該驅動裝置並與該驅動裝置同時作動，用以設置該第二組裝件，其中該主控制裝置將該測試影像區分為複數之對稱影像區塊及一中央影像區塊，以計算各該影像區塊具有之複數之影像參數，使該第一組裝件與該第二組裝件要進行組裝時，該主控制裝置係根據該複數之影像參數及該組裝影像驅動該驅動裝置及該機械手臂以調整該第二組裝件組裝時之一組裝位置及一組裝角度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之定位組裝裝置，其中該主控制裝置係根據該複數之影像參數之一平均值驅動該驅動裝置於一Z軸上移動，根據該中央影像區塊圖形驅動該驅動裝置於一X-Y軸上移動，以及根據該對稱影像區塊之該複數之影像參數 之間之一平均值差值驅動該驅動裝置旋轉，藉以調整該第二組裝件組裝時之該組裝位置及該組裝角度。
  10. 如申請專利範圍第11項所述之定位組裝裝置，其中該主控制裝置係驅動該驅動裝置沿著其中的兩軸做同步旋轉，並驅動該驅動裝置沿著剩餘的一軸做旋轉。
  11. 如申請專利範圍第8到10項之任一項所述之定位組裝裝置，其中該影像擷取模組係為一CMOS。
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