TWI761891B

TWI761891B - 不間斷自動化系統及其執行方法

Info

Publication number: TWI761891B
Application number: TW109124691A
Authority: TW
Inventors: 林柏廷; 吳載根
Original assignee: 國立臺灣科技大學
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2022-04-21
Also published as: TW202205035A

Abstract

一種不間斷自動化系統包括一具有一掃描區的輸送線、一工件、一資訊收集器、一位於該輸送線一側的電子裝置，及一主機。該資訊收集器設置於該掃描區，並用以收集通過該掃描區的該工件的三維模型資訊。該主機包括一資料庫，及一處理模組。該資料庫儲存該工件在該輸送線上移動的一運動資訊。該處理模組根據該工件的三維模型資訊與該工件的該運動資訊，產生該電子裝置的一進程資訊。該電子裝置根據該進程資訊隨該工件在該輸送線上移動，並執行一工作指令。另外本發明也提供一種輸送線不間斷自動化系統的執行方法。

Description

不間斷自動化系統及其執行方法

本發明是有關於一種輸送線自動化系統，特別是指一種在生產過程中無須將工件停留於定點進行加工或檢測工序的輸送線不間斷自動化系統，以及一種利用該輸送線不間斷自動化系統的執行方法。

在自動化輸送線上，通常會配置自動光學檢測(Automated Optical Inspection，簡稱AOI)機來檢測半成品或成品是否符合品管規格。不論是在線式(in-line)或離線式(off-line)自動光學檢測機在執行檢測作業時，為了避免獲得失真(distortion)或低對比的影像，被檢測物須呈靜止地置放於影像擷取系統之下，因此，在檢測過程中輸送線不得不被迫停下，且需耗時等待自動光學檢測作業完成後，才能進行下一個工序，故能理解，此種輸送線會因為中斷而存有產能無法提升的缺點。

另外，為了順利進行自動光學檢測作業，排列於輸送線上的被檢測物皆需按照特定方位擺放，使得此種輸送線還需額外規劃如何將被檢測物正確排列於輸送線上的作業流程。近期有業者為使被檢測物能以任意方位擺放於輸送線，便在自動光學檢測機身上加裝掃描器，藉此收集被偵測物的幾何結構與方位，然後再移動自動光學檢測機的影像擷取系統中的攝像機至拍攝位置。上述技術手段雖然能改進被檢測物需按特定方位擺放的技術問題，然而，在面對每一個被偵測物時，掃描器總要先收集被偵測物的模型資訊，並將其傳送至自動光學檢測機後，攝像機才會移動至拍攝位置，由於此種技術手段攝像機需多次移動，所以仍無法縮短被偵測物於輸送線上的時間，也無法有效提升產能。

因此，本發明之目的，即在提供一種可改善先前技術中至少一缺點的輸送線不間斷自動化系統，及一種利用該輸送線不間斷自動化系統的執行方法。

於是，本發明輸送線不間斷自動化系統包括一輸送線、一工件、一資訊收集器、一電子裝置，及一主機。

該輸送線包括一掃描區。該工件在該輸送線上移動並通過該掃描區。該資訊收集器設置於該掃描區，並用以收集該工件的三維模型資訊。該電子裝置位於該輸送線一側。

該主機與該資訊收集器及該電子裝置電性連接，該主機包括一資料庫，及一與該資料庫電性連接的處理模組。該資料庫儲存該工件在該輸送線上移動的一運動資訊。該處理模組根據該工件的三維模型資訊與該工件的該運動資訊，產生該電子裝置的一進程資訊。

其中，該電子裝置根據該進程資訊隨該工件在該輸送線上移動，並執行一工作指令。

本發明之另一目的，即在提供一種利用該輸送線不間斷自動化系統的執行方法。

於是，本發明輸送線不間斷自動化系統的執行方法，適用於一包括一掃描區的輸送線、一位於該輸送線一側的電子裝置，及一通過該掃描區的工件。

該輸送線不間斷自動化系統的執行方法包含收集該工件通過該掃描區時的三維模型資訊；提供該工件在該輸送線上的運動資訊；根據該工件的三維模型資訊與該工件的運動資訊，產生該電子裝置的一進程資訊；及利用該電子裝置根據該進程資訊對該工件執行一工作指令，其中，執行該工作指令的過程中，該電子裝置隨該工件在該輸送線上移動。

本發明之功效在於：透過收集該工件的三維模型資訊，並提供該工件在該輸送線上的運動資訊，以得到該電子裝置的該進程資訊，藉此使該電子裝置在執行該工作指令時，能隨該工件在該輸送線上移動，進而改善以往電子裝置對工件執行工作指令時，輸送線須被迫停下的缺點，本發明進一步縮短該工件位於該輸送線上的時間，故能有效提升產能。

1:輸送線

11:輸送帶

111:掃描區

12:軌道

2:工件

20:紅外線循跡模組

21:第一工件

22:第二工件

3:資訊收集器

4:電子裝置

41:第一電子裝置

42:第二電子裝置

5:主機

51:資料庫

511:運動資訊

512:第一運動資訊

513:第二運動資訊

52:處理模組

521:進程資訊

522:工作指令

523:第一進程資訊

524:第二進程資訊

525:第一工作指令

526:第二工作指令

61:固定部

62:末端執行器

621:工作區

63:攝像機

v:速率

S110、S120、S130、S140:步驟

S210、S220、S230、S240:步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：

圖1是本發明輸送線不間斷自動化系統的一第一實施例的一局部示意圖，說明一輸送線、一工件、一資訊收集器、一電子裝置，及一主機彼此間的配置關係；

圖2是該第一實施例的該主機的一方塊圖，說明該主機包括彼此電性連接的一資料庫及一處理模組；

圖3是該第一實施例的執行方法的一流程圖；

圖4是該第一實施例的該電子裝置工作範圍的一示意圖，說明該電子裝置在一工作區內隨該工件移動；

圖5是本發明輸送線不間斷自動化系統的一第二實施例的一俯視示意圖，說明一輸送線、一第一工件、第二工件、一資訊收集器、一第一電子裝置、一第二電子裝置，及一主機彼此間的配置關係；

圖6是該第二實施例的執行方法的一流程圖；

圖7是該第二實施例的該主機的一方塊圖；及

圖8是本發明輸送線不間斷自動化系統的一第三實施例的一俯視示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2，本發明輸送線不間斷自動化系統的第一實施例，包含一輸送線1、一工件2、一資訊收集器3、一電子裝置4，及一主機5。

該輸送線1包括一輸送帶11。該輸送帶11具有一掃描區111，該輸送帶11沿一第一方向並以一速率v運行。

該工件2在該輸送線1上移動並通過該掃描區111，在本實施例中，該工件2是被動地隨該輸送帶11沿該第一方向移動。

該資訊收集器3設置於該掃描區111，具體而言，該資訊收集器3是位於該輸送帶11上方。在本實施例中，該資訊收集器3為三維掃描器(3D scanner)，是用以收集該工件2的三維模型資訊，且所收集到的資料型式為點雲(point cloud)。補充說明，三維掃描器是以掃描點的型式記錄掃描資料，每一個掃描點包含有三維座標、反射面的光強度，及色彩資訊等數據，本發明主要是利用三維座標資訊，因此只要能達成收集工件三維座標的目的，本發明在使用上不須以三維掃描器為限。

該電子裝置4位於該輸送線1一側。

該主機5與該資訊收集器3及該電子裝置4電性連接。該主機5包括一資料庫51，及一與該資料庫51電性連接的處理模組52。在本實施例中，該主機5為工業用電腦，但舉凡能達成相同目的與功效，該主機5可以不以此為限。

該資料庫51儲存該工件2在該輸送線1上移動的一運動資訊511。該處理模組52根據該工件2的三維模型資訊與該工件2的該運動資訊511，產生該電子裝置4的一進程資訊521。

該電子裝置4根據該進程資訊521隨該工件2在該輸送線1上移動並執行一工作指令522。

參閱圖1、2、3，當執行前述的該輸送線不間斷自動化系統時，至少包含下列步驟S110~步驟S140。

如步驟S110，收集該工件2通過該掃描區111時的三維模型資訊。在本實施例是透過該資訊收集器3收集該工件2的三維模型資訊，因此所收集到的資訊是以該資訊收集器3為觀點的座標系統記為^sO_o，該工件2的三維模型資訊^sO_o能儲存於該主機5的該資料庫51。

如步驟S120，提供該工件2在該輸送線1上的運動資訊511。此步驟是先根據預設於該資料庫51內的一OS轉換式記為^oT_s，將該工件2通過該掃描區111時自該資訊收集器3所收集到的三維模型資訊轉換成世界座標系統(World Coordinate System)下的三維模型資訊記作^oO_o，轉換關係式如下：

^oO_o=^oT_s．^sO_o

其中，該OS轉換式^oT_s可以是以下列方法所決定：

設定該電子裝置4的基本軸(base axis)是選自相同於世界座標系統，並假設該電子裝置4的局部部位可利用m個採樣位置表示，並且在以該電子裝置4為觀點的座標系統下記作^oP_m=[X_m,Y_m,Z_m,1]^T，而這些相同採樣位置在以該資訊收集器3為觀點的座標系統下記作^sP_m=[X_m,Y_m,Z_m,1]^T，這兩組座標在轉換關係上必須滿足下列關係式：

^oP_m=^oT_s．^sP_m，左式可被重寫成如下：

因為所有m個採樣位置須滿足上式，故可得出下列方程式：

因此該OS轉換式^oT_s可以利用最小平方近似法(Least Square Approximation，簡稱LSA)而決定得到如下：

因為共有12個未知數在該OS轉換式^oT_s中，為了在以該電子裝置4為觀點的座標系統及以該資訊收集器3為觀點的座標系統兩者間，獲得較精確的該OS轉換式^oT_s，則至少需要m>12個的採樣位置。

如步驟S130，根據該工件2的三維模型資訊與該工件2的運動資訊511，產生該電子裝置4的一進程資訊521。此步驟在已知該輸送帶11的移動速率為v，且只沿該第一方向前進的條件下，假設該工件2通過該資訊收集器3的當下時間為t₀，則在t_k時間點時，可得到該工件2在世界座標系統下的該運動資訊511如下：

^oO_o(t_k)=^oO_o(t₀)+v．(t_k-t₀).........(1)

又，因為該電子裝置4的基本軸(base axis)是選自相同於世界座標系統，因此該方程式(1)已實屬該電子裝置4可辨別的該進程資訊521，也就是說，該電子裝置4能根據該進程資訊521全程在該輸送線1上跟著該工件2移動。值得一提的是，因為該進程資訊521已經考量到該工件2通過該掃描區111時的三維模型資訊，故已涵蓋該工件2的擺放方位，因此，不論該工件2以何種方位通過該掃描區111，本發明該電子裝置4都能得到對應的該進程資訊521，所以本發明亦具有該工件2能以任意方位擺放於該輸送線1的優點。

參閱圖1、3、4，在實際應用上，舉例來說以自動光學檢測為例，該電子裝置4可以是機械手臂，在本實施例中，該機械手臂是以六軸機械手臂為例，但只要能達成相同功效與目的，該機械手臂也可以為四軸或五軸機械手臂，並不需特別以此為限。該機械手臂包括一固定部61、一相對該固定部61自由運轉的末端執行器62(end effector)，及一設置在該末端執行器62的攝像機63。

基於上述元件間的相對位置關係，設定該機械手臂的該固定部61的基本軸是選自相同於世界座標系統，並且以該攝像機63為觀點的座標系統與世界座標系統兩者間的轉換關係為已知的條件下，即已知一OC轉換式^oT_c，則根據該方程式(1)，便可以得到下列方程式：

^oO_c(t_k)=^oT_c．^oO_o(t_k)

其中，^oO_c(t_k)表示在世界座標系統下於第t_k時間點時，該攝像機63需移動到的位置座標，如此，便可將該工件2在世界座標系統下的三維模型資訊轉換成以該電子裝置4(在此是該攝像機63)為觀點的三維模型資訊。

如步驟S140，控制該電子裝置4根據該進程資訊521對該工件2執行一工作指令522(如圖2所示)。此步驟該處理模組52會根據逆向運動學分析(Inverse Kinematics Analysis)得到控制該電子裝置4(如該末端執行器62)隨該工件2在該輸送線1移動的控制參數。

在本實施例中是該機械手臂的該末端執行器62在一工作區621(如圖4中虛線所圍繞的區域)內根據該進程資訊521隨該工件2移動並完成該工作指令522。補充說明，該工作指令522可以是拍照或攝影或進行加工等動作，另外，圖4中的一點鏈線是該攝像機63的移動路徑。

經由以上的說明，可再將本發明輸送線不間斷自動化系統的優點歸納如下：

一、本發明在執行該工作指令522的過程中，該電子裝置4仍隨該工件2在該輸送線1上移動，故可以改善以往電子裝置對工件執行工作指令時，輸送線須被迫停下的缺點。

二、本發明毋須將該工件2朝特定方位擺放於該輸送線1上，故可免除額外將工件以特定方位排列於輸送線上的作業流程。

參閱圖5、6、7，為本發明輸送線不間斷自動化系統的第二實施例，該第二實施例是類似於該第一實施例，該第二實施例與該第一實施例的主要差異在於：

根據步驟S210、S220、S230及S240所示，該輸送線1不間斷自動化系統包括兩個電子裝置，及兩個不同尺寸或形狀的工件。為方便說明，定義該等電子裝置的其中一個是第一電子裝置41，另一個是第二電子裝置42，該等工件的其中一個是第一工件21，另一個是第二工件22。

首間，當不同尺寸或形狀的該第一工件21與該第二工件22通過該資訊收集器3後，該主機5的該資料庫51便會儲存該第一工件21與該第二工件22的三維模型資訊。接著該主機5的該處理模組52會依據該第一工件21與該第二工件22的三維模型資訊，而各別取得儲存於該資料庫51內的一第一運動資訊512與一第二運動資訊513，然後再根據該第一工件21的三維模型資訊與該第一運動資訊512而產生對應於該第一電子裝置41的一第一進程資訊523，以及根據該第二工件22的三維模型資訊與該第二運動資訊513而產生對應於該第二電子裝置42的一第二進程資訊524。

然後，該第一電子裝置41根據該第一進程資訊523而隨該第一工件21在該輸送線1上移動並完成一第一工作指令 525，同樣地，該第二電子裝置42根據該第二進程資訊524而隨該第二工件22在該輸送線1上移動並完成一第二工作指令526。

值得一提，當該輸送線不間斷自動化系統包含三個以上的電子裝置，及三個以上的工件時，由於其運作原理是相同於該第二實施例而可類推，故不再一一贅述。

舉例來說，該第二實施例能應用於撿料(picking)輸送線，使未經分類的工件能被分流地往各自下一個站點(site)前進。該第二實施例不僅能廣泛地對不同類型的工件執行不同工作指令外，也同樣能達成相同於該第一實施例的功效與目的。

參閱圖8，為本發明輸送線不間斷自動化系統的第三實施例，該第三實施例是類似於該第一實施例，該第三實施例與該第一實施例的主要差異在於：

該輸送線1包括一軌道12，該軌道12具有該掃描區111，在實際應用上，該軌道12可以是以黑色膠布或黑色漆料設置於地面上。該工件2包括一紅外線循跡模組20，該工件2透過該紅外線循跡模組20以一速率v在該軌道12上移動。在本實施例中，該工件2是主動地以一速率v往前移動於該輸送線1上，不同於該第一實施例中該工件2是被動地隨該輸送帶11(如圖1所示)以速率v前進。

如此，該第三實施例也能達成相同於該第一實施例的功效與目的。

綜上所述，本發明透過收集該工件的三維模型資訊，並提供該工件在該輸送線上的運動資訊，以得到該電子裝置的該進程資訊，藉此使該電子裝置在執行該工作指令時，能隨該工件在該輸送線上移動，以改善以往輸送線須被迫停下的缺點，本發明進一步縮短該工件位於該輸送線上的時間，藉此提升產能，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。