TW509637B - Material advance tracking system - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 509637 A7 ____B7 五、發明説明（f ) 發明之領域 本發明係關於摩擦驅動系統，如印表機，繪圖機，及切 紙機等將帶狀材料通過它們以產生圖像，更特別地，係關 於摩擦驅動系統，可正確地牽引帶狀材料之縱向位置。 先前技術說明 摩擦，粗粒或格網驅動系統中，使薄張材料之帶或網前 後沿著進給路徑縱向移動，通過繪圖機，印表機，及切紙 機等裝置爲此技術上習知者。在此驅動系統中，摩擦（粗粒 或格網）輪被置於薄張材料帶（一般爲乙烯或紙）之一側，橡 膠或者其他彈性材料製成之夾住滾輪被置於薄張材料帶之 另一側。在繪圖，印表，及切紙時，帶狀材料由摩擦輪驅 動，依照帶狀材料之指令位置而沿著縱向或X座標方向前 後移動。當帶狀材料沿著縱向前後移動時，筆、印字頭、 或者切刀沿著橫向或者Y方向被驅動到帶狀材料上方。 這些系統由於可接受不同寬度之平面（未打孔）帶狀材料 而有其使用上優點。但是，現有摩擦進給系統遭遇許多問 題。一個問題是現有系統並不比較帶狀材料之指令位置與 帶狀材料之實際位置。故，若帶狀材料移動太快或太慢時 引致沿著X座標方向發生縱向滑動或爬行時，系統無法知 道帶狀材料之指令位置與其實際位置之間的差異β此潛在 的差異未被偵測，直到繪圖被完成，而產生不正確之結果 產出。此問題尤其在長的繪圖更顯著，即二或多呎長，以 及帶狀材料沿著縱向或X座標方向相對於工具頭，如繪圖 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） — I:--：--^--— ^------1Τ------0Φ— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 509637 A7 _B7___ 五、發明説明（z) 筆、印字頭、或者切刀而前後移動時。 發明之扼要說明 本發明之一個目的在確保摩擦驅動系統中，帶狀材料之 實際縱向位置與帶狀材料之指令縱向位置完全相同。 依照本發明，沿著進給路徑之縱向進給帶狀材料之摩擦 驅動裝置包含有固定在驅動馬達之馬達編碼器，驅動馬達 轉動摩擦輪，使帶狀材料之帶狀位置前進，以及偵測裝置 用來偵測帶狀材料之縱向位置。馬達編碼器產生馬達編碼 器信號，指示驅動馬達及摩擦輪之轉動。偵測裝置產生偵 測編碼器信號，用來指示帶狀材料之實際縱向位置。馬達 編碼器信號與指令位置信號比較，差異被濾波，並且被定 義爲濾波馬達編碼器位置錯誤信號，或者短期錯誤信號分 件。偵測編碼器信號亦與帶狀材料之指令位置比較，其差 異被濾波以除去高頻，而形成濾波偵測編碼器位置錯誤信 號，或者長期錯誤信號分件。然後短期錯誤信號分件及長 期錯誤信號分件結合以形成位置錯誤信號，被用來做爲閉 路控制系統之回授。 本發明較佳實施例中，帶狀材料包含印在帶狀材料上之 編碼器圖形，並且偵測裝置包含照明器及感測器用來跟蹤 帶狀材料上之編碼器圖形，以提供偵測編碼器信號到微處 理機。 本發明一個優點爲位置錯誤信號在高頻及低頻範圍均有 改進之精確度，因爲摩擦輪之短期精確度，及縱向進給之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 1—----：I-;---Φ—-----1T------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 509637 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3) 長期精確度，在所有進給情況下可提供高度可靠之信號。 本發明另一個優點爲帶狀材料之實際縱向位置與帶狀材 料之指令位置比較。 本發明之上述及其他優點可由下列本發明實施例之詳細 說明，參照其附圖而明顯。 M^z m m mm 第1圖係顯示摩擦驅動裝置之爆炸側視圖； 第2圖是第1圖之摩擦驅動裝置的基部組合之頂面圖， 帶狀材料爲虛線顯示，並且槪略顯示閉路控制系統，其位 β _誤信號回授到驅動馬達； 第3圖是第2圖帶狀材料之放大槪示側圖，其偵測裝置 跟蹤印在帶狀材料上之編碼器圖形； 第4圖是第2圖摩擦驅動裝置的低通及全通濾波器之反 應曲線之圖形； 第5圖是第2圖摩擦驅動裝置的低通及高通濾波器之反 應曲線之圖形； 第6圖是本發明另一個實施例中，第2圖帶狀材料之放 大槪示側圖，其偵測裝置跟蹤印在帶狀材料上之編碼器軌 跡； 第7圖是本發明另一個實施例中，第2圖帶狀材料之放 大槪示側圖，其偵測裝置跟蹤印在帶狀材料上之編碼器圖 形；以及 第8圖是本發明另一個實施例中，第丨圖之摩擦驅動裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ^-I 111«---S!------1T------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5096^ A7 B7_ 五、發明説明（4 ) 置及控制系統的基部組合之頂面圖，帶狀材料爲虛線顯示 〇 發明較佳實施例之詳細說明 .參照第1圖，使帶狀材料12上產生印表，繪圖，及切紙 之裝置10包含有蓋組合14及基部組合16。帶狀材料12包 含有編碼器圖形18及一對縱向邊緣20，22，如第2圖所 示。帶狀材料沿著進給路徑24之縱向或X座標方向移動^ 裝置10之頂部14包含有工具頭26可沿著橫向或者γ方向 移動，本質上垂直於縱向或X座標方向及進給路徑24。蓋 組合14亦包含有多數個夾住滾輪30沿著帶狀材料12之一 對縱向邊緣20，22而裝設著。裝置10之基部組合16包含 有靜態或滾輪平台32與工具頭26裝成對齊，以及多數個 摩擦輪34，36裝成與對應之多數個夾住滾輪30成對齊。 參照第2圖，每一個摩擦輪34，36有表面與帶狀材料12 啣接，並且由馬達驅動器40所驅動。馬達驅動器40可爲 伺服馬達，其驅動軸連到馬達編碼器44以偵測轉動。從馬 達出來之馬達編碼器信號；^ 通到微處理機50。 裝置1 0亦包含有偵測裝置54用來跟蹤偵測帶狀材料1 2 之實際縱向位置。本發明較佳實施例中之偵測裝置54包含 有第一照明器56，它可爲雷射二極體60及其透鏡62用來 將光束射出並且聚焦在編碼器圖形18上，以及第一光感測 器64，如光二極體66，用來感測編碼器圖形18，如第3 圖所示。較佳實施例中之偵測裝置54亦包含有第二照明器 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —II ^---------slt------IT------^#1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 509637 Μ -------- - -Β7_ 五、發明説明（jP ) 以及第二光感測器72相隔約9〇。，與第一照明器56以 及第—光感測器64不同相位。從偵測裝置54之光感測器 64 ’ 72出來之偵測編碼器信號通到微處理機50，如第 2圖所示。 操作時’馬達驅動器40轉動了摩擦輪34，36及夾住滾 輪30〜起與帶狀材料12啣接，使它沿著進給路徑24之縱 向或X座標方向前後移動，如第1圖所示。當帶狀材料12 沿著縱向或X座標方向移動時，工具頭26沿著橫向或者γ 移動’使帶狀材料12依其使用特定工具而被印表，繪 0 ’及切斷。當馬達驅動器4〇轉動了摩擦輪34，36，馬 達編碼器44跟蹤馬達驅動器40之轉動，並且送出馬達編 碼器信號Z ^通到微處理機50，如第2圖中淸楚顯.示。 帶狀材料12沿著進給路徑24移動時，偵測裝置54讀出 印在帶狀材料丨2上之編碼器圖形18，以跟蹤偵測帶狀材 料12沿著X座標方向之實際縱向位置。光感測器64，72 讀出編碼器圖形18，以形成邏輯可閱讀之編碼器資訊，如 四蕊線b編碼器信號。這些信號隨即通到微處理機50。 微處理機50接收兩個位置信號；fm，；)fd，一個從馬達編碼 器44來，一個從偵測裝置54來，各輸送有關馬達位置及 帶狀材料12之實際縱向位置之資訊。微處理機50隨後使 每一個位置信號；fm，與從輸入74來之指令縱向位置輸 入Xc比較。馬達編碼器信號與指令位置之比較產生 了兩個信號之間之潛在差異，以第一錯誤信號e m表示。偵 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------：--;---^------1T------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 509637 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（έ ) 測編碼器信號；id與指令位置之比較產生了第二錯誤信 號ε^。這些錯誤信號em，然後各經由含在微處理機50 中之低通及全通濾波器濾波76，78。低通濾波器濾波76 從偵測編碼器錯誤信號ε<ι中除去高頻，並且使低頻通過。 濾波後之信號及被結合，如第4圖中淸楚顯示，並 且若需要時可進一步處理，由放大器82形成單一實際縱向 位置之錯誤信號ερ，它回授到馬達驅動器40以完成閉路回 授系統。位置錯誤信號ερ慢慢地加入以逐漸地校正縱向位 置而不破壞最終產品。 或者，全通濾波器78可取消，而結合濾波後之偵測編碼 器錯誤信號及馬達編碼器錯誤信號，以形成縱向位 置之錯誤信號ερ。另外，全通濾波器78可由高通濾波器取 代，以從馬達編碼器錯誤信號ε 濾掉低頻，使高頻部份如 濾波後之馬達編碼器錯誤信號efm可通過，如第5圖中淸楚 顯示。 進給到縱向位置之錯誤信號ερ在低頻及高頻均正確，故 可在長期及短期帶狀材料位置上提供正確地馬達回授響應 。本發明使每一個錯誤信號及efd之精度被提高，而在 決定帶狀材料12之實際縱向位置達成較大之精度。馬達編 碼器信號：在由馬達驅動器40驅動之帶狀材料12的瞬時 位移方面非常精確。但是，長期上，馬達編碼器信號在 之精度會減少，因爲長期上，帶狀材料12會相對於由馬達 驅動器40所驅動之摩擦輪34，36產生滑動，因而造成馬 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ：---#1,------1T------^#1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5me^ A7 B7 五、發明説明（9 ) 達編碼器讀取與帶狀材料之實際位置之間的差異β故，由 馬達編碼器位置信號；^„1與指令位置信號之間的差異產 生的錯誤信號被用來提供帶狀材料之短期位移。 另外，偵測編碼器信號Xd在長期上提供了較大之精確性 ’因爲偵測裝置54跟蹤帶狀材料12之移動。一旦兩個濾 波後之信號結合，如第2，及5圖中淸楚顯示，形成的位 置錯誤信號ερ在精確地跟蹤帶狀材料之短期瞬時移動，以 及長期大規模移動，並且在高頻及低頻上均有較大之精度 〇 參照第6圖，在本發明另一實施例中，僅使用一個照明 器56與多數反射器86以在編碼器軌跡18上產生第二光東 影像。參照第7圖，本發明另一實施例中，第二編碼器圖 形88被印在帶狀材料12上，相對於第一編碼器圖形18形 成9 0 °間隔’或者四分之一空間之間隔。 參照第8圖，在本發明另一實施例中，偵測裝置54是一 個自由轉動鏈輪92 ，用來容納打孔之帶狀材料。鏈輪92 包含有多數銷94與帶狀材料12上形成之打孔96啣接，它 被置於帶狀材料下方，則當帶狀材料移動通過裝置時，帶 狀材料可轉動輪子。沒有任何驅動器連到鏈輪92，並且輪 子的慣性保持很低，使材料12可轉動輪子而不會由於加速 度或摩擦妨害了運動。偵測編碼器98跟蹤鏈輪92之轉動 ，並且送出偵測編碼器信號Z d到微處理機50。 另外，本發明可被應用到有多數個驅動馬達40，140來 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------V--..---------訂-------線 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 509637 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_____ 五、發明説明u ) 驅動多數個輪子34，36，134之繪圖，印表，及切斷裝置 ，如第8圖中淸楚顯示。在此實施例中，每一個馬達40 ’ 1 40有伺服迴路之構成，並且依類比方式操作到上述及 第2圖所示之回授系統，除了微分指令信號可被加入縱向 位置信號：f ^以操縱帶狀材料。 其他偵測裝置之使用，如光學可獨取編碼器，或磁性編 碼器與材料上之印製或磁性軌跡配合，或者自由轉動銷或 星輪。亦可使用。 雖然本發明以上述特定實施例詳細說明，熟於此技術者 可知，在不違反本發明範圍及原則下可有許多變化。例如 ’全通、高通、及低通濾波器被顯示加入微處理機中。而 且編碼器圖形18可印在帶狀材料上，或者中央部份上。 元件符號對照表 10 裝置 12 帶狀材料 14 蓋組合蓋組合 16 基部組合 18 編碼器圖形 2〇;22 縱向邊緣 2 4 進給路徑 26 工具頭2 3〇 夾住滾輪 32 滾輪平台 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 11 -1 I ^ n ^ 線 ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 509637 A7 B7 五、發明説明（，） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 34 ; 36 摩 擦 輪 40 馬 達 驅 動 器 44 馬 達 編 碼 器 50 微 處 理 機 54 偵 測 裝 置 56 第 一 照 明 器 60 雷 射 二 極 體 62 透 鏡 64 第 一 光 感 測 器 66 光 二 極 體 70 第 二 照 明 器 72 第 二 光 感 測 器 74 輸 入 76 低 通 濾 波 器 濾 78 全 通 濾 波 器 濾 82 放 大 器 86 反 射 器 88 第 二 編 碼 器 圖 92 鏈 輪 94 銷 96 打 孔 98 偵 測 編 碼 器 110 裝 置 134 摩 擦 輪 140 馬 達 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------- - ---——-----^------$-0- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 弟89 1 08998號「材料前進牽引系統」專利案 六申請專利範圍： L 一種摩擦驅動系統（1 〇 )，用來在帶狀材料（丨2 )上產 生繪圖、印表、及切斷一個圖像，該系統包含有： 至·^ 個馬達驅動器（40)用來轉動複數摩擦輪（34 ，3 6 )，該複數摩擦輪（3 4，3 6 )沿著縱向方向驅動該 帶狀材料（1 2 ); 馬達編碼器（4 4 )，與該驅動馬達（4 〇 )配合以跟蹤 該驅動馬達（40)之轉動，該馬達編碼器（44)產生一 個馬達編碼器信號； 偵測裝置（54 )，用來跟蹤偵測帶狀材料（丨2 )之移 動’該偵測裝置會產生一偵測編碼器信號，用來指 示該帶狀材料（1 2 )之縱向位置； 使馬達編碼器信號與該帶狀材料（1 2 )之指令位置 做比較之裝置，並且也基於此比較來產生一馬達編 碼器位置錯誤信號，該用來比較之裝置亦會比較該 偵測編碼器信號與該帶狀材料（1 2 )之該指令位置， 並且基於此比較來產生一偵測編碼器位置錯誤信號； 過濾該偵測編碼器位置錯誤信號之裝置，以產生 一已濾波之偵測編碼器位置錯誤信號；以及 將該已濾波之偵測編碼器位置錯誤信號與該馬達 編碼器位置錯誤信號結合在一起之裝置，以產生一 509637 六、申請專利範圍 已結合之位置錯誤信號。 2·如申請專利範圍第1項之摩擦驅動系統（1 〇 )，其中 該用來比較之裝置是微處理器（50)。 3·如申請專利範圍第1項之摩擦驅動系統（1 〇 )，其中 該用來比較之裝置以及該用來濾波之裝置是倂入微 處理器（5 0 )中。 4·如申請專利範圍第1項之摩擦驅動系統（1 〇 )，其中 該用來比較之裝置，該用來濾波之裝置以及該用來 結合之裝置是倂入微處理器（50)中。 5·如申請專利範圍第1項之摩擦驅動系統（1 〇 )，其中 該用來濾波之裝置包含有一低通濾波器（76)以過濾 該偵測編碼器位置錯誤信號。 6·如申請專利範圍第1項之摩擦驅動系統（1 〇 )，其中 該用來濾波之裝置會另外過濾該馬達編碼器位置錯 誤信號’以產生一已濾波之馬達編碼器位置錯誤信 號，而與該濾波之偵測編碼器位置錯誤信號相結合 ，以產生該已結合之位置錯誤信號。 7. 如申請專利範圍第6項之摩擦驅動系統（丨〇 )，其中 該用來濾波之裝置另外包含有一全通濾波器（78)用 來過濾該馬達編碼器位置錯誤信號。 8. 如申請專利範圍第6項之摩擦驅動系統（丨〇 )，其中 該用來濾波之裝置另外包含有一高通濾波器用來過 濾該馬達編碼器位置錯誤信號。

   509637 六、申請專利範圍 9·如申請專利範圍第1項之摩擦驅動系統（丨〇 )，其中 該偵測裝置（54)是一個自由轉動鏈輪（92)，用來與 在該帶狀材料（12)中所形成之複數孔（96)啣接。 1〇·如申請專利範圍第1項之摩擦驅動系統（1 〇 )，其中 該帶狀材料（1 2 )包括有印製在其上的編碼器圖形（1 8 ) 〇 11·如申請專利範圍第1 〇項之摩擦驅動系統（丨0 ),其中 該偵測裝置（54)包含有一照明器（56)與一感測器（64) 以用來跟蹤該編碼器圖形（1 8 )。 12·如申請專利範圍第n項之摩擦驅動系統（丨〇 )，其中 該照明器（56)是雷射二極體（60)。 13·如申請專利範圍第π項之摩擦驅動系統（丨〇 )，其中 該感測器（64)是光二極體（66)。 14·如申請專利範圍第丨〇項之摩擦驅動系統（丨〇 )，其中 該偵測裝置（54 )包含有一第一照明器（56 )與第二照 明器（70 )彼此相隔四分之一空間，以及一第一感測 器（64 )與第二感測器（72 )彼此相隔四分之一空間， 用來跟蹤該編碼器圖形（1 8 )，且產生該偵測編碼器 信號。 15.如申請專利範圍第丨項之摩擦驅動系統（丨〇 )，其中 該用來濾波之裝置包含有一低通濾波器（76 )用來過 濾該偵測編碼器位置錯誤信號，以及一全通濾波器 (78)用來過濾該馬達編碼器位置錯誤信號。 509637 六、申請專利範圍 16·如申請專利範圍第丨項之摩擦驅動系統（丨〇 )，其中 該用來濾波之裝置包含有一低通濾波器（76 )以過濾 該偵測編碼器位置錯誤信號，以及一高通濾波器用 來過濾該馬達編碼器位置錯誤信號。 17·如申請專利範圍第1項之摩擦驅動系統（1 〇 )，其中 該用來濾波之裝置是倂入微處理器（50)中。 18· —種使帶狀材料（1 2 )進給通過印表機、繪圖機、及 切斷之裝置（1 0 )之方法，該帶狀材料（丨2 )沿著縱向 方向由馬達驅動器（40)所驅動，該馬達驅動器（4〇) 會產生一驅動馬達信號，該方法包括·· 將馬達編碼器（4 4 )連接到該驅動馬達（4 〇 )，以偵 測出該驅動馬達（40)之轉動，該馬達編碼器（44)會 產生一馬達編碼器信號； 將該馬達編碼器信號連通到微處理器（5 〇 ); 使用偵測裝置（5 4)來監視該帶狀材料（1 2 )的實際 縱向移動； 將一偵測編碼器連接到該偵測裝置（54 )以偵測出 該偵測裝置（54 )之移動，該偵測編碼器會產生一偵 測編碼器信號； 將該偵測編碼器信號連通到該微處理器（5 〇 ); 比較該馬達編碼器信號與該帶狀材料（1 2 )之一指 令位置’以產生一馬達編碼器錯誤信號； 比較該偵測編碼器信號與該帶狀材料（i 2 )之該指 509637 六、申請專利範圍 令位置’以產生一偵測編碼器錯誤信號； z 將該偵測編碼器錯誤信號通過一低通濾波器（76丨 ，以產生一已濾波之偵測編碼器錯誤信號； 使用該已濾波之偵測編碼器錯誤信號，以產生一 錯誤位置信號；以及 將該錯誤位置信號連通到該馬達驅動器（40 )，以 減少在該帶狀材料（1 2 )之該實際位置與該帶狀材料 (1 2 )之該指令位置之間的差異。 19. 如申請專利範圍第1 8項之方法，另外包括中間步驟 爲： 將該馬達編碼器錯誤信號通過一全通濾波器（78 ) ，以產生一已濾波之馬達編碼器錯誤信號；以及 將該已濾波之馬達編碼器錯誤信號與該已濾波之 偵測編碼器錯誤信號相結合，以產生該錯誤位置信 號。 20. 如申請專利範圍第1 8項之方法，另外包括中間步驟 爲· 將該馬達編碼器錯誤信號通過一高通濾波器，以 產生一已濾波之馬達編碼器錯誤信號；以及 將該已濾波之馬達編碼器錯誤信號與該已濾波之 偵測編碼器錯誤信號相結合，以產生該錯誤位置信 疏0