准线修正系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供了用于正确对准的直角坐标机器人和方法。更具体地，本发明专利技术利用反射球和激光来定位特定点，然后能够用特定点确定出修正因子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于正确对准的直角坐标机器人以及方法。更具体 地，本专利技术利用反光球以及激光器来定位特定点，然后用该特定点确 定出修正因子。
技术介绍
直角坐标机器人，如所制造的，在它们向目标位置的移动中通常 具有三个主要的可修正误差源。第一个为偏移误差，即不随机床区域变化的X或Y方向上的偏移。第二个误差成分为标度不准确，其中所 命令的移动在系统上导致大于或小于所要求的移动。第三个误差源为 斜交(skew),当所要求的X方向的移动产生了不想要的Y方向的移 动，或者所要求的Y方向的移动产生了不想要的Y方向的移动。这三种误差，偏移、标度不准确、以及斜交是机器特有的误差， 不能针对制造的所有机器人预先设置。对于所制造的每个机器，必须 确定各项误差并且设置修正因子。由于包括日常运行、机器被移动或 被碰撞、或作为常规维护安排的一部分在内的许多情况，还必须时不 时地重新确定和重新设置修正因子。由于针对每个机器设置修正因子的需要，想要简单并可靠的用于 确定那些因子的准线修正系统和方法。我们在此提供这样的系统和方 法。
技术实现思路
一方面本专利技术涉及准线修正系统。该修正系统包括光源和传感 器，或者探头，它们可放置在探头平面中，探头平面基本平行于包含 修正系统的基座或机床的平面。通常，光源和传感器位于直角坐标机器人或X-Y绘图仪的致动臂上。光源可为任何光源，包括但不限于激 光光源。基座包括具有基本位于一个平面内的目标位置的表面，各目 标位置适合容纳反光物体。在本专利技术的某些实施例中，反光物体为反 光球。基座可具有单个目标位置、两个目标位置、三个目标位置，或 依赖于准确修正误差所需位置的数量的更多目标位置。此外， 一个或 以上反光物体可分别放置在一个目标位置中。探头平面应当位于离基 座平面一段距离处，使得探头可用光束照射每个目标位置，并且传感 器能够检测来自位于这种目标位置处的任何反光物体的反射光。反光 物体允许光和传感器检测特定点。在反光物体为反光球的情况下，特 定点为球形曲面的顶点。 一旦定位出一个或以上物体的位置，这些被 定位的位置可用来计算修正因子以调整任何直角坐标机器人或X-Y绘 图仪系统内在的三个主要误差源。本专利技术还提供了一种利用上述系统 修正对准误差的方法通过用来自探头的光束照射一个或以上反光物 体，并用探头上的传感器检测从物体反射的光。然后可由所检测的反 射光计算对准误差。另一方面，本专利技术提供了一种修正机器中的对准误差的方法，包 括(1)将准线修正系统的探头放置在一个目标位置处的一个反光物 体上，(2)用来自探头光源的光束照射反光物体，(3)用探头传感 器检测从反光物体反射的光，(4)相对于反光物体重新放置探头，直 到反射光为最大，并记录最大时的探头位置，(5)针对每个具有发光 物体的目标位置重复以上步骤，并由步骤(4)中收集的数据确定出对 准误差。通过本方法确定的对准误差可为偏移误差、标度不准确、或 斜交中的一个或多个。附图说明图1为准线修正系统的立体图。图2为准线修正系统的正视图。图3为反光球的一种可能布置的图示。图4为激光和反光球中心没有对准的图示。图5为激光和反光球中心对准的图示。图6为当激光扫过反光球中心时反射光强度作为位置的函数的曲线图。图7为用于定位的三个扫描方向的图示。具体实施方式如图1和2中所示，本专利技术的准线修正系统10具有通过如此方 式安装的直角坐标机械臂50或等价地X-Y绘图仪，即它垂直地位于 基座(即机床)100上方，机器人和基座二者占据基本平行的平面。基座的表面具有一系列的孔或凹部，其中可放置反光物体70。各 个孔或凹部称为参照点，或者等价地，称为目标位置。如本申请中所 使用的，反光物体可包括球。本专利技术的反光球可包括反射光的球或者 部分球。用于本专利技术的准线修正系统中的合适的反光球包括商业上可 获得的不锈钢、钛、碳化硅、碳化钨、或者陶瓷球轴承；其他金属涂 覆的球，例如但不限于，由玻璃、塑料、木头、陶瓷、或石头制成的 球；以及诸如镜子或玻璃的其他反射凸面。反光球不需要为完整球； 它们可为半球或更少，只要光能够从球或部分球反射，并且只要能确 定出球的顶点。基座，除了作为参照点位置外，还可作为用于架子(rack)的支 撑物，诸如试管架、微量滴定盘、或用于单个或多个样品的任何架子 或支撑物。机器人或绘图仪还可具有Z坐标控制；然而Z坐标控制对 于将装置对准到基座上的特定点上方并不重要。准线修正系统的直角坐标机器人是适合于移动到基座表面上方 的任何X-Y坐标的X-Y致动器的部分。直角坐标机器人可具有附接的 探头，通过该探头可将材料递送到基座或与基座关联的架子。探头可 为被设计为递送在一个位置被拾起并被放置在另一个位置的固体材料 的递送探头，或者机器人和探头可被设计为将液体材料递送到基座或 与基座关联的架子。准线修正系统还可在直角坐标机器人上具有光源和传感器230。 在某些实施例中光源可为激光光源。光源和传感器可为可移动地或永 久地附接到直角坐标机器人的对准探头，或者光源和传感器可安装在 递送探头的地方，然后一旦完成对准过程可重新安装递送探头。光源 和传感器可与基座平面相距一定距离地放在基本平行于基座平面的平 面内，使得激光器能够用光束照射各个目标位置，并且传感器能够检 测来自位于基座上或附近的任何反光物体的反射光。激光束被设置为 基本与基座平面垂直。可将光源和传感器合并为单个单元，诸如回复反射激光光学传感 器，或其他回复反射光光学传感器。回复反射激光光学传感器具有激 光发射源和激光传感器二者，激光发射源产生激光束，当激光束照射 在发射表面时将被反射回传感器，然后传感器检测反射激光束的存在， 并测量反射激光束的强度。这类布置商业上可获得，并且很容易适合附接到X-Y绘图仪或直角坐标机器人组件。商业来源包括但不限于， 来自Keyence International (Woodcliff Lake, NJ )的LV系列激光光 学传感器，来自Micro國Epsilon (Raleigh, NC )的scanCONTROL和 optoNCDT系列激光传感器，以及来自Matsushita/Panasonic group, Aromat Corporation ( New Providence, NJ )的共轴回复反射型激光 传感器(例如LS-H91F)。如本专利技术中所使用的，"基本平行，，或"基本垂直"意在描述，在系 统公差以内，想要平行或垂直的物体之间的对准，但是，由于通常制 造中的变数或其他外力，并不完全地平行或垂直。因而，要理解当对 于完全平行或垂直的任何偏离并非不利地影响作为整体的校准系统的 方法时，对准为基本平行或基本垂直。例如，如本领域技术人员会理 解的，当机器人的平行平面和基座仅彼此距离几英寸时它们偏离5°的 情况可能是完全可以接受的，然而如果它们彼此距离几英尺，则5C的 偏离不可接受。在基本垂直的情况下，如果l mm的定位误差是可容 忍的，则100 mm的运动精确到+/-0.5°以内可为理想的。因此，基本 平行或基本垂直需要针对制造的各个具体系统评价，希望物品垂直或 平行，但是离平行或垂直放置的一定量的角度偏差是可容忍的。如上所述，对于制造的各个直角坐标机器人，偏移、标度不准确、 以及斜交误本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准线修正系统，包括：　（ａ）具有带有一个或以上目标位置的表面的基座，其中各目标位置适合容纳反光物体，并且所有的目标位置基本位于单个基座平面内；　（ｂ）一个或以上反光物体，各放置在一个目标位置中；以及　（ｃ）具有光源和用于检测反射光的传感器的探头，探头可放置在基本平行于基座平面并且与基座平面相距一定距离处的探头平面内，使得探头能够用光束照射各个目标位置，并且传感器能够检测来自位于这种目标位置处的任何反光物体的反射光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ诺顿，CJ戴维斯，
申请(专利权)人：吉尔森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]