TWI788187B - 用於相對結合兩物件的校對方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於相對結合兩物件的校對方法，包括選定兩物件所欲結合的一空間面域，並移動一第一物件至該空間面域中止動，續用多個檢知器檢知該空間面域之中第一物件四周端邊的多個真實位置，續而移動一第二物件跟追多個所述真實位置進行對位而後結合該第一物件；其中，多個檢知器以移動方式搜尋該第一物件四周的多個定位部，並於檢知多個所述定位部時止動，用以定義多個所述真實位置，消除移動第一物件過程中所易生成累積公差，進而提升兩物件相對結合時的精確性。本發明還包括執行上述方法所需的一種校對裝置。

Description

用於相對結合兩物件的校對方法及其裝置

本發明涉及物件位置的校對技術，特別有關一種用於相對結合兩物件的校對方法及其裝置。

一般產品，大多數都是由諸多零組件(以下簡稱物件)相對組裝而成，其中產品的組裝線，便扮演着重要的組裝角色。且知產品組裝線本身即具有單軸向或多軸向載運物件移動及定位的能力；產品組裝線的周邊，通常還會利用具有多軸向自由度的機械手臂(robot)或其它具有單軸向或多軸向移動能力的擷取機構來擷取及搬移其它待結合的物件，並且使得擷取而來的一物件能夠在產品組裝線上和另一已定位的物件彼此間相對地結合。其中，由於機械手臂的多軸向軌跡的適應能力甚強，且較不佔據配置空間，因此已在產品組裝線的周邊被廣為配置。惟，機械手臂及其它單軸或多軸移動機構卻容易在載運物件移動的過程中生成累積公差，而影響兩物件在相對組裝結合時的對位精確性。

此外，現有技術已泛見在產品組裝線的特定位置上安裝雷射、電眼、電荷耦合元件(CCD)等檢知器，來檢知產品組裝線上被移送到該特定位置的物件的真實位置，但是面對例如是機械手臂等載運而來、且容易生成累積公差的物件，在和另一物件作相對結合時，上述檢知器的檢測技術並未妥善的被應用，導致兩物件相對結合時易受所述累積公差的影響，而仍然欠缺對位時的精確性。

如圖1所示，上述待結合的兩物件，可比擬是一般電視、電腦等產品都具有一後殼91(或稱背殼)以及待組裝在該後殼91上的玻璃面板92；在產品組裝線上會先將後殼91定位於載具(圖未示)上，取得後殼91的至少一定位點，隨後利用機械手臂(圖未示)來截取及載運玻璃面板92，在此過程中，機械手臂會依據該後殼91的定位點的真實位置，而將玻璃面 板92移送至後殼91的正上方，隨後依靠機械手臂上亦或是產品組裝線上安裝電荷耦合元件(CCD)，用以校對玻璃面板92應移動到達的安裝位置。

且知，由於後殼91四周的邊框910上預先塗附有由UV膠或是雙面膠帶構成的黏著層93，使玻璃面板92能以黏著方式結合在後殼91的邊框910上，但面對上述產品已經逐漸朝向薄形化、弧曲化的趨勢，導致上述邊框910可承載玻璃面板92的寬度愈來愈小，而且在後殼91和玻璃面板92相對結合時，為了避免黏著層93發生溢膠的瑕疵現象(即避免貼合時產出不良品)，該後殼91和玻璃面板92之間的對位精確度要求甚高；惟，現有用於擷取及載運玻璃面板92的機械手臂(亦或其他等效的多軸機構)卻容易在移動過程生成累積公差，而影響後殼91和玻璃面板92之間相對結合的對位精確性，而且上述檢知器的應用，在後殼91和玻璃面板92的對位結合的場合，並沒有辦法用來克服所述累積公差的問題，故亟需加以改進。

針對上述先前技術的課題，本發明所思及的技術手段，乃是依兩欲結合的物件之中，需求移動距離較遠而容易產生較大累積公差的一第一物件先行移動至一特定位置，而後使用可動式的檢知器檢知第一物件的真實位置，令移動距離相對較近的一第二物件，依據該真實位置資訊微量移動而和第一物件進行對位及結合，避免因所述累積公差而影響兩物件的結合精確性。

為此，本發明一較佳實施例在於提供一種用於相對結合兩物件的校對方法，依序包括：先選定兩物件所欲相對結合的一空間面域，隨後移動兩物件中的一第一物件至該空間面域中止動，接續使用多個檢知器檢知該空間面域之中該第一物件四周端邊的多個真實位置，隨後移動兩物件中的一第二物件跟追多個所述真實位置進行對位而後相對結合該第一物件；其中，多個所述檢知器以移動方式搜尋該第一物件四周的多個定位部，並於檢知多個所述定位部時止動，用以定義多個所述真實位置。

在進一步實施中，該第一物件的移動、該第二物件的移動及多個所述檢知器的移動，分別在多維空間內單獨進行。該第一物件移動的距離大於該第二物件的移動距離。該第二物件的移動範圍拘束於該空間面域的周緣及底層。該空間面域坐落於一組裝區站的上方，該第二物件由該組裝區站移動至該空間面域和多個所述真實位置進行對位及結合該第一物件。該組裝區站的周邊設有一第一物件集放站，該第一物件經由一機械手臂自該第一物件集放站擷取後移動至該空間面域中止動。

在進一步實施中，該第一物件為一多邊形面板，多個所述定位部為該多邊形面板四周的多個端角。該第二物件具有結合該多邊形面板用的一多邊形邊框，且該多邊形邊框四周具有多個框角，該第二物件係以多個所述框角和該第一物件的多個所述端角進行對位。該第二物件為組裝該多邊形面板用的一後殼。

本發明之另一較佳實施例在於提供一種用於執行上述方法的校對裝置，包括：該組裝區站、該第一多軸驅動器、多個所述第二多軸驅動器及該第三多軸驅動器；其中，該組裝區站用於擺放第二物件，且該空間面域選定於該組裝區站的上方；該第一多軸驅動器配置於該組裝區站的旁側，用於擷取該組裝區站外部的一第一物件，並且移動該第一物件至該空間面域；多個所述第二多軸驅動器間隔配置於該組裝區站的上方，用以分別連結而驅動多個所述檢知器，使多個所述檢知器間隔坐落於該空間面域上方的四周；該第三多軸驅動器配置於該組裝區站內，用於驅動該第二物件移動至該空間面域；其中，該第一物件接受該第一多軸驅動器的制動而於該空間面域中止動，多個所述檢知器分別接受各該第二多軸驅動器的驅動，而檢知該空間面域中止動的該第一物件的四周端邊的多個真實位置，該第三多軸驅動器根據多個所述真實位置而驅動該第二物件和止動的該第一物件相互對位並且相對結合。

在進一步實施中，該組裝區站坐落於一產品組裝線之中。

在進一步實施中，該組裝區站的周邊設有一第一物件集放站，該第一物件經由該第一多軸驅動器自該第一物件集放站擷取後移動至該空間面域中止動。

依上述內容，本發明能實現的技術功效為：使用來移動第一物件而容易生成累積公差的多軸驅動器，先載運第一物件至佈設有多個檢知器的一空間面域內(此時第一物件的位置已生成累積公差)，並且微調式的移動多個檢知器位置，搜尋並檢知第一物件四周端角的真實位置，用以消除第一物件移動過程所生成的累積公差，隨後依所述真實位置的資訊微調式的移動第二物件至空間面域中和該第一物件對位及結合，用以提升兩物件對位結合時的精確性。

為此，請進一步參閱詳述於後的實施方式及圖式，據以證明本發明的可實施性及其技術功效的可實踐性。

10:空間面域

11:第一物件

110:端角

12:第二物件

120:框角

31:第一多軸驅動器

32:擷取器

41:第二多軸驅動器

411:X軸伺服滑台

412:Y軸伺服滑台

413:Z軸伺服滑台

42:檢知器

51:第三多軸驅動器

511:X軸伺服滑動器

512:Y軸伺服滑動器

513:Z軸升降器

61:組裝區站

62:第一物件集放站

63:工裝板台

L1、L2、L3:距離

S1至S4:步驟說明

圖1為傳統兩物件結合的動作解說圖。

圖2為本發明教對方法的步驟解說圖。

圖3為圖2所示步驟S1至步驟S4的動作方塊示意圖。

圖4a為圖2所示步驟S3，檢知第一物件四周端角的示意圖。

圖4b為圖2所示步驟S4，檢知第二物件四周框角而和第一物件對位的示意圖。

圖5為本發明裝置一較佳實施例的立體配置示意圖。

圖6為圖5中組裝區站的另一較佳實施例的立體配置示意圖。

圖7為自圖5中擷取之第三多軸驅動器的立體配置示意圖。

圖8為圖5的側視剖示圖。

圖9為圖5的俯側示意圖。

在已知先前技術結合兩物件的基礎下(如圖1所示)，請接續參閱圖2至圖5。其中，圖2揭露本發明所欲校對結合的兩物件為一第一物件11 及一第二物件12，在實施中，該第一物件11及第二物件12可分別為多邊形體(例如四邊形體)或其他例如是圓形或弧形的形體；圖3揭露本發明一較佳實施方式在於提供一種用於相對結合兩物件的校對方法。

如圖3所示，該校對方法包括依序執行下述步驟S1至步驟S4(動作解說請搭配圖2所示)：

步驟S1：選定一空間面域

如圖2所示，本發明定義該空間面域10為第一物件11及第二物件12要相對結合的一空間位置，可依兩物件在空間上的輪廓形體而決定該空間面域10所概括的範圍，並且設定於執行校對方法的一控制單元(圖未示)內；另言之，該空間面域10為存在於空間中的面狀區域，必須足以容納所述兩物件懸置其中並且相對結合，因此該空間面域10可以略大於兩物件在空間中相對結合前(指對位)及結合後所需的容積，且該空間面域10不受限於是平面區域或曲面區域。在一實施中，該空間面域10可被視為是存在於一組裝區站61(如圖5所示)的上方(容後詳述)。

步驟S2：移動第一物件至空間面域

本步驟可仰賴習知的多軸驅動器來執行移動第一物件11的工序，如圖2及圖5所示，該多軸驅動器被定義為一第一多軸驅動器31，且第一多軸驅動器31上附設有例如是吸爪、夾爪等製成的擷取器32，該第一物件11原先遠作落於該第二物件12的遠方。如圖5所示，揭露所述遠方，可為配置在圖5所示組裝區站61周邊的一第一物件集放站62，該第一多軸驅動器31配置在圖5所示組裝區站61的旁側，而坐落組裝區站61和物件集放站62之間。依此，經由該第一多軸驅動器31的擷取而移動至該組裝區站61該空間面域10中，並驅使第一物件11再該空間面域10中止動(即停止不動)。

由先前技術可知，由於傳統的多軸驅動器(例如機械手臂)可在多維空間內載運物件移動並且定位該物件，使之能夠夠本步驟應用；且知，傳統的多軸驅動器在載運物件移動時的路徑、角度愈多、距離愈大時，所生成的累積公差就愈大，這是本發明之校對方法所要克服的問題；當然，本步驟中移動至該空間面域10中的第一物件11會於止動後生成累積公差， 本發明後述的步驟S3至步驟S4可用於吸收該累積公差，而使兩物件能精確的相互對位並相對結合。

步驟S3：檢知第一物件端邊的真實位置

本步驟可憑藉習知的電荷耦合元件(CCD)、或能釋放雷射光或紅外光的光感測器作為檢知器42，並且可使用例如是由多軸伺服滑台編製而成的多個多軸驅動器(容後詳述)來載運多個檢知器42移動，如圖5所示，本步驟使用的多個多軸驅動器被定義為一第二多軸驅動器41，使多個所述檢知器42能間隔的佈建於該空間面域10周邊的上方，並使多個所述檢知器42能多維移動式的由上往下搜尋該第一物件11四周的多個定位部；如圖4a所示，舉例該第一物件11為四邊形物件，其周邊具有四個端角110作為所述定位部，多個所述檢知器42可分別多微移動式的搜尋各該端角110(即定位部)的影像，而檢知該第一物件11四周端邊的多個真實位置；隨後，當多個所述檢知器42同步檢知並且確定多個所述定位部的真實位置之後，第二多軸驅動器41隨即同步止動多個所述檢知器42，用以定義多個所述真實位置，並且將多個所述真實位置的資訊傳遞至控制單元內儲存。

本步驟除上述情形外，當第一物件11的四周為弧形或圓形輪廓時，各該檢知器42所搜尋的定位部，亦可為使用者定義的弧邊或圓邊。且知，定義檢知器搜尋的定位部的影像或基準點，可由控制單元及視覺鏡頭預先設定而成。再者，多個所述第二多軸驅動器41和多個所述檢知器42的配置數量，可相同於第一物件11四周的定位部數量，且知一物件的面域形體至少需由三個定位部框圍而成，因此所述定位部的數量不能少於三個。

再者，依上述步驟S1至步道S3所揭內容，還可定義該空間面域10是由多個所述檢知器42框圍形成的可視區建構而成。

步驟S4：移動第二物件對位貼合第一物件

本步驟可仰賴習知的多軸驅動器來執行移動第二物件12的工序，在圖2中，該多軸驅動器被定義為一第三多軸驅動器51，該第三多軸驅動器51可裝設於一獨立的工作台內，或是一產品組裝線中的一組裝區站61(容後詳述)內，而且，該空間面域10可被選定而形成於該獨立工作台或 組裝區站61的上方；其中，該獨立工作台或組裝區站61是用於承放、組裝或傳輸該第二物件12，因此安裝在獨立工作台或組裝區站61內的第三多軸驅動器51，能夠以較短的移動距離驅動第二物件12進行例如是抬升及左右微調式的移動動作，而使第二物件12移動至該空間面域10中和第一物件11進行相互對位，並於對位後，再由第三多軸驅動器51移動第二物件12朝向第一物件11進行相對貼合的工序。由此可知，該第二物件12的移動範圍僅限於或可被拘束於該空間面域10的周緣及底層。

在本步驟中，如圖4b所示，舉例該第二物件12為四邊形物件，具有結合該第一物件11用的一多邊形邊框，該多邊形邊框由第二物件12周邊的四個框角120(或基準點)框圍而成，使多個所述框角120能作為已經止動的檢知器42投光照射或視覺時判定的基準點；再者，該第三多軸驅動器51可讀取步驟S3中控制單元所儲存的第一物件11的多個真實位置的資訊，用以執行多微微調式移動該第二物件12，使該第二物件12和止動中的第一物件11進行對位，包括讓第二物件12和第一物件11兩者間的多個框角120彼此作對位，所述對位的工序可由所述檢知器42視覺，並由控制單元進行比對和運算而完成。

此外，當步驟S3中多個所述第二多軸驅動器41和多個所述檢知器42在檢知第一物件11的多個真實位置而同步止動之後，在執行步驟S4時，多個所述第二多軸驅動器41亦可再次驅動多個所述檢知器42三微移動，來搜尋第二物件12的多個所述框角120的真實位置，並且命令第三多軸驅動器51微調移動第二物件12能和第一物件11相互對位，並於對位後相對貼合。

在上述步驟中，所述多維、多軸、空間，可由圖式中標示的X軸、Y軸、Z軸座標線獲得詮釋；換言之，該第一物件11的移動、該第二物件12的移動及多個所述檢知器42的移動，可分別在多維空間內單獨進行。

此外，由於上述步驟S2中憑藉的第一多軸驅動器31是將遠方的第一物件11移動至該空間面域10內，上述步驟S3中憑藉的第二多軸驅動 器31只在空間面域10周邊執行檢知器42的微調移動動作，且上述步驟S4中憑藉的第三多軸驅動器51只在空間面域10的底層執行第二物件的微調移動對位動，因此所述第一物件11、第二物件12及檢知器42三者需求的移動距離為：第一物件11的移動距離>第二物件12的移動距離>檢知器42的移動距離。由此可知，第一多軸驅動器31在移動第一物件11過程會生成的累積公差>第三多軸驅動器51在移動第二物件12過程會生成的累積公差>第二多軸驅動器41在移動檢知器42過程會生成的累積公差。然而，本發明上述方法通過檢知器42來檢知已生成較大累積公差的第一物件11的真實位置，很顯然的，確實有助於提升兩物件在對位及結合時的精確性。

再者，上述步驟中，該第一物件11可視為是圖1所示產品的玻璃面板92，該第二物件12可視為是圖1所示產品的後殼91。

接著，請參閱圖5至圖9，揭露本發明另一較佳實施方式在於提供一種用於相對結合兩物件的校對裝置，本發明上述校對方法，可依本校對裝置所揭露的下述內容而獲得更具體的實施。

如圖5所示，該校對裝置包括有上述的組裝區站61、第一多軸驅動器31、多個第二多軸驅動器41及第三多軸驅動器51，上述方法所選定的空間面域10(如圖2所示)可坐落於該組裝區站61的上方，且該組裝區站61為提供該第二物件12先行擺放而後接受外來的第一物件11結合的處所。其中，所述外來的第一物件11，可意指在組裝區站61周邊適當位置配置的第一物件集放站62，並且使該第一物件11能事先集放在該第一物件集放站62上，等待第一多軸驅動器31前來擷取，而成為組裝區站61以外擷取而來的第一物件11。

在圖5中舉例揭示該第一多軸驅動器31為可多軸向傳動的機械手臂，使其能夠配置於組裝區站61的旁側，而坐落組裝區站61和第一物件集放站62之間，使得該第一多軸驅動器31能自該第一物件集放站62擷取第一物件11，隨後經由經由第一多軸驅動器31的多維傳動機能而載運第一物件11移動至該空間面域10中止動。請搭配圖6所示，說明該組裝區站61在一較佳的實施中可坐落於一產品組裝線60之中，且產品組裝線60上載運有 多個工裝板台63，每一個工裝板台63能夠穩定承載一個第二物件12，使得產品組裝線60能傳遞各工裝板台63及其承載的第二物件12逐一進入該組裝區站61內，實施兩物件相對結合的組裝作。

請搭配圖5及圖7所示，其中圖5揭露多個第二多軸驅動器41間隔配置於該組裝區站61的上方，圖7揭露多個所述第二多軸驅動器41分別連結驅動一檢知器42，在本實施中，各該檢知器42可由電荷耦合元件製成，使多個所述檢知器42間隔坐落於2所示空間面域10上方的四周。其中，圖7進一步揭露多個所述第二多軸驅動器41實質上可由多組各具動力的X軸伺服滑台411、Y軸伺服滑台412及Z軸伺服滑台413相互傳動連接而成，用以傳動各該檢知器42進行多維的微量移動，以便於進行所述檢知第一物件11之真實位置的操作；此外，通過各該檢知器42的可視範圍，還可在第二物件12和第一物件11對位時提供監測和檢知的操作。

續請參閱圖8，揭露該第三多軸驅動器51配置於該組裝區站61內，用於驅動該第二物件12移動至該空間面域10內和圖2中所示的第一物件11相互對位及相對結合。該第三多軸驅動器51可由相互動力連結的X軸伺服滑動器511、Y軸伺服滑動器512及Z軸升降器513組成，其中該Z軸升降器513能抬升第二物件12至該空間面域10內，隨後通過X軸伺服滑動器511和Y軸伺服滑動器512載運空間面域10內的第二物件12進行多維的微量移動，以便第二物件12能第一物件11進行上述校對方法中所述的相互對位操作，當對位完成後，該Z軸升降器513能再次微量抬升第二物件12和第一物件11相對接合。

請進一步合併參閱圖7及圖9，其中如圖7所示，由於檢知器42無需遠離空間面域10進行檢測，因此第二多軸驅動器41驅動檢知器42三維移動的距離L2遠小於圖9所示第一多軸驅動器31驅動及載運該第一物件11移動的距離L1。另外，再請合併參閱圖8及圖9，其中如圖8所示，由於第二物件12三維移動的距離L3僅需求或可被拘束於該空間面域10的周緣及底層，因此第三多軸驅動器51驅動第二物件12三維移動的距離L3遠小於圖9所示第一多軸驅動器31驅動及載運該第一物件11移動的距離L1。再者，依 檢知器移動需求判定，也不難確知圖7中第二多軸驅動器41驅動檢知器42三維移動的距離L2亦可小於圖8所示第三多軸驅動器51驅動第二物件12三維移動的距離L3，併予敘明。

上述裝置之配置，可據以實現上述方法之操作，其中特別是通過檢知器42的微量移動來檢知已生成較大累積公差的第一物件11的真實位置，很顯然的，確實有助於提升兩物件在對位及結合時的精確性。

以上實施例僅為表達了本發明的較佳實施方式，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。因此，本發明應以申請專利範圍中限定的請求項內容為準。

S1至S4:步驟說明

Claims (15)

1. 一種用於相對結合兩物件的校對方法，依序包括：先選定兩物件所欲相對結合的一空間面域，隨後移動兩物件中的一第一物件至該空間面域中止動，接續使用多個檢知器檢知該第一物件止動後之四周端邊的多個真實位置，隨後移動兩物件中的一第二物件跟追多個所述真實位置進行對位而後相對結合該第一物件；其中，該第一物件憑藉單一個多軸驅動器移動而後以懸持方式止動於該空間面域中，多個所述檢知器以移動方式搜尋該第一物件四周的多個定位部，多個所述檢知器並於檢知多個所述定位部時止動，用以定義多個所述真實位置，並且消除該第一物件由移動至止動過程中生成的累積公差，其中該第一物件的移動距離大於該第二物件的移動距離。
2. 如請求項1所述用於相對結合兩物件的校對方法，其中該第一物件的移動、該第二物件的移動及多個所述檢知器的移動，分別在多維空間內單獨進行。
3. 如請求項1所述用於相對結合兩物件的校對方法，其中該第二物件的移動範圍拘束於該空間面域的周緣及底層。
4. 如請求項3所述用於相對結合兩物件的校對方法，其中該空間面域坐落於一組裝區站的上方，該第二物件由該組裝區站移動至該空間面域和多個所述真實位置進行對位及結合該第一物件。
5. 如請求項4所述用於相對結合兩物件的校對方法，其中該組裝區站的周邊設有一第一物件集放站，該第一物件經由一機械手臂自該第一物件集放站擷取後移動至該空間面域中止動。
6. 如請求項1所述用於相對結合兩物件的校對方法，其中該第一物件為一多邊形面板，多個所述定位部為該多邊形面板四周的多個端角。
7. 如請求項6所述用於相對結合兩物件的校對方法，其中該第二物件具有結合該多邊形面板用的一多邊形邊框，且該多邊形邊框四周 具有多個框角，該第二物件係以多個所述框角和該第一物件的多個所述端角進行對位。
8. 如請求項7所述用於相對結合兩物件的校對方法，其中該第二物件為組裝該多邊形面板用的一後殼。
9. 一種用於執行請求項1所述相對結合兩物件的校對方法的校對裝置，包括：一組裝區站，用於擺放該第二物件，且該空間面域坐落於該組裝區站的上方；該多軸驅動器為配置於該組裝區站旁側的一第一多軸驅動器；多個第二多軸驅動器，間隔配置於該組裝區站的上方，且多個所述檢知器分別憑藉各該第二多軸驅動器的連結而間隔坐落於該空間面域上方的四周，進而移動搜尋並檢知多個所述定位部；及一第三多軸驅動器，配置於該組裝區站內，該第二物件憑藉該第三多軸驅動器的驅動而移動至該空間面域中而和該第一物件相互對位並且相對結合。
10. 如請求項9所述用於相對結合兩物件的校對裝置，其中該組裝區站坐落於一產品組裝線之中。
11. 如請求項9所述用於相對結合兩物件的校對裝置，其中該組裝區站的周邊設有一第一物件集放站，該第一物件經由該第一多軸驅動器自該第一物件集放站擷取後移動至該空間面域中止動。
12. 如請求項9或11所述用於相對結合兩物件的校對裝置，其中該第一多軸驅動器驅動該第一物件移動的距離，大於該第三多軸驅動器驅動該第二物件移動的距離。
13. 如請求項9所述用於相對結合兩物件的校對裝置，其中該第一物件為一多邊形面板，多個所述定位部為該多邊形面板四周的多個端角。
14. 如請求項13所述用於相對結合兩物件的校對裝置，其中該第二物件具有結合該多邊形面板用的一多邊形邊框，且該多邊形邊框四 周具有多個框角，該第二物件係以多個所述框角和該第一物件的多個所述端角進行對位。
15. 如請求項14所述用於相對結合兩物件的校對裝置，其中該第二物件為組裝該多邊形面板用的一後殼。

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