TWI482400B - Location detection method for linear motors - Google Patents

Description

線性馬達之位置檢知方法

本發明是有關於一種檢知方法，特別是指一種線性馬達之位置檢知方法。

在精密機械工業中經常使用到需要檢知位移量的機械，例如五軸加工機、CNC車床、CNC銑床等，前述的加工機需要有精確的位移量檢知，也就是必須精確檢知加工機線性馬達的動子相對定子的移動距離，才能夠達成精密的加工需求。

線性馬達是利用磁場作用力產生使物體移動的動力，其中定子是以複數組磁極排列成直線所組成，而動子是由三相線圈固定於矽鋼片組成，通入電流於動子的線圈中可以相對定子移動，惟線性馬達主要僅提供移動方向的控制，並不具有位置檢知的功能。以往的一種對於動子移動距離的檢知方法，是在定子上設有一光學尺，而在動子上設有光學尺讀取頭來檢知動子的移動距離，但前揭專利需使用特殊零件，也就是需要額外加工製造該光學尺，才能達成檢知距離的目的。除了光學尺之外，也可由專利TW M308409所揭露的霍爾元件來檢知移動距離，但霍爾 元件是透過檢知磁場的變化來轉換成移動距離，因此容易受到環境磁場變化而影響檢知準確度。

因此，一種可以簡化結構且同樣能精確檢知移動距離的線性馬達之位置檢知方法，為目前相關業者的研發目標之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以精確檢知移動距離的線性馬達之位置檢知方法。

於是本發明線性馬達之位置檢知方法，包含以下步驟：(A)製備：製備一線性馬達，該線性馬達包括一定子、一平行該定子設置的動子，及一位置檢知裝置；(B)移動：該動子相對該定子移動一預定距離；(C)照光：該位置檢知裝置安裝於該動子上，該位置檢知裝置包含一雷射光源、一擷取單元及一微處理單元，該雷射光源對該定子表面照射光線，強化該定子表面上既有紋路的特徵；(D)擷取：該擷取單元接收該雷射光源的反射光，擷取該定子表面的雷射光斑特徵影像；及(E)影像處理：該微處理單元比對該定子的特徵影像，計算出該動子的移動距離。

本發明之功效在於，利用該定子表面上既有紋 路的特徵產生的雷射光斑特徵影像，供給該微處理單元進行移動距離計算，無須額外的加工或使用特殊的零件，以能夠節省許多製作成本。

1‧‧‧位置檢知裝置

11‧‧‧雷射光源

12‧‧‧擷取單元

121‧‧‧光學元件

122‧‧‧感光元件

13‧‧‧微處理單元

2‧‧‧線性馬達

21‧‧‧定子

22‧‧‧動子

100‧‧‧製備步驟

200‧‧‧移動步驟

300‧‧‧照光步驟

400‧‧‧擷取步驟

500‧‧‧影像處理步驟

600‧‧‧建立資料庫步驟

700‧‧‧建立即時特徵影像步 驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一流程圖，說明本發明線性馬達之位置檢知方法之第一較佳實施例的流程；圖2是一示意圖，說明本第一較佳實施例的一定子、一動子及一位置檢知裝置；及圖3是一示意圖，說明本第一較佳實施例的位置檢知裝置的元件配置關係圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明線性馬達之位置檢知方法之第一較佳實施例，該線性馬達2包括一定子21、一平行該定子21設置的動子22，及一位置檢知裝置1，該線性馬達2能安裝於所有可以產生直線運動的機械上，包括自動化設備及其他產業之機械，也包含了加工機。

值得一提的是，本發明圖式是揭露應用於無鐵心式的線性馬達，但本發明的技術概念也可以應用在有鐵心式的線性馬達或其他種類的線性馬達，此為本技術領域之人是參閱本發明之內容可實施操作，故不贅述。

配合參閱圖3，該位置檢知裝置1安裝於該動子22上，該位置檢知裝置1包含一雷射光源11、一擷取單元12，及一微處理單元13，其中，該擷取單元12包括一光學元件121及一感光元件122，該感光元件122用於將雷射光斑特徵影像轉成數位訊號，該微處理單元13用於計算出該動子22相對該定子21的位移量，並轉換成距離輸出。

首先，進行一製備步驟100：製備該線性馬達2。

接著，進行一移動步驟200：該動子22相對該定子21移動一預定距離。

接續地，進行一照光步驟300：該位置檢知裝置1的雷射光源11對該定子21表面照射光線，強化該定子21表面上既有紋路的特徵。

而後，進行一擷取步驟400：該擷取單元12接收該雷射光源11的反射光，擷取該定子21表面的雷射光斑特徵影像。值得一提的是，由於該動子22與該定子21間是保持著平行且維持一定的空氣間隙，而空氣間隙由支撐軌道(圖未示)維持該動子22與該定子21間磁場穩定度，因此該動子22與該定子21間的精度高，能夠確保雷射光斑特徵影像有穩定的清晰度，並由於該定子21表面在不同位置上具有相異的紋路特徵，因此所產生的雷射光斑特徵影像也彼此相異。

最後，進行一影像處理步驟500：該微處理單元13比對該定子21表面的特徵影像，計算出該動子22相對 該定子21的位移量，並轉換成距離輸出。

更進一步說明的是，該微處理單元13可依據絕對位置比對出該動子22的移動距離，也可利用增量的位移量比對出該動子22的移動距離。

其中，若該微處理單元13要依據絕對位置比對出該動子22的移動距離，則需要先進行一建立資料庫的步驟500：將該定子21表面區分為複數個區域，將該等區域的特徵影像儲存於資料庫中。而在該影像處理步驟中，該微處理單元13是將特徵影像與資料庫特徵影像做比對，以得到該動子22的絕對位置。

若該微處理單元13要利用增量的位移量比對出該動子22的移動距離，則需要先進行一建立即時特徵影像的步驟600：該微處理單元13儲存該動子22移動前的特徵影像。而在該影像處理步驟中，該微處理單元13比對該動子22移動前與移動後的特徵影像偏移量，以計算出該動子22的移動距離。

綜上所述，由於該定子21表面在不同位置上具有相異的紋路特徵，因此所產生的雷射光斑特徵影像也彼此相異，該微處理單元13也就能夠依據不同的雷射光斑特徵影像，比對計算出該動子22的移動距離，也就是說不需要對該定子21表面有額外的加工，或使用特殊的零件安裝於該定子21表面上，以能夠節省許多製作成本，且此檢知方法不受到環境溫度與磁場變化影響準確度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而 已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧位置檢知裝置

11‧‧‧雷射光源

12‧‧‧擷取單元

121‧‧‧光學元件

122‧‧‧感光元件

13‧‧‧微處理單元

2‧‧‧線性馬達

21‧‧‧定子

Claims (3)

1. 一種線性馬達之位置檢知方法，該位置檢知方法包含以下步驟：(A)製備：製備一線性馬達，該線性馬達包括一定子、一平行該定子設置的動子，及一位置檢知裝置；(B)移動：該動子相對該定子移動一預定距離；(C)照光：該位置檢知裝置安裝於該動子上，該位置檢知裝置包含一雷射光源、一擷取單元及一微處理單元，該雷射光源對該定子表面照射光線，強化該定子表面上既有紋路的特徵；(D)擷取：該擷取單元接收該雷射光源的反射光，擷取該定子表面的雷射光斑特徵影像；及(E)影像處理：該微處理單元比對該定子的特徵影像，計算出該動子的移動距離。
2. 如請求項1所述的線性馬達之位置檢知方法，該步驟(B)前還包含一步驟(F)，建立資料庫：將該定子表面區分為複數個區域，將該等區域的特徵影像儲存於資料庫中，該步驟(E)中，該微處理單元將特徵影像與資料庫特徵影像做比對，以得到該動子的移動距離。
3. 如請求項1所述的線性馬達之位置檢知方法，該步驟(B)前還包含一步驟(G)，建立即時特徵影像：該微處理單元儲存該動子移動前的特徵影像，該步驟(E)中，該微處理單元比對該動子移動前與移動後的特徵影像偏移量，以計算出該動子的移動距離。