TWI674956B

TWI674956B - 量測系統

Info

Publication number: TWI674956B
Application number: TW107115947A
Authority: TW
Inventors: 盧慶杉
Original assignee: 大陸商廣東伊雪松機器人設備有限公司; 弘訊科技股份有限公司
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2019-10-21
Also published as: TW201946744A

Abstract

一種量測系統，係包括：用以通訊連結工具機之主機、以及通訊連結該主機以傳輸即時資訊至該主機之測距裝置，令該主機對該工具機進行該工具機之位置及姿態之動態補償，使該工具機於動態調整後可與目標物件表面各處的距離均相等。

Description

量測系統

本發明係關於一種量測系統，尤指一種適用於工具機的量測系統。

習知機械手臂係依照使用者編寫的動作指令程式進行運動，且該機械手臂上會附設測距裝置，以偵測實際物件的3D尺寸與幾何工程圖提供的3D尺寸是否產生差距，故當產生差距時，控制器需提供補償機制予該機械手臂以進行運動補償。因此，在噴塗或焊接作業中，藉由該補償機制可有效提升目標物件的施工品質，以符合目標物件的品質要求。

具體地，如第1圖所示，利用機械手臂1進行噴塗作業時，若目標物件9係呈曲面時，需令該機械手臂1與該目標物件9保持等距狀態，使噴塗效果更為均勻。

惟，習知機械手臂1的移動路徑及姿態於移動過程中無法進行即時動態調整，且該目標物件9的實際3D尺寸與幾何工程圖所提供的3D尺寸會產生些微差距，致使該目標物件9之塗層8表面各處之厚度t不一致，故於實際噴塗作業中，該機械手臂1之移動路徑及姿態無法滿足噴塗厚度均勻性之需求。

因此，如何解決上述習知技術的問題，實為目前業界亟待解決的課題。

為解決上述習知技術之問題，本發明係提供一種量測系統，係包括：主機，係用以通訊連結一工具機；以及測距裝置，係通訊連結該主機以傳輸即時資訊至該主機，令該主機對該工具機進行該工具機之位置及姿態之動態補償。

前述之量測系統中，該工具機係包含機械手臂。

前述之量測系統中，該主機係用以對該工具機進行該工具機之位置及姿態之靜態補償。例如，該靜態補償係於目標時段上，對於該工具機的位置及姿態(可為機械手臂的擺置方式)的補償量。

前述之量測系統中，該動態補償係於一具有複數定點之目標路徑中，該工具機於該目標路徑上進行運動時，對於該工具機位於各該定點上之位置及姿態的即時補償量。

前述之量測系統中，該主機係包含控制器，以對該工具機進行該靜態補償或動態補償。

前述之量測系統中，該主機係藉由該靜態補償或該動態補償配合逆向運動學之運算方式，以計算出該工具機的移動量。

前述之量測系統中，該主機係包含資料庫，以比對該測距裝置所傳輸之即時資訊。

前述之量測系統中，該測距裝置係設於該工具機上。

前述之量測系統中，該測距裝置係為光學式。

另外，工具機之移動位置及姿態補償資訊係根據實際的噴塗環境選擇不同的方式，即可以選擇靜態補償或者是動態補償。具體地，如果在實際的噴塗環境中不適合安裝測距裝置，則需採用靜態補償執行路徑補償的作業。例如，操作人員事先將欲噴塗的零件做完整的掃描，以測量出每一個位置的距離，再存儲在資料庫中，則當實際進行噴塗時，工具機的控制系統便會依照存儲的資料進行運算而計算出補償後的路徑；如果在實際的噴塗環境中可安裝測距裝置，則可採用動態補償執行路徑補償的作業。

由上可知，本發明之量測系統，主要藉由測距裝置通訊連結主機之設計，以令主機對工具機進行動態補償，因而可取得目標物件與機械手臂端處噴嘴的實際位置，使機械手臂經動態調整後，噴嘴與目標物件表面各處之間的距離均相等，故相較於習知技術，即使實際目標物件的3D尺寸與幾何工程圖所提供的3D尺寸產生些微差距，本發明之量測系統能補償此誤差，使工具機於進行噴塗作業後，目標物件之塗層之厚度一致，因而可有效提升噴塗厚度均勻之可靠度。

1‧‧‧機械手臂

2‧‧‧量測系統

20‧‧‧主機

20a‧‧‧資料庫

21‧‧‧測距裝置

3‧‧‧工具機

30‧‧‧噴嘴

6,8‧‧‧塗層

9‧‧‧目標物件

A‧‧‧即時資訊

B‧‧‧比對後資料

d,t‧‧‧厚度

L‧‧‧目標路徑

P1‧‧‧起始點

P2‧‧‧終點

S‧‧‧定點

S1~S10‧‧‧資料緩衝區塊

S51,S52‧‧‧步驟

第1圖係為習知噴塗作業之側視示意圖；第2圖係為本發明之量測系統應用於工具機之立體示意圖；第3圖係為本發明之量測系統之主機之靜態補償機制之示意圖；第4A圖係為本發明之量測系統之主機之動態補償機制之示意圖；第4B圖係為本發明之量測系統所應用之目標路徑之假設示意圖；第5圖係為本發明之量測系統之控制器之補償機制之流程圖；以及第6圖係為使用本發明之量測系統進行噴塗作業後之目標物件及其塗層表面之側視示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其它優點及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。

第2圖係為本發明之量測系統2之配置示意圖。如第2圖所示，該量測系統2係包括：一主機20以及一測距裝置21。

所述之主機20係用以通訊連結一工具機3，以對該工具機3進行該工具機3之位置及姿態之靜態補償。

於本實施例中，該工具機3係包含機械手臂，其端處設有噴嘴30，且該主機20係為電腦設備，如該主機20係包含控制器，以對該工具機3進行其位置及姿態之靜態補償。進一步，該主機20係藉由該靜態補償配合逆向運動學(inverse kinematic)之運算方式，以計算出該工具機3之的移動量，例如，將該機械手臂之卡式座標(X,Y,Z,RX,RY,RZ)推算出該機械手臂之各關節的角度位置(J1,J2,J3,J4,J5,J6)，以計算出各關節的移動量。

所述之靜態補償係於目標時段上，對於該工具機3的位置及姿態的補償量。例如，該主機20之控制器系統可提供一輸入框，供使用者填入每一個目標時段(其表示時間的間隔)的位置及姿態的補償量。具體地，將每一個目標時段係定義為△t，位置的補償量定義為(△x_n,△y_n,△z_n)，姿態的補償量定義為(△rx_n,△ry_n,△rz_n)，其中，t₀為基準時間點，n為等於及大於1的正整數，以建立如下所示的表格：

於本實施例中，該主機20之控制器會在每一個目標時段上依據表格內容計算出實際位置及姿態，如第3圖所示，其中，t₀之座標(x₀,y₀,z₀,rx₀,ry₀,rz₀)作為起始時間點而無補償值，且各目標時段所對應之原座標(x₁,y₁,z₁,rx₁,ry₁,rz₁)、(x₂,y₂,z₂,rx₂,ry₂,rz₂)...等為尚未補償前的位置及姿態。再者，使用者可於該主機20之控制器之參數中設定該目標時段△t。

因此，該主機20之控制器運算出該工具機3之實際位置及姿態的卡式座標後，再藉由逆向運動學推算出該工具機3之各關節的角度位置，以計算出各關節的移動量。

又，所述之測距裝置21係通訊連結該主機20以傳輸即時資訊A至該主機20，如第4A圖所示，令該主機20對該工具機3進行該工具機3之位置及姿態之動態補償。

於本實施例中，該測距裝置21係為光學式，如透過紅外線、雷射或其它視覺等適當方式偵測距離，其設於該工具機3上。

再者，該主機20係包含資料庫20a，如第4A圖所示，以比對該測距裝置21所傳輸之即時資訊A。

所述之動態補償係於一具有複數定點S之目標路徑L中，該工具機3於該目標路徑L上進行運動時，對於該工具機3位於各該定點S上之位置及姿態的即時補償量，如第4B圖所示。例如，於該工具機3(或該機械手臂前端)上裝設該測距裝置21，當該工具機3開始加工作業之移動時，該測距裝置21開始將實際的位置及姿態傳輸至該主機20之控制器，供該控制器進行即時的動態補償。

於本實施例中，於該工具機3開始加工作業前，先令該工具機3進行至少一次不具目標物件9(如第6圖所示)之空轉(依據加工作業之路徑運作)的前置作業，以令該測距裝置21獲取參考資料，並將該參考資料儲存於該主機20之資料庫20a中，其中，該參考資料係包含於一具有複數定點S之目標路徑L中，該工具機3於該目標路徑L上進行空轉時，該工具機3位於各該定點S上之位置及姿態。

再者，該測距裝置21之偵測週期之設定係用以使該主機20之控制器能有足夠的時間計算補償後的位置及姿態，其中，使用者可於該量測系統2之操作介面上設定該主機20之資料庫20a之定點S(或稱資料緩衝區塊S1~S10，如第4A圖所示)之數量及該測距裝置21之偵測週期的參數，例如，該定點S(或該資料緩衝區塊S1~S10)之數量可設定為10組，且該測距裝置21之偵測週期可設定為1毫秒(ms)。

具體地，如第4B圖所示，該工具機3之機械手臂的目標路徑L可定義為一直線或其它形狀，從起始點P1之座標(X₁,Y₁,Z₁,RX₁,RY₁,RZ₁)到終點P2之座標(X₂,Y₂,Z₂,RX₂,RY₂,RZ₂)。首先，該工具機3需沿該目標路徑L空跑，以取得10組(如上所設定之定點S之數量)有關位置及姿態的參考資料，俾供作為資料緩衝區塊S1~S10(如第4A圖所示)。待10組資料緩衝區塊S1~S10之資料填滿後，該工具機3從靜止狀態開始執行移動指令。於該工具機3之運動過程中，當該主機20之控制器在每一偵測週期(如上所設定之1ms)中讀取該資料庫20a中之定點S(或該資料緩衝區塊S1~S10)的資料之同時，該測距裝置21會將其所量測的數據(該即時資訊A)填入該資料庫20a中之資料緩衝區塊S1~S10中，以令該主機20將該資料庫20a中之資料緩衝區塊S1~S10比對該測距裝置21所傳輸之即時資訊A，令該主機20所讀取的資料為比對後資料B，並依據該比對後資料B進行該工具機3之路徑及姿態的即時動態補償。

因此，如第5圖所示，該量測系統2之補償機制(該主機20之控制器之程式)之流程係可編寫為：步驟S51：是否啟動補償機制；步驟S52：判斷補償方式，例如”0”表示靜態補償，且”1”表示動態補償；絕對座標模式的直線移動指令(LINE_ABS)係例如為「X₂,Y₂,Z₂,RX₂,RY₂,RZ₂S100」，其中，S100係表示該工具機3(或機械手臂)的移動速度。

綜上所述，本發明之量測系統2藉由依據預設的位置及姿態補償量(即靜態補償)及/或透過該測距裝置21取得的實際位置及姿態以動態補償該工具機3的位置及姿態，再以靜態補償及/或動態補償後的位置及姿態配合逆向運動學計算出該工具機3於運動過程中之機械手臂之各關節的角度，以計算出各關節的移動量。

再者，本發明之量測系統2係配置有相關參數及表格供使用者輸入，以透過啟動補償機制的指令達到實際位置(或路徑)及姿態補償之目的。

又，如第6圖所示，當該工具機3進行噴塗作業時，若目標物件9呈任意曲面或平面，且該目標物件9設於該工具機3之平台上，即使該目標物件9的實際3D尺寸與幾何工程圖所提供的3D尺寸產生些微差距，該量測系統2能即時動態調整該工具機3之噴嘴30或該目標物件9(即連動之平台)之位置與姿態，以令該噴嘴30與該目標物件9表面各處之間呈等距狀態，故於實際噴塗作業中，該工具機3配合該量測系統2之補償機制，使該工具機3之移動路徑及姿態能滿足噴塗厚度均勻性之需求，因而該目標物件9之塗層6表面各處之厚度d能呈現一致。

上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims

一種量測系統，係包括：主機，係用以通訊連結一用於噴塗作業之工具機，其中，該工具機上設有一目標物件；以及測距裝置，係通訊連結該主機以傳輸即時資訊至該主機，令該主機對該工具機進行該工具機之位置及姿態之動態補償，且對該工具機進行該工具機之位置及姿態之靜態補償，以於進行該噴塗作業時，該主機係藉由該動態補償配合逆向運動學之運算方式，以計算出該工具機之移動量，且該工具機配合該量測系統之靜態補償與動態補償，使該目標物件之塗層表面各處之厚度呈現一致。
如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中，該工具機係包含機械手臂。
如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中，該靜態補償係於目標時段上，對於該工具機的位置及姿態的補償量。
如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中，該動態補償係於一具有複數定點之目標路徑中，該工具機於該目標路徑上進行運動時，對於該工具機位於各該定點上之位置及姿態的即時補償量。
如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中，該主機係包含控制器，以對該工具機進行該動態補償。
如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中，該主機係包含資料庫，以比對該測距裝置所傳輸之即時資訊。
如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中，該測距裝置係設於該工具機上。
如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中，該測距裝置係為光學式。