TWI675545B

TWI675545B - 角度感測器校正方法以及角度感測器校正裝置

Info

Publication number: TWI675545B
Application number: TW108108766A
Authority: TW
Inventors: 張添嵀; 王稔志
Original assignee: 和碩聯合科技股份有限公司
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2019-10-21
Also published as: JP6970727B2; US20200292362A1; CN111692963A; JP2020150785A; TW202037063A; US10989573B2

Abstract

一種角度感測器校正方法，適用於包含角度感測器的步進馬達，其中角度感測器會隨著步進馬達旋轉，角度感測器校正方法包括下列步驟。將步進馬達旋轉預設角度至第一位置。讀取角度感測器被旋轉至第一位置時的第一電壓。判斷第一電壓是否偏離預設電壓曲線。若是，記錄第一電壓相對預設電壓曲線的第一偏移量。根據第一偏移量補償角度感測器的感測角度。一種角度感測器校正裝置也被提出。

Description

角度感測器校正方法以及角度感測器校正裝置

本揭示內容是有關於一種感測器校正方法以及感測器校正裝置，且特別是有關於一種角度感測器校正方法以及角度感測器校正裝置。

步進馬達是利用磁極轉換產生間歇性電力，來得到高精度的移動。一般的步進馬達是採用開迴路控制，但因無回饋機制來監控，無法判別馬達是否有失步（lost step）的情況。此外，有一些步進馬達會加上編碼器（encoder）來控制移動的精確性，但是也只有偵測到馬達是否已到達動作終點的終點誤差。

為了避免步進馬達發生異常造成偏移（shift）的情形，目前的解決方式是將角度感測器設置於步進馬達的轉軸上，以偵測步進馬達的實際旋轉角度，然而，此種感測器容易在長時間使用後而產生磨損，使感測器所偵測到的角度逐漸偏離理想曲線，進而導致對步進馬達的校正準確性下降。

本揭示內容提供一種角度感測器校正方法以及角度感測器校正裝置，其可輕易對角度感測器進行校正。

本揭示內容的一種角度感測器校正方法，適用於包含角度感測器的步進馬達，其中角度感測器會隨著步進馬達旋轉，角度感測器校正方法包括下列步驟。將步進馬達旋轉預設角度至第一位置。讀取角度感測器被旋轉至第一位置時的第一電壓。判斷第一電壓是否偏離預設電壓曲線。若是，記錄第一電壓相對預設電壓曲線的第一偏移量。根據第一偏移量補償角度感測器的感測角度。

本揭示內容的一種角度感測器校正裝置包括一步進馬達、一角度感測器以及一控制器。角度感測器設置於步進馬達上，以隨著步進馬達旋轉。控制器耦接至步進馬達以及角度感測器，並用以：控制步進馬達連同角度感測器旋轉一預設角度至一第一位置；讀取角度感測器被旋轉至第一位置時的一第一電壓；判斷第一電壓是否偏離一預設電壓曲線；若是，記錄第一電壓相對預設電壓曲線的一第一偏移量；以及根據第一偏移量補償角度感測器的一感測角度。

基於上述，本揭示內容實施例利用步進馬達來對用以監控步進馬達的角度感測器進行其感測角度的校正，如此，本揭示內容實施例所提出的角度感測器校正方法與校正裝置可在不加裝額外裝置的情況下對設置於步進馬達上的角度感測器進行校正。因此，本揭示內容實施例可有效延長角度感測器的使用壽命以及確保裝置運行及感測的準確性，更可降低裝置的維護成本。

為讓本揭示內容的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本揭示內容之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本揭示內容。並且，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。

圖1是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正裝置的方塊示意圖。圖2是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正裝置的側視示意圖。請同時參照圖1及圖2，在本實施例中，角度感測器校正裝置100可包括角度感測器110、步進馬達120以及控制器130。在某些實施例中，角度感測器110可包括接觸式角度感測器與非接觸式角度感測器，其中，接觸式角度感測器可為電阻式角度感測器，其基本原理是將旋轉的角度變化以電阻的變化輸出。進一步而言，電阻式角度感測器可利用例如旋轉簧片（wipers）來改變電阻值，以造成輸出電壓之改變。在本實施例中，角度感測器110可為電阻式角度感測器。當然，本揭示內容並不以此為限。在其他實施例中，角度感測器110也可為例如旋轉可變差動變壓器（rotational variable difference transformer, RVDT），以及角度編碼器（encoder）等非接觸式角度感測器。

在某些實施例中，步進馬達120可為一種直流無刷馬達，其可包括如齒輪狀突起（小齒）且彼此相鍥合的定子以及轉子，其可藉由切換流向定子線圈中的電流而以一定角度逐步轉動。在某些實施例中，角度感測器110可如圖2所示地設置於步進馬達120上，以對步進馬達120的旋轉角度進行偵測與監控。在某些實施例中，控制器130可為一微控制器，其耦接至步進馬達120以及角度感測器110，以對步進馬達120以及角度感測器110進行控制。

圖3是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正方法的流程示意圖。請同時參照圖1至圖3，在某些實施例中，可應用於上述角度感測器校正裝置100的角度感測器校正方法可包括下列步驟。首先，執行步驟S110，設置角度感測器110於步進馬達120上。在本實施例中，角度感測器110可如圖2所示地套設於步進馬達120上。舉例而言，角度感測器110可如圖1所示的包括一組裝孔112。如此，角度感測器110可利用此組裝孔112套設於步進馬達120的轉軸122上，以隨著步進馬達120而旋轉，如此，角度感測器110可對步進馬達120的旋轉角度進行偵測與監控。於其他一些實施例中，角度感測器110可以整合於步進馬達120上，並且可為一體成型之結構。換句話說，角度感測器校正方法可以不包含步驟S110。

圖4是依照本揭示內容的一實施例的一種步進馬達的旋轉路徑示意圖。請同時參照圖3及圖4，接著，執行步驟S120，控制器130控制步進馬達120連同套設於其上的角度感測器110一起旋轉一預設角度θ1，以由初始位置SP旋轉至（第一）位置P1。在本實施例中，預設角度θ1為步進馬達120每次旋轉的一步進單位，其例如為10度，當然，本實施例僅用以舉例說明，並不以此為限。

圖5是依照本揭示內容的一實施例的一種感測電壓曲線與預設電壓曲線的關係示意圖。請同時參照圖3至圖5，接著，執行步驟S130，讀取角度感測器110被旋轉至（第一）位置P1時的（第一）電壓V1。也就是說，控制器130響應於角度感測器110被旋轉至此位置P1而讀取角度感測器110的電壓V1。在本實施例中，電壓V1為角度感測器110被旋轉至位置P1時的輸出電壓。

請同時參照圖3至圖5，接著，執行步驟S140，控制器130判斷此（第一）電壓V1是否偏離一預設電壓曲線C1。在本實施例中，所謂的預設電壓曲線C1是角度感測器110在理想狀態（無誤差）下的旋轉角度與對應輸出電壓的理想關係曲線。也就是說，若得知角度感測器110的旋轉角度後，應可在預設電壓曲線C1上得到對應的理想輸出電壓，因此，將第一電壓V1與預設電壓曲線C1上的理想輸出電壓做比較，即可得知第一電壓V1是否偏離預設電壓曲線C1。由圖5的實施例可知，第一電壓V1已偏離預設電壓曲線C1。當然，圖5的數值及曲線關係皆為示意，本揭示內容並不以此為限。

請同時參照圖3至圖5，接著，若控制器130判斷出第一電壓V1偏離預設電壓曲線C1，執行步驟S150，記錄此第一電壓V1相對預設電壓曲線C1的（第一）偏移量（offset）FS。在本實施例中，判斷第一電壓V1是否偏離預設電壓曲線C1的方法可包括：判斷第一電壓V1與預設電壓曲線C1之間的差值是否大於一預設值，若是，則決定第一電壓V1確實是偏離預設電壓曲線C1，並記錄此第一電壓V1相對預設電壓曲線C1的第一偏移量FS。在本實施例中，預設值可為預設電壓曲線C1的±2%，其例如為圖5中與預設電壓曲線C1平行的兩條虛線，但本實施例並不限於此。若第一電壓V1的偏移量FS大於此預設值（容忍值），則表示其偏移量過大，控制器130將會紀錄此偏移量FS。

請同時參照圖3至圖5，接著，執行步驟S160，控制器130判斷位置P1是否為步進馬達120的旋轉路徑終點EP，若是，則代表整個旋轉路徑的校正工作已完成，控制器130便可停止步進馬達120的旋轉。此時，控制器130已獲得整個旋轉路徑中各個位置的電壓偏移量，以作為日後對角度感測器110所偵測的感測角度做補償與校正的參考。在本實施例中，控制器130可依據所獲得的各個位置的電壓偏移量繪製出如圖5所示的實際輸出電壓曲線C2，以與預設電壓曲線C1做比較，並作為日後對角度感測器110所偵測的感測角度做補償與校正的依據。

如此，之後再利用角度感測器110來對步進馬達120進行旋轉角度的偵測與監控時，控制器130便可根據之前所記錄的偏移量（例如第一偏移量FS）來補償角度感測器110的感測角度。舉例而言，在完成上述的校正方法的步驟後，控制器130已得到角度感測器110（以及步進馬達120）在旋轉至第一位置P1時所輸出的第一電壓V1具有第一偏移量FS，因此，控制器130之後便可依據此偏移量FS對角度感測器110（以及步進馬達120）旋轉至第一位置P1時所感測到的感測角度進行補償（例如將感測到的感測角度再加上或減去第一偏移量FS所對應的角度）。

在某些實施例中，若控制器130判斷出第一位置P1並不是步進馬達120的旋轉路徑終點EP，也就是說，步進馬達120尚未旋轉至其旋轉路徑終點EP，則可繼續重複執行步驟S120至步驟S160至步進馬達120旋轉至其旋轉路徑終點EP為止。

詳細而言，若控制器130判斷出第一位置P1並非步進馬達120的旋轉路徑終點EP，控制器130可如圖4所示地接續控制步進馬達120連同角度感測器110由（第一）位置P1旋轉一預設角度θ1至（第二）位置P2。接著，讀取角度感測器110被旋轉至（第二）位置P2時的（第二）電壓V2。在本實施例中，電壓V2為角度感測器110被旋轉至位置P2時的輸出電壓。

接著，控制器130判斷此電壓V2是否偏離預設電壓曲線C1。如此，將電壓V2與預設電壓曲線C1上的理想輸出電壓做比較，即可得知電壓V2是否偏離預設電壓曲線C1。

接著，若控制器130判斷出電壓V2確實是偏離預設電壓曲線C1，則記錄此電壓V2相對預設電壓曲線C1的（第二）偏移量。由圖5可知，電壓V2與預設電壓曲線C1之間的差值小於此預設值（電壓V2並未超出圖5所示的兩條虛線的範圍），因此，可視為電壓V2的偏移量為可容忍範圍，控制器130可不紀錄此第二偏移量，並可接續控制步進馬達120連同角度感測器110由第二位置P2再旋轉一預設角度θ1至第三位置，以重複執行步驟S120至步驟S160至步進馬達120旋轉至其旋轉路徑終點EP為止。

圖6是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正裝置的側視示意圖。圖7是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正裝置的俯視示意圖。在某些實施例中，角度感測器校正裝置100可利用各種方式來判斷步進馬達120是否旋轉至其旋轉路徑終點（例如圖4所示的旋轉路徑終點EP），以下將針對其中一種方式做舉例說明。

請同時參照圖6及圖7，在某些實施例中，角度感測器校正裝置100更可包括一感測開關150，其可設置於步進馬達120的旋轉路徑上。在某些實施例中，控制器130可耦接感測開關150，以判斷步進馬達120是否旋轉至其旋轉路徑終點。舉例而言，感測開關150可為例如光遮斷器等非接觸式感測開關，或者例如微動開關等接觸式感測開關。如此配置，當步進馬達120轉動至感測開關150的設置處時可觸動此感測開關150，進而產生感測訊號，控制器130便可依據此感測訊號而判斷步進馬達120旋轉至其旋轉路徑終點。

在某些實施例中，角度感測器校正裝置更可包括一機構件140，其設置於步進馬達120上，以隨著步進馬達120旋轉，在本實施例中，機構件140可設置於步進馬達120的轉軸（如圖2所示的轉軸122）上，且角度感測器110可設置於步進馬達120與機構件140之間。據此，感測開關150即可設置於此機構件140的旋轉路徑上，以在機構件140隨著步進馬達120轉動至感測開關150的設置處時觸動此感測開關150。舉例來說，機構件140可包括突出部142，如此配置，當突出部142旋轉至感測開關150的設置處時，突出部142可例如透過遮蔽光遮斷器所射出的光線（例如紅外線）或是接觸微動開關等方式來觸動感測開關150，進而產生感測訊號，控制器130便可依據此感測訊號而判斷步進馬達120旋轉至其旋轉路徑終點。當然，本實施例僅用以舉例說明，本揭示內容並不以此為限。

綜上所述，本揭示內容實施例利用步進馬達來對用以監控步進馬達的角度感測器進行其感測角度的校正，如此，本揭示內容實施例所提出的角度感測器校正方法與校正裝置可在不加裝額外裝置的情況下對設置於步進馬達上的角度感測器進行校正。因此，本揭示內容實施例可有效延長角度感測器的使用壽命以及確保裝置運行及感測的準確性，更可降低裝置的維護成本。

雖然本揭示內容已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭示內容的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭示內容的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧角度感測器校正裝置

110‧‧‧角度感測器

112‧‧‧組裝孔

120‧‧‧步進馬達

122‧‧‧轉軸

130‧‧‧控制器

140‧‧‧機構件

142‧‧‧突出部

150‧‧‧感測開關

C1‧‧‧預設電壓曲線

EP‧‧‧旋轉路徑終點

FS‧‧‧第一偏移量、偏移量

P1‧‧‧第一位置、位置

P2‧‧‧第二位置、位置

SP‧‧‧初始位置

S110~S160‧‧‧步驟

V1‧‧‧第一電壓、電壓

V2‧‧‧第二電壓、電壓

θ1‧‧‧預設角度

圖1是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正裝置的方塊示意圖。
圖2是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正裝置的側視示意圖。
圖3是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正方法的流程示意圖。
圖4是依照本揭示內容的一實施例的一種步進馬達的旋轉路徑示意圖。
圖5是依照本揭示內容的一實施例的一種感測電壓曲線與預設電壓曲線的關係示意圖。
圖6是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正裝置的側視示意圖。
圖7是依照本揭示內容的一實施例的一種角度感測器校正裝置的俯視示意圖。

Claims

一種角度感測器校正方法，適用於包含一角度感測器的一步進馬達，其中該角度感測器會隨著該步進馬達旋轉，該角度感測器校正方法包括：
將該步進馬達旋轉一預設角度至一第一位置；
讀取該角度感測器被旋轉至該第一位置時的一第一電壓；
判斷該第一電壓是否偏離一預設電壓曲線；
若是，記錄該第一電壓相對該預設電壓曲線的一第一偏移量；以及
根據該第一偏移量補償該角度感測器的一感測角度。
如申請專利範圍第1項所述的角度感測器校正方法，其中判斷該電壓是否偏離該預設電壓曲線包括：
判斷該第一電壓與該預設電壓曲線之間的一差值是否大於一預設值。
如申請專利範圍第2項所述的角度感測器校正方法，其中記錄該第一電壓相對該預設電壓曲線的該第一偏移量包括：
將該差值記錄為該第一偏移量。
如申請專利範圍第1項所述的角度感測器校正方法，更包括：
判斷該第一位置是否為該步進馬達的一旋轉路徑終點；
若是，停止該步進馬達的旋轉。
如申請專利範圍第1項所述的角度感測器校正方法，更包括：
將該步進馬達由該第一位置旋轉該預設角度至一第二位置；
讀取該角度感測器被旋轉至該第二位置時的一第二電壓；
判斷該第二電壓是否偏離一預設電壓曲線；以及
若是，記錄該第二電壓相對該預設電壓曲線的一第二偏移量。
一種角度感測器校正裝置，包括：
一步進馬達；
一角度感測器，設置於該步進馬達上，以隨著該步進馬達旋轉；以及
一控制器，耦接至該步進馬達以及該角度感測器，並用以：
控制該步進馬達旋轉一預設角度至一第一位置；
讀取該角度感測器被旋轉至該第一位置時的一第一電壓；
判斷該第一電壓是否偏離一預設電壓曲線；
若是，記錄該第一電壓相對該預設電壓曲線的一第一偏移量；以及
根據該第一偏移量補償該角度感測器的一感測角度。
如申請專利範圍第6項所述的角度感測器校正裝置，其中該角度感測器包括電阻式角度感測器。
如申請專利範圍第6項所述的角度感測器校正裝置，更包括：
一感測開關，設置於該步進馬達的旋轉路徑上，該控制器耦接該感測開關以判斷該步進馬達是否旋轉至旋轉路徑的終點。
如申請專利範圍第8項所述的角度感測器校正裝置，其中該感測開關包括光遮斷器或微動開關。
如申請專利範圍第8項所述的角度感測器校正裝置，更包括一機構件，設置於該步進馬達上以隨著該步進馬達旋轉，其中該感測開關設置於該機構件的旋轉路徑上。