CN110530573A - 双回授旋转编码器偏心校正装置 - Google Patents

双回授旋转编码器偏心校正装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双回授旋转编码器偏心校正装置，包括伺服驱动器、第一旋转编码器以及第二旋转编码器。伺服驱动器根据伺服速度命令将伺服速度命令转换为电流控制命令以控制马达的运转轴心转动，马达的运转轴心转动时带动传动机构，传动机构带动机械主轴转动。第一旋转编码器与马达电性连接，量测马达的运转轴心的转速后产生第一旋转编码器速度回授，并将第一旋转编码器速度回授传送至伺服驱动器。第二旋转编码器与机械主轴电性连接，量测机械主轴的运转轴心的转速后产生第二旋转编码器速度回授，并将第二旋转编码器速度回授传送至伺服驱动器。

Description

双回授旋转编码器偏心校正装置
技术领域
本发明是有关于一种旋转编码器偏心校正之装置，且尤其是有关于一种透过两个以上的旋转编码器进行双回授的偏心校正。
背景技术
在机械主轴应用中，如工具机的车床主轴或机器人机械主轴等，由于主轴有准确定位的需求，因此现有技术会在主轴侧安装编码器以避免皮带传动结构的机械误差造成定位精度降低，然而主轴侧的编码器若于安装上有偏心问题，反而会导致主轴定位失准。因此，多数供货商通常透过严格的安装规范来限制在现场安装时所造成的实体偏心误差或使用传统的校正模块，但这些方法不仅会增加多道验证程序，让安装工具机的车床主轴或机器人机械主轴时耗费许多时间，大幅减少产品使用的友善性，也使得校正偏心误差所需要的时间以及金钱成本上升。
因此，本发明针对上述现有技术的缺失提出一种针对机械主轴进行快速偏心校正的装置。
先前技术段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在先前技术段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中具有通常知识者所知道的习知技术。在先前技术段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中具有通常知识者所知晓或认知。
发明内容
根据现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种双回授旋转编码器偏心校正装置，能够节省安装机械主轴的时间。
本发明的另一目的是提供一种双回授旋转编码器偏心校正装置，能够让马达有较好的运转质量。
为达上述一部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种双回授旋转编码器偏心校正装置，包括伺服驱动器、第一旋转编码器与第二旋转编码器，伺服驱动器根据一伺服速度命令将该伺服速度命令转换为电流控制命令以控制马达的运转轴心转动，马达的运转轴心转动时带动传动机构，并透过该传动机构带动机械主轴转动；第一旋转编码器与马达电性连接，并量测马达的运转轴心的转速后产生第一旋转编码器速度回授，且将第一旋转编码器速度回授传送至伺服驱动器；第二旋转编码器与机械主轴电性连接，并量测机械主轴的运转轴心的转速后产生第二旋转编码器速度回授，且将第二旋转编码器速度回授传送至伺服驱动器。
在一实施例中，伺服驱动器包括减法器，伺服驱动器接收第一旋转编码器速度回授以及第二旋转编码器速度回授，并透过减法器将第一旋转编码器速度回授以及第二旋转编码器速度回授相减产生速度回授误差，且速度回授误差的误差模型为一弦波。
在一实施例中，伺服驱动器根据速度回授误差计算位置偏心误差，并将位置偏心误差作为校正表以进行偏心自我校正。
在一实施例中，伺服驱动器更包括积分器，积分器根据速度回授误差积分而产生对应的位置偏心误差。
在一实施例中，伺服驱动器更包括锁相放大器，且锁相放大器根据位置偏心误差计算位置偏心误差的振幅以及相位。
在一实施例中，振幅及相位可为弦波值。
在一实施例中，伺服驱动器更包括位置偏心误差数据储存装置，伺服驱动器将位置偏心误差储存于位置偏心误差数据储存装置中形成校正表。
在一实施例中，校正表包括位置偏心误差的振幅以及相位。
在一实施例中，伺服驱动器可为驱控一体装置。
在一实施例中，第一旋转编码器以及第二旋转编码器可为磁性、光学或电磁诱导旋转编码器，以及第二旋转编码器包含被感测件以及感测件，被感测件位于机械主轴并电性连接感测件。
在一实施例中，传动机构可为皮带组、减速机、齿轮或连轴器。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例中，在不需要装设额外的位置传感器或是外部精度量测设备等等校正设备下，藉由双回授旋转编码器偏心校正装置接收速度回授并且经过运算后，能够预测偏心误差，并根据此偏心误差生成回授补偿，此回授补偿会让伺服驱动器产生下一时间的控制命令，且不带有偏心误差，并藉此固定精度误差，能够实时提升马达运转时的精度表现，让马达有较好的运转质量。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明所揭露的技术，表示本发明所提供之双回授旋转编码器偏心校正装置；以及
图2是根据图1的实施例，表示本发明所提供之双回授旋转编码器偏心校正装置之伺服驱动器的示意图
1 双回授旋转编码器偏心校正装置
10 伺服驱动器
101 减法器
102 积分器
103 锁相放大器
104 位置偏心误差数据储存装置
1041 校正表
11 马达
111 马达的运转轴心
12 第一旋转编码器
13 传动机构
14 机械主轴
15 第二旋转编码器
151 被感测件
152 感测件
A-ECCDerror 位置偏心误差的振幅
ECCDerror 位置偏心误差
P-ECCDerror 位置偏心误差的相位
ICMD 电流控制命令
VCMD 伺服速度命令
Verror 速度回收误差
VIBD1 第一旋转编码器速度回授
VIBD2 第二旋转编码器速度回授
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下图式所列举之实施例仅为辅助说明本发明所使用的技术手段与功效，但本发明之技术手段并不限于所列举图式。此外，以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
请参考图1，图1是本发明一实施例所提出的一种双回授旋转编码器偏心校正装置，适于安装于现有加工机台上，双回授旋转编码器偏心校正装置1包括伺服驱动器10、马达11、第一旋转编码器12、传动机构13、机械主轴14以及第二旋转编码器15，伺服驱动器10、马达11、第一旋转编码器12、传动机构13、机械主轴14以及第二旋转编码器15彼此电性连接，其中电性连接的方式例如可为有线或无线连接。值得注意的是，本实施例中的双回授旋转编码器偏心校正装置1可以包含2个以上之旋转编码器，在此以2个旋转编码器为例，但不限于此。
请继续参考图1，双回授旋转编码器偏心校正装置1中的伺服驱动器10可根据伺服速度命令VCMD，并将伺服速度命令VCMD转化为电流控制命令ICMD以控制马达11的运转轴心111转动，马达11透过运转轴心111带动传动机构13，并透过传动机构13带动机械主轴14进行转动，其中伺服速度命令VCMD例如是由外部控制器所发出，外部控制器为习知的控制组件如计算机、芯片组等，本发明对此不加以限制。伺服驱动器10可为驱控一体装置，但不限于此，伺服驱动器10可根据用户预设的转速而产生伺服速度命令VCMD。另外，机械主轴14依据应用领域之不同可以是车床的皮带组、机器人的减速机、齿轮或其他应用的连轴器等，本发明对此不加以限制。
第一旋转编码器12与马达11电性连接，第一旋转编码器12量测马达11的运转轴心111的转速后产生第一旋转编码器速度回授VIBD1，并将第一旋转编码器速度回授VIBD1传至伺服驱动器10，第二旋转编码器15与机械主轴14电性连接，第二旋转编码器15量测机械主轴14的运转轴心(未绘示于图1)后产生第二旋转编码器速度回授VIBD2，并将第二旋转编码器速度回授VIBD2传至伺服驱动器10。本实施例中，第一旋转编码器12以及该第二旋转编码器15可为磁性、光学或电磁诱导旋转编码器等，且第二旋转编码器15还包含被感测件151以及感测件152，被感测件151位于该机械主轴14并电性连接感测件152，本发明对此并不加以限制。
此外，伺服驱动器10接收第一旋转编码器速度回授VIBD1以及第二旋转编码器速度回授VIBD2，并根据第一旋转编码器速度回授VIBD1以及第二旋转编码器速度回授VIBD2相减产生速度回授误差Verror，其中速度回授误差Verror的误差模型为弦波，例如是正弦波。伺服驱动器10根据速度回授误差Verror计算位置偏心误差ECCDerror，并将位置偏心误差ECCDerror作为校正表以供伺服驱动器10根据校正表进行第二旋转编码器15对机械主轴14的运转轴心进行偏心校正，以调整机械主轴14的偏心误差，并且将校正表储存于伺服驱动器10中，也可以将校正表储存于第二旋转编码器15中以供第二旋转编码器15进行自我校正。如此一来，相较于现有的单一编码器配置，本发明的双回授旋转编码器偏心校正装置可有效解决因传动机构造成的定位误差与背隙问题，进而提升安装本发明双回授旋转编码器偏心校正装置的加工机台的定位精准度与平顺度，也能够透过检测位置偏心误差判断传动机构是否损坏，以提高加工效能。
请参考图2，图2是根据图1的实施例，表示本发明所提供之双回授旋转编码器偏心校正装置1中的伺服驱动器10之系统架构图。伺服驱动器10还包括减法器101、积分器102、锁相放大器103以及位置偏心误差数据储存装置104，减法器101、积分器102、锁相放大器103以及位置偏心误差数据储存装置104彼此电性连接且都以线性方式进行运算。本实施例中，积分器102以及锁相放大器103的组件顺序也可以对调，本发明对此并不加以限制。伺服驱动器10接收第一旋转编码器速度回授VIBD1以及第二旋转编码器速度回授VIBD2后，由减法器101第一旋转编码器速度回授VIBD1以及第二旋转编码器速度回授VIBD2相减以产生速度回授误差Verror并传送至积分器102。积分器102根据速度回授误差Verror进行积分运算以产生对应的位置偏心误差ECCDerror，并传送至锁相放大器103。锁相放大器103根据位置偏心误差ECCDerror计算位置偏心误差ECCDerror的振幅A-ECCDerror以及相位P-ECCDerror，其中振幅A-ECCDerror以及相位P-ECCDerror例如为弦波值，弦波值可为正弦值或余弦值。位置偏心误差数据储存装置104可储存位置偏心误差ECCDerror之振幅A-ECCDerror以及相位P-ECCDerror的数值，并将位置偏心误差ECCDerror之振幅A-ECCDerror以及相位P-ECCDerror的数值制作成校正表1041储存于位置偏心误差数据储存装置104中，以供第二旋转编码器15进行偏心自我校正。
本发明中，仅需第一旋转编码器速度回授VIBD1以及第二旋转编码器速度回授VIBD2的讯号相减即可得到速度回授误差Verror，并对于速度回授误差Verror的讯号进行积分以锁相后，即可得知位置偏心误差ECCDerror之振幅以及相位的数值，校正表1041示例如下表一，并将校正表1041储存于该伺服驱动器10的心误差数据储存装置104中，以供伺服驱动器10根据校正表1041进行偏心误差校正。
表一 校正表1041
上述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (11)

1.一种双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，包括：
一伺服驱动器，根据一伺服速度命令将该伺服速度命令转换为一电流控制命令以控制一马达的运转轴心转动，该马达的运转轴心转动时带动一传动机构，并透过该传动机构带动一机械主轴转动；
一第一旋转编码器，与该马达电性连接，该第一旋转编码器量测该马达的运转轴心的转速后产生一第一旋转编码器速度回授，并将该第一旋转编码器速度回授传送至该伺服驱动器；以及
一第二旋转编码器，与该机械主轴电性连接，该第二旋转编码器量测该机械主轴的运转轴心的转速后产生一第二旋转编码器速度回授，并将该第二旋转编码器速度回授传送至该伺服驱动器。
2.根据权利要求1所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该伺服驱动器还包括一减法器，该伺服驱动器接收该第一旋转编码器速度回授以及该第二旋转编码器速度回授，并透过该减法器将该第一旋转编码器速度回授以及该第二旋转编码器速度回授相减产生一速度回授误差，且该速度回授误差的误差模型为一弦波。
3.根据权利要求2所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该伺服驱动器根据该速度回授误差计算一位置偏心误差，并将该位置偏心误差作为一校正表以进行偏心自我校正。
4.根据权利要求3所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该伺服驱动器更包括一积分器，该积分器根据该速度回授误差积分而产生对应的该位置偏心误差。
5.根据权利要求3所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该伺服驱动器更包括一锁相放大器，且该锁相放大器根据该位置偏心误差计算该位置偏心误差的一振幅以及一相位。
6.根据权利要求5所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该振幅以及该相位可为弦波值。
7.根据权利要求3所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该伺服驱动器更包括一位置偏心误差数据储存装置，且该伺服驱动器将该位置偏心误差储存于该位置偏心误差数据储存装置中形成一校正表。
8.根据权利要求7所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该校正表包括该位置偏心误差的该振幅以及该相位。
9.根据权利要求1所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该伺服驱动器可为一驱控一体装置。
10.根据权利要求1所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该第一旋转编码器以及该第二旋转编码器可为磁性、光学或电磁诱导旋转编码器，以及该第二旋转编码器包含一被感测件以及一感测件，该被感测件位于该机械主轴并电性连接该感测件。
11.根据权利要求1所述的双回授旋转编码器偏心校正装置，其特征在于，其中该传动机构可为皮带组、减速机、齿轮或连轴器。
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