WO2022226867A1 - 角度计算系统及其方法 - Google Patents

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WO2022226867A1
WO2022226867A1 PCT/CN2021/090873 CN2021090873W WO2022226867A1 WO 2022226867 A1 WO2022226867 A1 WO 2022226867A1 CN 2021090873 W CN2021090873 W CN 2021090873W WO 2022226867 A1 WO2022226867 A1 WO 2022226867A1
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point
angle
fixed
axis
data
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PCT/CN2021/090873
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English (en)
French (fr)
Inventor
蔡国志
潘俊斌
Original Assignee
蔡国志
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels

Definitions

  • the invention belongs to the field of measurement, in particular to a horizontal angle and rotation angle measurement device based on an inertial device.
  • the present invention provides an angle calculation system and method, the purpose of which is to:
  • the present invention is an angle calculation system, including a pointing device, a reference device and a terminal device, wherein the pointing device and the reference device measure the inertia of the reference point and the fixed point respectively, and after obtaining the fixed-point data and the reference data, they are transmitted to the terminal device, wherein the terminal
  • the device includes a receiving unit, a processing module and a display module, and the processing module further includes a tilt angle conversion unit, a horizontal angle conversion unit, a relative horizontal angle calculation unit, a rotation angle conversion unit and a relative rotation angle calculation unit.
  • the inclination conversion unit converts the fixed-point data into a fixed-point inclination angle and converts the reference data into a reference inclination angle according to the slope acceleration formula and standard gravity.
  • the slope acceleration formula is:
  • g 0 represents the standard gravity
  • ⁇ axis represents the fixed-point inclination angle or reference inclination angle of each axis
  • a axis represents the fixed-point acceleration or reference acceleration of each axis.
  • the horizontal angle conversion unit converts the reference tilt angle into the reference horizontal angle according to the geometric relationship that the fixed-point tilt angle of the horizontal axis is equal to the fixed-point horizontal angle, and the quasi-tilt angle of the horizontal axis is equal to the geometric relationship of the reference horizontal angle, and the fixed-point tilt angle The angle is replaced by a fixed-point horizontal angle.
  • the relative horizontal angle calculation unit subtracts the fixed-point horizontal angle from the reference horizontal angle to obtain the relative horizontal angle.
  • the rotation angle conversion unit converts the reference inclination angle into a reference rotation angle, and the fixed inclination angle into a fixed rotation angle according to the geometric relationship between the fixed-point inclination angle and the fixed-point rotation angle and the relationship between the reference inclination angle and the reference rotation angle.
  • the relative rotation angle calculation unit subtracts the fixed point rotation angle from the reference rotation angle to obtain the relative rotation angle.
  • the pointing device and the reference device of the present invention are an accelerometer, a gyroscope, or a combination of two or more.
  • the fixed-point data and the reference data are acceleration data.
  • the intermediate device is a wireless access point (Wireless Access Point).
  • the intermediate device is an unnecessary component, and the terminal device can also use the receiving unit to directly connect with the pointing device and the reference device.
  • the present invention obtains the fixed-point horizontal angle, the reference horizontal angle, the fixed-point rotation angle, and the reference rotation angle through the system collocation of the pointing device, the reference device and the processing device, and calculates the relative relationship between the fixed point and the reference point accordingly. Horizontal angle and relative rotation angle.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an angle calculation system of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a pointing device
  • Fig. 3 is the step diagram of the relative horizontal angle calculation method of the present invention.
  • Fig. 4 is the rotation schematic diagram of the pointing device
  • Fig. 5 is the multi-axis rotation schematic diagram of the pointing device
  • Fig. 6 is the step diagram of the relative rotation angle calculation method of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a display module of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the angle calculation system of the present invention.
  • the angle calculation system of the present invention includes a reference device 1 , a pointing device 2 , a terminal device 3 and an intermediate device 4 , wherein the reference device 1 only has One, and there are two pointing devices 2 , the reference device 1 and each pointing device 2 are connected to the terminal device 3 through the intermediate device 4 .
  • the reference device 1 detects the inertia of the reference point to obtain reference data 101 and transmits it to the terminal device 3 .
  • each of the pointing devices 2 respectively detects the inertia of each of the fixed points to obtain the fixed-point data 201 and transmit the data to the terminal device 3 .
  • the terminal device 3 includes a receiving unit 31, a processing module 32, and a display module 33, and the processing module 32 further includes a tilt angle conversion unit 321, a horizontal angle conversion unit 322, a relative horizontal angle calculation unit 323, a rotation angle conversion unit 324, and a relative rotation unit 324.
  • Angle calculation unit 325 is a tilt angle conversion unit 321, a horizontal angle conversion unit 322, a relative horizontal angle calculation unit 323, a rotation angle conversion unit 324, and a relative rotation unit 324.
  • the receiving unit 31 receives the reference data 101 and the fixed-point data 201, and transmits them to the processing module 32, and then the receiving unit 31 receives the reference data 101 and the fixed-point data 201.
  • the processing module 32 uses the inclination conversion unit 321 to obtain the fixed-point inclination angle 9 and the reference inclination angle 13 .
  • the horizontal angle conversion unit 322 first converts the fixed-point inclination angle 9 into the fixed-point horizontal angle 6, and converts the reference inclination angle 13 into the reference horizontal angle 14, and then The relative horizontal angle 16 between the fixed point and the reference point is obtained by subtracting the fixed point horizontal angle 6 from the reference horizontal angle 14 by the relative horizontal angle calculation unit 323 .
  • the rotation angle conversion unit 324 first converts the fixed-point inclination angle 9 into the fixed-point rotation angle 12, and converts the reference inclination angle 13 into the reference rotation angle 15, and then The relative rotation angle 17 between the fixed point and the reference point is obtained by subtracting the fixed point rotation angle 12 from the reference rotation angle 15 by the relative rotation angle calculation unit 325 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the pointing device.
  • the pointing device 2 and the horizontal plane 5 have an X-axis fixed-point horizontal angle 6 on the X-axis 7x, and X
  • the pointing device 2 will measure the X-axis fixed-point acceleration on the X-axis 7x of the pointing device 2 because of the standard gravity 10 11x.
  • the inclination conversion unit 321 uses the slope acceleration formula: Obtain the X-axis fixed-point inclination angle 9x of the X-axis 7x.
  • g 0 represents the standard gravity 10
  • ⁇ axis represents the fixed-point inclination angle 9 of each axis 7
  • a axis represents the fixed point of each axis 7 Acceleration 11.
  • the horizontal angle conversion unit 322 infers that the fixed-point inclination angle 9x of the X axis is equal to the horizontal angle 6x of the X axis according to the relationship between the original X axis 8x and the horizontal plane 5 being parallel to each other, and then obtains the horizontal angle 6x of the X axis.
  • FIG. 3 is a step diagram of the relative horizontal angle calculation method of the present invention.
  • the relative horizontal angle calculation method of the present invention starts from step S301 and provides reference data 101 and fixed point data 201 , wherein the fixed point data 201 is obtained by the pointing device 2 . provided, which includes the accelerations of the X-axis, Y-axis and Z-axis at the fixed point; correspondingly, the reference data 101 is provided by the reference device 1 and includes the accelerations of the X-axis, Y-axis and Z-axis at the reference point.
  • step S302 the present invention applies a correction operator to the reference data 101 and the fixed-point data 201 , so as to eliminate the mechanical errors of the reference device 1 and the fixed-point device 2 .
  • the correction operator is a matrix. If the vector of (A x , A y , A z ) represents the fixed-point data 201 or the reference data 101 measured on the horizontal plane, the Representing the correction operator, and using (0, 0, g 0 ) to represent the standard gravity, the relational expression can be obtained:
  • step S303 the present invention converts the fixed-point data 201 into the fixed-point inclination angle 9 by using the slope acceleration formula, and converts the reference data 101 into the reference inclination angle 13.
  • the slope acceleration formula where g 0 represents the standard gravity, ⁇ axis represents the fixed point inclination angle 12 or reference inclination angle 15 in each axial direction 7 , and A axis represents the fixed point acceleration 11 or reference acceleration in each axial direction 7 .
  • step S304 according to the geometric relationship, the present invention infers that the fixed-point inclination angle 9 of each axis 7 is equal to the fixed-point horizontal angle 6, and the reference inclination angle of each axis 7 is equal to the reference horizontal angle, and then obtains the fixed-point horizontal angle of each axis 6 and the reference horizontal angle.
  • the manner of obtaining the reference inclination angle 13 and the reference horizontal angle is the same as that of the fixed-point inclination angle 9 and the fixed-point horizontal angle 6 , and thus will not be repeated.
  • step S305 the present invention subtracts the reference horizontal angle from the fixed-point horizontal angle to obtain the relative inclination angle.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the rotation of the pointing device.
  • the pointing device 2 when the pointing device 2 is rotated by the fixed point rotation angle 12 in the counterclockwise direction, a fixed point inclination is sandwiched between an axis 7 and the original axis 8 .
  • the angle is 9
  • the pointing device 2 will measure an axial fixed-point acceleration 11 on the axis 7 of the pointing device 2 due to the relationship of the standard gravity 10 .
  • the inclination conversion unit 321 uses the slope acceleration formula:
  • the fixed-point inclination angle 9 of the axial direction 7 is obtained, wherein g 0 represents the standard gravity 10 , ⁇ axis represents the fixed-point inclination angle 9 of the axial direction 7 , and A axis represents the fixed-point acceleration 11 of the axial direction 7 .
  • the rotation angle conversion unit 324 then infers that the fixed-point tilt angle 9 is equal to the fixed-point rotation angle 12 according to the relationship between the original horizontal axis 8 and the standard gravity 10 being perpendicular to each other, and then obtains the fixed-point rotation angle 12 .
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the multi-axis rotation of the pointing device.
  • the X-axis is sandwiched between the X-axis 7x and the original X-axis 8x.
  • the fixed-point inclination angle 9x, the Y-axis fixed-point inclination angle 9y is sandwiched between the Y-axis 7y and the original Y-axis 8y, and the Z-axis fixed-point inclination angle 9z is sandwiched between the Z-axis 7z and the original Z-axis 8z.
  • the rotation angle conversion unit 324 uses the ramp acceleration formula: Obtain the fixed-point inclination angle 9x of the X-axis, the fixed-point inclination angle of the Y-axis 9y, and the fixed-point inclination angle of the Z-axis 9z, and then obtain the fixed-point rotation angle 12 of each axis from the geometric relationship that the fixed-point inclination angle 9 is equal to the fixed-point rotation angle 12 .
  • FIG. 6 is a step diagram of the relative rotation angle calculation method of the present invention.
  • the steps of the relative rotation angle calculation method of the present invention include:
  • S601 Provide benchmark data and fixed-point data
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the first embodiment of the present invention.
  • the angle calculation system of the present invention take the first floor plane as the reference point 100, the first floor stairs as the first fixed point 200a, the second floor stairs as the second fixed point 200b, and place the reference device 1 on the reference point 100,
  • the fixed point device 2a is placed at the first fixed point 200a
  • the second fixed point device 2b is placed at the second fixed point 200b
  • the intermediate device 4 collects the reference data 101 measured by the reference device 1 and the data measured by the first fixed point device 2a.
  • the fixed point data and the fixed point data measured by the second pointing device 2 b are then transmitted to the terminal device 3 .
  • the terminal device 3 obtains the reference horizontal angle, the first fixed-point horizontal angle, and the second fixed-point horizontal angle after analysis by the inclination angle conversion unit and the horizontal angle conversion unit, and then obtains the reference point 100 and the first fixed-point horizontal angle by the relative horizontal angle calculation unit.
  • the first relative horizontal angle between the fixed points 200a, and the second relative horizontal angle between the reference point 100 and the second fixed point 200b where:
  • the first relative horizontal angle the first fixed point horizontal angle - the reference horizontal angle
  • the second relative horizontal angle the second fixed-point horizontal angle - the reference horizontal angle.
  • first relative horizontal angle and the second relative horizontal angle architects and civil engineering technicians can adjust the steps, or detect the deformation of other engineering constructions.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the second embodiment of the present invention.
  • the angle calculation system of the present invention is suitable for the application scenario of detecting the yield rate of the robot arm 18 , wherein the robot arm 18 has three rotating shafts 181 . are the first rotating shaft 181a, the second rotating shaft 181b and the third rotating shaft 181c respectively, and the reference device 1 is placed on the first rotating shaft 181a, the first pointing device 2a is placed on the second rotating shaft 181b, and the second pointing device 2b is placed on the first rotating shaft 181b. Three rotating shafts 181c.
  • the first rotating shaft 18a rotates
  • the second rotating shaft 18b and the third rotating shaft 18c also rotate accordingly
  • the reference device 1 the first pointing device 2a and the second fixed point located on each rotating shaft 18
  • the device 2b and the third pointing device 2c located on the target desktop 19 will detect the inertia to generate the reference data and the fixed point data, and directly transmit them to the terminal device 3, and then calculate the fixed point in each axis of the second rotating shaft 18b
  • the quality inspector who detects the yield of the robot arm can understand the rotation angle error of the robot arm between the rotation shafts 181, and then adjust the angle. Robotic arm 18.
  • the angle calculation system of the present invention can also be applied to the level real-time detection of bridges.
  • a reference device and a fixed-point device are respectively placed at the two ends of the bridge to continuously monitor the relative horizontal angle of the two ends of the bridge, which is conducive to the early detection of the bridge. For damage caused by typhoons or other wind disasters, prevention is better than cure.
  • a horizontal reference device 1h can also be placed on the claw 182, and a horizontal pointing device 2h can be placed on the target table top 19, so as to measure the level between the gripper 182 of the robot arm 18 and the target table top 19 relation.
  • the present invention can also be applied to the field of semiconductor manufacturing, where as wafers are transferred between machines, the equipment engineer can place the reference device on the target machine and place the pointing device on the gripper of the end effector , so as to ensure the relative horizontal angle between the gripper and the target machine, so as to prevent the wafer from being damaged due to the horizontal error during the transfer process.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the display module of the present invention.
  • the display module 33 of the present invention transmits the relative horizontal angle and relative rotation angle of each axis to the user through the form of a radar chart.
  • the user can follow the movement of the radar point 331 and the change of the value table 332 to know the relative horizontal angle and the relative rotation angle.
  • the pointing device and the reference device of the present invention are an accelerometer, a gyroscope, or a combination of two or more.
  • the intermediate device of the present invention is a wireless access point (Wireless Access Point).
  • the intermediate device of the present invention is a non-essential component
  • the terminal device of the present invention can also use the receiving unit to directly connect with the pointing device and the reference device.
  • the present invention utilizes the combination of the pointing device, the terminal device and the processing module for executing the angle calculation method to achieve the purpose of measuring the horizontal angle and the rotation angle of the remote two ends, and the pointing device and the reference device of the present invention are light and small in size, It only has a copper plate-like volume, which is convenient for engineers to carry, and can also be installed on the DUT for a long time without causing the burden of the DUT, so as to achieve the purpose of monitoring the horizontal angle and rotation angle in real time.

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Abstract

一种角度计算系统及其方法，角度计算系统包含定点装置（2）、基准装置（1）及终端装置（3），其中定点装置（2）及基准装置（1）分别测量基准点及定点的惯性，而获得定点数据及基准数据，再由终端装置（3）将定点数据及基准数据转换为水平角及转动角，并计算定点与基准点之间的相对水平角及相对转动角，藉以达到测量遥远二端水平及转动角之目的。

Description

角度计算系统及其方法 技术领域
本发明属于测量领域，尤其是一种基于惯性装置的水平角及转动角量测装置。
背景技术
在各种工程领域中，为避免成品或建物因为工程上的误差而无法正常用作，水平角度及转动角度的量测一直是工程师们在制造或施工时所关心的课题，而工程师们常以气泡水平仪或雷射水平仪进行水平的测量。
然而，不论是气泡水平仪或雷射水平仪，二者皆仅能量测成品或建物与地面的水平误差，且皆是透过人眼进行判断，难免有所误差，且无法应付非以地面为水平基准之情境。
再者，在面对横跨数百公尺以上之建筑的水平误差量测时，例如：桥梁二端的量测，不论是气泡水平仪及雷射水平仪皆无法应付，故有经纬仪或全站仪等先前技术的提出，但经纬仪或全站仪皆为大型水平量测仪器，体积庞大、价格昂贵且需要专业的人员操作，因此如何提轻便、简单且精准地量测大型建物水平误差，仍一项亟待解决之问题。
本案发明人鉴于上述先前技术所衍生的各项缺点，乃亟思加以改良创新，并经多年苦心孤诣潜心研究后，终于成功研发完成本发明之角度计算系统及其方法。
发明内容
为解决上述先前技术之问题，本发明提供一种角度计算系统及方法，其目的在于：
1.提供一种测量遥远二端水平的水平仪；
2.提供一种轻巧且好操作的转动角测量仪；
3.提供一种具实时监控功能的水平角及转动角测量仪。
本发明为一种角度计算系统，包含定点装置、基准装置及终端装置，其中定点装置及基准装置分别测量基准点及定点的惯性，而获得定点数据及基准数据后，传送至终端装置，其中终端装置包含接收单元、处理模块及显示模块，而处理模块则更包含倾角换算单元、水平角转换单元、相对水平角计算单元、转动角转换单元及相对转动角计算单元。
其中，倾角换算单元依据斜面加速度公式及标准重力(standard gravity)，将定点数据转换为定点倾斜角，以及将基准数据转换为基准倾斜角。
其中，斜面加速度公式为：
Figure PCTCN2021090873-appb-000001
其中，g 0代表标准重力，θ axis代表各轴向的定点倾斜角或基准倾斜角，A axis代表各轴向的定点加速度或基准加速度。
其中，水平角转换单元依据水平轴向的定点倾斜角等于定点水平角之几何关系，以及水平轴向的准倾斜角等于基准水平角之几何关系，将基准倾斜角转换为基准水平角，定点倾斜角换为定点水平角。
最后，相对水平角计算单元，再将定点水平角与基准水平角相减，而获得相对水平角。
其中，转动角转换单元依据定点倾斜角定点转动角之几何关系，以及基准倾斜角等于基准转动角之关系，将基准倾斜角转换为基准转动角，定点倾斜角换为定点转动角。
最后，相对转动角计算单元，再将定点转动角与基准转动角相减，而获得相对转动角。
其中，本发明之定点装置及基准装置为加速度仪、陀螺仪或二者以上之组合。
其中，定点数据及基准数据为加速度数据。
其中，中间设备为无线存取点(Wireless Access Point)。
其中，中间设备为非必要组件，终端装置亦可利用接收单元直接与定点装置及基准装置联机。
综上所述，本发明藉由定点装置、基准装置及处理装置的系统搭配，获得定点水平角、基准水平角、定点转动角、基准转动角，并据以计算定点与基准点之间的相对水平角及相对转动角。
附图说明
图1为本发明之角度计算系统示意图；
图2为定点装置的示意图；
图3为本发明之相对水平角计算方法步骤图；
图4为定点装置的转动示意图；
图5为定点装置的多轴转动示意图；
图6为本发明之相对转动角计算方法步骤图；
图7为本发明之第一实施例的示意图；
图8为本发明之第二实施例的示意图；
图9为本发明之显示模块示意图。
图1中的符号的简单说明：
1:基准装置
101:基准资料
2:定点装置
201:定点资料
3:终端装置
31:接收单元
32:处理模块
321:倾角换算单元
322:水平角转换单元
323:相对水平角计算单元
324:转动角转换单元
325:相对转动角计算单元
33:显示模块
4:中间设备
6:定点水平角
9:定点倾斜角
12:定点转动角
13:基准倾斜角
13:基准倾斜角
14:基准水平角
15:基准转动角
16:相对水平角
17:相对转动角
符号说明：
1:基准装置
1h:水平基准装置
100:基准点
101:基准资料
2:定点装置
2a:第一定点装置
2b:第二定点装置
2h:水平定点装置
200:定点
200a:第一定点
200b:第二定点
201:定点资料
3:终端装置
31:接收单元
32:处理模块
321:倾角换算单元
322:水平角转换单元
323:相对水平角计算单元
324:转动角转换单元
325:相对转动角计算单元
33:显示模块
4:中间设备
5:水平面
6:定点水平角
6x:X轴向定点水平角
7:轴向
7x:X轴向
7y:Y轴向
7z:Z轴向
8:原轴向
8x:原X轴向
8y:原Y轴向
8z:原Z轴向
9:定点倾斜角
9x:X轴向定点倾斜角
9y:Y轴向定点倾斜角
9z:Z轴向定点倾斜角
10:标准重力
11:基准资料
12:定点转动角
13:基准倾斜角
14:基准水平角
15:基准转动角
16:相对水平角
17:相对转动角
18:测机器手臂
181:转轴
181a:第一转轴
181b:第二转轴
181c:第三转轴
19:目标桌面
S301-S305:步骤
S601-S605:步骤
具体实施方式
为利本领域具有通常知识者了解本创作之技术特征、内容与优点及其所能达到之功效，兹将本创作配合附图，并以实施例之表达形式详细说明如下，而其中所使用之图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本创作实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附之图式的比例与配置关系解读、局限本创作于实际实施上的权利范围，合先叙明。
请参阅图1，其系为本发明之角度计算系统示意图，如图所示，本发明之角度计算系统包含基准装置1、定点装置2、终端装置3及中间设备4，其中基准装置1仅有一个，而定点装置2有二个，基准装置1及各定点装置2皆透过中间设备4与终端装置3联机。
其中，基准装置1侦测基准点的惯性，而获得基准数据101，并传送至终端装置3。
其中，各定点装置2分别侦测各定点的惯性，而获得定点数据201，并传送至终端装置3。
其中，终端装置3包含接收单元31及处理模块32及显示模块33，而处理模块32更包含倾角换算单元321、水平角转换单元322、相对水平角计算单元323、转动角转换单元324及相对转动角计算单元325。
当基准装置1及定点装置2分别透过中间设备4将基准数据11及定点数据201传送至终端装置3时，接收单元31接收基准数据101及定点数据201，并传送至处理模块32，再由处理模块32利用倾角换算单元321，获得定点倾斜角9及基准倾斜角13。
当使用者欲获得定点与基准点之间的相对水平角16时，水平角转换单元322先将定点倾斜角9转换为定点水平角6，以及将基准倾斜角13转换为基准水 平角14，再由相对水平角计算单元323将定点水平角6相减于基准水平角14而获得定点与基准点之间的相对水平角16。
当使用者欲获得定点与基准点之间的相对转动角17时，转动角转换单元324先将定点倾斜角9换算为定点转动角12，且将基准倾斜角13转换为基准转动角15，再由相对转动角计算单元325将定点转动角12相减于基准转动角15而获得定点与基准点之间的相对转动角17。
请参阅图2，其系为定点装置的示意图，如图所示，当定点装置倾斜，而使定点装置2与水平面5，在X轴向7x上夹有X轴向定点水平角6，且X轴向7x与原X轴向8x之间夹有X轴向定点倾斜角9x时，定点装置2因为标准重力10的关系，会在定点装置2的X轴向7x上测量到X轴向定点加速度11x。
其中，倾角转换单元321，藉由斜面加速度公式：
Figure PCTCN2021090873-appb-000002
获得X轴向7x的X轴向定点倾斜角9x，在本发明实施例中，g 0代表标准重力10、θ axis代表各轴向7的定点倾斜角9、A axis代表各轴向7的定点加速度11。
其中，水平角转换单元322再依据原X轴向8x与水平面5互为平行的关系，推知X轴定点倾斜角9x相等于X轴向水平角6x，进而获得X轴向水平角6x。
请参阅图3，其系为本发明之相对水平角计算方法步骤图，本发明之相对水平角计算方法从步骤S301开始，提供基准数据101及定点数据201，其中定点数据201系由定点装置2所提供，其包含在定点上X轴、Y轴及Z轴的加速度；相应地基准数据101系由基准装置1所提供，其包含基准点上X轴、Y轴及Z轴的加速度。
在步骤S302中，本发明将一校正算子(operator)作用于基准数据101及定点数据201，藉以消除基准装置1及定点装置2的机械误差。
其中，校正算子为一个矩阵，若以(A x,A y,A z)的向量表示在水平面测到之定点数据201或基准数据101，以
Figure PCTCN2021090873-appb-000003
表示校正算子，以(0,0,g 0)表示标准重力，则可以获得关系式：
Figure PCTCN2021090873-appb-000004
在步骤S303中，本发明利用斜面加速度公式将定点数据201转换为定点倾斜角9，以及将基准数据101转换为基准倾斜角13，斜面加速度公式：
Figure PCTCN2021090873-appb-000005
其中g 0代表标准重力、θ axis代表在各轴向7的定点倾斜角12或基准倾斜角15、A axis代表在各轴向7的定点加速度11或基准加速度。
在步骤S304中，本发明依据几何关系，推知各轴向7的定点倾斜角9等于定点水平角6，且各轴向7的基准倾斜角等于基准水平角，进而获得各轴向的定点水平角6及基准水平角。
其中，基准倾斜角13与基准水平角的获得方式与定点倾斜角9及定点水平角6的方式相同，故不再赘述。
在步骤S305中，本发明将定点水平角减去基准水平角，而获得相对倾斜角。
请参阅图4，其系为定点装置的转动示意图，如图所示，当定点装置2朝逆时钟方向转动定点转动角12，而使一轴向7与原轴向8之间夹有定点倾斜角9时，定点装置2因为标准重力10的关系，会在定点装置2的该轴向7上测量到一轴向定点加速度11。
其中，倾角转换单元321，藉由斜面加速度公式：
Figure PCTCN2021090873-appb-000006
获得该轴向7的定点倾斜角9，其中g 0代表标准重力10、θ axis代表该轴向7的定点倾斜角9、A axis代表该轴向7的定点加速度11。
其中，转动角转换单元324再依据原水平轴8与标准重力10的方向互为垂直的关系，推知定点倾斜角9相等于定点转动角12，进而获得定点转动角12。
请参阅图5，其系为定点装置的多轴转动示意图，如图所示，定点装置2因为多轴方向的转动，而使X轴向7x与原X轴向8x之间夹有X轴向定点倾斜角9x，Y轴向7y与原Y轴向8y之间夹有Y轴向定点倾斜角9y，Z轴向7z与原Z轴向8z之间夹有Z轴向定点倾斜角9z。
其中，转动角转换单元324利用斜面加速度公式：
Figure PCTCN2021090873-appb-000007
获得X轴向定点倾斜角9x、Y轴向定点倾斜角9y及Z轴向定点倾斜角9z，再由定点倾斜角9相等于定点转动角12之几何关系，获得各轴向的定点转动角12。
请参阅图6，其系为本发明之相对转动角计算方法步骤图，本发明之相对转动角计算方法的步骤包含：
S601：提供基准数据及定点数据；
S602：对基准数据及定点数据进行校正；
S603；利用斜面加速度公式将计算定点数据转换为定点倾斜角，以及将基准数据转换为基准倾斜角；
S604：将基准倾斜角转换为X轴向基准转动角、Y轴向基准转动角及Z轴向基准转动角，以及将定点转换为X轴向定点转动角、Y轴向定点转动角及Z轴向定点转动角；
S605：将X轴向定点转动角减去X轴向基准转动角，而获得X轴向相对倾斜角，将Y轴向定点转动角减去Y轴向基准转动角，而获得Y轴向相对倾斜角，将Z轴向定点转动角减去Z轴向基准转动角，而获得Z轴向相对倾斜角。
请参阅图7，其系为本发明之第一实施例的示意图，如图所示，在沿山坡建造之建筑，或特殊的室内设计等场景中，常有一楼平面非为水平的斜坡阶梯，其可利用本发明之角度计算系统，以一楼平面为基准点100，一楼阶梯为第一定点200a，二楼阶梯为第二定点200b，并将基准装置1放置于基准点100，第一定点装置2a放置于第一定点200a，第二定点装置2b放置于第二定点200b， 再由中间设备4收集基准装置1测得之基准数据101、第一定点装置2a测得之定点数据及第二定点装置2b测得之定点数据后，传送至终端装置3。
终端装置3经过倾角换算单元及水平角转换单元的分析后，得到基准水平角、第一定点水平角、第二定点水平角，再藉由相对水平角计算单元求得基准点100与第一定点200a之间的第一相对水平角，以及基准点100与第二定点200b之间的第二相对水平角，其中：
第一相对水平角＝第一定点水平角－基准水平角；
第二相对水平角＝第二定点水平角－基准水平角。
藉由第一相对水平角及第二相对水平角，建筑师及土木工程技师可以对阶梯进行调整，或其他工程施工之变形量检测。
请参阅图8，其系为本发明之第二实施例的示意图，如图所示，本发明之角度计算系统适用于检测机器手臂18良率的应用场景，其中机器手臂18共有三个转轴181，分别为第一转轴181a、第二转轴181b、第三转轴181c，且基准装置1放置于第一转轴181a，第一定点装置2a放置于第二转轴181b，第二定点装置2b放置于第三转轴181c。
在第二实施例中，当第一转轴18a转动时，第二转轴18b及第三转轴18c亦随之转动，而位于各转轴18上的基准装置1、第一定点装置2a及第二定点装置2b，以及位于目标桌面19上的第三定点装置2c则会侦测惯性而产生基准数据及定点数据，并直接传送至终端装置3，再计算出在第二转轴18b之各轴向的定点转动角与基准转动角之间的相对转动角，第三转轴18c之各轴向的定点转动角与基准转动角之间的相对转动角，以及目标桌面19与夹爪182之间的相对水平角。
藉由了解第二转轴181b的相对转动角，以及第三转轴181c的相对转动角，检测机器手臂良率的品检人员，可以了解机械手臂在各转轴181之间的转动角误差，进而调整角机械手臂18。
除此之外，本发明之角度计算系统还可以应用于桥梁的水平实时检测，例如在桥梁的二端分别放置基准装置及定点装置，持续监测桥梁二端的相对水平角，有利于即早发现桥梁因台风或其他风灾所造成之损坏，达到预防胜于治疗的效果。
另一方面，在实际应用时，还可以爪182上放置水平基准装置1h，且在目标桌面19上放置水平定点装置2h，藉以量测机器手臂18的夹爪182与目标桌面19之间的水平关系。
本发明亦可应用于半导体制造领域，其中当晶圆片在各机台之间传递时，设备工程师可将基准装置放置于目标机台上，并将定点装置放在终端效应器的夹抓上，藉以确保夹抓与目标机台之间的相对水平角，以避免晶圆在转移过程中因水平误差而有破损之情形。
请参阅图9，其系为本发明之显示模块示意图，如图所示，本发明之显示模块33，将各轴的相对水平角及相对转动角透过雷达图的形式，传达给使用者，使用者可以跟着雷达点331的移动，以及数值表332的更动，而得知相对水平角及相对转动角。
其中，本发明之定点装置及基准装置为加速度仪、陀螺仪或二者以上之组合。
其中，本发明之中间设备为无线存取点(Wireless Access Point)。
其中，本发明之中间设备为非必要组件，本发明之终端装置亦可利用接收单元直接与定点装置及基准装置联机。
综上所述，本发明利用定点装置、终端装置及执行角度计算方法的处理模块之搭配，达到测量遥远二端水平角及转动角之目的，且本发明之定点装置及基准装置体积轻小，仅有一个铜板般的体积，方便工程师们携带，亦可长期安装于被待测物上，而不会造成待测物的负担，以达到实时监控水平角及转动角之目的。
以上仅为本发明之较佳实施例，并非用来限定本发明之实施范围；如果不脱离本发明之精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明申请专利范围的保护范围当中。

Claims (10)

  1. 一种角度计算系统，包含：
    一定点装置，系用于侦测一定点的惯性，而获得一定点资料；
    一基准装置，系用于侦测一基准点的惯性，而获得一基准资料；
    一终端装置，包含：
    一接收单元，用于接收该基准数据与该定点数据；
    一处理模块，与该接收单元连接，且该处理模块包含一倾角换算单元，系用于将该定点数据换算为该定点的定点倾斜角，且将基准数据转换为该基准点的基准倾斜角；
    其中，该定点数据报含在该定点上多个轴向的加速度讯号；
    其中，该基准数据报含在该基准点上多个轴向的加速度讯号。
  2. 如权利要求1所述的角度计算系统，更包含：
    一水平角转换单元，系用于将该定点倾斜角转换为定点水平角，且将该基准倾斜角转换为基准水平角；
    一相对水平角计算单元，系用于计算该基准倾斜角与该定点倾斜角之间的差值，而获得该定点与该基准点之间的相对水平角
  3. 如权利要求1所述的角度计算系统，其中该处理模块更包含：
    一转动角转换单元，系用于将该定点倾斜角换算为该定点转动角，且将该基准倾斜角转换为基准转动角；
    一相对转动角计算单元，系用于计算该定点转动角与该基准转动角之间的差值，而获得该定点与该基准点的相对转动角。
  4. 如权利要求1或2所述的角度计算系统，更包含一中间设备与该定点装置、基准装置及该终端装置连接，其中该中间设备系用于接收该基准数据与该定点数据，再将该基准数据与该定点数据传送至该终端装置。
  5. 如权利要求1所述的角度计算系统，其中该定点装置或基准装置为加速度仪、陀螺仪或二者以上之组合。
  6. 一种角度计算方法，包含：
    提供一定点数据，包含在一定点上多个轴向的定点加速度；
    提供一基准数据，包含在一基准点上多个轴向的基准加速度；
    利用斜面加速度公式及标准重力(standard gravity)，将各轴向的该定点加速度转换为该定点在各轴向的定点倾斜角；
    利用斜面加速度公式及标准重力，将各轴向的该基准加速度转换为该基准点在各轴向的基准倾斜角。
  7. 如权利要求6所述的角度计算方法，其中该斜面加速度公式为：
    Figure PCTCN2021090873-appb-100001
    其中，g 0代表标准重力；
    其中，θ axis代表各轴向的该定点倾斜角或该基准倾斜角；
    其中，A axis代表各轴向的该定点加速度或该基准加速度。
  8. 如权利要求6所述的角度计算方法，更包含：
    提供一标准数据，包含在一标准水平面上多个轴的标准加速度：
    依据该标准加速度与标准重力(standard gravity)之间的误差，产生一校正算子；
    将该校正算子(operator)作用于该定点数据及该基准数据；
    其中，该标准数据被该校正算子作用后，各轴向的标准加速度之和相等于标准重力。
  9. 如权利要求6所述的角度计算方法，更包含：
    利用各轴向的该定点倾斜角等于各轴向的定点水平角之关系，获得该定点在各轴向的该定点水平角；
    利用各轴向的该基准倾斜角等于各轴向的基准水平角之关系，获得该基准点在各轴向的该基准水平角；
    计算该基准水平角与该定点水平角之间的差值，而获得该定点与该基准点之间的相对水平角。
  10. 如权利要求6所述的角度计算方法，更包含：
    利用各轴向的该定点倾斜角等于各轴向的定点转动角之关系，获得该定点在各轴向的该定点转动角；
    利用各轴向的该基准倾斜角等于各轴向的基准转动角之关系，获得该基准点在各轴向的该基准转动角；
    计算各轴向的该基准转动角与各轴向的该定点转动角之间的差值，而获得该定点与该基准点之间在各轴向的相对转动角。
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