TWI463113B - 適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置及其校準方法 - Google Patents

Description

適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置及其校準方法

本發明是有關於一種校準裝置及其校準方法，特別是有關於一種可用以輔助校正軸編碼器安裝於伺服馬達之安裝角度之校準裝置及其校準方法。

為滿足高科技產業製程之高精密需求，伺服馬達係大量的被應用於產業之自動化生產上。伺服馬達之定位精確度主要是繫於伺服馬達軸上之位置編碼器(Encoder)，又稱軸編碼器。而伺服馬達與軸編碼器有一定之相對位置(安裝角度)，因此伺服馬達與軸編碼器兩者必須正確的安裝，運用此伺服馬達之設備(如機器手臂等)才能正常的工作。

當伺服馬達安裝編碼器、伺服馬達於維修保養或者是更換伺服馬達之軸承時，就必須面臨伺服馬達與軸編碼器兩者之間之相對位置變動而需重新校正之問題。然而，由於一般馬達維修的廠商不具備軸編碼器校準的能力，因此若遇到上述問題，尤其是伺服馬達維修時，便將無法進一步的做處理。如此一來，當伺服馬達於維修時，往往都是直接更換整組伺服馬達，而因為伺服馬達之價 格高昂，安裝有高解析度之軸編碼器的伺服馬達之價格就更高，如要更換整組馬達，將造成相當大的成本負擔。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置及其校準方法，以解決習知技術無法輕易校準伺服馬達之軸編碼器之安裝角度之問題。

根據本發明之目的，提出一種適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置，用以校準軸編碼器與伺服馬達之間的一角度偏移量，其校準裝置包含：一驅動馬達、一耦合器、一處理單元及一顯示器。驅動馬達係用以帶動伺服馬達運轉。耦合器之兩端係分別連接並固定驅動馬達與伺服馬達之軸心，以將驅動馬達之運轉動力傳送至伺服馬達。處理單元包含一校準電路及一反電勢識別電路，校準電路係用以處理伺服馬達運轉時軸編碼器所輸入之一相位訊號，反電勢識別電路係用以量測伺服馬達運轉時一定子線圈之一反電勢訊號，處理單元便係根據相位訊號及反電勢訊號運算出磁極數、解析度、目前角度位置及角度偏移量。顯示器用以顯示磁極數、解析度、目前角度位置及角度偏移量。其中，若角度偏移量不為一基準值時，處理單元係鎖定驅動馬達之軸心，並藉由耦合器使伺服馬達之軸心同時被鎖定，以提供使用者依據顯示器所顯示之內容，校準伺服馬達之軸編碼器之角度偏移量。

較佳地，本發明所述之校準裝置更包含一第一固定架、一第一底座及一第一支撐元件，驅動馬達係固定於第一固定架之一面，且驅動馬達之軸心係穿設於第一固定架之該面上所具有之一通孔； 第一底座之一面係連接第一固定架之一側；第一支撐元件係設於第一固定架與第一底座之連接處，用以穩固支撐第一固定架。

較佳地，本發明所述之校準裝置更包含一第二固定架、一第二底座及一第二支撐元件，伺服馬達係活動性地固定於第二固定架之一面，且伺服馬達之軸心係穿設於第二固定架之該面上所具有之一通孔；第二底座之一面係連接第二固定架之一側；第二支撐元件係設於第二固定架與第二底座之連接處，用以穩固支撐第二固定架。其中，第二固定架之通孔周圍具有複數個螺孔，該些螺孔係呈長條狀，以提供不同大小及款式之伺服馬達固定於第二固定架。

較佳地，處理單元包含一驅動電路，係用以驅使驅動馬達運轉，並用以鎖定驅動馬達之軸心。

較佳地，耦合器連接伺服馬達之一端係呈夾頭式，用以夾持固定不同軸心大心之伺服馬達。

根據本發明之目的，又提出一種適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準方法，用以校準軸編碼器與伺服馬達之間的一角度偏移量，校準方法包含下列步驟：利用一驅動馬達帶動伺服馬達運轉；提供包含一校準電路及一反電勢識別電路的一處理單元，利用校準電路處理伺服馬達運轉時軸編碼器所輸入之一相位訊號；藉由反電勢識別電路量測伺服馬達運轉時一定子線圈之一反電勢訊號；藉由處理單元根據相位訊號及反電勢訊號運算出磁極數、解析度、目前角度位置及角度偏移量；經由一顯示器顯示磁極數、解析度、目前角度位置及角度偏移量；若角度偏移量不為一基準值， 則利用處理單元鎖定驅動馬達之軸心，藉此使伺服馬達之軸心同時被鎖定，以提供使用者依據顯示器所顯示之內容，校準伺服馬達之軸編碼器之角度偏移量。

承上所述，依本發明之校準裝置及其校準方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)此校準裝置及其校準方法係利用一驅動馬達帶動伺服馬達運轉，並利用處理電路將伺服馬達之磁極數、軸編碼器之解析度、軸編碼器之目前角度位置及軸編碼器之安裝角度偏移量運算出來，再經由顯示器顯示之，使用者便可根據顯示器所顯示之內容，輕易地對伺服馬達之軸編碼器進行校準動作，以使軸編碼器安裝於伺服馬達之角度偏移量為一基準值。

(2)此校準裝置及其校準方法可提供使用者對各種款式及各種軸徑之伺服馬達進行校準工作，在使用上相當的方便實用。

100‧‧‧校準裝置

101‧‧‧驅動馬達

1011、202‧‧‧軸心

102‧‧‧耦合器

103‧‧‧驅動電路

104‧‧‧校準電路

105‧‧‧反電勢識別電路

106‧‧‧顯示器

107‧‧‧第一固定架

1071、1081‧‧‧通孔

1072、1082、1083、1091‧‧‧螺孔

1073、1084、1101‧‧‧定位孔

108‧‧‧第二固定架

109‧‧‧底座

110‧‧‧支撐元件

200‧‧‧伺服馬達

201‧‧‧軸編碼器

Z、A、B‧‧‧相位訊號

Van‧‧‧反電勢訊號

S11~S14、(A)~(K)‧‧‧步驟

第1圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置之實施例之示意圖。

第2圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置之實施例之底座之示意圖。

第3圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置之實施例之第一固定架之示意圖。

第4圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置之實施例之第二固定架之示意圖。

第5圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置之實施例之支撐元件之示意圖。

第6圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置之實施例之耦合器之示意圖。

第7圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置之實施例之校準電路及反電勢識別電路之訊號處理之示意圖。

第8圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準方法之第一實施例之流程圖。

第9圖 係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準方法之第二實施例之流程圖。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第1圖，其係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置之實施例之示意圖。圖中，本發明之校準裝置100係適用於一伺服馬達200，此伺服馬達200具有一軸編碼器201，此軸編碼器201較佳係為一增量編碼型軸編碼器，但不以此為限。此校準裝置100主要可提供生產廠商或使用者將軸編碼器201安裝於伺服馬達200時之精準校正用，或者是軸編碼器201發生鬆脫偏移或伺服馬達200維修保養需對軸編碼器201重新校準其安裝角度之用。此校準裝置100包含一驅動馬達101、一耦合器102、一驅動電路103、一校準電路104、一反電勢識別電路105、一顯示器106 、一第一固定架107、一第二固定架108、兩底座109、四支撐元件110。驅動電路103、校準電路104及反電勢識別電路105被包含在如本發明所述之處理單元中，此處理單元可為一現場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)晶片，處理單元中更包含了解碼運算程式，如超高速集成電路硬體描述語言(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)程式。顯示器106可為一LCD顯示器，但不以此為限。

上述中，第一固定架107之一側係連接於其中一底座109，而其中兩支撐元件110係分別設於第一固定架107與底座109連接處之兩端，藉由兩支撐元件110穩固支撐第一固定架107，其三者接合方式係將螺絲穿設於底座109之螺孔1091、兩支撐元件110之定位孔1101及第一固定架107左右兩端之螺孔1072及定位孔1073中，使三者相互得以固定。第二固定架108之一側係連接於另一底座109，其另外兩支撐元件110係分別設於第二固定架108與底座109連接處之兩端，藉由此兩支撐元件110穩固支撐第二固定架108，此三者接合方式亦係將螺絲穿設於底座109之螺孔1091、兩支撐元件110之定位孔1101以及第二固定架108之螺孔1083及定位孔1084，使三者相互固定。第2圖、第3圖、第4圖及第5圖分別係為底座109、第一固定架107、第二固定架108及支撐元件110之示意圖，其各孔位分佈之位置如各圖式所示。

由第3圖可看出，第一固定架107更包含一通孔1071，通孔1071之周圍具有四螺孔1072，該些螺孔1072可提供使用者利用螺絲將驅動馬達101固定於第一固定架107之一面，且驅動馬達101之軸心 1011將穿設於通孔1071中。第4圖可看出，第二固定架108更包含一通孔1081，通孔1081周圍具有複數個長條狀之螺孔1082，該些螺孔1082可提供使用者利用螺絲將不同款式及大小之伺服馬達200活動性地固定於第二固定架108之一面，且伺服馬達200之軸心202將穿設於通孔1081中。

上述中，耦合器102可用以連接並固定驅動馬達101之軸心1011以及伺服馬達200之軸心202，耦合器102之示意圖如第6圖所示。此耦合器102用以固定伺服馬達200之軸心202之一端係為夾頭式設計，可用以夾持固定不同軸徑大小之軸心202之伺服馬達200。耦合器102主要可用以將驅動馬達101之運轉動力傳送至伺服馬達200。

於第一實施例中，當驅動電路103驅使驅動馬達101運轉時，藉由耦合器102之傳動，可使驅動馬達101帶動伺服馬達200運轉。而當伺服馬達200運轉時，校準電路104係將處理軸編碼器201所輸入之一相位訊號Z、A、B，反電勢識別電路105則係將量測伺服馬達200之定子線圈之一反電勢訊號Van，再經由處理單元中之VHDL程式計算，以根據相位訊號及反電勢訊號運算出伺服馬達200之磁極數、軸編碼器201之解析度、軸編碼器201安裝於伺服馬達200之一目前角度位置及一角度偏移量，最後利用顯示器106將磁極數、解析度、目前角度位置及角度偏移量顯示出來。其校準裝置100之校準電路及反電勢識別電路之訊號處理之示意圖可如第7圖所示。

上述中，若顯示器106所顯示出之角度偏移量不為一基準值時，表示軸編碼器201安裝之角度有所偏差，此時可利用驅動電路103 中之軸鎖定功能(shaft locked)將驅動馬達101之軸心1011鎖定。而由於驅動馬達101可經由耦合器102帶動伺服馬達200運轉，故當驅動馬達101之軸心1011被鎖定時，伺服馬達200之軸心202同樣亦被鎖定，此時使用者便可根據顯示器106所顯示之內容，來校準伺服馬達200之軸編碼器201之角度偏移量，使角度偏移量調整為該基準值。接著再解除驅動馬達101之軸心1011鎖定，然後再次的驅使驅動馬達101轉動，以再次運算經調整後之伺服馬達200之軸編碼器201之磁極數、解析度、目前角度位置及角度偏移量，並經由顯示器106顯示，若角度偏移量為該基準值時，校準程序則結束。其中，角度偏移量之調整可依使用者所需或工具之規格進行調整，因此上述所舉使角度偏移量調整為「基準值」可為任一角度，包含零度、30度或60度等等。意即，若使用者欲使角度偏移量為零度、30度或60度時，而第一次校正時顯示器106所顯示出之角度偏移量不為零度、30度或60度，使用者便可依據上述方式將角度偏移量調整為零度、30度或60度。

請參閱第8圖，其係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準方法之第一實施例之流程圖，其流程步驟為：S11：利用一驅動馬達帶動伺服馬達運轉；S12：藉由一處理單元接收伺服馬達運轉時之一訊號，以根據訊號運算出伺服馬達之一磁極數及該軸編碼器之一解析度，並計算軸編碼器安裝於伺服馬達中之一目前角度位置及一角度偏移量；S13：經由一顯示器顯示磁極數、解析度、目前角度位置及角度偏移量；S14：若角度偏移量不為一基準值，則利用處理單元鎖定驅動馬達之軸心，藉此使伺服馬達之軸心同時被鎖定，以提供使用者依據顯示器所顯示之內容， 校準伺服馬達之軸編碼器之角度偏移量。其中，該基準值可為零、30度、60度等角度。

上述中，在進行步驟S11前更包含了利用一耦合器連接並固定驅動馬達與伺服馬達之軸心，以將驅動馬達之運轉動力傳送至伺服馬達。而步驟S14校準完軸編碼器之角度偏移量後，可利用處理單元解除鎖定驅動馬達之軸心，並重新使驅動馬達運作以帶動伺服馬達，以再次運算並顯示磁極數、解析度、目前角度位置及角度偏移量，直到角度偏移量為該基準值時才完成校準程序。

請參閱第9圖，其係為本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準方法之第二實施例之流程圖。首先，先取與待校正之伺服馬達相同類型之標準馬達，經此校準裝置預先量測並儲存製造廠所設計之正常PPR值(PPR：馬達旋轉一圈所需之時脈數)後，即可作為待校正伺服馬達之PPR比對依據，接著再依以下流程步驟進行軸編碼器之校準。此校準裝置進行校準之使用步驟與動作流程如下所示：

(A)首先須將驅動馬達與待校正之伺服馬達鎖固於一馬達架台，馬達架台之組成如第1圖所示之第一固定架107、第二固定架108、底座109及支撐元件110。

(B)將耦合器裝上並固定住驅動馬達與伺服馬達之軸心。

(C)開始驅使驅動馬達運轉使其帶動待校正之伺服馬達轉動。

(D)FPGA晶片電路則可讀取到經過處理之軸編碼相位訊號Z、A、B以及反電勢訊號Van。

(E)經FPAG程式根據相位訊號及反電勢訊號Z、A、B、Van做運算處理(PPR、磁極數、偏移量及校正位置計算)，則可得到校正之數據與馬達參數。

(F)經由LCD顯示器顯示各項數據。

(G)判斷偏移量是否為一基準值，此偏移量為偏移之PPR值，若不為該基準值則開始校正。其中該基準值可為任一角度，如零度、30度、60度等角度。

(H)在校正前須先將驅動馬達做軸鎖定的功能(shaft locked)且同時也會將待校正之伺服馬達軸做鎖定。

(I)鎖定後則可開始做軸編碼器之校正而其偏移量可從顯示器顯示得知，其偏移量為偏移之PPR值，由此可得知應將軸編碼器之光盤做順或逆時針調整，而調整時FPGA內部程式之校正位置計算會依照光盤之順或逆時針調整，可即時加減而得到已移動之PPR值。

(J)在調整完軸編碼之光盤後，則可將驅動馬達做軸鎖定的功能解除，並重回至(C)步驟，重新開始驅動馬達使其帶動待校正之伺服馬達運轉，接下來再繼續做(D)~(G)之動作，若偏移量為零則馬達校正工作即完成。用此方法可方便進行軸編碼器之校正並且能一次性即可完成校正之目的。

(K)當偏移量PPR顯示為該基準值(與標準馬達之值相同)，則校正完成。

綜合上述，經由本發明之適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝 置，可快速且方便地完成伺服馬達之軸編碼器之校準，當伺服馬達於維修或任何情況下軸編碼器需要重新定位時，便不需要更換整組馬達，可有效地降低成本之花費。

綜觀上述，可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，再者，本發明申請前未曾公開，且其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

100‧‧‧校準裝置

101‧‧‧驅動馬達

1011、202‧‧‧軸心

102‧‧‧耦合器

103‧‧‧驅動電路

104‧‧‧校準電路

105‧‧‧反電勢識別電路

106‧‧‧顯示器

107‧‧‧第一固定架

108‧‧‧第二固定架

109‧‧‧底座

110‧‧‧支撐元件

200‧‧‧伺服馬達

201‧‧‧軸編碼器

Claims (8)

1. 一種適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準裝置，適用於具有一軸編碼器之一伺服馬達，用以校準該軸編碼器與該伺服馬達之間的一角度偏移量，該校準裝置包含：一驅動馬達，用以帶動該伺服馬達運轉；一耦合器，其兩端係分別連接並固定該驅動馬達與該伺服馬達之軸心，以將該驅動馬達之運轉動力傳送至該伺服馬達；一處理單元，包含一校準電路及一反電勢識別電路，該校準電路係用以處理該伺服馬達運轉時該軸編碼器所輸入之一相位訊號，該反電勢識別電路係用以量測該伺服馬達運轉時一定子線圈之一反電勢訊號，該處理單元便係根據該相位訊號及該反電勢訊號運算出一磁極數、一解析度、一目前角度位置及該角度偏移量；以及一顯示器，用以顯示該磁極數、該解析度、該目前角度位置及該角度偏移量；其中，若該角度偏移量不為一基準值時，該處理單元係鎖定該驅動馬達之軸心，並藉由該耦合器使該伺服馬達之軸心同時被鎖定，以提供使用者依據該顯示器所顯示之內容，校準該伺服馬達之該軸編碼器之該角度偏移量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之校準裝置，其更包含一第一固定架、一第一底座及一第一支撐元件，該驅動馬達係固定於該第一固定架之一面，且該驅動馬達之軸心係穿設於該第一固定架之該面上 所具有之一通孔；該第一底座之一面係連接該第一固定架之一側；該第一支撐元件係設於該第一固定架與該第一底座之連接處，用以穩固支撐該第一固定架。
3. 如申請專利範圍第1項所述之校準裝置，其更包含一第二固定架、一第二底座及一第二支撐元件，該伺服馬達係活動性地固定於該第二固定架之一面，且該伺服馬達之軸心係穿設於該第二固定架之該面上所具有之一通孔；該第二底座之一面係連接該第二固定架之一側；該第二支撐元件係設於該第二固定架與該第二底座之連接處，用以穩固支撐該第二固定架；其中該第二固定架之該通孔周圍具有複數個螺孔，該些螺孔係呈長條狀，以提供不同大小及款式之該伺服馬達固定於該第二固定架。
4. 如申請專利範圍第1項所述之校準裝置，其中該處理單元包含一驅動電路，係用以驅動該驅動馬達運轉，並用以鎖定該驅動馬達之軸心。
5. 如申請專利範圍第1項所述之校準裝置，其中該耦合器連接該伺服馬達之一端係呈夾頭式，用以夾持固定不同軸心大心之該伺服馬達。
6. 一種適用於具軸編碼器之伺服馬達的校準方法，用以校準該軸編碼器與該伺服馬達之間的一角度偏移量，該校準方法包含下列步驟：利用一驅動馬達帶動該伺服馬達運轉；提供包含一校準電路及一反電勢識別電路的一處理單元，利用該校準電路處理該伺服馬達運轉時該軸編碼器所輸入之一相位訊號；藉由該反電勢識別電路量測該伺服馬達運轉時一定子線圈之一反 電勢訊號；藉由該處理單元根據該相位訊號及該反電勢訊號運算出一磁極數、一解析度、一目前角度位置及該角度偏移量；經由一顯示器顯示該磁極數、該解析度、該目前角度位置及該角度偏移量；以及若該角度偏移量不為一基準值，則利用該處理單元鎖定該驅動馬達之軸心，藉此使該伺服馬達之軸心同時被鎖定，以提供使用者依據該顯示器所顯示之內容，校準該伺服馬達之該軸編碼器之該角度偏移量。
7. 如申請專利範圍第6項所述之校準方法，其更包含下列步驟：利用一耦合器連接並固定該驅動馬達與該伺服馬達之軸心，以將該驅動馬達之運轉動力傳送至該伺服馬達。
8. 如申請專利範圍第6項所述之校準方法，其更包含下列步驟：該軸編碼器之該角度偏移量經校準後，利用該處理單元解除鎖定該驅動馬達之軸心，並重新使該驅動馬達運作以帶動該伺服馬達，以再次運算並顯示該磁極數、該解析度、該目前角度位置及該角度偏移量。