CN101266147A

CN101266147A - 电动机调整方法及具有电动机调整装置的系统

Info

Publication number: CN101266147A
Application number: CNA2007100886559A
Authority: CN
Inventors: 简张勇
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Current assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: CN101266147B

Abstract

本发明涉及一种电动机调整方法及具有电动机调整装置的系统。该系统主要包括雷射装置、水平调整装置以及电动机调整装置。其中水平调整装置包括传感器以及致动电动机。电动机调整装置主要包括感测信号取样电路以及控制单元。感测信号取样电路以各种取样频率对来自传感器的感测信号进行取样来产生感测数据值，并且控制单元依据感测数据值判断传感器的水平位置所在的区间，藉以将传感器或雷射装置所在的水平位置调整到水平仪系统的标准预设位置。

Description

电动机调整方法及具有电动机调整装置的系统

技术领域

本发明涉及一种电动机调整方法及具有电动机调整装置的系统，且特别涉及一种水平仪的电动机调整方法及具有这种电动机调整装置的水平仪。

背景技术

雷射水平仪利用雷射光线直线性良好的优点，通过雷射发射器发出的雷射光线来测量及校验水平线/面、垂直线/面。由于其使用简单方便，且随着雷射发射器成本的下降，其价格亦持续降低，因此雷射水平仪越来越为使用者所接受，并在大型建筑工程及大型机器设备的建造或安装工程中被广为运用。

目前雷射水平仪的应用中，采用的马达多为空心杯马达(Hollow Motor)或步进马达。然而，空心杯马达虽适用于调整水平仪，但是价格非常昂贵。另外，步进马达的调整受限于最小步进量，同时，价格也比较昂贵。相形之下，伺服直流电机价格相对非常有优势，但是使用伺服直流电机装置作为驱动系统，则水平线/面与垂直线/面的准位位置将不易掌控。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电动机调整方法及具有电动机调整装置的系统，在降低成品价格并提高水平仪精准度的同时，有效调整水平仪的平衡准位。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提出一种电动机调整方法，所述方法用于调整雷射装置的水平位置，至少包含下列步骤：

(A)利用传感器感测所述雷射装置的水平位置，并且输出对应于所述水平位置的感测信号；

(B)对所述感测信号进行取样，以获得取样数据，并形成感测数据值；

(C)根据所述感测数据值判断所述传感器所在的区间，依据一感测标准值与所述感测数据值进行运算，并且输出控制信号至电动机；以及

(D)依据所述传感器所在的区间调整所述电动机的驱动参数，以使所述传感器或所述雷射装置的水平位置移动至标准预设位置。

在本发明所述的电动机调整方法中，所述控制信号是根据所述感测数据值与所述感测标准值的差值运算而得。

在本发明所述的电动机调整方法中，还包含位于所述步骤(A)之前的以下步骤：进行初始化设定，并且选定区间初始值，以依据所述区间初始值进行取样。

在本发明所述的电动机调整方法中，所述感测信号至少包含第一感测信号以及第二感测信号，分别对应于所述雷射装置的第一水平位置以及第二水平位置，通过所述第一感测信号以及所述第二感测信号来形成感测平面。

在本发明所述的电动机调整方法中，所述步骤(C)包括：当所述传感器的感测数据值小于第一界限值或是大于第二界限值时，则判断所述传感器位于第一区间，当所述传感器的感测数据值为介于第一界限值与第三界限值之间、或者介于第四界限值与第二界限值之间，则判断所述传感器位于第二区间，且当所述传感器位于所述第三界限值与所述第四界限值之间时，则判断所述传感器位于第三区间，其中这些界限值由小到大依次为：第一界限值、第三界限值、第四界限值、第二界限值。

在本发明所述的电动机调整方法中，在所述步骤(D)中，依据所述传感器所在的区间调整所述电动机的驱动参数的步骤后，还包括重复对来自所述传感器的感测信号进行取样，并且重新计算所述取样数据，以更新所述感测数据值，并判断所述传感器是否在对应感测标准值的水平位置。

在本发明所述的电动机调整方法中，当判断所述传感器不在对应所述感测标准值的水平位置时，依据所述传感器所在的区间继续调整所述电动机的驱动参数，且当判断所述传感器在对应所述感测标准值的水平位置时，结束调整。

本发明还提供了一种具有电动机调整装置的系统，所述系统至少包含：

雷射装置，用以发射光束；

水平调整装置，连接于所述雷射装置，包括：

至少一传感器，用于感测所述雷射装置的水平位置，以输出对应于所述水平位置的感测信号，且所述传感器的水平位置与所述雷射装置的水平位置相连动，和

致动电动机，用于移动所述传感器或所述雷射装置的水平位置，以及电动机调整装置，连接于所述水平调整装置，包括：

感测信号取样电路，用于对来自所述传感器的感测信号进行取样，

控制单元，用于计算取样数据以形成感测数据值，依据一感测标准值与所述感测数据值进行运算，从而输出控制信号至所述致动电动机，以调整所述致动电动机的驱动参数。

在本发明所述的系统中，所述控制单元包括区间判断模块，用于根据所述感测数据值判断所述传感器所在的区间，并形成对应的区间标定参数。

在本发明所述的系统中，所述水平调整装置至少包含第一传感器以及第二传感器，用于分别感测所述雷射装置的第一水平位置以及第二水平位置，并输出第一感测信号以及第二感测信号来形成感测平面。

在本发明所述的系统中，所述区间判断模块包括：第一区间判断模块，用于所述传感器的感测数据值小于第一界限值或是大于第二界限值时，则判断所述传感器位于第一区间，第二区间判断模块，用于所述传感器的感测数据值为介于第一界限值与第三界限值之间、或者介于第四界限值与第二界限值之间时，则判断所述传感器位于第二区间，以及第三区间判断模块，用于所述传感器位于所述第三界限值与所述第四界限值之间时，则判断所述传感器位于第三区间，其中这些界限值由小到大依次为：第一界限值、第三界限值、第四界限值、第二界限值。

在本发明所述的系统中，所述水平调整装置更包含设置所述传感器的水平工作台，所述致动电动机用以驱动所述水平工作台，以调整所述传感器的水平位置。

实施本发明的电动机调整方法及具有电动机调整装置的系统，具有以下有益效果：在调整过程中，收集传感器数据，判断传感器平面位置所在区间，并且使用不同的方式调整马达的转速。此外，使用的马达为伺服直流电机，其价格比空心杯或步进电动机的成本低许多，亦能加快调整速度。可以大幅节省整体的制造成本以及提高调整精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是依据本发明的实施例中具有电动机调整装置的水平仪的方块图；

图2是依据本发明图1中传感器的示意图；

图3是依据本发明的实施例中具有电动机调整装置的水平仪的立体组合图；以及

图4是依据本发明的实施例中调整具有电动机调整装置的水平仪的方法流程图。

附图标号说明：

100雷射装置 102水平调整装置

104电动机调整装置 106传感器

108致动电动机 110电动机控制电路

112感测信号取样电路 114控制单元

116水平工作台 118感测方向

具体实施方式

本发明提供一种电动机调整方法及具有电动机调整装置的水平仪，以各种取样频率对感测信号进行取样，以产生感测数据值，并且依据感测数据值判断传感器的水平位置所在的区间，藉以将传感器的水平位置调整到水平仪系统预先设定的标准位置。进一步地，依据传感器的水平位置在不同的区间，使用较佳的电动机控制机制，以稳定地将水平仪调整至平衡面。应注意的是，本发明适用于各种电动机，例如直流伺服电动机、脉波宽度调变(Pulse WidthModulation，PWM)控制式马达，或是其它形式的马达。

图1是依据本发明的实施例中具有电动机调整装置的水平仪的方块图，主要包括雷射装置100、水平调整装置102以及电动机调整装置104。其中水平调整装置102主要包括传感器106以及致动电动机108。电动机调整装置104主要包括感测信号取样电路112以及控制单元114。在一实施例中，传感器106可为倾角传感器或是其它类型的感测装置。

雷射装置100用以发射光束。水平调整装置102连接于该雷射装置100，设有至少一传感器106以及致动电动机108，传感器106用以感测该雷射装置100的水平位置，并且输出对应于该水平位置的准位信号，其中，传感器106的水平位置可与雷射装置100的水平位置相连动，该致动电动机108用以移动传感器106，使雷射装置100的水平位置可随着该传感器106的水平位置的变动而作相应的调整。

电动机调整装置104连接于水平调整装置102，具有感测信号取样电路112及控制单元114，该感测信号取样电路112对来自该传感器106的感测信号依据区间进行取样，以获得一取样数据，该控制单元114计算取样数据形成感测数据值，并且其区间判断模块(未图示)根据感测数据值判断传感器106所在的区间，以标示出对应的区间标定参数，其中该区间标定参数用于标识出传感器106与雷射装置100的水平位置相应的区间。其中，各区间由多个界限值界定区分，以便识别，并内置于电动机调整装置104的控制单元114内。控制单元114依据一感测标准值与该感测数据值的差值进行运算，并且对应于该差值输出一控制信号至水平调整装置102，以藉此驱动致动电动机108。换言之，该电动机调整装置104依据该区间标定参数设定该致动电动机108的转速，以使传感器106快速、稳定地移动至预设准位。其中，该预设准位可为对应于该感测标准值的水平位置。

在本发明的一较佳实施例中，致动电动机108可为直流伺服马达。水平调整装置102的传感器106包含第一传感器以及第二传感器，用以分别感测雷射装置100的第一水平位置以及第二水平位置，藉由第一传感器以及第二传感器分别输出第一感测信号以及第二感测信号来形成感测平面。水平调整装置102亦包含电动机控制电路110以及设置传感器106的水平工作台116。电动机控制电路110接收来自电动机调整装置104的控制信号，以驱动致动电动机108转动以调整水平工作台116的水平位置，进而调整传感器106的水平准位。本发明的控制单元114可为单芯片微控制器或是中央处理器。

本发明的感测信号取样电路112对传感器106的感测信号进行取样，以判断传感器106所在平面的位置。其中，感测数据的准确度常因感测信号取样电路112的取样频率、取样时间而有差异。一般而言，取样频率越高，感测数据的准确度越高。

在一实施例中，感测信号取样电路112的取样频率介于0至1600Hz之间，或是依据不同的感测信号取样电路112而有不同的取样频率，而不限于上述的频率范围。便于说明起见，令第一传感器的感测数据值表示为SD1，而第二传感器的感测数据值表示为SD2。平衡面对应的感测标准值可预设为2000，并可将传感器的感测数据值划分且预设为三个区间，再根据不同的区间，使用不同的取样频率。较佳实施例中，感测数据值距离平衡面的感测标准值越远，取样频率越低，其原因在于此时传感器的感测数据值的精度要求不高，降低取样频率可有效节省马达调整时间。

相应地，控制单元114包括区间判断模块，用于根据感测数据值判断传感器106所在的区间，并形成对应的区间标定参数。该区间判断模块包括：第一区间判断模块，用于所述传感器的感测数据值小于第一界限值或是大于第二界限值时，则判断所述传感器位于第一区间；第二区间判断模块，用于所述传感器的感测数据值为介于第一界限值与第三界限值之间、或者介于第四界限值与第二界限值之间时，则判断所述传感器位于第二区间；以及第三区间判断模块，用于所述传感器位于所述第三界限值与所述第四界限值之间时，则判断所述传感器位于第三区间。其中这些界限值由小到大依次为：第一界限值、第三界限值、第四界限值、第二界限值。

在本发明的一实施例中，将感测数据值小于第一界限值(例如，200)或是大于第二界限值(例如，3900)处设定为第一区间。当第一传感器的感测数据值(SD1)或第二传感器的感测数据值(SD2)位于该第一区间时，该感测信号取样电路112的取样频率可预设为介于0至150Hz之间，其中上述的取样频率又以100Hz为较佳。此第一区间距离感测标准值(以2000为例)最远，且将第一区间的标定参数定义为1(即，此时该区间的标定参数等于1)。然后依据区间标定参数1以驱动致动电动机108转动。在电动机运动时，感测信号取样电路112不断进行传感器数据的收集。

此外，在本发明另一实施例中，将感测数据值介于第一界限值(例如，200)至第三界限值(例如，1970)或是介于第四界限值(例如，2030)至第二界限值(例如，3900)处设定为第二区间。当该第一传感器的感测数据值(SD1)或第二传感器的感测数据值(SD2)位于该第二区间时，该感测信号取样电路112的取样频率可预设为介于150至500Hz之间，其中上述的取样频率又以200Hz为较佳。该第二区间的标定参数定义为2(即，此时该区间的标定参数等于2)。然后依据区间标定参数2以驱动致动电动机108转动，且感测信号取样电路112同时持续进行传感器数据的收集。

在本发明又一实施例中，将感测数据值介于第三界限值(例如，1970)至第四界限值(例如，2030)处设定为第三区间。当该第一传感器的感测数据值(SD1)或第二传感器的感测数据值(SD2)位于该第三区间时，该感测信号取样电路112的取样频率可预设为介于500至1100Hz之间，其中上述的取样频率又以800Hz为较佳。此第三区间距离感测标准值(以2000为例)最近，该第三区间的标定参数定义为3(即，此时区间的标定参数等于3)。然后依据区间标定参数3以驱动致动电动机108转动，且感测信号取样电路112同时持续收集传感器数据，直到水平仪系统处于预设的平衡准位面。

图2是依据本发明图1中传感器的示意图。箭头方向为传感器106的感测方向118，在此感测方向118上，当传感器106有任何倾斜(系指传感器106与水平仪之间的夹角)，将在传感器106的输出端产生感测信号X、Y，每一个夹角对应着两个感测信号。举例来说，当传感器106与水平仪的水平面之间的夹角为0度时，传感器106输出的两个感测信号X、Y均为2.5伏特(V)。另一方面，当传感器106与水平面之间的夹角为90度时，感测信号X为5V，而感测信号Y为0V。在一实施例中，传感器106的输出信号例如可为模拟信号，经过适当处理之后，传送至控制单元114，控制单元114将模拟信号转变为数字信号，以便判断传感器106所在的区间位置。

在本发明的一较佳实施例中，传感器106输出一模拟信号，经过感测信号取样电路112处理之后，将此模拟信号传送至控制单元114。控制单元114利用模拟/数字(Analog to Digital，A/D)信号转换器，将该模拟信号转换成数字信号。在一实施例中，模拟/数字(A/D)信号转换器的解析精度可为12位(bits)，而且可解析的模拟电压范围是0～2.5V，故该范围的模拟电压转换为介于0～4096的感测数据值。应注意的是，本发明亦适用于具有更高或是更低解析精度的模拟/数字(A/D)信号转换器，例如6bits或是24bits，以及不同范围的模拟电压值。

图3是依据本发明的一实施例中具有电动机调整装置的水平仪的立体组合图。主要包括雷射装置100、传感器106以及致动电动机108。在一实施例中，垂直摆放着两个单轴传感器，分别对应两个垂直方向，这两个方向决定传感器106所在的平面位置(两条相交直线决定一个平面)。同时，传感器106的锁固板与雷射装置100的锁固平面连接在一起，亦即两个传感器106所在的平面位置对应于雷射装置100锁固平面的位置。换言之，两个传感器106所在平面的位置，对应于雷射装置100发射出的雷射光线所在平面的位置。

图4是依据本发明的一实施例中调整具有电动机调整装置的水平仪的方法流程图。在一实施例中，控制单元对该水平仪进行初始化设定，并且选定一区间初始值，使该感测信号取样电路依据该区间初始值进行取样，如步骤S400。在步骤S401中，该传感器感测雷射装置的水平位置，并且输出对应于该水平位置的感测信号。在步骤S402中，该感测信号取样电路对来自该传感器的感测信号进行取样，以产生取样数据。在步骤S404中，控制单元计算该取样数据以形成感测数据值。

接着在步骤S406中，该控制单元根据该感测数据值与判断该传感器所在的区间，并且给予对应的区间标定参数，其中该区间标定参数用以标识该感测数据值中不同的该区间，该控制单元依据一感测标准值与该感测数据值的差值进行运算，并且对应于该差值输出一控制信号至该致动电动机。然后在步骤S408中，该电动机调整装置依据所述对应的区间标定参数调整该电动机的转速，以使该传感器移动至对应于该感测标准值的水平位置。

在步骤S410中，该感测信号取样电路重复对来自该传感器的感测数据进行取样，并且该控制单元重新计算该取样数据，以更新该感测数据值，以判断该传感器是否在对应感测标准值的水平位置。当传感器不在对应感测标准值的水平位置时，返回至步骤S408，该电动机调整装置依据对应的区间标定参数继续调整该电动机的转速，以使该传感器移动至对应于该感测标准值的水平位置。当传感器在对应感测标准值的水平位置时，继续至步骤S412，调整过程结束。

在一实施例中，将感测数据值小于第一界限值(例如，200)或是大于第二界限值(例如，3900)处设定为第一区间。当该第一传感器的感测数据值(SD1)或第二传感器的感测数据值(SD2)位于第一区间时，该感测信号取样电路的取样频率可介于0至150Hz之间。该第一区间的区间标定参数定义为1。此时依据该区间标定参数1调整该电动机的转速，施加直流电压于该电动机，以调整该电动机的转速，即在致动电动机的两端加上一正一负(5V，GND)两个电压信号，使致动电动机全速运转，使得传感器106朝向设定的2000靠近，此种方式，电动机的运动较快。亦可互换施加于该电动机的直流电压的两端，使该致动电动机正向或是反向转动。

在另一实施例中，将感测数据值介于第一界限值(例如，200)至第三界限值(例如，1970)或是介于第四界限值(例如，2030)至第二界限值(例如，3900)处设定为第二区间。当该第一传感器的感测数据值(SD1)或第二传感器的感测数据值(SD2)位于第二区间时，该感测信号取样电路的取样频率亦介于150至500Hz之间，该第二区间的区间标定参数定义为2。此时依据该区间标定参数2调整该电动机的转速，施加脉冲宽度调变(PWM)电压于该电动机，例如采用比例(Proportional)参数调节法以调整该电动机的转速，减缓调整速度，以提高调整精度。

具体而言，当以脉冲宽度调变(PWM)方式控制马达，在马达的一端为接地(GND)，另一端施加一个方波信号，其均分比(Duty Cycle)可为1∶1、频率可为500Hz。此种情况下，马达不能全速运转，速度会降低，与方波信号的均分比有关，高准位占用的部份越大，则马达运转越快。本发明使用的脉冲宽度调变(PWM)方式的目的用于降低马达调整速度，从而提高马达调整精度。比例参数调节法，用于调配需要给马达多少脉冲数量。在一实施例中，依据当区间标定参数为2，当SD1为1000，感测数据值与设定的感测标准值的差值为Δ＝2000-1000＝1000。需要给马达的脉冲个数＝1000/4.5。其中的4.5即为比例参数，以确定控制单元需要给传感器的脉冲个数，使马达朝向2000趋近。

在另一实施例中，将感测数据值介于第三界限值(例如，1970)至第四界限值(例如，2030)处设定为第三区间。当该第一传感器的感测数据值(SD1)或第二传感器的感测数据值(SD2)位于第三区间时，该感测信号取样电路的取样频率介于500至1100Hz之间，该第三区间的区间标定参数定义为3。此时依据该区间标定参数3调整该电动机的转速，施加脉冲宽度调变(PWM)电压于该电动机，利用比例/积分/微分(PID)参数调节方式来调整该电动机的转速，以提高调整精度。特定而言，使用脉冲宽度调变(PWM)方式控制马达，以比例/积分/微分(PID)参数调节法，有效减缓马达的调整速度，更能提高精度。

本发明的水平仪及其调整方法，可以大幅节省整体的制造成本以及提高调整精度。在调整过程中，收集传感器数据，判断传感器平面位置所在区间，并且使用不同的方式调整马达的转速。此外，使用的马达为伺服直流电机，其价格比空心杯或步进电动机的成本低许多，亦能加快调整速度。

虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定者为准。

Claims

1. 一种电动机调整方法，其特征在于，所述方法用于调整雷射装置的水平位置，至少包含下列步骤：

2. 如权利要求1所述的电动机调整方法，其特征在于，所述控制信号是根据所述感测数据值与所述感测标准值的差值运算而得。

3. 如权利要求1所述的电动机调整方法，其特征在于，还包含位于所述步骤(A)之前的以下步骤：进行初始化设定，并且选定区间初始值，以依据所述区间初始值进行取样。

4. 如权利要求1所述的电动机调整方法，其特征在于，所述感测信号至少包含第一感测信号以及第二感测信号，分别对应于所述雷射装置的第一水平位置以及第二水平位置，通过所述第一感测信号以及所述第二感测信号来形成感测平面。

5. 如权利要求1所述的电动机调整方法，其特征在于，所述步骤(C)包括：当所述传感器的感测数据值小于第一界限值或是大于第二界限值时，则判断所述传感器位于第一区间，当所述传感器的感测数据值为介于第一界限值与第三界限值之间、或者介于第四界限值与第二界限值之间，则判断所述传感器位于第二区间，且当所述传感器位于所述第三界限值与所述第四界限值之间时，则判断所述传感器位于第三区间，其中这些界限值由小到大依次为：第一界限值、第三界限值、第四界限值、第二界限值。

6. 如权利要求4所述的电动机调整方法，其特征在于，在所述步骤(D)中，依据所述传感器所在的区间调整所述电动机的驱动参数的步骤后，还包括重复对来自所述传感器的感测信号进行取样，并且重新计算所述取样数据，以更新所述感测数据值，并判断所述传感器是否在对应感测标准值的水平位置。

7. 如权利要求6所述的电动机调整方法，其特征在于，当判断所述传感器不在对应所述感测标准值的水平位置时，依据所述传感器所在的区间继续调整所述电动机的驱动参数，且当判断所述传感器在对应所述感测标准值的水平位置时，结束调整。

8. 一种具有电动机调整装置的系统，其特征在于，所述系统至少包含：

雷射装置，用以发射光束；

水平调整装置，连接于所述雷射装置，包括：

9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括区间判断模块，用于根据所述感测数据值判断所述传感器所在的区间，并形成对应的区间标定参数。

10. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述水平调整装置至少包含第一传感器以及第二传感器，用于分别感测所述雷射装置的第一水平位置以及第二水平位置，并输出第一感测信号以及第二感测信号来形成感测平面。

11. 如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述区间判断模块包括：

第一区间判断模块，用于所述传感器的感测数据值小于第一界限值或是大于第二界限值时，则判断所述传感器位于第一区间，

第二区间判断模块，用于所述传感器的感测数据值为介于第一界限值与第三界限值之间、或者介于第四界限值与第二界限值之间时，则判断所述传感器位于第二区间，以及

第三区间判断模块，用于所述传感器位于所述第三界限值与所述第四界限值之间时，则判断所述传感器位于第三区间，

其中这些界限值由小到大依次为：第一界限值、第三界限值、第四界限值、第二界限值。

12. 如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述水平调整装置更包含设置所述传感器的水平工作台，所述致动电动机用以驱动所述水平工作台，以调整所述传感器的水平位置。