TWI717230B - 機台編碼器安裝偏移的修正方法 - Google Patents

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Abstract

一種機台編碼器安裝偏移的修正方法，機台具有由床台移動機構進行移動的床台，床台移動機構包含伺服馬達、第一編碼器及控制器，機台編碼器安裝偏移的修正方法包含：應用伺服馬達驅動床台從第一位置移至第二位置；取得第一編碼器所量測的伺服馬達於床台在第一位置與第二位置時之回授數值；以第二編碼器檢測床台在第一位置與第二位置時位置的回授數值；比較伺服馬達的回授數值與床台位置的回授數值，以伺服馬達的回授數值推算參考座標，計算第二編碼器相對於機台的安裝偏移角度；根據安裝偏移角度，以控制器的檢測軟體對第二編碼器進行補償修正。

Description

機台編碼器安裝偏移的修正方法
本發明是有關於一種機台編碼器安裝偏移的修正方法，特別是有關一種應用機台的第一編碼器之量測值推算參考座標，再算出第二編碼器相對於機台的安裝偏移角度，進行軟體補償以修正第二編碼器的安裝偏移的方法。
線性編碼器如光學尺、磁性尺，為精密儀器(解析度為μm等級)，常用於機台第二回授做閉迴路控制，其安裝精度要求高，一般會要求與安裝面的平行度、垂直度以及表面粗糙度，常見安裝步驟為：一、光學尺安裝；二、系統連接，將讀頭連接至用戶端；以及三、安裝並校正讀頭。上述校正讀頭可搭配薄墊片或可調式支架，來調整其前後傾角及安裝高度，以沿著整條行程軸線滑動時，讀頭均可得到良好的訊號，有些訊號會以LED燈號顯示，當作完成讀頭校正的依據，然而，只透過讀頭安裝校正，可能會發生讀頭雖讀得到值但卻是讀到不正確的數值，原因在於第一個步驟「光學尺安裝」所造成的誤差，光學尺安裝依不同設計需不同定位設備，如定位銷、定位承靠面或其它安裝治具，並以如百分錶、千分錶等長度測量儀器來測量尺與床台之間的距離，反覆進行調整及測量後達規定 之平行度，才可得到正確光學尺回授數值。
承上所述，因外部編碼器安裝上的諸多不便，許多硬體調教治具因應而生，如滑塊間隙調教治具、調整平台等等，但上述調教治具又另外須學習其使用方式，對使用者來說，是額外成本，使得加裝外部編碼器的意願降低。
本發明提供一種機台編碼器安裝偏移的修正方法，利用機台的床台移動，比對第一編碼器所取得伺服馬達的回授數值與第二編碼器檢測床台位置的回授數值，並以伺服馬達的回授數值推算參考座標，計算第二編碼器相對於機台的安裝偏移角度，並根據安裝偏移角度以控制器的檢測軟體進行補償修正。
本發明的機台編碼器安裝偏移的修正方法，該機台具有由床台移動機構進行移動的床台，床台移動機構包含移動該床台的伺服馬達、量測伺服馬達的旋轉位置的第一編碼器及電性耦接伺服馬達及第一編碼器的控制器，機台編碼器安裝偏移的修正方法包含：應用伺服馬達驅動床台從第一位置移至第二位置；取得該第一編碼器所量測的伺服馬達於該床台在第一位置與第二位置時之的回授數值；以設置於機台上之第二編碼器檢測床台在第一位置與第二位置時位置的回授數值；比較伺服馬達的回授數值與床台位置的回授數值，以伺服馬達的回授數值推算參考座標，計算該第二編碼器相對於機台的安裝偏移角度；根據前述安裝偏移角度，以控制器的檢測軟體對該第二編碼器進行補償修正。
在一優選的實施態樣中，於進行第二編碼器的安裝偏移角度的補償修正後，再次補償修正，即再次進行驅動床台從第一位置移至第二位置，取得第一編碼器所量測的伺服馬達於床台在第一位置與第二位置時的回授數值，第二編碼器檢測床台於第一位置與第二位置時位置的回授數值，比較伺服馬達的回授數值與床台位置的回授數值，計算第二編碼器相對於機台的安裝偏移角度步驟，當安裝偏移角度低於一定規範內，則停止進行對第二編碼器偏移角度的補償修正。
在一優選的實施態樣中，第一編碼器可為機台內建的內部編碼器，第二編碼器可為另外安裝的外部編碼器。
在一優選的實施態樣中，更包含至少一中間位置，其中該床台由第一位置係先移至中間位置，才接著移動至第二位置。
在一優選的實施態樣中，更包含取得該第一編碼器所量測該伺服馬達於該床台在所述中間位置時之該伺服馬達的回授數值，該第二編碼器檢測該床台於所述中間位置時之該床台位置的回授數值，比較該伺服馬達的回授數值與該床台位置的回授數值以計算該第二編碼器的安裝偏移角度。其中第一位置、中間位置與第二位置之間可為線性關係或非線性關係。
在一優選的實施態樣中，根據安裝偏移角度以控制器的檢測軟體進行補償修正步驟係以伺服馬達的回授數值推算參考座標，將床台位置的回授數值映射至該參考座標。
在一優選的實施態樣中，外部編碼器為光學尺、磁性尺或磁環等可紀錄位置資訊的裝置。
在一優選的實施態樣中，在修正第二編碼器之安裝偏移之前，係包括預先進行排除該機台相對於地面的偏移，其步驟包含：量測機台的軸向垂直度，以取得該機台的偏移角度；輸入該機台的偏移角度到該控制器的檢測軟體中，使檢測軟體依該機台的偏移角度進行補償。
在一優選的實施態樣中，量測該機台的軸向垂直度係應用千分錶或百分錶於X軸、Y軸與Z軸方向上量測機台的偏移角度。
由上述說明可知，本發明的校正方式，讓使用第二編碼器做機台檢測時，第二編碼器跟床台之間不需額外輔助工具及大量定位時間，只須將第一編碼器反饋該伺服馬達的回授數值與第二編碼器反饋該床台位置的回授數值相比較，並以伺服馬達的回授數值推算參考座標計算第二編碼器相對於機台的安裝偏移角度，再根據安裝偏移角度使用軟體進行安裝偏移的補償校正，即可大幅降低了習知技術反覆進行調整、測量及檢測的難度，大幅減少硬體安裝上的不便性。
1:機台
2:床台
21:床台移動機構
22:伺服馬達
23:第一編碼器
3:控制器
4:第二編碼器
A:翻滾角度偏移
B:俯仰角度偏移
C:偏擺角度偏移
X,Y,Z:座標軸
步驟S10~步驟S50:本發明修正方法的步驟流程
步驟S1~步驟S2:本發明排除機台相對於地面的偏移的步驟流程
圖1繪示本發明之安裝編碼器時產生的偏移示意圖；
圖2繪示本發明一實施例的系統架構圖；
圖3繪示本發明機台編碼器安裝偏移的修正方法流程圖；
圖4繪示本發明軟體補償修正的一實施例的座標示意圖；
圖5繪示本發明軟體補償修正的另一實施例的座標示意圖；
圖6繪示本發明一實施例之排除機台相對於地面的偏移的步驟之流程圖。
茲配合圖式將本創作實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本創作之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本創作有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。
以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實現的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本申請，而非用以限制本申請，另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語「包括」或「包含」應被解釋為意指包括該元件，但是不排除任何其它元件。
圖1繪示本發明之安裝編碼器時產生的偏移示意圖。一般而言，機台於出場、年檢或是做雙回授控制時，可以藉由加裝編碼器(以下稱第二編碼器)來進行機構修正及調機檢測、控制等等，此加裝的第二編碼器往往在安裝時會產生相對於三維座標-座標軸X、座標軸Y、座標軸Z的偏移，包含以座標軸X為軸心轉動的翻滾角度偏移A(roll)、以座標軸Y為軸心轉動的俯仰角度偏移B(yaw)及以座標軸Z為軸心轉動的偏擺角度偏移C(pitch)。本發明利用機台的控制器啟動機台的校正安裝偏移的功能，以系統讀取第一編碼器的伺服馬達位置的回授數值與第二編碼器的床台位置的回授數值，計算第二編碼器安裝偏移角度後，對第二編碼器進行軟體修正。
實施應用上，該第一編碼器可由分別量測X軸、Y軸與Z軸三個伺服馬達回授數值的三個編碼器所組成，該第二編碼器可由分別量測床台於X軸、Y軸與Z軸三個軸向位置的三個編碼器所組成。
圖2是本發明一實施例的系統架構圖。圖3是應用圖2之系統架構的機台編碼器安裝偏移的修正方法之流程圖。圖4是本發明軟體補償修正的一實施例的座標示意圖。請參考圖2，本實施例的機台編碼器安裝偏移的修正方法，係可適用的機台1係具有一床台2，床台2設置有一床台移動機構21，以便床台2可經由床台移動機構21進行移動，床台移動機構21包含伺服馬達22、第一編碼器23及控制器3，伺服馬達22用以移動該床台2，第一編碼器23用以量測伺服馬達22的旋轉位置並推算床台2應該要有的移動距離。控制器3電性耦接伺服馬達22及第一編碼器23，以用接受的指令驅動伺服馬達22及讀取第一編碼器23的資訊。
再請一併參考圖3及圖4。本實施例之機台編碼器安裝偏移的修正方法包含：步驟S10，應用伺服馬達22驅動床台2移動，例如圖4實施例為床台2由第一位置移至第二位置，床台2可沿著X軸、Y軸或Z軸移動，亦可不限於沿著X軸、Y軸或Z軸移動；步驟S20，取得第一編碼器23所量測的伺服馬達22於該床台2在第一位置與第二位置時的回授數值；步驟S30，以設置於機台1上之第二編碼器4檢測床台2在第一位置與第二位置時之床台位置的回授數值；步驟S40，比較伺服馬達22的回授數值與床台位置的回授數值，以伺服馬達22的回授數值推算參考座標(P0及P1)，計算第二編碼器4相對於機台1的安裝偏移角度；步驟S50，根據安裝偏移角度，以控制器3的檢測軟體對第二編碼器4進行補償修正。
經上述以軟體進行補償修正第二編碼器4的安裝偏移角度，原則上應已可順利確實修正。當然，本發明也可有一實施例中，增加修正效果的驗證程序，如：於「進行第二編碼器4安裝的偏移角度的補償修正工序後，再次進行驅動床台2從第一位置移至第二位置、取得第一編碼器23所量測的伺服馬達22於床台2在第一位置與第二位置時之回授數值、第二編碼器4檢測床台2於第一位置與第二位置時位置的回授數值、比較伺服馬達22的回授數值與床台2位置的回授數值、計算第二編碼器4相對於機台1的安裝偏移角度」步驟，透過軟體修正，對偏移角度做第二次補償，當偏移角度低於一定規範內，表示第二編碼器4安裝偏移角度的補償修正已確實完成，此時則可停止進行後續的安裝偏移角度的補償修正。
值得一提的是，前述實施例所稱第一編碼器23可為機台1的內部編碼器，即機台1內建的編碼器，該第二編碼器4為額外再安裝在機台上的外接編碼器。
在本發明一實施例中，更包含至少一中間位置，其中床台2由第一位置係先移至中間位置，才接著移動至第二位置，且取得該第一編碼器23所量測該伺服馬達22於該床台2在所述中間位置時之的回授數值，該第二編碼器4檢測該床台2於所述中間位置時位置的回授數值，比較該伺服馬達22的回授數值與該床台2位置的回授數值以計算該安裝偏移角度。
進一步說明，在前述實施例中，於步驟S40至步驟S50所進行的角度補償修正舉例說明如下(如圖4所示)：以床台2由第一位置移至第二位置為例：並基於第一編碼器23檢測伺服馬達22的回授數值推算出第一位置的參考座 標為P0(X0,Y0,Z0)到第二位置的參考座標P1(X1,Y1,Z1)；第二編碼器4檢測床台2位置的回授數值於第一位置的座標為P0’(X0’,Y0’Z0’)，於第二位置的座標為P1’(X1’,Y1’,Z1’)；以線性關係Y=AX+B X軸：X0’=AX0+B X1’=AX1+B Y軸：Y0’=AY0+B Y1’=AY1+B Z軸：Z0’=AZ0+B Z1’=AZ1+B可計算得出各座標軸的A、B係數。
上述實施例說明了以床台2由第一位置移至第二位置的實施例的2點式直線移動的角度補償修正方式。然而，如圖5所示，圖5繪示本發明軟體補償修正第二編碼器安裝偏移的另一實施例的座標示意圖，在實施應用上，在第一位置至第二位置中，可以進一步設置至少一中間位置，床台2由第一位置係先移至少一中間位置，之後才接著移動至第二位置的角度補償修正方法，茲舉例說明如下：以床台2由第一位置移至一個中間位置，再移至第二位置為例：並基於第一編碼器23檢測伺服馬達22的回授數值推算出第一位置、中間位置與第二位置的座標分別為P0(X0,Y0,Z0)、Pm(Xm,Ym,Zm)與P2(X2,Y2,Z2)；第二編碼器4檢測床台2位置的回授數值於第一位置到中間位置-再到第二位置的座標為P0’(X0’,Y0’,Z0’)到Pm’(Xm’,Ym’,Zm’)再到P2’(X2’,Y2’,Z2’)；二次式關係Y=AX2+BX+C X軸：X0’=AX0 2+BX0+C Xm’=AXm 2+BXm+C X2’=AX2 2+BX2+C Y軸：Y0’=AY0 2+BY0+C Ym’=AYm 2+BYm+C Y2’=AY2 2+BY2+C Z軸：Z0’=AZ0 2+BZ0+C Zm’=AZm 2+BZm+C Z2’=AZ2 2+BZ2+C計算可得出各軸A、B、C係數。
在一實施例中，上述第一位置、中間位置與第二位置之間可為線性或非線性關係。
前述根據安裝偏移角度以控制器3的檢測軟體進行補償修正步驟即步驟S50，其係以伺服馬達22的回授數值推算參考座標，將床台2位置的回授數值映射(mapping)至參考座標。具體而言，上述映射(mapping)係指床台2位置的回授數值轉換至由伺服馬達22的回授數值所推算出的參考座標。
本發明各實施例中提及的第二編碼器4可為光學尺、磁性尺或磁環等可紀錄位置資訊的裝置。
如圖6所示。前述本發明的機台編碼器安裝偏移的修正實施例中，係假定該機台結構與地面是無偏移的狀態，然而，當經過前述方法而仍無法確實修正第二編碼器4的安裝偏移角度時，應考慮先進行排除機台相對於地面的偏移，其步驟包含：步驟S1，量測機台1的軸向垂直度，以取得該機台1的偏移角度；步驟S2，將該機台1的偏移角度輸入至該控制器3的檢測軟體，使檢測軟體依輸入該機台的偏移角度進行補償。藉此，先排除機台相對於地面的偏移，使本發明的校正方式更準實。
前述量測該機台1的軸向垂直度係應用千分錶或百分錶於X軸、Y軸與Z軸方向上量測該機台的偏移角度。
透過本發明的校正方式，讓使用外部編碼器做機台檢測時，編碼器跟床台之間不需額外輔助工具及大量定位時間，只須將外部編碼器 裝上，再使用軟體進行安裝偏移的校正，大幅降低了檢測的難度。
上述實施例或實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
步驟S10~步驟S50:本發明修正方法的步驟流程

Claims (8)

  1. 一種機台編碼器安裝偏移的修正方法，該機台具有由一床台移動機構進行移動的一床台，該床台移動機構包含移動該床台的一伺服馬達、量測該伺服馬達的旋轉位置的一第一編碼器及電性耦接該伺服馬達與該第一編碼器的一控制器，該機台編碼器安裝偏移的修正方法包括：應用該伺服馬達驅動該床台從一第一位置移至一第二位置；取得該第一編碼器所量測的該伺服馬達於該床台在該第一位置與該第二位置時的回授數值；以設置於該機台上的一第二編碼器檢測該床台在該第一位置與該第二位置時該床台位置的回授數值；比較該伺服馬達的回授數值與該床台位置的回授數值，以該伺服馬達的回授數值推算參考座標，計算該第二編碼器相對於該機台的安裝偏移角度；以及根據前述計算的安裝偏移角度，以該控制器的檢測軟體對該第二編碼器進行補償修正，以該伺服馬達的回授數值推算該參考座標，且將該床台位置的回授數值映射至該參考座標。
  2. 如請求項1所述機台編碼器安裝偏移的修正方法，其中，於進行該第二編碼器的安裝偏移角度的補償修正後，再次進行驅動該床台從該第一位置移至該第二位置，且取得該第一編碼器所量測的該伺服馬達於該床台在該第一位置與該第二位置時的回授數值；該第二編碼器檢測該床台於該第一位置與該第二位置時位置的回授數值，比較該伺服馬達的回授數值與該床台位置的回授數值，計算該第二編碼器相對於該機台的安裝偏移角度步驟， 當該機台的安裝偏移角度低於一定規範內，則停止對該第二編碼器進行安裝偏移角度的補償修正。
  3. 如請求項1所述機台編碼器安裝偏移的修正方法，其中，更包含至少一中間位置，該床台由該第一位置係先移至所述中間位置，才接著移動至該第二位置，且取得該第一編碼器所量測該伺服馬達於該床台在所述中間位置時的回授數值，該第二編碼器檢測該床台於所述中間位置時位置的回授數值，比較該伺服馬達的回授數值與該床台位置的回授數值以計算該第二編碼器的安裝偏移角度。
  4. 如請求項3所述機台編碼器安裝偏移的修正方法，其中，該第一位置、所述中間位置與該第二位置之間為線性關係。
  5. 如請求項3所述機台編碼器安裝偏移的修正方法，其中，該第一位置、所述中間位置與該第二位置之間係為非線性關係。
  6. 如請求項1所述機台編碼器安裝偏移的修正方法，其中，該第二編碼器為可紀錄位置資訊的光學尺、磁性尺及磁環其中之一裝置。
  7. 如請求項1所述機台編碼器安裝偏移的修正方法，其中，在修正該第二編碼器之安裝偏移之前，係包括預先進行排除該機台相對於地面的偏移的步驟，其步驟包含：量測該機台的軸向垂直度，以取得該機台的偏移角度；以及輸入該機台的偏移角度至該控制器的檢測軟體中，使該控制器的檢測軟體依輸入的該機台的偏移角度進行補償。
  8. 如請求項7所述機台編碼器安裝偏移的修正方法，其中，量測該機台的軸向垂直度係應用千分錶或百分錶於X軸、Y軸與Z軸方向上量測該機台的偏移角度。
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