CN101603840A - 位移检测方法、校正表制作方法、马达控制设备、加工机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及位移检测方法、校正表制作方法、马达控制设备、加工机。本发明的位移检测方法包括以下步骤：利用驱动单元(1)驱动移动部分(3)；利用位移检测器(5)检测所述移动部分(3)的位移量(6)(检测角θm’)；利用位移校正表校正位移量(6)(检测角θm’)，以使得所述位移检测器(5)所检测出的位移量(6)(检测角θm’)的位移速度(dθm’/dt)恒定；以及检测通过所述位移校正表校正的位移量(检测角θm”)作为所述移动部分(3)的位移量。

Description

位移检测方法、校正表制作方法、马达控制设备、加工机

技术领域

本发明涉及校正位移信息以改善检测精度的位移检测方法、校正表制作方法、马达控制设备、以及加工机。

背景技术

本申请的申请人正在开发用于诸如激光加工机、激光修整机、以及激光修补机之类的加工机的电流马达(galvano motor)。对于电流马达，采用增量编码器(incremental encoder)作为高精度的角检测器。申请人正在考虑编码器信号的电分割(electric division)手段。

常规上，基于输出幅值和偏移值相同并且相位彼此相差90度的两相模拟正弦波信号和余弦波信号的前提执行电分割。可在校正来自编码器的输出信号以使该输出信号接近上述前提之后进行电分割。

作为一种电分割方法，已知如日本专利特开No.H02-138819中公开的利用电阻分割的方法以及如日本专利特开No.H06-58769中公开的利用tan^-1(反正切)的方法。

如上所述，常规上，幅值、偏移和相位的校正是基于来自编码器的输出信号是正弦波信号的前提而执行的。然而，编码器输出信号包含谐波分量和非线性分量，并且不是理想的正弦波信号。因此，即使编码器输出信号被校正，严格来说，校正后的信号也不是理想正弦波信号。结果，当执行电分割时，导致误差。

此外，编码器的刻度间距被加工为被等间隔地布置，但是实际上产生加工误差。

发明内容

本发明提供了校正由编码器输出信号中包含的谐波分量或者刻度间距的加工误差导致的检测误差以便改善检测精度的位移检测方法、马达控制设备和加工机。

作为本发明的一个方面的位移检测方法包括如下步骤：利用驱动单元驱动移动部分；利用位移检测器检测所述移动部分的位移量；利用位移校正表校正位移量，以使得所述位移检测器所检测的位移量的位移速度恒定；以及检测由所述位移校正表校正的位移量作为所述移动部分的位移量。

作为本发明的另一个方面的用于制作校正表的方法包括如下步骤：利用驱动单元驱动移动部分；利用位移检测器检测所述移动部分的位移量；利用微分器计算所述位移量的位移速度；以及制作位移校正表，所述位移校正表被配置为校正所述位移量，以使得所述位移检测器所检测的位移量的位移速度恒定。

作为本发明的另一个方面的马达控制设备包括：移动部分；驱动单元，被配置为将驱动转矩提供给移动部分；位移检测器，被配置为检测所述移动部分的位移量；具有位移校正表的控制器，所述位移校正表被配置为校正所述位移量，以使得所述位移检测器所检测的位移量的位移速度恒定。所述控制器利用通过所述位移校正表校正的位移量来控制所述驱动单元。

作为本发明的另一个方面的加工机包括所述马达控制设备。

参照附图阅读以下示例性实施例的描述，本发明的其他特征和方面将变得清晰。

附图说明

图1是实施例1中的马达控制设备执行的控制的框图。

图2是示出实施例1中的马达的转动角检测误差θm’-θm与马达的转动角θm之间的关系的图。

图3是示出实施例1中的马达的检测角θm’与马达的转动角θm之间的关系的图。

图4是实施例1中的驱动转矩的输入波形图。

图5是示出在实施例1中当图4中示出的波形作为转矩被施加时检测角θm’与转动速度的时间依存关系的图。

图6是示出在实施例1中在速度不均匀的一个周期中检测角与转动速度的时间依存关系的图。

图7是示出在实施例1中图6所示的检测角θm’被线性近似的状态的图。

图8是示出实施例1中的校正后的检测角θm”和校正前的检测角θm’之间的关系的图。

图9是示出在实施例1中校正前的检测误差θm’-θm和校正后的检测误差θm”-θm与转动角θm之间的关系的图。

图10是示出在实施例2中当施加图4所示的波形作为转矩时检测角θm’和转动速度的时间依存关系的图。

图11是示出在实施例2中在速度不均匀的一个周期中检测角和转动速度的时间依存关系的图。

图12是示出在实施例2中图11中所示的检测角θm’被线性近似的状态的图。

图13是示出实施例2中的校正后的检测角θm”和校正前的检测角θm’之间的关系的图。

图14是示出在实施例2中校正前的检测误差θm’-θm和校正后的检测误差θm”-θm与转动角θm之间的关系的图。

图15是示出实施例3中的马达的检测角θm’与马达的转动角θm之间的关系的图。

图16是示出实施例3中的马达的转动角检测误差θm’-θm与马达的转动角θm之间的关系的图。

图17是实施例3中的驱动转矩的输入波形图。

图18是示出在实施例3中当施加图17所示的波形作为转矩时检测角θm’和转动速度的时间依存关系的图。

图19是示出在实施例3中在产生速度不均匀的时间期间检测角和转动速度的时间依存关系的图。

图20是示出在实施例3中图19所示的检测角θm’被线性近似的状态的图。

图21是示出实施例3中的校正后的检测角θm”和校正前的检测角θm’之间的关系的图。

图22是示出在实施例3中校正前的检测角θm’和校正后的检测角θm”与转动角θm之间的关系的图。

图23是示出实施例3中校正前的检测角θm’和零点校正后的检测角θm”’与转动角θm之间的关系的图。

图24是示出在实施例3中校正前的检测误差θm’-θm和零点校正后的检测误差θm”’-θm与转动角θm之间的关系的图。

图25是示出实施例1中的校正过程的流程图。

图26是示出本实施例中的激光加工机的一个示例的示意图。

图27是示出本实施例中的马达控制设备的一个示例的示意图。

图28是示出转动编码器的刻度盘的一个示例的平面图。

图29是示出编码器的输出信号的图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的示例性实施例。在每个图中，相同的元件将由相同的附图标记表示，并且将省略对其的重复描述。

首先，作为本实施例中的加工机的一个示例，将描述激光加工机的配置。图26示出激光加工机100的示意图。激光加工机100用于多种应用，诸如板的切割或钻孔，或者焊接金属。

本实施例的激光加工机100具有两个马达控制设备200a和200b。马达控制设备200a和200b中的每一个具有反射镜和转动马达。转动马达被设置为转动地驱动所述反射镜。反射镜被转动马达转动地驱动以改变其方向。

因而，激光加工机100利用这两个转动马达改变每个反射镜的方向，以便能够改变激光L的行进方向。如后文所述，转动马达具有用于检测其转动位移量的编码器。所述编码器用于准确地检测转动马达的转动位移量，以便能够准确地控制激光L的行进方向。

从激光振荡器105发射的激光L经由马达控制设备200a和200b的反射镜照射到激光加工表面106上。作为要被加工的激光加工表面106，可选择宽范围的材料，诸如金属、玻璃、或塑料。

如上所述，激光加工机100可以通过转动马达控制设备200a和200b的反射镜来精确地控制激光L的行进方向。因此，即使激光加工表面106不平坦，所述激光加工表面106也可被高精度地加工。

接着，将描述用于激光加工机100的马达控制设备的配置。图27是马达控制设备的示意图。图28是编码器的刻度盘201的示意性平面图。

本实施例的马达控制设备200具有用于检测转动马达104的转动位移量的光学编码器。所述编码器由刻度盘201和传感器单元202构成，所述刻度盘201包括转动狭缝盘(slit disk)和固定狭缝盘，所述传感器单元202包括发光元件(发光二极管)和光接收元件(光电二极管)。转动狭缝盘根据转动马达104的转动而转动，而固定狭缝盘固定。编码器具有这样的结构，即其中转动狭缝盘和固定狭缝盘被布置在发光元件和光接收元件之间。

转动狭缝盘和固定狭缝盘具有很多狭缝(slits)。发光元件的光根据转动狭缝盘的转动而透射或者被遮蔽。固定狭缝盘具有多个分离的固定狭缝，以便使编码器的输出信号为多相。因此，也设置多个发光元件和光接收元件。

如图28所示，编码器的刻度盘201具有多个狭缝205。刻度盘201根据转动马达104的转动位移而围绕刻度盘中心204(转动轴)转动。传感器单元202具有两个光接收元件，当来自发光元件的光经过了狭缝205时每一个光接收元件检测所述光。这两个光接收元件基于经过狭缝205的光分别形成A相图案和B相图案这两种图案。

结果，如图29所示，产生彼此相位差为90度的A相信号和B相信号。图29中的A相信号和B相信号是方波信号，其是通过由波形整形电路对正弦波编码器输出进行波形整形而获得的。

在图27中，马达控制器203控制转动马达104的转动驱动。马达控制器203具有将驱动转矩提供给转动马达104的驱动单元和控制所述驱动单元的控制器。马达控制器203比较作为目标值的马达转动角和作为测量值的马达检测角，以执行反馈控制以便使得所述测量值等于所述目标值。结果，反射镜103的方向可被改变为等于目标值的角度。

编码器的检测原理不限于光学的检测原理，而是也可以采用其他类型的编码器，诸如磁性编码器。

[实施例1]

接着，将描述本发明的实施例1中的位移检测方法和马达控制设备。图1是马达控制设备所执行的控制的框图。

图1中的控制方框是定位控制系统，其中转动编码器被用作用于检测马达的转动角θm的角检测器。在图1中，示出了移动部分的简易模型，在该模型中对于转矩命令的位置响应为1/s²。

附图标记1表示驱动单元(驱动转矩发生器)。驱动单元1基于来自上部控制器(未示出)的输出信号，将预定转矩2提供给移动部分3(转动马达)。本实施例的移动部分3表现出对于从驱动单元1输入的驱动转矩2(转矩命令)的传递函数为1/s²的位置响应。

当输入驱动转矩2时，移动部分3位移预定的转动角。在这种情况下，移动部分3的位移量4即移动部分3的实际转动角被定义为θm。

附图标记5表示检测移动部分3的转动角θm(位移量4)的位移检测器。作为位移检测器5，例如使用编码器，但是不限于此。位移检测器5检测移动部分3的位移量4，以便输出检测角θm’(位移量6)。

然而，从位移检测器5输出的信号(正弦波信号)包含谐波分量或非线性分量。当使用编码器作为位移检测器5时，编码器的刻度可包括加工误差。因此，严格地说，由位移检测器5获得的移动部分3的检测角θm’(位移量6)与移动部分3的实际转动角θm(位移量4)不同。换言之，在移动部分3的实际转动角θm(位移量4)与由位移检测器5检测到的移动部分3的检测角θm’(位移量6)之间存在误差。为了改善位移检测器5的检测精度，如后文所述，需要校正检测角θm’(位移量6)，以便减小关于检测角θm’(位移量6)的误差。

附图标记7表示微分器，该微分器被设置用于获得移动部分3的转动速度8(位移速度)。微分器7计算位移检测器5检测到的检测角θm’(位移量6)的时间微分值(dθm’/dt)。由微分器7计算的时间微分值对应于移动部分3的转动速度8(位移速度)。附图标记9表示存储单元。附图标记9存储转动角θm’(位移量6)和由微分器7计算的转动速度8。

附图标记10表示位移校正表制作单元。位移校正表制作单元10根据存储单元9中存储的数据(转动角θm’(位移量6)和转动速度8)制作位移校正表。位移校正表校正由位移检测器5检测到的检测角θm’(位移量6)，以使得由微分器7计算的转动速度8(位移速度)恒定。因而，位移校正表执行校正，以使得位移检测器5检测到的检测角θm’(位移量6)等于移动部分3的实际转动角θm(位移量4)。位移校正表被设置在控制器(未示出)中。

接着，将详细描述本实施例中的位移检测方法。

包含谐波分量的编码器信号对角度检测造成的误差

首先，在本实施例中，将描述包含谐波分量的编码器信号对角度检测造成的误差。

在本实施例中，编码器(位移检测器5)以转动马达(移动部分3)每转动一圈140000个周期来输出两相正弦波信号中的每一个。当转动马达的转动角被定义为θm[弧度]时，编码器的相位角θe[弧度]被表示为下列表达式(1)。

θ_e＝140000×θ_m    (1)

输出理想正弦波信号的编码器的两相信号Asig和Bsig通过以下表达式(2)和(3)获得。

$\mathrm{Asig}=\sin ({\mathrm{\θ}}_e+\frac{\mathrm{\π}}{2})---\left(2\right)$

Bsig＝sinθ_e(3)

编码器的两相信号Asig和Bsig通常包含谐波分量。因此，将考虑如以下表达式(4)和(5)表示的包含三次和五次谐波分量的编码器信号。

$\mathrm{Asig}5=\sin ({\mathrm{\θ}}_e+\frac{\mathrm{\π}}{2})+0.05\sin 3({\mathrm{\θ}}_e+\frac{\mathrm{\π}}{2})+0.01\sin 5({\mathrm{\θ}}_e+\frac{\mathrm{\π}}{2})---\left(4\right)$

Bsig5＝sinθ_e+0.05sin3θ_e+0.01sin5θ_e(5)

接着，假设包含谐波分量的编码器信号是理想正弦波信号，并且考虑当利用tan^-1(反正切)执行电分割时产生的误差。在这种情况下，利用以下表达式(6)，可由包含谐波分量的编码器信号获得编码器的相位角θe’。

${{\mathrm{\θ}}_e}^{\′}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Bsig}5}{\mathrm{Asig}5}\right)---\left(6\right)$

在本实施例中，编码器信号具有周期函数，因此可在范围-π≤θe≤π的范围内考虑编码器的角θe。在这种情况下，如图2和3所示，存在由谐波分量导致的移动部分的转动角的检测误差。

图2示出马达的转动角检测误差θm’-θm与马达的转动角θm之间的关系。水平轴表示马达(移动部分)的转动角θm，垂直轴表示马达的转动角θm与通过电分割获得的检测角θm’之间的检测误差θm’-θm。如图2所示，本实施例的马达控制设备包含显著地周期性改变的检测误差θm’-θm。

图3示出马达的检测角θm’与马达的转动角θm之间的关系。水平轴表示马达的转动角θm，垂直轴表示通过电分割计算的转动角θm’。如果不产生由谐波分量引起的任何误差，则图3所示的关系由直线表示。然而，在本实施例中，由于包含谐波分量，因此图3所示的关系不由直线表示，而是由变形的线表示。

用于校正角度检测的方法

接着，将描述本实施例中的用于校正角度检测的方法。在本实施例中，将参照具体示例来描述校正过程。

首先，转矩被施加到移动部分(马达)以驱动该移动部分。在本实施例中，作为被提供给移动部分的转矩，应用图4所示的波形。图4是本实施例中的驱动转矩的输入波形图。如图4所示，在0到0.1秒之间施加0.01N的驱动转矩。

图5是当图4中示出的波形作为转矩被施加时检测角θm’与转动速度的时间依存关系。在图5中，检测角θm’由实线表示，并且转动速度由虚线表示。移动部分的初始位置被设为-2π/140000[弧度]。

在图5中，当关注由虚线所表示的转动速度时，0.1秒之后的转动速度(位移速度)具有周期性的速度不均匀。换言之，转动速度以短的周期重复高速和低速。如果编码器信号中不包含谐波分量，则0.1秒之后的转动速度变为恒定。然而，由于在本实施例中，在编码器信号中包含谐波分量，因此在速度应为恒定的时间期间，转动速度具有速度不均匀性。

在本实施例中，假设速度不均匀的一个周期在100[msec]和111.56[msec]之间，并且校正检测角，以使得在此时间期间的速度不均匀等于零。校正后的检测角被定义为θm”。

图6是在100[msec]和111.56[msec]之间(速度不均匀的一个周期)的检测角θm’和转动速度的时间依存关系。在图6中，检测角θm’由实线表示，转动速度由虚线表示。为了使速度不均匀等于零，在本实施例中，在100[msec]和111.56[msec]之间(速度不均匀的一个周期)的时间期间执行对于检测角θm’的时间依存关系的线性近似。

通过在作为校正时间的速度不均匀的一个周期中选择两个点并且计算这两个点处的斜率来执行线性近似。例如，在本实施例中，利用在作为校正时间的开始时刻的100[msec]和作为校正时间的结束时刻的111.56[msec]处的两个检测角θm’来计算时间微分值(直线的斜率)。

图7通过点划线示出其中图6所示的检测角θm’被线性近似的状态。因而，可以获得检测角θm’与通过线性近似而获得的校正后的检测角θm”之间的关系。此关系在图8中示出。图8中所示的检测角θm”和检测角θm’之间的关系被保持在马达控制设备200的马达控制器203(控制器)中。因而，位移校正表校正检测角θm’(位移量6)，以使得转动速度(位移速度)在至少一个速度不均匀的周期期间恒定。

接着，将描述本实施例中的校正过程。图25是示出本实施例中的校正过程(用于制作位移校正表的方法)的流程图。

首先，在步骤S1，基于上部控制器的命令，利用驱动单元1驱动移动部分3(马达)。接着，在步骤S2，作为驱动马达时的响应，利用位移检测器5检测出马达的检测角θm’(位移量6)。此外，利用微分器7计算检测角θm’(位移量6)的时间微分值(位移速度)。

在步骤S3中，确定转动速度(位移速度)的速度不均匀的范围、即校正范围。根据要使用的移动部分3(马达)的类型等来适当地确定转动速度的速度不均匀的范围(校正范围)。

在步骤S4中，由校正前的检测角θm’计算校正后的检测角θm”，以使得在步骤S3中确定的速度不均匀的范围中，转动速度的速度不均匀等于零。换言之，校正检测角θm’，以使得检测角θm’(位移量6)的时间微分值(位移速度)恒定。校正前的检测角θm’与校正后的检测角θm”之间的关系作为被位移校正表制作单元10制作的位移校正表被保持。本实施例的位移校正表被如上所述地制作。

在本实施例的位移检测方法中，利用位移校正表校正的位移量(检测角θm”)被检测作为移动部分3的位移量4(转动角θm)。图25中所示的校正过程也可以被应用于后文描述的实施例2和3。

校正角度检测之前和之后的检测误差

接着，将描述本实施例中的在校正角度检测之前和之后的检测误差。

图9是校正前的检测误差θm’-θm和校正后的检测误差θm”-θm与转动角θm之间的关系。在图9中，水平轴表示马达的转动角θm，垂直轴表示校正前的检测误差θm’-θm和校正后的检测误差θm”-θm。实线表示校正前的检测误差θm’-θm，虚线表示校正后的检测误差θm”-θm。

如图9所示，在本实施例的校正范围内，与校正前的检测角θm’相比，校正后的检测角θm”的检测误差大大减小。因此，根据本实施例，可以执行理想的电分割。

如上所述，根据本实施例，可以减小包含谐波信号的编码器信号的角度检测误差。通过改变移动部分(马达)的初始位置而反复执行本实施例中的检测角的校正方法。因此，可以在宽的范围内校正检测角。

[实施例2]

接着，将描述本发明的实施例2。

在本实施例中，考虑其中对于转动马达的转矩命令的位置响应为1/(s²+s+100)的移动部分的模型。此模型在实施例1的模型上添加了粘性和弹簧系统的模型。粘性的模型由上述表达式中的分母的“s”反映，弹簧系统的模型由该表达式中的分母的“100”反映。

用于校正角度检测的方法

首先，将描述本实施例中的用于校正角度检测的方法。

在本实施例中，也通过与实施例1的过程相同的过程执行校正。首先，类似于实施例1，图4中所示的波形被施加作为转矩。此时的检测角θm’和转动速度(时间微分值)的时间依存关系在图10中示出。在图10中，检测角θm’由实线表示，转动速度由虚线表示。

在本实施例中，移动部分3(马达)的初始位置被设定为0[弧度]。

在图10中，当关注转动速度时，在0.3到0.4秒期间的转动速度几乎恒定，并且具有速度不均匀性。因此，假设速度不均匀的一个周期为从358.16[msec]到371.89[msec]，并且通过校正检测角θm’以使得在此时间期间的速度不均匀等于零，获得校正后的检测角θm”。

图11是在从358.16[msec]到371.89[msec]的时间(速度不均匀的一个周期)期间的检测角θm’和转动速度(时间微分值)的时间依存关系。在图11中，检测角θm’由实线表示，转动速度由虚线表示。图11对应于图10的一部分的放大视图。

为了使转动速度的速度不均匀等于零，在本实施例中，如点划线在图12中所示的，对从358.16[msec]到371.89[msec]的时间期间的检测角θm’进行线性近似。因而，可以获得校正前的检测角θm’和通过线性近似获得的校正后的检测角θm”之间的关系。此关系在图13中示出。

图13中的校正后的检测角θm”和校正前的检测角θm’之间的关系被保持在马达控制设备200的马达控制器203中作为位移校正表。

校正角度检测之前和之后的检测误差

接着，将描述本实施例中的在校正角度检测之前和之后的检测误差。

图14是示出校正前的检测误差θm’-θm和校正后的检测误差θm”-θm与转动角θm之间的关系的图。在图14中，水平轴表示马达的转动角θm，垂直轴表示校正前的检测误差θm’-θm和校正后的检测误差θm”-θm。实线表示校正前的检测误差θm’-θm，虚线表示校正后的检测误差θm”-θm。

如图14所示，在本实施例的校正范围内，与校正前的检测角θm’相比，校正后的检测角θm”的检测误差大大减小。因此，根据本实施例，可以执行理想的电分割。

如上所述，根据本实施例，可以减小包含谐波信号的编码器信号的角度检测误差。通过改变移动部分(马达)的初始位置，反复执行本实施例中的检测角的校正方法。因此，可以在宽的范围内校正检测角。

[实施例3]

接着，将描述本发明的实施例3。

在本实施例中，将考虑产生编码器的刻度间距的加工误差的情况。与实施例1和2相似，转动马达被用作移动部分，转动编码器(角检测器)被用作位移检测器。编码器以马达每转动一圈140000个周期来输出正弦波两相信号。

当马达的转动角为θm[弧度]时，编码器的相位角θe[弧度]由以下表达式(7)表示。

θ_e＝140000×θ_m(7)

编码器的两相正弦波信号Asig和Bsig由以下表达式(8)和(9)表示。

$\mathrm{Asig}=\sin ({\mathrm{\θ}}_e+\frac{\mathrm{\π}}{2})---\left(8\right)$

Bsig＝sinθ_e(9)

然而，当产生刻度间距的加工误差时，不满足以上表达式(7)的关系，并且不能检测到精确的位置。

在本实施例中，将描述在产生刻度间距的加工误差的情况下的检测校正过程。

包含刻度加工误差的编码器信号在检测角度时提供的误差

首先，将描述包含刻度加工误差的编码器信号在检测角度时提供的误差。在本实施例中，编码器的刻度被配置为相对于马达的转动角满足以下表达式(10)和(11)。

当马达的转动角的范围是(-π/140000)×1.2≤θm＜0时，编码器的相位角θe’[弧度]由以下表达式(10)表示。

${{\mathrm{\θ}}_e}^{\′}=\frac{{\mathrm{\θ}}_m\×140000}{1.2}---\left(10\right)$

当马达的转动角的范围是0≤θm＜(π/140000)×0.8时，编码器的相位角θe’[弧度]由以下表达式(11)表示。

${{\mathrm{\θ}}_e}^{\′}=\frac{{\mathrm{\θ}}_m\×140000}{0.8}---\left(11\right)$

在这种情况下，在本实施例的编码器的刻度中产生满足表达式(10)和(11)的关系的加工误差。假设在除上述范围之外的范围中没有产生加工误差。在假设编码器的刻度是理想刻度的情况下，利用编码器信号θ_e’通过表达式(12)获得马达的转动角θm’。

${{\mathrm{\θ}}_m}^{\′}=\frac{{{\mathrm{\θ}}_e}^{\′}}{140000}---\left(12\right)$

图15是本实施例中的马达的检测角θm’与马达的转动角θm之间的关系。在图15中，水平轴表示马达的转动角θm，垂直轴表示已通过电分割获得的马达的马达转动角θm’。

图16是本实施例中的马达的转动角检测误差θm’-θm与马达的转动角θm之间的关系。在图16中，水平轴表示马达的转动角θm，垂直轴表示马达的转动角θm与已通过电分割获得的马达转动角θm’之间的检测误差θm’-θm。

如图15和16所示，本实施例的编码器包含由刻度加工误差引起的角度检测误差。

用于校正角度检测的方法

接着，将描述本实施例中的用于校正角度检测的方法。

通过与实施例1的过程相同的过程执行本实施例中的校正。在本实施例中，图17所示的波形被施加作为驱动转矩。图17是本实施例中的驱动转矩的输入波形视图。如图17所示，在0到0.1秒期间施加0.1N的驱动转矩。

图18是示出在本实施例中当施加图17所示的波形作为转矩时的检测角θm’和转动速度的时间依存关系的视图。在图18中，检测角θm’由实线表示，转动速度由虚线表示。移动部分(马达)的初始位置被设定为零[弧度]。

当关注图18中的转动速度时，0.35到0.38秒的时间期间的转动速度几乎恒定。然而，在365[msec]附近产生速度不均匀。因此，假设速度不均匀的范围在350[msec]和380[msec]之间，并校正检测角，以使得在此时间期间的速度不均匀等于零，以获得校正后的检测角θm”。

图19是示出在包含本实施例的速度不均匀的时间期间(350[msec]和380[msec]之间的时间期间)的检测角θm’和转动速度的时间依存关系的视图。在图19中，检测角θm’由实线表示，转动速度由虚线表示。

为了使转动速度的速度不均匀等于零，在本实施例中，如在图20中由点划线所示的，对在350[msec]到380[msec]之间的时间期间(在包含速度不均匀的时间期间)的检测角θm’进行线性近似。因而，可获得校正前的检测角θm’和通过线性近似计算出的校正后的检测角θm”之间的关系。此关系在图21中示出。

图21中示出的校正后的检测角θm”和校正前的检测角θm’之间的关系被保持在马达控制设备200的马达控制器203中作为位移校正表。

校正角度检测之前和之后的检测误差

接着，将描述在校正角度检测之前和之后的检测误差。

图22是校正前的检测角θm’和校正后的检测角θm”与转动角θm之间的关系。在图22中，水平轴表示马达的转动角θm，垂直轴表示校正前的检测角θm’和校正后的检测角θm”。校正前的检测角θm’由实线表示，通过线性近似获得的校正后的检测角θm”由虚线表示。

如图22所示，当马达的转动角θm等于零时，校正后的检测角θm”不为零。因此，另外还执行零点校正，以使得当马达的转动角θm等于零时校正后的检测角θm”等于零。零点校正后的检测角被定义为θm”’。

图23是校正前的检测角θm’和零点校正后的检测角θm”’与转动角θm之间的关系。在图23中，水平轴表示马达的转动角θm，垂直轴表示检测角θm’和零点校正后的检测角θm”’。检测角θm’由实线表示，零点校正后的检测角θm”’由虚线表示。

如图23所示，当转动角θm等于零时，零点校正后的检测角θm”’也等于零。因而，本实施例的位移校正表执行校正，以使得当移动部分(马达)的转动角θm(位移量)等于零时，校正后的转动角θm”’(位移量)等于零。

图24是校正前的检测误差θm’-θm和零点校正后的检测误差θm”’-θm与转动角θm之间的关系。在图24中，水平轴表示马达的转动角θm，垂直轴表示校正前的检测误差θm’-θm和零点校正后的检测误差θm”’-θm。校正前的检测误差θm’-θm由实线表示，零点校正后的检测误差θm”’-θm由虚线表示。

如图24所示，在本实施例的校正范围内，与校正前的检测角θm’的检测误差相比，零点校正后的检测角θm”’的检测误差大大减小。

如上所述，根据本实施例，可以减小包含刻度加工误差的编码器信号的角度检测误差。此外，在本实施例中，即使编码器的刻度间距是不均质的，也可以通过设定包含不均质性的角度或者位置的范围来执行位移校正。

在利用上述实施例中的每一个中的校正方法的电流马达的定位设备(马达控制设备)中，或者在使用该马达控制设备的激光加工机和加工机中，与利用常规情况相比，可以容易地改善编码器的分割精度。

因此，根据上述实施例中的每一个，可以抑制编码器检测到的位移量的位移速度(测量的位置响应的时间微分)的速度不均匀。结果，可执行精确的位移检测，而与来自编码器的输出信号的幅值或偏移、两相信号的相位差、谐波分量、或编码器刻度的间距误差无关。

因此，根据上述实施例中的每一个，可提供校正由编码器输出信号中包含的谐波分量或刻度间距的加工误差等引起的检测误差以改善检测精度的位移检测方法、马达控制设备以及加工机。也可以提供用于制作校正表的方法。结果，可以改善机器的性能，并且可以改善被加工的对象或被处理的对象的质量。

虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被给予最宽的解释，以便包括所有这些变型以及等同结构和功能。

例如，在上述实施例中的每一个中，使用转动马达(转动机构)作为移动部分，但是作为替换，也可以使用平动机构。此外，作为移动部分的驱动单元，可以使用诸如马达或者压电元件的致动器或者人手。

在上述实施例中的每一个中，使用编码器作为位移检测器，但是作为替换，也可以使用电容传感器或者PSD(位置敏感检测器)。根据电容传感器或者PSD，可以执行位移检测的线性校正。

Claims (9)

1.一种位移检测方法，包括如下步骤：

利用驱动单元驱动移动部分；

利用位移检测器检测所述移动部分的位移量；

利用位移校正表校正所述位移量，以使得由所述位移检测器所检测的所述位移量的位移速度恒定；以及

检测通过所述位移校正表校正的位移量作为所述移动部分的位移量。

2.如权利要求1所述的位移检测方法，

其中，所述位移量的位移速度具有周期性的速度不均匀，以及

其中，所述位移校正表执行校正，以使得在速度不均匀的至少一个周期期间所述位移速度恒定。

3.如权利要求1所述的位移检测方法，

其中，所述位移校正表执行校正，以使得当所述移动部分的实际位移量等于零时，校正后的所述位移量等于零。

4.一种用于制作校正表的方法，包括如下步骤：

利用驱动单元驱动移动部分；

利用位移检测器检测所述移动部分的位移量；

利用微分器计算所述位移量的位移速度；以及

制作位移校正表，所述位移校正表被配置为校正所述位移量，以使得所述位移检测器所检测的位移量的位移速度恒定。

5.一种马达控制设备，包括：

移动部分；

驱动单元，被配置为将驱动转矩提供给所述移动部分；

位移检测器，被配置为检测所述移动部分的位移量；以及

控制器，所述控制器具有位移校正表，所述位移校正表被配置为校正所述位移量，以使得所述位移检测器所检测的位移量的位移速度恒定，

其中，所述控制器利用通过所述位移校正表校正的位移量来控制所述驱动单元。

6.根据权利要求5所述的马达控制设备，

其中，所述位移量的位移速度具有周期性的速度不均匀，以及

其中，所述位移校正表校正所述位移量，以使得在速度不均匀的至少一个周期期间所述位移速度恒定。

7.根据权利要求5所述的马达控制设备，

其中，所述位移校正表执行校正，以使得当所述移动部分的实际位移量等于零时，校正后的所述位移量等于零。

8.根据权利要求5所述的马达控制设备，

其中，所述位移检测器是编码器。

9.一种加工机，包括根据权利要求5-8中任一项所述的马达控制设备。

Images