CN220171438U - 螺杆驱动装置与半自动化加工机台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用以控制一螺杆之螺杆驱动装置，包含：一磁编码器，用以磁性感应方式侦测螺杆之转动角度，并输出一转动角度讯号；一驱动控制器，包含：一螺杆控制模块，用以将一目标移动距离转换成一目标旋转角度，同时将转动角度讯号转换成实际旋转角度；一调控模块，包含一PID模块及一FOC模块；其中，PID模块将目标旋转角度与螺杆之测得旋转角度进行比较，并产生一调整讯号；FOC模块根据调整讯号产生一马达控制讯号；及一马达控制模块，依据马达控制讯号控制一马达带动螺杆产生转动。本实用新型更提供一种包含此装置之半自动化加工机台。

Description

螺杆驱动装置与半自动化加工机台

技术领域

本实用新型系有关一种驱动装置，特别是有关于一种螺杆驱动装置及包含此螺杆驱动装置之半自动化加工机台。可降低半自动化加工机台之制作成本，并维持高效率与高精度的螺杆驱动装置与半自动化加工机台。

背景技术

传统车床加工机是一种专门用于加工金属材料的工具机，其主要由床身、主轴、工具架、进给机构等部分组成。传统车床加工机可以加工出各种形状的金属零件，例如螺纹、凸轮等，并且可以进行精度高、表面光滑、尺寸稳定等加工制程。

然而，传统车床加工机也有其缺点。首先，操作起来比较繁琐，需要熟练的技术和经验才能掌握。其次，加工过程中需要人工进行设置和调整，效率较低。此外，车床加工机的加工精度受到机器本身的限制，难以达到极高的加工精度。

随着科技的发展，越来越多的新型加工设备和技术逐渐出现，取代一些传统的加工方法。

计算机数值控制(Computer Numerical Control(CNC))机械加工机，是一种采用计算机程序控制技术的自动化加工机台，可以自动精确地执行加工程序，提高生产效率和加工精度。CNC车床加工机可以实现自动化生产，缩短生产周期。然而，CNC车床加工机的成本很高，需要大量的资金投入。此外，CNC车床加工机需要特定技术人员来操作和维护，并且技术人员需要较长的学习时间以充分掌握其使用和操作方法。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种螺杆驱动装置与半自动化加工机台，本实用新型所要解决的技术问题是：如何降低半自动化加工机台之制作成本，并维持半自动化加工机台的高效率与高精度。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种螺杆驱动装置，用以控制一螺杆，包含：一磁编码器，设置于螺杆旁，用以磁性感应方式侦测螺杆之转动角度，并输出一转动角度讯号；一驱动控制器，包含：一螺杆控制模块，用以接收一目标移动距离，并转换成一目标旋转角度，同时接收且译码转动角度讯号，得到螺杆之实际旋转角度；一调控模块，包含一PID模块、一FOC模块；其中，PID模块将目标旋转角度与螺杆之实际旋转角度进行比较，产生一角度差值，利用比例-积分-微分法进行计算，产生一调整讯号并传送至FOC模块；FOC模块根据调整讯号产生一马达控制讯号；及一马达控制模块，根据马达控制讯号产生一驱动电压；以及一马达，依据驱动电压进行运转，并带动螺杆产生转动。

在上述的螺杆驱动装置中，所述磁编码器包含一永久磁铁及一磁传感器；永久磁铁安装在螺杆之一端点，并与螺杆同时转动；磁传感器与永久磁铁相邻设置，用以磁性感应方式侦测永久磁铁之转动角度，进而侦测螺杆之转动角度。

在上述的螺杆驱动装置中，所述螺杆控制模块包含一译码器及一运算单元；译码器用以将转动角度讯号进行译码，以获得螺杆之实际旋转角度，运算单元用以将目标移动距离，转换成目标旋转角度。

在上述的螺杆驱动装置中，所述马达更包含一转轴及一齿轮；转轴由马达中心向外延伸；齿轮设置于转轴上并连接至所述螺杆；所述马达转动之动力，透过转轴及齿轮，传递至螺杆。

在上述的螺杆驱动装置中，所述驱动控制器更包含一人机接口，用以输入目标移动距离。

一种半自动化加工机台，包含:一加工机，包含一工件夹具及一刀具操作机构；其中，工件夹具用以夹持一工件，刀具操作机构包含一螺杆、一云台及一加工刀具；螺杆贯穿云台，并藉由正向转动或反向转动，控制云台沿着螺杆贯穿之方向左右移动；云台上设置加工刀具，用以对工件进行加工；以及一螺杆驱动装置，包含一第一磁编码器，设置于螺杆旁，用以磁性感应方式侦测螺杆之转动角度，并输出一第一转动角度讯号；一驱动控制器，包含：一螺杆控制模块，用以接收一第一目标移动距离，并转换成一第一目标旋转角度，同时接收且译码第一转动角度讯号，得到螺杆之实际旋转角度；一调控模块，包含一PID模块、一FOC模块；其中，PID模块将第一目标旋转角度与螺杆之实际旋转角度进行比较，产生一第一角度差值，利用比例-积分-微分法进行计算，产生一第一调整讯号并传送至FOC模块；FOC模块根据第一调整讯号产生一第一马达控制讯号；及一马达控制模块，根据第一马达控制讯号产生一第一驱动电压；以及一第一马达，依据第一驱动电压进行运转，并带动螺杆产生转动。

在上述的半自动化加工机台中，半自动化加工机台，更包含一第二马达，用以控制云台之一心轴的转动；第二马达可透过正向转动或反向转动，使云台在心轴之延伸方向上移动；以及一第二磁编码器，用以磁性感应方式侦测云台之心轴的转动角度，并输出一第二转动角度讯号；驱动控制器更包含一云台控制模块，用以接收一第二目标移动距离，并转换成一第二目标旋转角度，同时接收且译码第二转动角度讯号，得到云台之心轴的实际旋转角度；PID模块将第二目标旋转角度与云台之心轴之实际旋转角度进行比较，产生一第二角度差值，利用比例-积分-微分法进行计算，产生一第二调整讯号并传送至FOC模块；FOC模块根据第二调整讯号产生一第二马达控制讯号；马达控制模块根据第二马达控制讯号产生一第二驱动电压，用以驱动第二马达运转。

在上述的半自动化加工机台中，所述第一磁编码器包含一第一永久磁铁及一第一磁传感器；第一永久磁铁安装在螺杆之一端点，并与螺杆同时转动；第一磁传感器与第一永久磁铁相邻设置，用以磁性感应方式侦测第一永久磁铁之转动角度，进而侦测螺杆之转动角度。

在上述的半自动化加工机台中，所述第二磁编码器包含一第二永久磁铁及一第二磁传感器；第二永久磁铁安装在云台之心轴之一端点，并与云台之心轴同时转动；第二磁传感器与第二永久磁铁相邻设置，用以磁性感应方式侦测第二永久磁铁之转动角度，进而侦测云台之心轴的转动角度。

在上述的半自动化加工机台中，所述驱动控制器更包含一人机接口，用以输入第一目标移动距离及第二目标移动距离。

在上述的半自动化加工机台中，更包含一齿轮组，设置于加工机中，用以透过第一马达之动力，带动螺杆及工件夹具，以调整云台与欲加工之工件之间的相对位置，并可藉由不同设定之齿轮比，调整螺杆与工件夹具之转动速度。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本方案可降低半自动化加工机台之制作成本，并维持高效率与高精度的螺杆驱动装置与半自动化加工机台。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例之螺杆驱动装置之示意图；

图2是本实用新型第一实施例之螺杆驱动装置之操作方法流程图；

图3是本实用新型第二实施例之半自动化加工机台之示意图；以及

图4是本实用新型第二实施例之半自动化加工机台之操作方法流程图。

图中，实施例一标号：10、磁编码器；100、螺杆驱动装置；11、永久磁铁；12、磁传感器；20、驱动控制器；21、螺杆控制模块；22、调控模块；23、马达控制模块；24、人机界面；25、译码器；26、运算单元；27、回馈控制模块；28、磁场导向控制模块；30、马达；31、转轴；32、齿轮；40、螺杆；41、云台；42、加工刀具；50、工件；60、电源供应器；

实施例二标号：200、半自动化加工机台；201、加工机；202、螺杆驱动装置；203、工件夹具；204、刀具操作机构；210、第一磁编码器；211、第一永久磁铁；212、第一磁传感器；215、第二磁编码器；216、第二永久磁铁；217、第二磁传感器；220、驱动控制器；221、螺杆控制模块；222、调控模块；223、马达控制模块；224、人机界面；225、译码器；226、运算单元；227、回馈控制模块；228、磁场导向控制模块；230、第一马达；231、第二马达；240、螺杆；241、云台；242、加工刀具；243、心轴；244、齿轮组；250、工件；260、电源供应器；271、云台控制模块；275、译码器；276、运算单元。

具体实施方式

为使所属技术领域具有通常知识者进一步了解本创作的技术特征、内容与优点及其所能达成之功效，以下兹配合图式，以适当实施例之表达形式详细说明本创作的内容，其主旨仅为示意及辅助说明之用，非局限本创作于实际实施上的权利范围。

第一实施例

请参见图1，为本创作第一实施例之螺杆驱动装置100之示意图。如图1所示，螺杆驱动装置100包含一磁编码器10、一驱动控制器20及一马达30；螺杆驱动装置100用以驱动一螺杆40。其中，驱动控制器20包含一螺杆控制模块21、一调控模块22及一马达控制模块23；其中，调控模块22包含一回馈控制模块27(PID模块)及一磁场导向控制模块28(FOC模块)。螺杆驱动装置100系利用磁编码器10实时侦测螺杆40之旋转角度，藉由螺杆控制模块21以直接控制螺杆40的方式，透过驱动控制器20之调控模块22进行运算处理，转换成马达30之操作电压，间接驱动马达30进行转动。例如，在一个车床加工机台中，螺杆驱动装置100可用于控制刀具的运动轨迹，旋转速度和位置等，以提高加工精度和效率。驱动控制器20可电性连接至一电源供应器60。

其中，磁编码器10系设置于邻近螺杆40之一侧，磁编码器10包含一永久磁铁11及一磁传感器12。永久磁铁11设置于螺杆40之一端点，例如是贴附于螺杆40之末端，且会随着螺杆40同时转动；磁传感器12安装在永久磁铁11之磁场范围内的位置上，以磁性感应方式侦测永久磁铁11之转动角度，进而获得螺杆40之实时转动角度。藉由侦测磁场变化得到螺杆40之旋转角度信息，并且将螺杆40之旋转角度信息编码成电性讯号，即一转动角度讯号(包含螺杆40实际旋转角度)。

驱动控制器20更包含一人机接口24，而螺杆控制模块21包含一运算单元26。其中，人机接口24用以接收外部输入之一目标移动距离，例如是螺杆40旋转产生之移动距离。运算单元26用以将所述目标移动距离换算成螺杆40所需的旋转角度，亦即，换算成一目标旋转角度。

复参见图1，本实施例中，螺杆40上更包含一云台41，螺杆40贯穿云台41，并透过螺杆40轴心外部之螺纹结构与云台41内部之螺纹结构相互咬合，因此，当螺杆40轴心固定而正向转动或反向转动时，云台41会在螺杆40上左右移动。由于螺杆40乃是原地转动并使云台41移动，因此，前述目标移动距离亦可称为云台41之预定移动距离。在本创作之第一实施例中，云台41上方可装设一加工刀具42，用以对欲加工之工件50进行加工。螺杆驱动装置100之马达30向外延伸设有一转轴31(亦即，转轴31由马达30中心向外延伸)，转轴31前端装设有一齿轮32，并透过齿轮32与螺杆40外部之螺纹啮合，藉以带动螺杆40转动，使云台41在螺杆40上左右移动。当欲加工之工件50安装在一预定位置，本创作藉由自动化控制及监测螺杆40之转动，可以实现加工机台半自动化的目的。

目标移动距离换算成目标旋转角度之计算方式，说明如下：螺杆40之牙距，即为螺杆40转一圈移动距离。例如螺杆40之牙距为4毫米，当螺杆40转动一圈(2πrad＝360°)，则云台41之移动距离即为4毫米，由此例可知，若目标移动距离为4毫米，则目标旋转角度即为2πrad(＝6.28rad＝360°)，又若目标移动距离为1毫米，则目标旋转角度即为π/2rad(＝1.57rad＝90°)，因此，可于螺杆控制模块21之运算单元26中建立一公式为目标移动距离(毫米)*1.57rad＝目标旋转角度，而使云台41之目标移动距离换算成螺杆40之目标旋转角度。

螺杆控制模块21更包含一译码器25，用以将接收自磁编码器10的电性讯号(转动角度讯号)，进行译码，得到实际旋转角度。

调控模块22用以调节输出至马达30的电压大小，以调整马达30的转速。调控模块22包含一回馈控制模块27(PID模块)，即利用比例-积分-微分(Proportional IntegralDerivative，PID)方法进行回馈控制的模块，及一磁场导向控制模块28(FOC模块)，即利用磁场导向控制方法(Field-Oriented Control，FOC)而可以独立控制马达的磁场及转矩的控制模块。

螺杆控制模块21可以将目标旋转角度及实际旋转角度传送至调控模块22内之回馈控制模块27(Proportional Integral Derivative，PID)，回馈控制模块27(PID模块)可以根据目标数值(目标旋转角度)和实际数值(实际旋转角度)之间的差异，产生一角度差值，并进行比例积分微分计算出调整讯号，达到稳定控制马达30速度的目的。在本实施例中，PID模块27可以将计算出来的调整讯号传送至FOC模块28，再通过马达控制模块23对马达30进行控制，以实现精确的螺杆40控制。马达30转动可以带动螺杆40达到目标旋转角度，并使云台41达到目标移动距离。PID模块27例如是包括三个控制参数：比例增益Kp、积分时间Ti和微分时间Td，可以根据实际控制需求进行调整，以调整螺杆驱动装置100的反应速度和稳定性等方面的性能。

FOC模块28接收来自于PID模块27之调整讯号，并利用磁场导向控制算法计算马达30所需的转矩与磁通量，产生一马达控制讯号，以传送至马达控制模块23。其中，所述马达控制讯号例如是包含一脉波宽度调变(Pulse-width modulation，PWM)讯号。进一步地，在另一实施例中，FOC模块28可利用螺杆40的旋转速度计算出一参考用马达实际转速，并将此参考用马达实际转速加入FOC控制方法之计算过程，进而产生一马达控制讯号。

马达控制模块23例如是一逆变器，用以接收FOC模块28产生之马达控制讯号，并转换为一驱动电压，以驱动马达30转动。在本实施例中，马达30例如是一直流无刷马达。直流无刷马达具有以下优点：换向时不易产生电弧及金属屑、电气噪声少、可靠度高、寿命长、价格便宜、维修容易且维修费较低之优点等。在其他实施例中，亦可以采用其他形式的直流马达。本创作之螺杆驱动装置100，在本实施例中系应用至一半自动化车床加工机台，但是在其他实施例中，亦可以应用至其他装置，例如是铣床、车铣复合机、钻床、钻铣复合机、锯床、精密磨床及金属成型机等。

请参见图2，为本创作第一实施例之螺杆驱动装置100之操作方法流程图，本创作之螺杆驱动装置100的操作方法包含以下步骤。首先，在步骤S101中，输入一目标移动距离(即云台41之目标移动距离)；在步骤S102中，利用驱动控制器20内的螺杆控制模块21将目标移动距离换算成螺杆40之目标旋转角度；在步骤S103中，利用磁编码器10测得螺杆40之实际旋转角度；在步骤S104中，利用PID模块27将实际旋转角度与目标旋转角度进行比较，产生一角度差值，并透过比例积分微分计算，输出一调整讯号；在步骤S105中，利用FOC模块28依据所述调整讯号进行计算并输出一马达控制讯号至马达控制模块23，再透过马达控制模块23输出一驱动电压以驱动马达30产生转动，进而带动螺杆40旋转；在步骤S106中，判断螺杆驱动装置100是否达到默认之目标移动距离；若判断结果为是，进行步骤S107，表示螺杆40上的云台41及加工刀具42已移动到该预定位置，可以对欲加工之工件50进行加工动作；若判断结果为否，则回到步骤S103，并重复进行步骤S103至步骤S105，直到步骤S106判断螺杆驱动装置100已达到默认之目标移动距离为止。

更详细地说，磁编码器10藉由每次侦测到的螺杆40实际旋转角度(即步骤S103)，输出一转动角度讯号，而PID模块27持续对每次之转动角度讯号与目标旋转角度进行比较，产生角度差值，并进行比例积分微分计算以逐步计算出螺杆40之每一次的旋转角度，再将此计算结果转换成调整讯号(即步骤S104)，所述调整讯号传送至调控模块22之FOC模块28产生一马达控制讯号以驱动马达30转动并带动螺杆40旋转，使云台41逐渐接近预定之目标移动距离(即步骤S105)。本创作之螺杆驱动装置系利用磁编码器10多次侦测螺杆40之实际旋转角度并控制螺杆40转动而达成移动至目标移动距离之目的。

本创作之螺杆驱动装置100以磁编码器10取代昂贵之光编码器，虽然光编码器为较精准的编码器，但是其精度容易受到灰尘、污垢或油污等外在因素影响，也容易受到震动和极端温度而造成损害等问题；此外，本创作之螺杆驱动装置100之整体体积亦不若全自动化计算机数据控制(CNC)加工机台如此庞大，因此，本创作之螺杆驱动装置100具有制作成本低、维修费用低及维修容易等特点。

第二实施例

请参见图3，为本创作第二实施例之半自动化加工机台200之示意图。第二实施例之半自动化加工机台200包含一加工机201及一螺杆驱动装置202；其中加工机201包含一工件夹具203及一刀具操作机构204。根据本创作之半自动化加工机台200，螺杆驱动装置202用以感测刀具操作机构204之转动角度及位置，并且将感测到的实际转动信息与刀具操作机构204之一默认目标移动距离进行比较，自动地调整刀具操作机构204之移动距离，实现加工机台200半自动化操作之目的。

加工机201之刀具操作机构204包含一螺杆240、一云台241及一加工刀具242。螺杆240贯穿云台241，并透过螺杆240轴心外部之螺纹结构与云台241内部之螺纹结构相互咬合，因此，当螺杆240轴心固定而正向转动或反向转动时，云台241会在螺杆240上左右移动(平行于螺杆240轴心之方向移动，即Y轴方向移动)。加工刀具242设置于云台241上方，用以对欲加工之工件250进行加工。

螺杆驱动装置202包含一第一磁编码器210、一第二磁编码器215、一驱动控制器220、一第一马达230及一第二马达231。在本实施例中，半自动化加工机台200更包含一齿轮组244，用以调整螺杆240之转速。在本创作第二实施例中，齿轮组244可将第一马达230的动力传递至螺杆240而使其转动，且可透过不同设定的齿轮比，使螺杆240产生不同的转动速度。在另一实施例中，齿轮组244，更可以透过不同设定的齿轮比，进一步调整工件夹具203之位置。

螺杆驱动装置202之驱动控制器220包含一螺杆控制模块221、一云台控制模块271、一调控模块222及一马达控制模块223；其中，调控模块222包含一回馈控制模块227(即PID模块)及一磁场导向控制模块228(即FOC模块)。进一步地，驱动控制器220更包含一人机接口224。

其中，第一磁编码器210系设置于邻近螺杆240之一侧，且包含一第一永久磁铁211及一第一磁传感器212。第一永久磁铁211设置于螺杆240之末端，例如是贴附于螺杆240之末端，且会随着螺杆240同时转动。第一磁传感器212安装在第一永久磁铁211之磁场范围内的位置上，以磁性感应方式侦测第一永久磁铁211之转动角度，进而获得螺杆240之转动角度。第一磁编码器210系藉由侦测磁场变化得到螺杆240之旋转角度信息，并且将螺杆240之旋转角度信息编码成一第一电性讯号，即第一转动角度讯号(包含螺杆240实际旋转角度)。

刀具操作机构204之云台241内部更包含一心轴243，所述心轴243与螺杆240轴心之方向垂直，且连接至第二马达231，亦即，透过第二马达231的动力，带动心轴243正向或反向转动，并使云台241在心轴243之轴向上产生移动(垂直于螺杆240轴心之方向移动，即X轴方向移动)。

第二磁编码器215系设置于邻近云台241之心轴243，且包含一第二永久磁铁216及一第二磁传感器217。第二永久磁铁216设置于云台241之心轴243的一端点，例如是心轴243之末端，当第二马达231驱动心轴243旋转时，会同时带动第二永久磁铁216转动。第二磁传感器217安装在第二永久磁铁216之磁场范围内的位置上，以磁性感应方式侦测第二永久磁铁216之转动角度，进而获得心轴243之转动角度。第二磁编码器215系藉由侦测磁场变化得到心轴243之旋转角度信息，并且将心轴243之旋转角度信息编码成一第二电性讯号，即第二转动角度讯号(包含心轴243实际旋转角度)。

在本实施例中，螺杆驱动装置202之驱动控制器220分别对应至第一磁编码器210及第二磁编码器215；第一磁编码器210实时侦测螺杆240之旋转角度，藉由螺杆控制模块221以直接控制螺杆240的方式，透过驱动控制器220之调控模块222进行运算处理，转换成第一马达230之操作电压，间接驱动第一马达230进行转动；第二磁编码器215实时侦云台241之心轴243的旋转角度，藉由云台控制模块271以直接控制云台241心轴243的方式，透过驱动控制器220之调控模块222进行运算处理，转换成第二马达231之操作电压，间接驱动第二马达231转动。

驱动控制器220更包含一人机接口224，用以输入之一第一目标移动距离(Y轴目标移动距离)与一第二目标移动距离(X轴目标移动距离)，螺杆控制模块221与云台控制模块271可以分别接收外部输入之一第一目标移动距离(Y轴目标移动距离)与一第二目标移动距离(X轴目标移动距离)，螺杆控制模块221与云台控制模块271各包含一运算单元226、276，分别将第一目标移动距离与第二目标移动距离换算成螺杆240与云台241之心轴243所需的旋转角度，亦即，换算成一第一目标旋转角度与一第二目标旋转角度。此运算公式与本创作之第一实施例之计算方式相同。

螺杆控制模块221更包含一译码器225，用以将接收自第一磁编码器210的第一电性讯号(第一转动角度讯号)，进行译码，得到螺杆240实际旋转角度。

螺杆控制模块221可以将第一目标旋转角度及螺杆240实际旋转角度传送至调控模块222内之回馈控制模块227(PID模块)，回馈控制模块227(PID模块)可以根据目标数值(第一目标旋转角度)和实际数值(螺杆240实际旋转角度)之间的差异，产生一第一角度差值，并进行比例积分微分计算出一第一调整讯号并传送至磁场导向控制模块228(FOC模块)，磁场导向控制模块228(FOC模块)再依据此第一调整讯号输出一第一马达控制讯号至马达控制模块223，以达到稳定控制第一马达230速度的目的。

云台控制模块271更包含一译码器275，用以将接收自第二磁编码器215的第二电性讯号(第二转动角度讯号)，进行译码，得到云台241之心轴243的实际旋转角度。云台控制模块271可以将第二目标旋转角度及云台241之心轴243的实际旋转角度传送至调控模块222内之回馈控制模块227(PID模块)，回馈控制模块227(PID模块)可以根据目标数值(第二目标旋转角度)和实际数值(心轴243之实际旋转角度)之间的差异，产生一第二角度差值，并进行比例积分微分计算出一第二调整讯号，并传送至磁场导向控制模块228(FOC模块)，磁场导向控制模块228(FOC模块)再依据此第二调整讯号输出一第二马达控制讯号至马达控制模块223，以达到稳定控制第二马达231速度的目的。

在本实施例中，PID模块227可以将计算出来的第一调整讯号传送至FOC模块228，通过马达控制模块223对第一马达230进行控制，以实现精确的螺杆240控制。第一马达230转动可以带动螺杆240达到第一目标旋转角度，并使云台241达到第一目标移动距离(Y轴距离)。PID模块227亦可以将计算出来的第二调整讯号传送至FOC模块228，通过马达控制模块223对第二马达231进行控制，以实现精确地控制云台241之心轴243的目的。第二马达231转动可以带动心轴243达到第二目标旋转角度，并使云台241达到第二目标移动距离(X轴距离)。

FOC模块228接收来自于PID模块227之第一调整讯号及第二调整讯号，并利用磁场导向控制算法计算马达所需的转矩与磁通量，产生一第一马达控制讯号及一第二马达控制讯号，以传送至马达控制模块223。其中，所述马达控制讯号例如是包含一脉波宽度调变(Pulse-width modulation，PWM)讯号。进一步地，在另一实施例中，FOC模块228可利用螺杆240及心轴243之旋转速度分别计算出一参考用马达实际转速，并将参考用马达实际转速加入FOC控制方法之计算过程，进而产生第一马达控制讯号及第二马达控制讯号。

马达控制模块223例如是一逆变器，用以接收FOC模块228产生之第一马达控制讯号及第二马达控制讯号，并分别转换为一第一马达驱动电压及一第二马达驱动电压，以驱动第一马达230和第二马达231转动。在本实施例中，第一马达230和第二马达231例如是一直流无刷马达。在其他实施例中，亦可以采用其他形式的直流马达。

请参见图4，为本创作第二实施例之半自动化加工机台200之操作方法流程图，本创作之半自动化加工机台200的操作方法包含以下步骤。首先，在步骤S201中，输入第一目标移动距离(即云台241之Y轴方向目标移动距离)与第二目标移动距离(即云台241之X轴方向目标移动距离)；在步骤S202中，利用螺杆控制模块221将第一目标移动距离换算成螺杆240之第一目标旋转角度，使第一马达230产生运转，并带动螺杆240旋转；在步骤S203中，利用第一磁编码器210测得螺杆240之实际旋转角度；在步骤S204中，利用PID模块227将螺杆240之实际旋转角度与第一目标旋转角度进行比较，产生一第一角度差值，进行比例积分微分计算，输出一第一调整讯号；在步骤S205中，利用FOC模块228依据该第一调整讯号输出一第一马达控制讯号至马达控制模块223，并输出一第一马达驱动电压，驱动第一马达230运转并带动螺杆240旋转，使云台241在Y轴方向移动。

在步骤S206中，判断云台241是否已达到该第一目标移动距离，若判断结果为是，则进行步骤S207，利用第二磁编码器215侦测云台241之心轴243的实际旋转角度；若判断结果为否，则回到步骤S203，重复步骤S203至S205，直到云台241达到该第一目标移动距离为止。

更详细地说明，第一磁编码器210将侦测到的螺杆240实际旋转角度(即步骤S203)，输出一第一转动角度讯号，而PID模块227持续将第一转动角度讯号与第一目标旋转角度进行比较，产生第一角度差值，并进行比例积分微分计算以逐步计算出螺杆240之每一次的旋转角度，再将此计算结果转换成第一调整讯号(即步骤S204)。所述第一调整讯号传送至调控模块222之FOC模块228产生第一马达230控制讯号以驱动第一马达230转动并带动螺杆240旋转，使云台241逐渐接近预定之第一目标移动距离(即步骤S205)。本创作第二实施例之半自动化加工机台200系透过第一磁编码器210多次侦测螺杆240之实际旋转角度并控制第一马达230转动而达成移动至第一目标移动距离之目的。

在步骤S208中，利用PID模块227将云台241之心轴243的实际旋转角度与第二目标旋转角度进行比较，产生一第二角度差值，进行比例积分微分计算，输出一第二调整讯号；在步骤S209中，利用FOC模块228依据该第二调整讯号输出一第二马达231控制讯号至马达控制模块223，藉此输出一第二马达231驱动电压，驱动第二马达231运转并带动心轴243旋转，使云台241在X轴方向移动。

在步骤S210中，判断云台241是否已达到该第二目标移动距离，若判断结果为是，则进行步骤S211，表示云台241及加工刀具242已达到预定位置，可以对欲加工之工件250进行加工动作。若否，则回到步骤S207，重复步骤S207至S209的动作，直到云台241达到该第二目标移动距离为止。

更详细地说明，第二磁编码器215藉由侦测云台241之心轴243的实际旋转角度(即步骤S207)，输出一第二转动角度讯号，而PID模块227持续对第二转动角度讯号与第二目标旋转角度进行比较，产生第二角度差值，并进行比例积分微分计算以逐步计算出心轴243之每一次所需的旋转角度，再将此计算结果转换成第二调整讯号(即步骤S208)。所述第二调整讯号传送至调控模块222之FOC模块228产生第二马达231控制讯号以驱动第二马达231转动并带动心轴243旋转，使云台241逐渐接近预定之第二目标移动距离(即步骤S209)。本创作第二实施例之半自动化加工机台200系透过第二磁编码器210多次侦测云台241之心轴243之实际旋转角度，进而控制第二马达231之运转而达成移动至第二目标移动距离之目的。

综上所述，透过本创作之螺杆驱动装置100与半自动化加工机台200，可以实现螺杆加工机台之半自动化运转。

以上所述仅为举例性用以说明本创作的具体实施例，而非用于限制本创作。本创作所属技术领域中具有通常知识者，基于本创作技术内容的教示所为之等效置换、修改或变更，皆包含于本创作的申请专利范围中，未脱离本创作的权利范畴。

Claims (10)

1.一种螺杆驱动装置，用以控制一螺杆，其特征在于，包含：

一磁编码器，设置于该螺杆旁，用以磁性感应方式侦测该螺杆之转动角度，并输出一转动角度讯号；

一驱动控制器，包含：

一螺杆控制模块，用以接收一目标移动距离，并转换成一目标旋转角度，同时接收且译码该转动角度讯号，得到该螺杆之一实际旋转角度；

一调控模块，包含一PID模块及一FOC模块；其中，该PID模块将该目标旋转角度与该螺杆之该实际旋转角度进行比较，产生一角度差值，利用比例-积分-微分法进行计算，产生一调整讯号并传送至该FOC模块；该FOC模块根据该调整讯号产生一马达控制讯号；及

一马达控制模块，根据该马达控制讯号产生一驱动电压；以及

一马达，依据该驱动电压进行运转，并带动该螺杆产生转动。

2.根据权利要求1所述的螺杆驱动装置，其特征在于，该磁编码器包含一永久磁铁及一磁传感器；该永久磁铁安装在该螺杆之一端点，并与该螺杆同时转动；该磁传感器与该永久磁铁相邻设置，以磁性感应方式侦测该永久磁铁之转动角度，进而测得该螺杆之转动角度。

3.根据权利要求1所述的螺杆驱动装置，其特征在于，该螺杆控制模块包含一译码器及一运算单元；该译码器用以将该转动角度讯号进行译码，以获得该螺杆之该实际旋转角度，该运算单元用以将该目标移动距离，转换成该目标旋转角度。

4.根据权利要求1所述的螺杆驱动装置，其特征在于，该马达更包含一转轴及一齿轮；该转轴由该马达中心向外延伸；该齿轮设置于该转轴上并连接至该螺杆；该马达转动之动力，透过该转轴及该齿轮，传递到该螺杆。

5.一种半自动化加工机台，其特征在于，包含:

一加工机，包含一工件夹具及一刀具操作机构；其中，该工件夹具用以夹持一工件，该刀具操作机构包含一螺杆、一云台及一加工刀具；该螺杆贯穿该云台，并藉由正向转动或反向转动，控制该云台沿着贯穿该螺杆之方向左右移动；该加工刀具设置于该云台上，用以对该工件进行加工；以及

一螺杆驱动装置，包含：

一第一磁编码器，设置于该螺杆旁，用以磁性感应方式侦测该螺杆之转动角度，并输出一第一转动角度讯号；

一驱动控制器，包含：一螺杆控制模块，用以接收一第一目标移动距离，并转换成一第一目标旋转角度，同时接收且解码该第一转动角度讯号，得到该螺杆之一实际旋转角度；一调控模块，包含一PID模块及一FOC模块；其中，该PID模块将该第一目标旋转角度与该螺杆之该实际旋转角度进行比较，产生一第一角度差值，利用比例-积分-微分法进行计算，产生一第一调整讯号并传送至该FOC模块；该FOC模块根据该第一调整讯号产生一第一马达控制讯号；及一马达控制模块，根据该第一马达控制讯号产生一第一驱动电压；以及

一第一马达，依据该第一驱动电压进行运转，并带动该螺杆产生转动。

6.根据权利要求5所述的半自动化加工机台，其特征在于，该螺杆驱动装置更包含：

一第二马达，用以控制该云台之一心轴的转动；该第二马达可透过正向转动或反向转动，使该云台在该心轴之轴向移动；以及

一第二磁编码器，用以磁性感应方式侦测该云台之该心轴的转动角度，并输出一第二转动角度讯号；该驱动控制器更包含一云台控制模块，用以接收一第二目标移动距离，并转换成一第二目标旋转角度，同时接收且解码该第二转动角度讯号，得到该云台之该心轴之一实际旋转角度；其中，该PID模块将该第二目标旋转角度与该心轴之该实际旋转角度进行比较，产生一第二角度差值，利用比例-积分-微分法进行计算，产生一第二调整讯号并传送至该FOC模块；该FOC模块根据该第二调整讯号产生一第二马达控制讯号；该马达控制模块根据该第二马达控制讯号产生一第二驱动电压，用以驱动该第二马达运转。

7.根据权利要求5所述的半自动化加工机台，其特征在于，该第一磁编码器包含一第一永久磁铁及一第一磁传感器；该第一永久磁铁安装在该螺杆之一端点，并与该螺杆同时转动；该第一磁传感器与该第一永久磁铁相邻设置，用以磁性感应方式侦测该第一永久磁铁之转动角度，进而侦测该螺杆之转动角度。

8.根据权利要求6所述的半自动化加工机台，其特征在于，该第二磁编码器包含一第二永久磁铁及一第二磁传感器；该第二永久磁铁安装在该云台之该心轴的一端点，并与该心轴同时转动；该第二磁传感器与该第二永久磁铁相邻设置，用以磁性感应方式侦测该第二永久磁铁之转动角度，进而侦测该云台之该心轴的转动角度。

9.根据权利要求6所述的半自动化加工机台，其特征在于，该驱动控制器更包含一人机接口，用以输入该第一目标移动距离及该第二目标移动距离。

10.根据权利要求5所述的半自动化加工机台，其特征在于，更包含一齿轮组，设置于该加工机中，用以透过该第一马达之动力，带动该螺杆及/或该工件夹具，以调整该云台与该工件之间的相对位置。