TWM647464U - 螺桿驅動裝置與半自動化加工機台 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種用以控制一螺桿之螺桿驅動裝置，包含：一磁編碼器，用以磁性感應方式偵測螺桿之轉動角度，並輸出一轉動角度訊號；一驅動控制器，包含：一螺桿控制模組，用以將一目標移動距離轉換成一目標旋轉角度，同時將轉動角度訊號轉換成實際旋轉角度；一調控模組，包含一PID模組及一FOC模組；其中，PID模組將目標旋轉角度與螺桿之測得旋轉角度進行比較，並產生一調整訊號；FOC模組根據調整訊號產生一馬達控制訊號；及一馬達控制模組，依據馬達控制訊號控制一馬達帶動螺桿產生轉動。本創作更提供一種包含此裝置之半自動化加工機台。

Description

螺桿驅動裝置與半自動化加工機台

本創作係有關一種驅動裝置，特別是有關於一種螺桿驅動裝置及包含此螺桿驅動裝置之半自動化加工機台，可降低半自動化加工機台之製作成本，並維持高效率與高精度的螺桿驅動裝置與半自動化加工機台。

傳統車床加工機是一種專門用於加工金屬材料的工具機，其主要由床身、主軸、工具架、進給機構等部分組成。傳統車床加工機可以加工出各種形狀的金屬零件，例如螺紋、凸輪等，並且可以進行精度高、表面光滑、尺寸穩定等加工製程。

然而，傳統車床加工機也有其缺點。首先，操作起來比較繁瑣，需要熟練的技術和經驗才能掌握。其次，加工過程中需要人工進行設置和調整，效率較低。此外，車床加工機的加工精度受到機器本身的限制，難以達到極高的加工精度。

隨著科技的發展，越來越多的新型加工設備和技術逐漸出現，取代一些傳統的加工方法。

電腦數值控制(Computer Numerical Control(CNC))機械加工機，是一種採用電腦程式控制技術的自動化加工機台，可以自動精確地執行加工程序，提 高生產效率和加工精度。CNC車床加工機可以實現自動化生產，縮短生產周期。然而，CNC車床加工機的成本很高，需要大量的資金投入。此外，CNC車床加工機需要特定技術人員來操作和維護，並且技術人員需要較長的學習時間以充分掌握其使用和操作方法。

本創作提供一種螺桿驅動裝置，用以控制一螺桿，包含：一磁編碼器，設置於螺桿旁，用以磁性感應方式偵測螺桿之轉動角度，並輸出一轉動角度訊號；一驅動控制器，包含：一螺桿控制模組，用以接收一目標移動距離，並轉換成一目標旋轉角度，同時接收且解碼轉動角度訊號，得到螺桿之實際旋轉角度；一調控模組，包含一PID模組、一FOC模組；其中，PID模組將目標旋轉角度與螺桿之實際旋轉角度進行比較，產生一角度差值，利用比例-積分-微分法進行計算，產生一調整訊號並傳送至FOC模組；FOC模組根據調整訊號產生一馬達控制訊號；及一馬達控制模組，根據馬達控制訊號產生一驅動電壓；以及一馬達，依據驅動電壓進行運轉，並帶動螺桿產生轉動。

根據本創作之一實施例之螺桿驅動裝置，其中，所述磁編碼器包含一永久磁鐵及一磁感測器；永久磁鐵安裝在螺桿之一端點，並與螺桿同時轉動；磁感測器與永久磁鐵相鄰設置，用以磁性感應方式偵測永久磁鐵之轉動角度，進而偵測螺桿之轉動角度。

根據本創作之一實施例之螺桿驅動裝置，其中，所述螺桿控制模組包含一解碼器及一運算單元；解碼器用以將轉動角度訊號進行解碼，以獲得螺桿之實際旋轉角度，運算單元用以將目標移動距離，轉換成目標旋轉角度。

根據本創作之一實施例之螺桿驅動裝置，其中，所述馬達更包含一轉軸及一齒輪；轉軸由馬達中心向外延伸；齒輪設置於轉軸上並連接至所述螺桿；所述馬達轉動之動力，透過轉軸及齒輪，傳遞至螺桿。

根據本創作之一實施例之螺桿驅動裝置，其中，所述驅動控制器更包含一人機介面，用以輸入目標移動距離。

本創作提供一種半自動化加工機台，包含：一加工機，包含一工件夾具及一刀具操作機構；其中，工件夾具用以夾持一工件，刀具操作機構包含一螺桿、一雲台及一加工刀具；螺桿貫穿雲台，並藉由正向轉動或反向轉動，控制雲台沿著螺桿貫穿之方向左右移動；雲台上設置加工刀具，用以對工件進行加工；以及一螺桿驅動裝置，包含一第一磁編碼器，設置於螺桿旁，用以磁性感應方式偵測螺桿之轉動角度，並輸出一第一轉動角度訊號；一驅動控制器，包含：一螺桿控制模組，用以接收一第一目標移動距離，並轉換成一第一目標旋轉角度，同時接收且解碼第一轉動角度訊號，得到螺桿之實際旋轉角度；一調控模組，包含一PID模組、一FOC模組；其中，PID模組將第一目標旋轉角度與螺桿之實際旋轉角度進行比較，產生一第一角度差值，利用比例-積分-微分法進行計算，產生一第一調整訊號並傳送至FOC模組；FOC模組根據第一調整訊號產生一第一馬達控制訊號；及一馬達控制模組，根據第一馬達控制訊號產生一第一驅動電壓；以及一第一馬達，依據第一驅動電壓進行運轉，並帶動螺桿產生轉動。

根據本創作之一實施例之半自動化加工機台，更包含一第二馬達，用以控制雲台之一心軸的轉動；第二馬達可透過正向轉動或反向轉動，使雲台在心軸之延伸方向上移動；以及一第二磁編碼器，用以磁性感應方式偵測雲台之心軸的轉動角度，並輸出一第二轉動角度訊號；驅動控制器更包含一雲台控制模組，用以接收一第二目標移動距離，並轉換成一第二目標旋轉角度，同時接收且 解碼第二轉動角度訊號，得到雲台之心軸的實際旋轉角度；PID模組將第二目標旋轉角度與雲台之心軸之實際旋轉角度進行比較，產生一第二角度差值，利用比例-積分-微分法進行計算，產生一第二調整訊號並傳送至FOC模組；FOC模組根據第二調整訊號產生一第二馬達控制訊號；馬達控制模組根據第二馬達控制訊號產生一第二驅動電壓，用以驅動第二馬達運轉。

根據本創作之一實施例之半自動化加工機台，其中，所述第一磁編碼器包含一第一永久磁鐵及一第一磁感測器；第一永久磁鐵安裝在螺桿之一端點，並與螺桿同時轉動；第一磁感測器與第一永久磁鐵相鄰設置，用以磁性感應方式偵測第一永久磁鐵之轉動角度，進而偵測螺桿之轉動角度。

根據本創作之一實施例之半自動化加工機台，其中，所述第二磁編碼器包含一第二永久磁鐵及一第二磁感測器；第二永久磁鐵安裝在雲台之心軸之一端點，並與雲台之心軸同時轉動；第二磁感測器與第二永久磁鐵相鄰設置，用以磁性感應方式偵測第二永久磁鐵之轉動角度，進而偵測雲台之心軸的轉動角度。

根據本創作之一實施例之半自動化加工機台，其中，所述驅動控制器更包含一人機介面，用以輸入第一目標移動距離及第二目標移動距離。

根據本創作之一實施例之半自動化加工機台，更包含一齒輪組，設置於加工機中，用以透過第一馬達之動力，帶動螺桿及工件夾具，以調整雲台與欲加工之工件之間的相對位置，並可藉由不同設定之齒輪比，調整螺桿與工件夾具之轉動速度。

10:磁編碼器

100:螺桿驅動裝置

11:永久磁鐵

12:磁感測器

20:驅動控制器

21:螺桿控制模組

22:調控模組

23:馬達控制模組

24:人機介面

25:解碼器

26:運算單元

27:回饋控制模組

28:磁場導向控制模組

30:馬達

31:轉軸

32:齒輪

40:螺桿

41:雲台

42:加工刀具

50:工件

60:電源供應器

200:半自動化加工機台

201:加工機

202:螺桿驅動裝置

203:工件夾具

204:刀具操作機構

210:第一磁編碼器

211:第一永久磁鐵

212:第一磁感測器

215:第二磁編碼器

216:第二永久磁鐵

217:第二磁感測器

220:驅動控制器

221:螺桿控制模組

222:調控模組

223:馬達控制模組

224:人機介面

225:解碼器

226:運算單元

227:回饋控制模組

228:磁場導向控制模組

230:第一馬達

231:第二馬達

240:螺桿

241:雲台

242:加工刀具

243:心軸

244:齒輪組

250:工件

260:電源供應器

271:雲台控制模組

275:解碼器

276:運算單元

圖1為本創作第一實施例之螺桿驅動裝置之示意圖； 圖2為本創作第一實施例之螺桿驅動裝置之操作方法流程圖；圖3為本創作第二實施例之半自動化加工機台之示意圖；以及圖4為本創作第二實施例之半自動化加工機台之操作方法流程圖。

為使所屬技術領域具有通常知識者進一步了解本創作的技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，以下茲配合圖式，以適當實施例之表達形式詳細說明本創作的內容，其主旨僅為示意及輔助說明之用，非侷限本創作於實際實施上的權利範圍。

請參見圖1，為本創作第一實施例之螺桿驅動裝置100之示意圖。如圖1所示，螺桿驅動裝置100包含一磁編碼器10、一驅動控制器20及一馬達30；螺桿驅動裝置100用以驅動一螺桿40。其中，驅動控制器20包含一螺桿控制模組21、一調控模組22及一馬達控制模組23；其中，調控模組22包含一回饋控制模組27(PID模組)及一磁場導向控制模組28(FOC模組)。螺桿驅動裝置100係利用磁編碼器10即時偵測螺桿40之旋轉角度，藉由螺桿控制模組21以直接控制螺桿40的方式，透過驅動控制器20之調控模組22進行運算處理，轉換成馬達30之操作電壓，間接驅動馬達30進行轉動。例如，在一個車床加工機台中，螺桿驅動裝置100可用於控制刀具的運動軌跡，旋轉速度和位置等，以提高加工精度和效率。驅動控制器20可電性連接至一電源供應器60。

其中，磁編碼器10係設置於鄰近螺桿40之一側，磁編碼器10包含一永久磁鐵11及一磁感測器12。永久磁鐵11設置於螺桿40之一端點，例如 是貼附於螺桿40之末端，且會隨著螺桿40同時轉動；磁感測器12安裝在永久磁鐵11之磁場範圍內的位置上，以磁性感應方式偵測永久磁鐵11之轉動角度，進而獲得螺桿40之即時轉動角度。藉由偵測磁場變化得到螺桿40之旋轉角度資訊，並且將螺桿40之旋轉角度資訊編碼成電性訊號，即一轉動角度訊號(包含螺桿40實際旋轉角度)。

驅動控制器20更包含一人機介面24，而螺桿控制模組21包含一運算單元26。其中，人機介面24用以接收外部輸入之一目標移動距離，例如是螺桿40旋轉產生之移動距離。運算單元26用以將所述目標移動距離換算成螺桿40所需的旋轉角度，亦即，換算成一目標旋轉角度。

復參見圖1，本實施例中，螺桿40上更包含一雲台41，螺桿40貫穿雲台41，並透過螺桿40軸心外部之螺紋結構與雲台41內部之螺紋結構相互咬合，因此，當螺桿40軸心固定而正向轉動或反向轉動時，雲台41會在螺桿40上左右移動。由於螺桿40乃是原地轉動並使雲台41移動，因此，前述目標移動距離亦可稱為雲台41之預定移動距離。在本創作之第一實施例中，雲台41上方可裝設一加工刀具42，用以對欲加工之工件50進行加工。螺桿驅動裝置100之馬達30向外延伸設有一轉軸31(亦即，轉軸31由馬達30中心向外延伸)，轉軸31前端裝設有一齒輪32，並透過齒輪32與螺桿40外部之螺紋嚙合，藉以帶動螺桿40轉動，使雲台41在螺桿40上左右移動。當欲加工之工件50安裝在一預定位置，本創作藉由自動化控制及監測螺桿40之轉動，可以實現加工機台半自動化的目的。

目標移動距離換算成目標旋轉角度之計算方式，說明如下：螺桿40之牙距，即為螺桿40轉一圈移動距離。例如螺桿40之牙距為4毫米，當螺桿40 轉動一圈(2 π rad=360°)，則雲台41之移動距離即為4毫米，由此例可知，若目標移動距離為4毫米，則目標旋轉角度即為2 π rad(=6.28 rad=360°)，又若目標移動距離為1毫米，則目標旋轉角度即為π/2rad(=1.57 rad=90°)，因此，可於螺桿控制模組21之運算單元26中建立一公式為目標移動距離(毫米)*1.57 rad=目標旋轉角度，而使雲台41之目標移動距離換算成螺桿40之目標旋轉角度。

螺桿控制模組21更包含一解碼器25，用以將接收自磁編碼器10的電性訊號(轉動角度訊號)，進行解碼，得到實際旋轉角度。

調控模組22用以調節輸出至馬達30的電壓大小，以調整馬達30的轉速。調控模組22包含一回饋控制模組27(PID模組)，即利用比例-積分-微分(Proportional Integral Derivative，PID)方法進行回饋控制的模組，及一磁場導向控制模組28(FOC模組)，即利用磁場導向控制方法(Field-Oriented Control，FOC)而可以獨立控制馬達的的磁場及轉矩的控制模組。

螺桿控制模組21可以將目標旋轉角度及實際旋轉角度傳送至調控模組22內之回饋控制模組27(Proportional Integral Derivative，PID)，回饋控制模組27(PID模組)可以根據目標數值(目標旋轉角度)和實際數值(實際旋轉角度)之間的差異，產生一角度差值，並進行比例積分微分計算出調整訊號，達到穩定控制馬達30速度的目的。在本實施例中，PID模組27可以將計算出來的調整訊號傳送至FOC模組28，再通過馬達控制模組23對馬達30進行控制，以實現精確的螺桿40控制。馬達30轉動可以帶動螺桿40達到目標旋轉角度，並使雲台41達到目標移動距離。PID模組27例如是包括三個控制參數：比例增益Kp、積分時間Ti和微分時間Td，可以根據實際控制需求進行調整，以調整螺桿驅動裝置100的反應速度和穩定性等方面的性能。

FOC模組28接收來自於PID模組27之調整訊號，並利用磁場導向控制演算法計算馬達30所需的轉矩與磁通量，產生一馬達控制訊號，以傳送至馬達控制模組23。其中，所述馬達控制訊號例如是包含一脈波寬度調變(Pulse-width modulation，PWM)訊號。進一步地，在另一實施例中，FOC模組28可利用螺桿40的旋轉速度計算出一參考用馬達實際轉速，並將此參考用馬達實際轉速加入FOC控制方法之計算過程，進而產生一馬達控制訊號。

馬達控制模組23例如是一逆變器，用以接收FOC模組28產生之馬達控制訊號，並轉換為一驅動電壓，以驅動馬達30轉動。在本實施例中，馬達30例如是一直流無刷馬達。直流無刷馬達具有以下優點：換向時不易產生電弧及金屬屑、電氣雜訊少、可靠度高、壽命長、價格便宜、維修容易且維修費較低之優點等。在其他實施例中，亦可以採用其他形式的直流馬達。本創作之螺桿驅動裝置100，在本實施例中係應用至一半自動化車床加工機台，但是在其他實施例中，亦可以應用至其他裝置，例如是銑床、車銑複合機、鑽床、鑽銑複合機、鋸床、精密磨床或金屬成型機等。

請參見圖2，為本創作第一實施例之螺桿驅動裝置100之操作方法流程圖，本創作之螺桿驅動裝置100的操作方法包含以下步驟。首先，在步驟S101中，輸入一目標移動距離(即雲台41之目標移動距離)；在步驟S102中，利用驅動控制器20內的螺桿控制模組21將目標移動距離換算成螺桿40之目標旋轉角度；在步驟S103中，利用磁編碼器10測得螺桿40之實際旋轉角度；在步驟S104中，利用PID模組27將實際旋轉角度與目標旋轉角度進行比較，產生一角度差值，並透過比例積分微分計算，輸出一調整訊號；在步驟S105中，利用FOC模組28依據所述調整訊號進行計算並輸出一馬達控制訊號至馬達控制模組 23，再透過馬達控制模組23輸出一驅動電壓以驅動馬達30產生轉動，進而帶動螺桿40旋轉；在步驟S106中，判斷螺桿驅動裝置100是否達到預設之目標移動距離；若判斷結果為是，進行步驟S107，表示螺桿40上的雲台41及加工刀具42已移動到該預定位置，可以對欲加工之工件50進行加工動作；若判斷結果為否，則回到步驟S103，並重複進行步驟S103至步驟S105，直到步驟S106判斷螺桿驅動裝置100已達到預設之目標移動距離為止。

更詳細地說，磁編碼器10藉由每次偵測到的螺桿40實際旋轉角度(即步驟S103)，輸出一轉動角度訊號，而PID模組27持續對每次之轉動角度訊號與目標旋轉角度進行比較，產生角度差值，並進行比例積分微分計算以逐步計算出螺桿40之每一次的旋轉角度，再將此計算結果轉換成調整訊號(即步驟S104)，所述調整訊號傳送至調控模組22之FOC模組28產生一馬達控制訊號以驅動馬達30轉動並帶動螺桿40旋轉，使雲台41逐漸接近預定之目標移動距離(即步驟S105)。本創作之螺桿驅動裝置係利用磁編碼器10多次偵測螺桿40之實際旋轉角度並控制螺桿40轉動而達成移動至目標移動距離之目的。

本創作之螺桿驅動裝置100以磁編碼器10取代昂貴之光編碼器，雖然光編碼器為較精準的編碼器，但是其精度容易受到灰塵、污垢或油污等外在因素影響，也容易受到震動和極端溫度而造成損害等問題；此外，本創作之螺桿驅動裝置100之整體體積亦不若全自動化電腦數據控制(CNC)加工機台如此龐大，因此，本創作之螺桿驅動裝置100具有製作成本低、維修費用低及維修容易等特點。

請參見圖3，為本創作第二實施例之半自動化加工機台200之示意圖。第二實施例之半自動化加工機台200包含一加工機201及一螺桿驅動裝置 202；其中加工機201包含一工件夾具203及一刀具操作機構204。根據本創作之半自動化加工機台200，螺桿驅動裝置202用以感測刀具操作機構204之轉動角度及位置，並且將感測到的實際轉動資訊與刀具操作機構204之一預設目標移動距離進行比較，自動地調整刀具操作機構204之移動距離，實現加工機台200半自動化操作之目的。

加工機201之刀具操作機構204包含一螺桿240、一雲台241及一加工刀具242。螺桿240貫穿雲台241，並透過螺桿240軸心外部之螺紋結構與雲台241內部之螺紋結構相互咬合，因此，當螺桿240軸心固定而正向轉動或反向轉動時，雲台241會在螺桿240上左右移動(平行於螺桿240軸心之方向移動，即Y軸方向移動)。加工刀具242設置於雲台241上方，用以對欲加工之工件250進行加工。

螺桿驅動裝置202包含一第一磁編碼器210、一第二磁編碼器215、一驅動控制器220、一第一馬達230及一第二馬達231。在本實施例中，半自動化加工機台200更包含一齒輪組244，用以調整螺桿240之轉速。在本創作第二實施例中，齒輪組244可將第一馬達230的動力傳遞至螺桿240而使其轉動，且可透過不同設定的齒輪比，使螺桿240產生不同的轉動速度。在另一實施例中，齒輪組244，更可以透過不同設定的齒輪比，進一步調整工件夾具203之位置。

螺桿驅動裝置202之驅動控制器220包含一螺桿控制模組221、一雲台控制模組271、一調控模組222及一馬達控制模組223；其中，調控模組222包含一回饋控制模組227(即PID模組)及一磁場導向控制模組228(即FOC模組)。進一步地，驅動控制器220更包含一人機介面224。

其中，第一磁編碼器210係設置於鄰近螺桿240之一側，且包含一第一永久磁鐵211及一第一磁感測器212。第一永久磁鐵211設置於螺桿240之末端，例如是貼附於螺桿240之末端，且會隨著螺桿240同時轉動。第一磁感測器212安裝在第一永久磁鐵211之磁場範圍內的位置上，以磁性感應方式偵測第一永久磁鐵211之轉動角度，進而獲得螺桿240之轉動角度。第一磁編碼器210係藉由偵測磁場變化得到螺桿240之旋轉角度資訊，並且將螺桿240之旋轉角度資訊編碼成一第一電性訊號，即第一轉動角度訊號(包含螺桿240實際旋轉角度)。

刀具操作機構204之雲台241內部更包含一心軸243，所述心軸243與螺桿240軸心之方向垂直，且連接至第二馬達231，亦即，透過第二馬達231的動力，帶動心軸243正向或反向轉動，並使雲台241在心軸243之軸向上產生移動(垂直於螺桿240軸心之方向移動，即X軸方向移動)。

第二磁編碼器215係設置於鄰近雲台241之心軸243，且包含一第二永久磁鐵216及一第二磁感測器217。第二永久磁鐵216設置於雲台241之心軸243的一端點，例如是心軸243之末端，當第二馬達231驅動心軸243旋轉時，會同時帶動第二永久磁鐵216轉動。第二磁感測器217安裝在第二永久磁鐵216之磁場範圍內的位置上，以磁性感應方式偵測第二永久磁鐵216之轉動角度，進而獲得心軸243之轉動角度。第二磁編碼器215係藉由偵測磁場變化得到心軸243之旋轉角度資訊，並且將心軸243之旋轉角度資訊編碼成一第二電性訊號，即第二轉動角度訊號(包含心軸243實際旋轉角度)。

在本實施例中，螺桿驅動裝置202之驅動控制器220分別對應至第一磁編碼器210及第二磁編碼器215；第一磁編碼器210即時偵測螺桿240之旋轉角度，藉由螺桿控制模組221以直接控制螺桿240的方式，透過驅動控制器 220之調控模組222進行運算處理，轉換成第一馬達230之操作電壓，間接驅動第一馬達230進行轉動；第二磁編碼器215即時偵雲台241之心軸243的旋轉角度，藉由雲台控制模組271以直接控制雲台241心軸243的方式，透過驅動控制器220之調控模組222進行運算處理，轉換成第二馬達231之操作電壓，間接驅動第二馬達231轉動。

驅動控制器220更包含一人機介面224，用以輸入之一第一目標移動距離(Y軸目標移動距離)與一第二目標移動距離(X軸目標移動距離)，螺桿控制模組221與雲台控制模組271可以分別接收外部輸入之一第一目標移動距離(Y軸目標移動距離)與一第二目標移動距離(X軸目標移動距離)，螺桿控制模組221與雲台控制模組271各包含一運算單元226、276，分別將第一目標移動距離與第二目標移動距離換算成螺桿240與雲台241之心軸243所需的旋轉角度，亦即，換算成一第一目標旋轉角度與一第二目標旋轉角度。此運算公式與本創作之第一實施例之計算方式相同。

螺桿控制模組221更包含一解碼器225，用以將接收自第一磁編碼器210的第一電性訊號(第一轉動角度訊號)，進行解碼，得到螺桿240實際旋轉角度。

螺桿控制模組221可以將第一目標旋轉角度及螺桿240實際旋轉角度傳送至調控模組222內之回饋控制模組227(PID模組)，回饋控制模組227(PID模組)可以根據目標數值(第一目標旋轉角度)和實際數值(螺桿240實際旋轉角度)之間的差異，產生一第一角度差值，並進行比例積分微分計算出一第一調整訊號並傳送至磁場導向控制模組228(FOC模組)，磁場導向控制模組228 (FOC模組)再依據此第一調整訊號輸出一第一馬達控制訊號至馬達控制模組223，以達到穩定控制第一馬達230速度的目的。

雲台控制模組271更包含一解碼器275，用以將接收自第二磁編碼器215的第二電性訊號(第二轉動角度訊號)，進行解碼，得到雲台241之心軸243的實際旋轉角度。雲台控制模組271可以將第二目標旋轉角度及雲台241之心軸243的實際旋轉角度傳送至調控模組222內之回饋控制模組227(PID模組)，回饋控制模組227(PID模組)可以根據目標數值(第二目標旋轉角度)和實際數值(心軸243之實際旋轉角度)之間的差異，產生一第二角度差值，並進行比例積分微分計算出一第二調整訊號，並傳送至磁場導向控制模組228(FOC模組)，磁場導向控制模組228(FOC模組)再依據此第二調整訊號輸出一第二馬達控制訊號至馬達控制模組223，以達到穩定控制第二馬達231速度的目的。

在本實施例中，PID模組227可以將計算出來的第一調整訊號傳送至FOC模組228，通過馬達控制模組223對第一馬達230進行控制，以實現精確的螺桿240控制。第一馬達230轉動可以帶動螺桿240達到第一目標旋轉角度，並使雲台241達到第一目標移動距離(Y軸距離)。PID模組227亦可以將計算出來的第二調整訊號傳送至FOC模組228，通過馬達控制模組223對第二馬達231進行控制，以實現精確地控制雲台241之心軸243的目的。第二馬達231轉動可以帶動心軸243達到第二目標旋轉角度，並使雲台241達到第二目標移動距離(X軸距離)。

FOC模組228接收來自於PID模組227之第一調整訊號及第二調整訊號，並利用磁場導向控制演算法計算馬達所需的轉矩與磁通量，產生一第一馬達控制訊號及一第二馬達控制訊號，以傳送至馬達控制模組223。其中，所述 第一馬達控制訊號及第二馬達控制訊號，例如是包含一脈波寬度調變(Pulse-width modulation，PWM)訊號。進一步地，在另一實施例中，FOC模組228可利用螺桿240及心軸243之旋轉速度分別計算出一參考用馬達實際轉速，並將參考用馬達實際轉速加入FOC控制方法之計算過程，進而產生第一馬達控制訊號及第二馬達控制訊號。

馬達控制模組223例如是一逆變器，用以接收FOC模組228產生之第一馬達控制訊號及第二馬達控制訊號，並分別轉換為一第一馬達驅動電壓及一第二馬達驅動電壓，以驅動第一馬達230和第二馬達231轉動。在本實施例中，第一馬達230和第二馬達231例如是一直流無刷馬達。在其他實施例中，亦可以採用其他形式的直流馬達。

請參見圖4，為本創作第二實施例之半自動化加工機台200之操作方法流程圖，本創作之半自動化加工機台200的操作方法包含以下步驟。首先，在步驟S201中，輸入第一目標移動距離(即雲台241之Y軸方向目標移動距離)與第二目標移動距離(即雲台241之X軸方向目標移動距離)；在步驟S202中，利用螺桿控制模組221將第一目標移動距離換算成螺桿240之第一目標旋轉角度，使第一馬達230產生運轉，並帶動螺桿240旋轉；在步驟S203中，利用第一磁編碼器210測得螺桿240之實際旋轉角度；在步驟S204中，利用PID模組227將螺桿240之實際旋轉角度與第一目標旋轉角度進行比較，產生一第一角度差值，進行比例積分微分計算，輸出一第一調整訊號；在步驟S205中，利用FOC模組228依據該第一調整訊號輸出一第一馬達控制訊號至馬達控制模組223，並輸出一第一馬達驅動電壓，驅動第一馬達230運轉並帶動螺桿240旋轉，使雲台241在Y軸方向移動。

在步驟S206中，判斷雲台241是否已達到該第一目標移動距離，若判斷結果為是，則進行步驟S207，利用第二磁編碼器215偵測雲台241之心軸243的實際旋轉角度；若判斷結果為否，則回到步驟S203，重複步驟S203至S205，直到雲台241達到該第一目標移動距離為止。

更詳細地說明，第一磁編碼器210將偵測到的螺桿240實際旋轉角度(即步驟S203)，輸出一第一轉動角度訊號，而PID模組227持續將第一轉動角度訊號與第一目標旋轉角度進行比較，產生第一角度差值，並進行比例積分微分計算以逐步計算出螺桿240之每一次的旋轉角度，再將此計算結果轉換成第一調整訊號(即步驟S204)。所述第一調整訊號傳送至調控模組222之FOC模組228產生第一馬達230控制訊號以驅動第一馬達230轉動並帶動螺桿240旋轉，使雲台241逐漸接近預定之第一目標移動距離(即步驟S205)。本創作第二實施例之半自動化加工機台200係透過第一磁編碼器210多次偵測螺桿240之實際旋轉角度並控制第一馬達230轉動而達成移動至第一目標移動距離之目的。

在步驟S208中，利用PID模組227將雲台241之心軸243的實際旋轉角度與第二目標旋轉角度進行比較，產生一第二角度差值，進行比例積分微分計算，輸出一第二調整訊號；在步驟S209中，利用FOC模組228依據該第二調整訊號輸出一第二馬達231控制訊號至馬達控制模組223，藉此輸出一第二馬達231驅動電壓，驅動第二馬達231運轉並帶動心軸243旋轉，使雲台241在X軸方向移動。

在步驟S210中，判斷雲台241是否已達到該第二目標移動距離，若判斷結果為是，則進行步驟S211，表示雲台241及加工刀具242已達到預定 位置，可以對欲加工之工件250進行加工動作。若否，則回到步驟S207，重複步驟S207至S209的動作，直到雲台241達到該第二目標移動距離為止。

更詳細地說明，第二磁編碼器215藉由偵測雲台241之心軸243的實際旋轉角度(即步驟S207)，輸出一第二轉動角度訊號，而PID模組227持續對第二轉動角度訊號與第二目標旋轉角度進行比較，產生第二角度差值，並進行比例積分微分計算以逐步計算出心軸243之每一次所需的旋轉角度，再將此計算結果轉換成第二調整訊號(即步驟S208)。所述第二調整訊號傳送至調控模組222之FOC模組228產生第二馬達231控制訊號以驅動第二馬達231轉動並帶動心軸243旋轉，使雲台241逐漸接近預定之第二目標移動距離(即步驟S209)。本創作第二實施例之半自動化加工機台200係透過第二磁編碼器210多次偵測雲台241之心軸243之實際旋轉角度，進而控制第二馬達231之運轉而達成移動至第二目標移動距離之目的。

綜上所述，透過本創作之螺桿驅動裝置100與半自動化加工機台200，可以實現螺桿加工機台之半自動化運轉。

以上所述僅為舉例性用以說明本創作的具體實施例，而非用於限制本創作。本創作所屬技術領域中具有通常知識者，基於本創作技術內容的教示所為之等效置換、修改或變更，皆包含於本創作的申請專利範圍中，未脫離本創作的權利範疇。

10:磁編碼器

100:螺桿驅動裝置

11:永久磁鐵

12:磁感測器

20:驅動控制器

21:螺桿控制模組

22:調控模組

23:馬達控制模組

24:人機介面

25:解碼器

26:運算單元

27:回饋控制模組

28:磁場導向控制模組

30:馬達

31:轉軸

32:齒輪

40:螺桿

41:雲台

42:加工刀具

50:工件

60:電源供應器

Claims (11)

1. 一種螺桿驅動裝置，用以控制一螺桿，包含：一磁編碼器，設置於該螺桿旁，用以磁性感應方式偵測該螺桿之轉動角度，並輸出一轉動角度訊號；一驅動控制器，包含：一螺桿控制模組，用以接收一目標移動距離，並轉換成一目標旋轉角度，同時接收且解碼該轉動角度訊號，得到該螺桿之一實際旋轉角度；一調控模組，包含一PID模組及一FOC模組；其中，該PID模組將該目標旋轉角度與該螺桿之該實際旋轉角度進行比較，產生一角度差值，利用比例-積分-微分法進行計算，產生一調整訊號並傳送至該FOC模組；該FOC模組根據該調整訊號產生一馬達控制訊號；及一馬達控制模組，根據該馬達控制訊號產生一驅動電壓；以及一馬達，依據該驅動電壓進行運轉，並帶動該螺桿產生轉動。
2. 如請求項1所述之螺桿驅動裝置，其中，該磁編碼器包含一永久磁鐵及一磁感測器；該永久磁鐵安裝在該螺桿之一端點，並與該螺桿同時轉動；該磁感測器與該永久磁鐵相鄰設置，以磁性感應方式偵測該永久磁鐵之轉動角度，進而測得該螺桿之轉動角度。
3. 如請求項1或2所述之螺桿驅動裝置，其中，該螺桿控制模組包含一解碼器及一運算單元；該解碼器用以將該轉動角度訊號進行解碼，以獲得該螺桿之該實際旋轉角度，該運算單元用以將該目標移動距離，轉換成該目標旋轉角度。
4. 如請求項1所述之螺桿驅動裝置，其中，該馬達更包含一轉軸及一齒輪；該轉軸由該馬達中心向外延伸；該齒輪設置於該轉軸上並連接至該螺桿；該馬達轉動之動力，透過該轉軸及該齒輪，傳遞到該螺桿。
5. 如請求項1所述之螺桿驅動裝置，其中，該驅動控制器更包含一人機介面，用以輸入該目標移動距離。
6. 一種半自動化加工機台，包含：一加工機，包含一工件夾具及一刀具操作機構；其中，該工件夾具用以夾持一工件，該刀具操作機構包含一螺桿、一雲台及一加工刀具；該螺桿貫穿該雲台，並藉由正向轉動或反向轉動，控制該雲台沿著貫穿該螺桿之方向左右移動；該加工刀具設置於該雲台上，用以對該工件進行加工；以及一螺桿驅動裝置，包含：一第一磁編碼器，設置於該螺桿旁，用以磁性感應方式偵測該螺桿之轉動角度，並輸出一第一轉動角度訊號；一驅動控制器，包含：一螺桿控制模組，用以接收一第一目標移動距離，並轉換成一第一目標旋轉角度，同時接收且解碼該第一轉動角度訊號，得到該螺桿之一實際旋轉角度；一調控模組，包含一PID模組及一FOC模組；其中，該PID模組將該第一目標旋轉角度與該螺桿之該實際旋轉角度進行比較，產生一第一角度差值，利用比例-積分-微分法進行計算，產生一第一調整訊號並傳送至該FOC模組；該FOC模組根據該第一調整訊號產生一第一馬達控制訊號；及一馬達控制模組，根據該第一馬達控制訊號產生一第一驅動電壓；以及一第一馬達，依據該第一驅動電壓進行運轉，並帶動該螺桿產生轉動。
7. 如請求項6之半自動化加工機台，其中，該螺桿驅動裝置更包含： 一第二馬達，用以控制該雲台之一心軸的轉動；該第二馬達可透過正向轉動或反向轉動，使該雲台在該心軸之軸向移動；以及一第二磁編碼器，用以磁性感應方式偵測該雲台之該心軸的轉動角度，並輸出一第二轉動角度訊號；該驅動控制器更包含一雲台控制模組，用以接收一第二目標移動距離，並轉換成一第二目標旋轉角度，同時接收且解碼該第二轉動角度訊號，得到該雲台之該心軸之一實際旋轉角度；其中，該PID模組將該第二目標旋轉角度與該心軸之該實際旋轉角度進行比較，產生一第二角度差值，利用比例-積分-微分法進行計算，產生一第二調整訊號並傳送至該FOC模組；該FOC模組根據該第二調整訊號產生一第二馬達控制訊號；該馬達控制模組根據該第二馬達控制訊號產生一第二驅動電壓，用以驅動該第二馬達運轉。
8. 如請求項6之半自動化加工機台，其中，該第一磁編碼器包含一第一永久磁鐵及一第一磁感測器；該第一永久磁鐵安裝在該螺桿之一端點，並與該螺桿同時轉動；該第一磁感測器與該第一永久磁鐵相鄰設置，用以磁性感應方式偵測該第一永久磁鐵之轉動角度，進而偵測該螺桿之轉動角度。
9. 如請求項7之半自動化加工機台，其中，該第二磁編碼器包含一第二永久磁鐵及一第二磁感測器；該第二永久磁鐵安裝在該雲台之該心軸的一端點，並與該心軸同時轉動；該第二磁感測器與該第二永久磁鐵相鄰設置，用以磁性感應方式偵測該第二永久磁鐵之轉動角度，進而偵測該雲台之該心軸的轉動角度。
10. 如請求項7之半自動化加工機台，其中，該驅動控制器更包含一人機介面，用以輸入該第一目標移動距離及該第二目標移動距離。
11. 如請求項6之半自動化加工機台，更包含一齒輪組，設置於該加工機中，用以透過該第一馬達之動力，帶動該螺桿及/或該工件夾具，以調整該雲台與該工件之間的相對位置。