CN110426071A - 旋转编码器精度估测装置及应用其的估测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转编码器精度估测装置，包括旋转编码器、伺服单元以及计算单元，旋转编码器包含感测件与被测体；伺服单元电性连接感测件，用以将位置讯号转换为速度回授讯号；计算单元系电性连伺服单元，以取得速度回授讯号并应用快速傅立叶变换，将时域下的速度回授讯号的数据，以至少一频率、至少一振幅、至少一相位的弦波拟合为频域结果，再剔除频域结果中的非编码器精度误差特征频率，得到旋转编码器精度造成的速度误差，并将该旋转编码器精度造成的速度误差经单位转换成旋转编码器精度造成的位置误差，本发明另包含旋转编码器精度估测方法。

Description

旋转编码器精度估测装置及应用其的估测方法

技术领域

本发明系有关于一种旋转编码器精度估测装置及应用其的估测方法，特别是有关于一种利用旋转编码器本身的回授讯号即可提供其安装精度予使用者，供其作为重装或校正的参考之旋转编码器精度估测装置及应用其之估测方法。

背景技术

编码器分为两个部件，其中一个为被测体，主要装配在旋转轴上，另一个为感测件，为不动定件，用来感测被测体目前位置。当被测体与测量体进行装配时，两者之间的偏心、歪斜皆会导致编码器输出的位置与实际位置产生周期性误差，一般称之为精度误差。

目前现场多以试加工或第三方检测工具进行精度检测，惟采用试加工方式需花费额外的加工时间及试作材料，而采用第三方检测工具的方式则需要购置该检测工具仪器成本，且同样需要花费额外的第三方检测工具架设时间。

发明内容

本发明之一目的在于提供一种应用旋转编码器作动时的回授讯号以及伺服单元的回授讯号，加以进行旋转编码器的精度估测计算的装置。

本发明之另一目的在于提供一种应用旋转编码器作动时的回授讯号以及伺服单元的回授讯号，加以进行旋转编码器的精度估测计算，并提供给使用者作为是否需要重装旋转编码器或者是执行旋转编码器校正流程的依据。

本发明之再一目的在于提供一种旋转编码器精度估测方法，仅利用旋转编码器本身的回授讯号，即可进行旋转编码器的精度估测。

为达成本发明上述之目的，本发明提出一种旋转编码器精度估测装置；旋转编码器精度估测装置包含旋转编码器、伺服单元及计算单元；旋转编码器包含一装配于一旋转轴上的被测体与一检测该被测体的旋转位移讯号并转换为一位置讯号的感测件，该位置讯号包括一编码器精度误差讯号；伺服单元用以驱动该旋转轴，并电性连接该感测件，其包含一速度回授计算模型，用以将该位置讯号经由该速度回授计算模型转换为一速度回授讯号；计算单元电性连该伺服单元，以取得根据该速度回授讯号，并应用快速傅立叶变换将时域下的该速度回授讯号的数据，以至少一频率、至少一振幅、至少一相位的弦波拟合为频域结果，再剔除该频域结果中的非编码器精度误差特征频率，得到该旋转编码器精度造成的速度误差，并将该旋转编码器精度造成的速度误差经单位转换成旋转编码器精度造成的位置误差。

在一估测装置的实施态样中，上述旋转编码器精度估测装置，更包含：一显示单元，系与该计算单元电性连接，用以显示该旋转编码器精度造成的位置误差，且该显示单元为一人机接口或一LED灯号。

在一估测装置的实施态样中，上述该剔除该频域结果中的非编码器精度误差特征频率，系透过将频域输出结果在非编码器精度误差特征频率段的部分，将该些频率之振幅设为0。

在一估测装置的实施态样中，上述该编码器精度误差讯号系来自于编码器感测讯号的畸变，其造成编码器感测讯号的畸变可能来自于感测件与被测体的安装偏心、感测件的制作误差、被测体的制作误差、感测件与该被测体的安装偏斜或电子组件的非线性特性。

在一估测装置的实施态样中，上述该旋转编码器的感测原理系为光学式、电磁感应式或主磁式。

为达成上述之估测方法之目的，本发明提供之旋转编码器精度估测方法，其步骤包含：提供旋转编码器精度估测装置；该伺服单元驱动该旋转轴，并由该外部设备提供该旋转轴一稳定转速旋转，该伺服单元并依据该位置讯号输出一速度回授讯号；应用快速傅立叶变换对该速度回授讯号的数据进行拟合，并剔除其非编码器精度误差特征频率，得到该旋转编码器精度造成的速度误差；并将该旋转编码器精度造成的速度误差经单位转换成旋转编码器精度造成的位置误差；以及提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差。

为达成上述之估测方法之目的，本发明提供另一旋转编码器精度估测方法，其步骤包含：提供一旋转编码器精度估测装置；该伺服单元驱动该旋转轴，并将该旋转编码器之该位置讯号加入旋转控制而驱动该旋转轴保持该稳定转速旋转，该伺服单元依据该位置讯号输出一速度回授讯号；应用快速傅立叶变换对该速度回授讯号的数据进行拟合，并剔除其非编码器精度误差特征频率；利用反伺服***模型(Inverse Transfer Function)进行运算，以得到该旋转编码器精度造成的速度误差；并将该旋转编码器精度造成的速度误差经单位转换成旋转编码器精度造成的位置误差；以及提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差。

在一估测方法的实施态样中，上述该提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差系以一人机接口显示之。该人机接口可为一显示屏幕或一LED灯号。

本发明之特点包含：本发明之旋转编码器精度估测装置或方法，仅利用旋转编码器本身的回授讯号，即可进行旋转编码器的精度估测，并不需要第三方检测工具，或是以试加工的方法进行旋转编码器的精度检测。另外，本发明之整体架构主要由旋转编码器输出位置讯号至伺服单元，伺服单元输出速度回授至计算单元，以进行旋转编码器的精度估算，其检测流程涵盖「欲检测之旋转编码器自身回授讯号为控制源」以及「欲检测之旋转编码器自身回授讯号非控制源」两大类，多类型配置之适用性佳。本发明可应用于各种感测原理的编码器，如光学、电磁感应、主磁式…等。

附图说明

图1为本发明之旋转编码器精度估测技术之整体运算架构的***方块图；

图2为本发明之旋转编码器精度估测装置的第一实施例之***方块图；

图3为本发明之旋转编码器精度估测方法的第一实施例之步骤流程图；

图4为本发明之旋转编码器精度估测装置的第二实施例之***方块图；

图5为本发明之旋转编码器精度估测方法的第二实施例的步骤流程图；

图6A～图6D为本发明第一、第二实施例之***及方法实施例的计算单元的运作示意图。

1’ 旋转编码器精度估测装置

11 旋转轴

12 旋转编码器

121 被测体

122 感测件

123 位置讯号

124 旋转控制

1231 编码器精度误差讯号

13’ 伺服单元

131’ 速度回授计算模型

1311’ 速度回授讯号

132 控制推导模型

14’ 计算单元

15 显示单元

步骤S11-S15 为第一实施例之旋转编码器精度估测方法流程图

步骤S21-S26 为第二实施例之旋转编码器精度估测方法流程图

具体实施方式

兹配合图式将本发明实施例详细说明如下，其所附图式主要为简化之示意图，仅以示意方式说明本发明之基本结构，因此在该等图式中仅标示与本发明有关之组件，且所显示之组件并非以实施时之数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时之规格尺寸实为一种选择性之设计，且其组件布局形态有可能更为复杂。

请参照图1所示。本发明之旋转编码器精度估测装置所应用的架构主要系由旋转编码器12作动后所输出的位置讯号123输入至伺服单元13，伺服单元13输出速度回授讯号1311后提供给计算单元14，由计算单元14进行旋转编码器12的精度估侧计算。基于上述技术内容，本发明之旋转编码器精度估测方式包含两类：一是欲检测之旋转编码器自身回授讯号非控制源；一是欲检测之旋转编码器自身回授讯号为控制源。兹详述如下。

关于旋转编码器精度估测装置的第一实施例

请参照图2之本发明的旋转编码器精度估测装置的第一实施例之***方块图所示。本实施例之旋转编码器精度估测装置1，包含：一旋转编码器12、一伺服单元13以及一计算单元14；旋转编码器12包含一装配于旋转轴11上的被测体121与一检测该被测体121的旋转位移讯号并转换为一位置讯号123的感测件122，该位置讯号123包括一编码器精度误差讯号1231；伺服单元13系用以驱动该旋转轴11，并电性连接该感测件122，其包含一速度回授计算模型131，用以将该位置讯号123经由该速度回授计算模型131转换为一速度回授讯号1311；计算单元14系电性连伺服单元13，以取得根据速度回授讯号1311，并应用快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法，将时域下的该速度回授讯号1311的数据(如图6A所示)，以至少一频率、至少一振幅、至少一相位的弦波拟合为频域结果(如图6B所示)，再剔除该频域结果中的非编码器精度误差特征频率，得到该旋转编码器精度造成的速度误差(如图6C、图6D所示)，并将该旋转编码器精度造成的速度误差经单位转换成旋转编码器精度造成的位置误差。

值得一提的是，上述实施例中，编码器精度误差特征频率与感测件122的感测讯号周期相关，例如：若旋转编码器12感测讯号周期频率为50，得到讯号有0.3、1、3倍频，故剔除0.3倍频讯号，但编码器精度误差特征频率并非一定为感测讯号周期频率的整数倍频讯号。

在一实施例中，旋转编码器精度估测装置1，更包含：一显示单元15，系与计算单元14电性连接，用以显示该旋转编码器精度造成的位置误差(如图2所示)。

在一实施例中，上述该显示单元15可为一人机接口或一LED灯号。

在一实施例中，如图2所示，该旋转轴11系由一外部设备2提供一稳定转速旋转－本检测方式即为前述之「欲检测之旋转编码器自身回授讯号非控制源」一类，而外部设备2系指非该次精度估算之旋转编码器以外的设备。

关于旋转编码器精度估测装置的第二实施例

请参照图4所示的本发明之旋转编码器精度估测装置的第二实施例之***方块图。本实施例中，旋转编码器精度估测装置1’之伺服单元13’包含一速度回授计算模型131’，用以将该位置讯号123经由该速度回授计算模型131’转换为一速度回授讯号1311’；以及一控制推导模型132，用以接收该旋转编码器12之该位置讯号123并加入旋转控制而驱动该旋转轴11保持一该稳定转速旋转－本检测方式即为：前述之「欲检测之旋转编码器自身回授讯号为控制源」一类；该计算单元14’于剔除该频域结果中的非编码器精度误差频率后，再利用反伺服***模型(Inverse Transfer Function)的运算，以得到该旋转编码器12精度造成的速度误差。

在上述一实施例中，该剔除该频域结果中的非编码器精度误差特征频率，系透过将频域输出结果在非编码器精度误差特征频率段的部分，将该些频率之振幅设为0。

在上述一实施例中，上述的编码器精度误差讯号1231系来自编码器感测讯号的畸变，其造成编码器感测讯号的畸变可能来自于感测件122与被测体121的安装偏心、感测件122的制作误差、被测体121的制作误差、感测件122与该被测体121的安装偏斜或电子组件的非线性特性。

在上述一实施例中，该旋转编码器12的感测原理包括光学式、电磁感应式或主磁式等。

关于旋转编码器精度估测方法的第一实施例

请参照图2及图3所示。在本实施例中，该旋转编码器精度估测方法，其步骤包含：步骤S11，提供前述如图2之旋转编码器精度估测装置1；步骤S12，该伺服单元13驱动该旋转轴11，并由该外部设备2提供该旋转轴11一稳定转速旋转，该伺服单元13并依据该位置讯号123输出一速度回授讯号1311；步骤S13，该计算单元接收该速度回授讯号1311，并应用快速傅立叶变换对该速度回授讯号1311的数据进行拟合，并剔除其非编码器精度误差特征频率，得到该旋转编码器精度造成的速度误差；步骤S14，转换该旋转编码器12精度造成的速度误差之单位为该旋转编码器12精度造成的位置误差之单位；以及步骤S15，提示用户该旋转编码器12精度造成的位置误差。

在上述一实施例中，该提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差系包含以一人机接口显示之，且该人机接口为一显示屏幕或一LED灯号。

关于旋转编码器精度估测方法的第二实施例

请参照图4及图5所示。在本实施例中，该旋转编码器精度估测方法，其步骤包含：步骤S21，提供前述如图4之旋转编码器精度估测装置1’；步骤S22，该伺服单元13’驱动该旋转轴11，并将该旋转编码器12之该位置讯号123加入旋转控制124而驱动该旋转轴11保持该稳定转速旋转，该伺服单元13’依据该位置讯号123输出一速度回授讯号1311’；步骤S23，应用快速傅立叶变换对该速度回授讯号的数据进行拟合，并剔除其非编码器精度误差特征频率；步骤S24，利用反伺服***模型(Inverse Transfer Function)进行运算，以得到该旋转编码器精度造成的速度误差；步骤S25，并将该旋转编码器精度造成的速度误差经单位转换成旋转编码器精度造成的位置误差；以及步骤S26，提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差。

在上述一实施例中，该提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差系以一人机接口显示之。上述该人机接口可为一显示屏幕或一LED灯号。

上述实施形态仅例示性说明本发明之原理、特点及其功效，并非用以限制本发明之可实施范畴，任何熟习此项技艺之人士均可在不违背本发明之精神及范畴下，对上述实施形态进行修饰与改变。任何运用本发明所揭示内容而完成之等效改变及修饰，均仍应为下述之申请专利范围所涵盖。

Claims (15)

1.一种旋转编码器精度估测装置，其特征在于，包含：

一旋转编码器，其包含装配于一旋转轴上的一被测体与检测该被测体的旋转位移讯号并转换为一位置讯号的一感测件，该位置讯号包括一编码器精度误差讯号；

一伺服单元，系用以驱动该旋转轴，并电性连接该感测件，其包含一速度回授计算模型，用以将该位置讯号经由该速度回授计算模型转换为一速度回授讯号；以及

一计算单元，系电性连该伺服单元，以取得根据该速度回授讯号，并应用快速傅立叶变换将时域下的该速度回授讯号的数据，以至少一频率、至少一振幅、至少一相位的弦波拟合为频域结果，再剔除该频域结果中的非编码器精度误差特征频率，得到该旋转编码器精度造成的速度误差，并将该旋转编码器精度造成的速度误差经单位转换成旋转编码器精度造成的位置误差。

2.根据权利要求1所述的旋转编码器精度估测装置，其特征在于，更包含：

一显示单元，系与该计算单元电性连接，用以显示该旋转编码器精度造成的位置误差。

3.根据权利要求2所述的旋转编码器精度估测装置，其特征在于，其中该显示单元为一人机接口或一LED灯号。

4.根据权利要求1所述的旋转编码器精度估测装置，其特征在于，其中该旋转轴系由一外部设备提供一稳定转速旋转。

5.根据权利要求1所述的旋转编码器精度估测装置，其特征在于，其中该伺服单元包含一控制推导模型，用以接收该旋转编码器之该位置讯号并加入旋转控制而驱动该旋转轴保持一稳定转速旋转；该计算单元于剔除该频域结果中的非编码器精度误差频率后，再利用反伺服***模型的运算，以得到该旋转编码器精度造成的速度误差。

6.根据权利要求4或5所述的旋转编码器精度估测装置，其特征在于，其中该剔除该频域结果中的非编码器精度误差特征频率，系透过将频域输出结果在非编码器精度误差特征频率段的部分，将该些频率之振幅设为0。

7.根据权利要求4或5所述的旋转编码器精度估测装置，其特征在于，其中该编码器精度误差讯号系来自于旋转编码器感测讯号的畸变。

8.根据权利要求7所述的旋转编码器精度估测装置，其特征在于，其中该编码器感测讯号的畸变包含感测件与被测体的安装偏心、感测件的制作误差、被测体的制作误差、感测件与该被测体的安装偏斜或电子组件的非线性特性。

9.根据权利要求1或2所述的旋转编码器精度估测装置，其特征在于，其中该旋转编码器的感测原理系为光学式、电磁感应式或主磁式。

10.一种旋转编码器精度估测方法，其特征在于，其步骤包含：

提供权利要求4所述的旋转编码器精度估测装置；

该伺服单元驱动该旋转轴，并由该外部设备提供该旋转轴一稳定转速旋转，该伺服单元并依据该位置讯号输出一速度回授讯号；

应用快速傅立叶变换对该速度回授讯号的数据进行拟合，并剔除其非编码器精度误差特征频率，得到该旋转编码器精度造成的速度误差；

转换该旋转编码器精度造成的速度误差之单位为该旋转编码器精度造成的位置误差之单位；以及

提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差。

11.根据权利要求10所述的旋转编码器精度估测方法，其特征在于，其中该提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差系以一人机接口显示之。

12.根据根据权利要求11所述的旋转编码器精度估测方法，其特征在于，其中该人机接口为一显示屏幕或一LED灯号。

13.一种旋转编码器精度估测方法，其特征在于，其步骤包含：

提供权利要求5所述的旋转编码器精度估测装置；

该伺服单元驱动该旋转轴，并将该旋转编码器之该位置讯号加入旋转控制而驱动该旋转轴保持该稳定转速旋转，该伺服单元依据该位置讯号输出一速度回授讯号；

应用快速傅立叶变换对该速度回授讯号的数据进行拟合，并剔除其非编码器精度误差特征频率；

利用反伺服***模型(Inverse Transfer Function)进行运算，以得到该旋转编码器精度造成的速度误差；

并将该旋转编码器精度造成的速度误差经单位转换成旋转编码器精度造成的位置误差；以及

提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差。

14.根据权利要求13所述的旋转编码器精度估测方法，其特征在于，其中该提示用户该旋转编码器精度造成的位置误差系以一人机接口显示之。

15.根据权利要求14所述的旋转编码器精度估测方法，其特征在于，其中该人机接口为一显示屏幕或一LED灯号。