TWI359557B - Displacement sensing method and motor control appa - Google Patents

Description

1359557 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係相關於位移感測方法及馬達控制裝置，尤其 是，相關於校正量測角度之位移感測方法及校正量測角度 之馬達控制裝置，以提高量測準確性。 【先前技術】 φ 所謂的電流馬達之低輸出電力馬達被用於諸如雷射鑽 孔機器、雷射修整機器' 及雷射修補機器等處理機器。電 流馬達需要具有準確性高的角度感測器。因此，利用遞增 編碼器當作電流馬達的角度感測器。 已知有光學旋轉編碼器和線性編碼器當作遞增編碼器 。此種編碼器藉由使用彼此具有相位差90。的兩種信號（ 正弦波信號和餘弦波信號）來感測諸如欲感測之物體的位 移量和位移方向等位移資訊。 # 許多習知編碼器校正輸出信號的振幅、偏移、及相位 ，以提高量測準確性。 例如’日本專利先行公開號8- 1 457 1 9說明依據編碼 器的輸出信號之最大和最小値以及兩相位輸出信號的交點 之資訊來執行振幅校正、偏移校正、及相位校正。日本專 利先行公開號1 0-254549說明依據編碼器的輸出信號之最 大値的平均値和最小値的平均値來執行振幅校正和偏移校 正。 然而’習知校正機構執行校正是以編碼器之輸出信號 -4- 1359557 是理想的正弦波信號爲前提的。然而， 器的輸出信號包括較高的諧波成分或非 非理想的正弦波。因此，即使習知校正 輸出信號，編碼器的輸出信號仍然不是 〇 許多編碼器產生複數劃分脈衝，此 於來自正弦波信號和餘弦波信號的劃分 提高欲感測的物體之位移資訊的感測解 稱作電劃分。編碼器的輸出信號不是理 致執行電劃分時產生誤差。 編碼器被處理成刻度盤距具有相等 有處理誤差。 【發明內容】 本發明提供位移感測方法，其降低 的輸出信號中之較高諧波成分或非線性 盤距的處理誤差所導致的量測誤差；並 確性的馬達控制裝置，其降低量測誤差 如同本發明的其中一觀點之位移感 驟：將一預定信號重疊在力矩命令上， 到一馬達；量測將預定信號重疊在力矩 和一位移感測器所量測的一馬達角度之 生校正資料，以使振幅譜比均等；及使 量測的馬達角度，使得位移感測器所量 實際上’因爲編碼 線性成分，所以並 機構校正編碼器的 理想的正弦波信號 複數脈衝包括對應 單元之相位差，以 析度。此種方法被 想的正弦波信號導 間隔。然而，其具 由於包括在編碼器 成分以及由於刻度 且又提供具有高準 〇 測方法包括以下步 以供應一驅動力矩 命令時之驅動力矩 間的振幅譜比：產 用校正資料來校正 測之馬達角度等於 1359557 一實際馬達角度。 如同本發明的另一觀點之馬達控制裝置包括：一位移 感測器，其量測一馬達的一位移量；一驅動單元，其供應 —驅動力矩到馬達；一信號產生器，其產生一預定信號’ 及供應預定信號到驅動單元；一校正資料產生器，其使用 當預定信號被供應到驅動單元時之驅動力矩和位移感測器 所量測之馬達的位移量來產生校正資料；及一校正單元’ 其使用校正資料產生器所產生之校正資料來校正量測之馬 達的位移量，使得位移感測器所量測之馬達的位移量等於 馬達的一實際位移量。驅動單兀使用校正單元所校正之一* 位移量來控制馬達。 從下面參考圖式所說明的實施例將能夠明白本發明的 其他觀點。 【實施方式】 Φ 下面將參考附圖說明本發明的例示實施例。 將說明雷射處理機器的組態當作處理機器的—例子。 圖13爲雷射處理機器100的槪要圖。雷射處理機器1〇〇 被用於各種目的，諸如板的切割、在板中鑽孔、及金屬之 間的熔接等。 本實施例的雷射處理機器1〇〇包括旋轉馬達1〇1及 102。旋轉馬達101及102被分別設置用於旋轉式驅動平 面鏡103及104。旋轉馬達101及102旋轉式驅動平面鏡 103及104以改變這些方向。 -6 - 1359557 如此，使用旋轉馬達ιοί及102改變平面鏡103及 s 104的方向能夠改變雷射光束L的方向。如下述，旋轉馬 達101及102的每一個被設置有用以量測馬達的旋轉位移 量之編碼器。精確量測馬達的旋轉位移量能夠精確控制雷 射光束L的方向。 ' 將雷射振盪器105發出的雷射光束L透過平面鏡103 及104照射在雷射處理表面106。可選擇諸如金屬、玻璃 φ 、及塑膠等各種材料當作欲經過處理之雷射處理表面106 〇 如上述，雷射處理機器100能夠藉由旋轉平面鏡103 及104來準確控制雷射光束L的方向。因此，能夠準確地 處理雷射處理表面1 0 6。 接著，將說明用於雷射處理機器100的馬達控制裝置 之組態。圖1 4爲馬達控制裝置的槪要圖。圖1 5爲編碼器 的刻度盤201之槪要平面圖。 # 本實施例的馬達控制裝置200包括用以感測旋轉馬達 101的旋轉位移量之光學編碼器。編碼器包括刻度盤201 ’其具有旋轉縫隙圓碟和固定縫隙圓碟；感測器2 〇 2，其 具有發光元件（發光二極體）和光接收元件（光電二極體 )。旋轉縫隙圓碟與旋轉馬達101的轉動一起旋轉。另一 方面，將固定縫隙圓碟固定。編碼器被組配成將旋轉縫隙 圓碟和固定縫隙圓碟置放在發光元件和光接收元件之間。 旋轉縫隙圓碟和固定縫隙圓碟被設置有許多縫隙。發 光元件的光係由旋轉縫隙圓碟的轉動來傳送或中斷。而且 1359557 ，因爲固定縫隙圓碟將編碼器的輸出信號轉換成複數相位 ，所以固定縫隙被分成複數縫隙。因此，編碼器被設置有 複數發光元件和光接收元件。 如圖15所示，編碼器的刻度盤201被設置有A相位 圖案2 05和B相位圖案206的縫隙。刻度盤201在旋轉軸 2 04四周旋轉。在旋轉時，當來自發光元件的光傳送A相 位圖案205和B相位圖案206的每一個縫隙，兩光接收元 件的每一個感測發光元件的光。因此，如圖1 6所示，編 碼器產生相位彼此相差90°之A相位信號和B相位信號。 圖1 6的A相位信號和B相位信號是矩形波信號，此矩形 波信號係使用波形整型電路，由正弦波形的編碼器輸出之 波形整型所形成。 馬達控制器2 0 3控制旋轉馬達1 〇 1的旋轉驅動。馬達 控制器203將目標角度的馬達旋轉角度與量測角度的馬達 量測角度比較，並且執行反饋控制，使得量測角度等於目 標角度。因此，將平面鏡103的方向改成對應於目標角度 之角度。 感測原理並不侷限於光學方法，亦可利用諸如磁性方 法等其他原理。 (實施例1 ) 接著，將說明本發明的實施例1中之位移感測方法和 馬達控制裝置。圖1爲馬達控制裝置的控制器所執行之控 制的方塊圖。 -8 - 1359557 圖1之控制方塊是定位控制系統，在其中 器被使用當作量測馬達的旋轉角度θιη之角度 式圖解一簡易馬達模型，在其中有關力矩命令 是1 /s2 ;及一比例控制的定位控制系統，其執 度反饋。 參考號碼1表示目標角度命令。目標角度 從馬達17輸出的旋轉角度0m之目標角度。 表示第一加法器。第一加法器2反饋從校正奉 正單元）所輸出的校正角度19，以將目標角β 目標角度和校正角度19相加。參考號碼3表 器。第二加法器3將第一加法器2的輸出信號 12輸出的速度反饋信號相加。 參考號碼4表示力矩命令。力矩命令4係 角度命令1通過第一加法器2和第二加法器3 參考號碼5表示第三加法器。第三加法器5將 構13 (信號產生器）所產生的正弦波信號重 令4上。參考號碼6表示驅動力矩。驅動力矩 加法器5輸出並且供應到馬達1 7。如此，第 具有當作供應驅動力矩6到馬達1 7之驅動機 元）的功能。 參考號碼17表不馬達。馬達17被設置有 8，及輸出馬達17的旋轉角度9(θιη)。本實 Ρ包括兩積分器7及8，因爲將力矩命令4的 1 /s2之馬達模型應用到實施例。 ，旋轉編碼 感測器。圖 的定位響應 行位置和速 命令1命令 參考號碼2 髮構1 8 (校 笑命令1的 示第二加法 和從微分器 藉由將目標 所計算的。 信號產生機 疊在力矩命 6係從第三 三加法器5 構（驅動單 積分器7及 施例的馬達 位置響應是 -9- 1359557 馬達17的位移量之旋轉角度9( θπι)指出馬達17的 , 實際旋轉角度。換言之，旋轉角度9(0m)是馬達17的 實際位移量。如此，其與編碼器所量測之量測角度不同。 參考號碼10表示編碼器。編碼器10是位移感測機構 ' (位移感測器），其感測馬達1 7的實際旋轉角度9 ( 0m ' )。參考號碼1 1表示量測角度（θιη’）。量測角度1 1 ( θπι ’）是位移感測機構之編碼器1 0所量測的位移量（角度 φ )。編碼器1 〇感測馬達1 7的實際旋轉角度9 ( 0m )以計 算馬達17的量測角度11 (0m’）。從編碼器10所輸出的 正弦波信號包括較高的諧波成分。還是具有編碼器10的 刻度盤具有處理誤差之可能性。因此，嚴格說來，編碼器 1 〇所量測之馬達1 7的量測角度1 1 ( θηι ’）不同於馬達1 7 的實際旋轉角度9(θιη)。換言之，在實際旋轉角度9( θηι )和編碼器1 0所量測之馬達1 7的量測角度1 1 ( 0m’） 之間具有誤差。 φ 參考號碼12表示微分器。微分器12將校正機構18 所校正的校正角度1 9 ( θιη’ ’）以時間取微分，以獲得馬 達17的旋轉速度。將微分器12所獲得的旋轉速度輸入到 第二加法器3當作速度反饋信號。 參考號碼13表示信號產生機構（信號產生器）。本 實施例的信號產生機構13產生具有預定振幅和頻率的正 弦波信號，並且供應正弦波信號到驅動機構的第三加法器 5。雖然本實施例的信號產生機構1 3產生正弦波信號，卻 也能夠產生諸如Gaussian (高士）雜訊或三角波等另—信

I -10- 1359557 號以供應到第三加法器5。 - 參考號碼14表示第一Fourier (傅立業）轉換單元。 ， 第—Fourier轉換單元14輸入從第三加法器5輸出的驅動 力矩6，以執行驅動力矩6的Fourier轉換。第—Fouriei 轉換單元14輸出第一振幅譜當作執行驅動力矩6的 Fourier轉換之結果。 參考號碼 15表示第二 Fourier轉換單元。第二 φ F〇urier轉換單元1 5輸入依據編碼器1 〇的輸出信號所獲 得之馬達1 7的量測角度1 1 ( Θ m ’），以執行量測角度1 1 (0m’）的Fourier轉換。第二Fourier轉換單元15輸出 弟一振幅譜虽作執fT星測角度1 1 ( Θm ’）的Fourier轉換 之結果。 參考號碼16表示校正資料產生機構（校正資料產生 器）。校正資料產生機構1 6計算第一振幅譜和第二振幅 譜的振幅譜比。校正資料產生機構1 6依據振幅譜比產生 # 校正資料W[n]。換言之，校正資料產生機構16依據當預 定正弦波信號被供應到第三加法器5時之驅動力矩6和編 碼器1 〇所量測的量測角度（θηι ’）來產生校正資料。 參考號碼18表示校正機構（校正單元）。校正機構 18使用校正資料產生機構16所產生的校正資料W[n]來校 正編碼器1 0所量測之馬達1 7的量測角度1 1 ( θιη ’）。校 正機構1 8校正位移感測機構（位移感測器）之編碼器1 0 的量測角度1 1 ( θηι ’），藉以等於馬達！ 7的實際旋轉角 度9(θηι)。因此’校正機構18所校正之校正角度19具 -11 - L\ 1359557 有極接近馬達、7的實際旋轉角度（0m)之値。將校正角 度19反饋到第一加法器2和第二加法器3。 接著，將詳細說明在圖1之控制方塊中所發生的量測 角度之誤差以及誤差的校正方法。 首先，將說明有關馬達的量測角度（Θ m ’）所產生之 包括較高諧波成分的編碼器信號之誤差。本實施例使用旋 轉編碼器當作旋轉馬達的角度感測器。編碼器具有當作馬 達的位移感測機構之功能。 每一馬達旋轉，編碼器輸出各個兩相位正弦波信號 140000回。當馬達的旋轉角度是0m[rad]時，相位角度0e 以方程式1表示。 [方程式1 ] 之=140000x1 (1)

輸出理想正弦波之編碼器的兩相位信號A s i g和B s i g 分別以方程式2及3表示。 [方程式2] V營、

Asig = sin

V

[方程式3 ]

Bsig = sin 0e (3) -12- 1359557 和四級較高 在實施例中，編碼器信號被視作包括三級 諧波，如方程式4及5所示。' [方程式4] 、顧Sin« (4)

J

[方程式5]

Bsig5 = sin θε + 0.05 sin We + 0.01 sin 5Θ 在實施例中，包括較高諧波的編碼器信號 正弦波信號，及考慮到以電弧正切法（tan·1 ) 時所發生的誤差。編碼器的相位角度’係以 高諧波的編碼器信號之方程式6所計算。 (5) 被視作理想 執行電劃分 使用包括較

[方程式6]

的相位信號 馬達的量測角度θπα’[rad]係以使用編碼器 0e’之方程式7所表示。 -13- 1359557 [方程式7]

140000 ⑺ 既然編碼器是週期函數，所以編碼器的相位角度 可被視作-π S Θ e 5 π。 圖2爲馬達的量測角度0m，和馬達的旋轉角度之 間的關係圖。在圖2中，水平軸表示馬達的旋轉角度θπι ’而垂直軸表示電劃分所計算之馬達的量測角度θιη，。在 量測誤差理想上是零時，圖2所示的圖表是直線的。然而 ’因爲實際的量測角度包括誤差，所以圖2所示的圖表是 歪曲線。 圖3爲馬達的旋轉角度em和量測誤差θιη，- θιη之間 的關係圖。在圖3中，水平軸表示馬達的旋轉角度0m， 而垂直軸表示馬達的旋轉角度θιη和電劃分所計算之馬達 的量測角度θηα ’之間的量測誤差0m，-0ηι。在量測誤差理 想上是零時，不管水平軸的旋轉角度θιη爲何，垂直軸的 量測誤差θπι’-θιη總是指著零。然而，因爲實際的量測角 度包括誤差，所以圖3所示的圖表隨正弦曲線變化。 如上述，量測誤差發生在馬達的實際旋轉角度θιη和 編碼器輸出的較高諧波成分所導致之編碼器所量測的量測 角度θιη’之間。 接著，將參考圖1 2所示之校正程序的流程圖來說明 校正編碼器所量測之量測角度θιη’的方法。對安裝在馬達 -14- 1359557 上的編碼器執行本實施例的校正程序。 本實施例的馬達控制裝置具有用以校正編碼器的量測 角度之校正模式以及執行實際馬達控制之控制模式。在移 動到執行一般馬達控制的控制模式之前，馬達控制裝置在 校正模式中校正量測角度。 圖1所示之控制系統以編碼器量測馬達的量測角度 Θ m ’，以執行馬達的定位控制。在實施例中，如方程式8 所示一般，在3 60點計算校正係數。 η χ [方程式8]180 360 140000 {n = 0,1,...358,359)

首先’在方程式8中，編碼器量測滿足0m’[0] = - π/140000 (n = 0)(步驟S1)。然後，控制系統執行定位控 制，使得馬達在此位置中（步驟S2 )。接著，在定位控 制的條件中，控制系統將信號產生機構1 3所產生之正弦 波信號100Hz重疊在力矩命令4上（步驟S3)。正弦波 頻率並不侷限於1 00Hz，而是也可使用其他頻率。 依據結果，控制系統供應從第三加法器5輸出的驅動 力矩6到馬達1 7，以量測驅動力矩6和量測角度0 m，的角 度響應（步驟S4 )。在此例中’驅動力矩係由Tm[0]表示 ，及馬達的量測角度θπΓ之角度響應係由θιη’ρ[0]表示。 控制系統決定η的値是否小於3 6 0 (步驟s 5 )。若η 的値小於3 6 0，則控制系統加1到η (步驟s 6 )，及重複 -15- 1359557 步驟S2到S4的處理。換言之，當η是1，2，...，358, 359 (η<3 60 )時，和η是〇 —樣，控制系統計算馬達的驅動 力矩Tm[n]以及量測角度0m’的角度響應em’p[n](步驟 S4 )。 若η的値到達360，則控制系統執行馬達之驅動力矩 Tm和角度響應0m’p的每一個之Fourier轉換，以計算各 個振幅譜（步驟S7)。圖4爲馬達的驅動力矩Tm之振幅 譜圖。圖5爲角度響應θηι’ρ的振幅譜圖。圖4及5所示 之振幅譜的每一個僅表示正弦波信號的重疊頻率100 Hz 之一項。 若沒有編碼器的量測誤差，則有關驅動力矩Tm之馬 達17的量測角度0m’之角度響應θπι’ρ是固定的。換言之 ，有關驅動譜的振幅譜之角度響應θιη’ρ的振幅譜（振幅 譜比）是固定的。 然而，實際上，編碼器的量測誤差發生。因此，如圖 4及5所示，當使用量測角度θπΓ時’振幅譜比非固定的 〇 因此，當量測誤差發生時，控制系統產生校正資料 W[n]以使振幅譜比均等（步驟S8 )。當量測角度0m’是 0m，[n]S 0m’<0m’[n+l]時’校正資料W[n]是加權資料，及 被計算成滿足下面的方程式9及10。 -16- 1359557 [方程式9]

W[n\^DFT{em'p[nj) = R DFT(Tm[n]) 一 。 [方程式10] _ 2π ~140000 (10) 359 ^ (W[n] X (θτή\η +1] - Om' [η])) Λ=0 方程式9中的Κ是任意常數。DFT(0m’P)是量測角度 θηι’之角度響應θηΓρ的Fourier轉換所計算之振幅譜（ 100Hz的一項）。DFT(Tm)是驅動力矩Tm的Fourier轉換 所計算之振幅譜（1 00Hz的一項）。圖6爲校正資料W 和量測角度θπι ’之間的關係圖。控制系統使用此種校正資 料W執行校正，以使驅動力矩Tm和角度響應θπι’ρ的振 幅譜比均等》亦可緊接在驅動力矩Tm[n]和角度響應（ θιη’ρ [η])的量測之後執行振幅譜和振幅譜比的量測（圖 1 2中的步驟S 4 )。 使用校正資料W[n]計算量測角度θπΓ被校正之校正 角度 θιη”（步驟 S9)。當量測角度 θπΓ滿足（2η/360)χ(η-18O)/14OOO〇S0m’<(2n/36O)x((n + l)-l8O)/14OOO 時，以方程 式1 1表示校正角度θιη”。 [方程式1 1] η ^1'- Σ x + W[n] X (0m'[n +1] - 9m'[ri\) (11) -17- 1359557 圖7爲有關馬達的旋轉角度Θ之已校正的量測誤差 θιη”-θηι和未校正的量測誤差0m’-0m圖。在圖7中，水平 軸表示馬達的旋轉角度θηι，而垂直軸表示量測誤差。馬 達的旋轉角度0m和未校正的量測角度θπΓ之間的量測誤 差θιη’-θιη係由短劃線表示，而馬達的旋轉角度θιη和已 校正的量測角度θιη”之間的量測誤差θηι”-θπι係由實線表 示。 如圖7所示，未校正的量測誤差θπΓ-θιη是大的。然 而，已校正的量測誤差θιη”-θιη極小。換言之，使用校正 資料W所計算之校正角度θιη”極接近馬達的實際旋轉角 度Θ m。 如上述，在馬達的量測角度0m ’間之欲校正的範圍中 之複數量測角度中，本實施例的位移感測方法連續執行振 幅譜的量測。然後，執行量測角度θιη’的校正，使得有關 欲校正的範圍中之任意驅動力矩的各個量測角度0m’之定 位響應是固定的。 在馬達控制裝置於校正模式中計算校正角度0m”之後 ，其移至馬達控制裝置執行一般馬達控制之控制模式。在 控制模式中，馬達控制裝置的驅動機構之第三加法器5使 用校正模式中所計算的校正角度Θγπ”來執行馬達17的驅 動控制。 如上述，使用校正資料W以使振幅譜比均等，本實 施例能夠有效降低有關包括較高諧波信號的編碼器之輸出 信號的量測誤差。因此，本實施例能夠提供降低由於包括 -18- 1359557 在編碼器的輸出信號中之較高諧波成分所引起的誤差之位 移感測方法。而且’本實施例能夠提供高準確性的馬達控 制裝置’因爲馬達控制裝置校正編碼器的量測角度，使得 編碼器的量測誤差小。 [實施例2 ] 在本實施例中，編碼器的刻度盤距具有處理誤差。本 實施例使用旋轉編碼器當作安裝於旋轉馬達上的角度感測 器，此與實施例1相同。 如貫施例1的例子一般’每一馬達旋轉中，本實施例 的編碼器輸出各個兩相位正弦波信號140000回。當馬達 的旋轉角度是0m[rad]時，相位角度0e以與方程式1相同 之方程式12表示。 [方程式12] • 仏=UOOO〇x0m (12) 而且’編碼器的兩相位信號A s i g和B s i g分別以與方 程式2及3相同之方程式13及14表示。 [方程式13]

Asig = sin \ (13) -19- 1359557 [方程式14]

Bsig = ήηθ6 (14) 然而，若刻度盤距具有處理誤差，則 1的關係並且無法量測準確位置。在本實 如上述一般刻度盤距具有處理誤差時之校 度θπΐ之校正程序。 首先，將說明在刻度盤距中具有處理 輸出信號提供馬達的量測角度之誤差。 本實施例的刻度盤被視作滿足有關， θπι之方程式 15及 16。當馬達的旋_ π/140000)χ1.2 S 0m < 0 時，編碼器的相 β 程式1 5所表示。 無法滿足方程式 施例中，將說明 正馬達的量測角 誤差之編碼器的 I達的旋轉角度 事角度範圍是（-:角度ee’係由方

[方程式15]1x140000 (15) (·π/140000)χ0.8 听表示。 當馬達的旋轉角度範圍是0 S < 時’編碼器的相位角度0e’係由方程式16 [方程式16] • ,4x140000 -20- 1359557 在此例中，本實施例的編碼器具有滿足方程式15及 16的關係之處理誤差。刻度盤被視作未具有除了上述範 圍之外的處理誤差。當編碼器的輸出信號是理想的並且未 包括較高的諧波時，量測角度θιη’係由方程式17所表示 [方程式17]

Θ. 〇： 140000

圖8爲馬達的量測角度θπΓ和馬達的旋轉角度0m之 間的關係圖。在圖8中，水平軸表示馬達的旋轉角度0m ，而垂直軸表示由包括刻度盤處理誤差之編碼器所量測的 量測角度Θ m ’。若處理誤差理想上是零，則圖8所示之圖 表是直線的。然而，因爲本實施例的刻度盤具有滿足方程 式15及16的處理誤差’所以圖8所示的圖表是歪曲線。 圖9爲具有處理誤差之編碼器的量測誤差0m’_0m和 馬達的旋轉角度θιτι之間的關係圖。在圖9中，水平軸表 不馬達的旋轉角度θηι’而垂直軸表不馬達的旋轉角度 和具有刻度盤處理誤差的編碼器所量測之馬達的量測角度 θιη’之間的量測誤差θιη’-θηι。若處理誤差理想上是零，則 不管水平軸的旋轉角度θιη爲何，垂直軸的量測誤差0m，_ θηι總是指著零。然而，實際上，因爲具有處理誤差，所 以如圖9所示一般變化。 接著將說明刻度盤的處理誤差所導致之量測誤差 -21 - 1359557 θηΓ-θηι的校正方法。校正方法與實施例i的校 同。首先’在定位控制的條件下，校正方法將力 的正弦波信號100Hz重疊到馬達。然後，其施加 波信號的驅動力矩到馬達，及量測驅動力矩Tm 角度響應θηι’ρ。之後，使用方程式8至10產生 〇 圖10爲本實施例所產生的校正資料w。垂 校正資料W，而水平軸表示量測角度0m，。因爲 中之刻度盤的處理誤差滿足方程式15及16，所 角度θιη’小於0時，校正資料w顯示1.2。同時 角度θπΓ是0或更大時，校正資料w顯示〇.8。 接著’將說明使用校正資料W校正量測角度 正角度Θ m ”。 圖11爲有關馬達的旋轉角度Θ之已校正的 θιη”-θιη和未校正的量測誤差θιη’-θπι圖。在圖1 平軸表不旋轉角度Θ，而垂直軸表示量測誤差。 θπι和未校正的量測角度θπι’之間的量測誤差θιη， 短劃線表示，而馬達的旋轉角度θιη和已校正的 Θ m ”之間的量測誤差Θ m ” - Θ m係由實線表示。 如圖11所不，未校正的量測誤差θιη’-θιη是 而’已校正的量測誤差Θ m ” - Θ m極小。換言之， 資料W所計算之校正角度θιη”極接近馬達的實 度Θ m。 在馬達控制裝置於校正模式中計算校正角度 正方法相 矩命令上 重疊正弦 和馬達的 校正資料 直軸表示 本實施例 以當量測 ，當量測 θηΓ之校 量測誤差 1中，水 旋轉角度 -θιη係由 量測角度 大的。然 使用校正 際旋轉角 θ ΙΏ ”之後 -22- 1359557 ，其移至執行一般馬達控制之控制模式。在控制模式中， 馬達控制裝置的驅動機構之第三加法器5使用校正模式中 所計算的校正角度θηι”來執行馬達17的驅動控制。 如上述，根據本實施例，能夠使用校正資料W有效 地降低編碼器的刻度處理誤差所導致之量測誤差，使得振 幅譜比固定。因此，能夠提供降低由於刻度盤處理誤差所 導致的量測誤差之位移感測方法。而且，可藉由依據刻度 盤處理誤差來校正編碼器的量測角度，而提供準確性高的 馬達控制裝置。 如上述，特別依據實施例說明本發明。然而，本發明 並不局限於這些實施例，而是只要不違背本發明的範疇， 可進行各種變化和修正。 例如，在實施例1及2中，雖然使用旋轉機構當作可 移動機構，但是亦可以平移機構來取代。因此，可將本發 明應用到旋轉編碼器和直線編碼器二者。雖然使用馬達當 作可移動機構，但是亦可以諸如壓電致動器等致動器來取 代。 雖然使用編碼器當作位移感測機構，但是亦可以電容 感測器或P S D (位置感測偵測器）來取代》若使用電容感 測器或P S D，則可執行位移感測的線性校正。 可使用驅動力或位移量之第一或更多的微分値或積分 値，使得位移量與驅動力的關係是固定的。 在實施例2中，即使編碼器的刻度盤距非均質，但是 仍可藉由設定包括非均質部分的角度或位置範圍並且計算 -23- 1359557 校正加權係數來執行位移校正。 根據使用上述實施例之校正方法的電流馬達之定位裝 置，或使用相同方法的雷射處理機器或處理機器’可容易 提高編碼器的量測準確性，以及提高定位準確性。因此， 能夠改良機器特性，以及能夠提高被處理物件或工作件的 品質。 如上述，上述實施例的每一個能夠提供位移感測方法 ，這些方法降低由於包括在編碼器的輸出信號中之較高諧 波成分或刻度盤距的處理誤差所導致之編碼器的量測誤差 。而且，上述實施例的每一個能夠藉由降低編碼器的量測 誤差而提供準確性高的馬達控制裝置。 【圖式簡單說明】 圖1爲實施例1中之馬達控制裝置的控制方塊圖。 圖2爲實施例1中之馬達的旋轉角度θηα和編碼器的 量測角度θηΓ之間的關係圖。 圖3爲實施例1中之馬達的旋轉角度θηα和量測誤差 Θ m ’ - Θ m之間的關係圖。 圖4爲實施例1中之馬達的驅動力矩Tm之振幅譜圖 〇 圖5爲實施例1中之馬達的量測角度θιη’之角度響應 θηι’ρ的振幅譜圖。 圖6爲實施例1中之校正資料圖。 圖7爲實施例1中之未校正的量測誤差0m’_θ和已校 -24- 1359557 正的量測角度θηι”-θ圖。 . 圖8爲實施例2中之馬達的旋轉角度0m和量測角度 .θηι’之間的關係圖》 圖9爲實施例2中之馬達的旋轉角度0m和量測誤差 • θπΓ-θηι之間的關係圖。 " 圖10爲實施例2中之校正資料圖。 圖11爲實施例2中之未校正的量測誤差θιη’-θ和已 φ 校正的量測角度Θ m ” - Θ圖。 圖12爲實施例1中之校正程序的流程圖。 圖13爲雷射處理機器的一例子之槪要圖》 圖1 4爲馬達控制裝置的一例子之槪要圖。 圖15爲旋轉編碼器的刻度盤之一例子的平面圖。 圖1 6爲編碼器輸出的A相位信號和B相位信號圖。 【主要元件符號說明】 # L :雷射光束 0m :旋轉角度 θηΓ :量測角度 ：校正角度 Θ m ’ p :角度響應 Tm :驅動力矩 1 :目標角度命令 2 :第一加法器 3 :第二加法器 -25- 1359557 4 :力矩命令 • 5 :第三加法器 6 :驅動力矩 7 :積分器 ' 8 :積分器 ' 9 :旋轉角度 1 〇 :編碼器 φ 1 1 :量測角度 12 :微分器 1 3 :信號產生機構 14:第一傅立業轉換單元 15:第二傅立業轉換單元 1 6 :校正資料產生機構 1 7 :馬達 18 :校正機構 # 19 :校正角度 1〇〇 :雷射處理機器 1 〇 1 :旋轉馬達 102 :旋轉馬達 1 0 3 :平面鏡 1 0 4 :平面鏡 1 〇 5 :雷射振盪器 1 〇 6 :雷射處理表面 200 :馬達控制裝置 -26 1359557 2 Ο 1 :刻度盤 202 :感測器 203 :馬達控制器 204 :旋轉軸 2 0 5 : Α相位圖案 2 0 6 : B相位圖案

Claims (1)

1359557 十、申請專利範圍 1. 一種位移感測方法，包含以下步驟： 將一預定信號重疊在力矩命令上，以供應一驅動力矩 到一馬達； 量測將該預定信號重疊在該力矩命令時之該驅動力矩 和一位移感測器所量測的一馬達角度之間的振幅譜比； 產生校正資料，以使該振幅譜比均等；及 使用該校正資料來校正該量測的馬達角度，使得該位 移感測器所量測之該馬達角度等於一實際馬達角度。 2 . —種馬達控制裝置，包含： 一位移感測器，其量測一馬達的一位移量； 一驅動單元，其供應一驅動力矩到該馬達； 一信號產生器，其產生一預定信號，及供應該預定信 號到該驅動單元； 一校正資料產生器，其使用當該預定信號被供應到該 驅動單元時之該驅動力矩和該位移感測器所量測之該馬達 的該位移量來產生校正資料；及 一校正單元，其使用該校正資料產生器所產生之該校 正資料來校正該量測之該馬達的該位移量，使得該位移感 測器所量測之該馬達的該位移量等於該馬達的一實際位移 量， 其中該驅動單元使用該校正單元所校正之一位移量來 控制該馬達。 3 .根據申請專利範圍第2項之馬達控制裝置， -28- 1359557 其中該預定信號是正弦波信號。 4.根據申請專利範圍第2項或第3項之馬達控制裝置 其中該校正資料產生器所產生之該校正資料是用以使 該振幅譜比均等的一校正資料，而該振幅譜比係使用該驅 動力矩和該位移感測器所量測之該馬達的該位移量所獲得 〇 5 .根據申請專利範圍第2項或第3項之馬達控制裝置 其中該位移感測器是一編碼器。 6 . —種處理機器，包含根據申請專利範圍第2項或第 3項之馬達控制裝置。 -29-