TWI629225B - 輸送系統 - Google Patents

Abstract

一種輸送系統，包括至少一移動載台、一軌道、一控制電路以及一驅動器。移動載台設置有複數磁鐵以及光學尺。軌道用以導載移動載台，並包括設置有複數組霍爾感測器模組之第一加工區以及設置有霍爾感測器模組以及讀頭模組之第二加工區。當移動載台位於第一加工區時，致使霍爾感測器模組產生第一感測訊號。當移動載台位於第二加工區時，致使霍爾感測器模組產生第一感測訊號以及致使讀頭模組產生第二感測訊號。控制電路根據第一感測訊號以及第二感測訊號判斷移動載台之位置，並產生驅動訊號。驅動器根據驅動訊號驅動線圈繞組。

Description

輸送系統

本發明係有關於一種輸送系統，特別係有關於一種具有精密加工區以及非精密加工區之輸送系統。

於工業4.0之需求下，由於線性馬達相較於旋轉電機係具有線型運動以及直接驅動的特性，因此可被應用輸送系統上。然而，由於現有的定速型輸送帶其定位之精度較低，因此於需要執行精密操作時，必須透過機械手將產品移至生產線外之另一工作台以進行精密加工，如此將造成製造成本之提高並降低生產線之效率。此外，目前現有之主動式輸送系統，其移動載台之移動皆受到線材之限制，且配線較為複雜，定位亦較不準確，故亦不適合於生產線上直接執行精密加工。因此，如何提高主動式輸送系統之定位精準度以及簡化精密加工之流程為目前所需解決之問題。

為解決上述問題，本發明一實施例提供一種輸送系統，包括至少一移動載台、一軌道、一控制電路以及一驅動器。移動載台設置有複數磁鐵以及一光學尺。軌道具有複數線圈繞組設置於其中，用以導載移動載台。其中，軌道更包括一第一加工區以及一第二加工區。第一加工區設置有複數組霍爾感測器模組。第二加工區設置有霍爾感測器模組以及一讀頭模 組。其中，當移動載台位於第一加工區時，致使霍爾感測器模組藉由感測磁鐵以產生一第一感測訊號。其中，當移動載台位於第二加工區時，致使霍爾感測器模組藉由感測磁鐵以產生第一感測訊號以及致使讀頭模組藉由感測光學尺以產生一第二感測訊號。控制電路用以根據接收到的第一感測訊號以及第二感測訊號判斷移動載台位於第一加工區或者第二加工區，並根據移動載台之一位置控制線圈繞組之通電情況以及產生一驅動訊號。驅動器用以根據驅動訊號驅動線圈繞組。

本發明另一實施例提供一種移動載台控制方法，適用於一輸送系統，輸送系統包括至少一移動載台、一軌道、一控制電路以及一驅動器，其中移動載台設置有複數磁鐵以及一光學尺，以及軌道具有複數線圈繞組設置於其中且包括一第一加工區以及一第二加工區，第一加工區設置有複數組霍爾感測器模組，以及第二加工區設置有霍爾感測器模組以及一讀頭模組，步驟包括：透過複數組霍爾感測器模組藉由感測移動載台之磁鐵以產生一第一感測訊號；透過一讀頭模組藉由感測移動載台之光學尺以產生一第二感測訊號；透過控制電路根據第一感測訊號以及第二感測訊號判斷移動載台位於第一加工區或者第二加工區；透過控制電路根據移動載台之一位置控制線圈繞組之通電情況，並產生一驅動訊號；透過驅動器根據驅動訊號驅動線圈繞組。

100‧‧‧輸送系統

110‧‧‧移動載台

120‧‧‧軌道

121、310、410‧‧‧第一加工區

122、320、420‧‧‧第二加工區

123‧‧‧霍爾感測器模組

124‧‧‧讀頭模組

125‧‧‧線圈繞組

130‧‧‧控制電路

140‧‧‧開關電路

150‧‧‧驅動器

310‧‧‧第一加工區

320‧‧‧第二加工區

410‧‧‧第一加工區

420‧‧‧第二加工區

610‧‧‧內部電路

611‧‧‧電流電壓轉換電路

612‧‧‧放大器

613‧‧‧特殊應用積體電路

A、B、C1、Z‧‧‧光學尺軌跡

I、Ia、Ib‧‧‧移動載台起點

II、IIa、IIb‧‧‧移動載台終點

S701~S705‧‧‧步驟流程

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之輸送系統之示意 圖。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之軌道配置之示意圖。

第3A、3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之僅具有一個讀頭之讀頭模組之示意圖。

第4A、4B圖係顯示根據本發明一實施例所述之具有至少兩個讀頭之讀頭模組之示意圖。

第5A、5B圖係顯示根據本發明一些實施例所述之光學尺之示意圖。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之讀頭模組內部電路之示意圖。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之移動載台控制方法之流程圖。

有關本發明之輸送系統以及移動載台控制方法適用之其他範圍將於接下來所提供之詳述中清楚易見。必須了解的是下列之詳述以及具體之實施例，當提出有關輸送系統以及移動載台控制方法之示範實施例時，僅作為描述之目的以及並非用以限制本發明之範圍。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之輸送系統之示意圖。輸送系統100包括置至少一移動載台110、一軌道120、一控制電路130、一開關電路140以及一驅動器150。移動載台110沿著軌道120移動，具有複數永久磁鐵以及一光學尺(或者磁性尺)設置於其上。其中，移動載台110上的磁體係 以磁極S極以及N極交替排列之方式沿著移動載台110之一移動方向設置。軌道120設置有複數線圈繞組125，線圈繞組125係由線圈纏繞著磁芯所構成，並沿著移動載台110之移動方向排列。其中，線圈繞組125係與移動載台110之永久磁鐵相向設置。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之軌道配置之示意圖。於此實施例中，軌道120可包括第一加工區121以及第二加工區122，分別用以對進入加工區之移動載台110執行不同之加工作業，例如第一加工區121用以執行一般加工作業以及第二加工區122用以執行精密加工作業。值得注意的是，儘管此實施例中係包括兩個第一加工區121以及兩個第二加工區122，但第一加工區121以及第二加工區122之數量可根據作業需求進行調整，並不以此為限。其中，第一加工區121中設置有複數組霍爾感測器模組123，而第二加工區122中除了設置有複數組霍爾感測器模組123外，更可額外包括一讀頭模組(read head module)124。根據本發明一實施例，霍爾感測器之感測精度約為10~100μm，以及光學尺之感測精度約為0.1~9μm。此外，值得注意的是，第二加工區122之作業區域長度必須大於相鄰兩個霍爾感測器模組123之間距，以避免移動載台110進入第二加工區122中時，控制電路130無法透過霍爾感測器模組123得知移動載台110之精確位置。其中，作業區域長度表示執行一個完整的加工過程之距離。每個霍爾感測器模組123係由三個霍爾感測器所構成，且相鄰之兩個霍爾感測器之間之相位差為120度。當移動載台110通過霍爾感測器模組123時，霍爾感測器模組123因磁場產生變化而輸出一第一感測訊號至控制 電路130，控制電路130再根據具有不同相位之第一感測訊號之插補判斷移動載台110之位置。讀頭模組124設置於第二加工區122之起始位置，用以感測移動載台110上之光學尺，並於感測到光學尺時輸出第二感測訊號至控制電路130。其中，控制電路130皆透過有線之方式與霍爾感測器模組123以及讀頭模組124之每一者連接，以接收感測訊號。控制電路130於接收到第一感測訊號和/或第二感測訊號後，即可根據第一感測訊號以及第二感測訊號確定移動載台110之位置，並更可進一步地計算移動載台110之移動方向以及移動速度，以控制開關電路140開啟線圈繞組125之開關。驅動器150用以對線圈繞組125通電，使得線圈繞組125與移動載台110之永久磁鐵之間產生吸引力，以使移動載台110沿著軌道120移動。

值得注意的是，霍爾感測器模組123之排數、控制電路130之處理程序次數、以及開關電路140與驅動器150之個數係與移動載台110之個數有關。舉例來說，當移動載台110之個數為一個時，霍爾感測器模組123之排數為三排、控制電路130僅須執行一次處理程序、以及開關電路140與驅動器150之個數皆為一個。然而，當移動載台110之個數為兩個時，霍爾感測器模組123之排數則變成六排、控制電路130必須執行兩次處理程序、且開關電路140與驅動器150之個數則增加為兩個，以此類推。

根據本發明一實施例，讀頭模組124中讀頭之個數可由精密加工區122中同時欲處理之移動載台110之個數或者第二加工區122之作業區域長度決定。舉例來說，當第二加工 區122中同一時間內僅會對單一個移動載台110進行加工處理或者第二加工區122之作業區域長度約為移動載台110之載台長度時，第二加工區122中之讀頭模組則可僅設置一個讀頭124。舉例來說，如第3A圖所示，移動載頭110之移動方向為由左至右(如箭頭方向所示)，而讀頭124係設置於第二加工區320之起始位置(即移動載台110進入第二加工區320之位置)。當讀頭124感測到光學尺時(即點I通過讀頭124)，讀頭124開始輸出對應於光學尺之A、B兩個軌道之訊號並進行累加，以產生如第3B圖所示之第二感測訊號。控制電路130即可根據所累加之值更精準地定位移動載台110之位置。值得注意的是，如第3B圖所示之對應於增量型光學尺之訊號僅為本發明之一實施例，但亦可為其它類型之光學尺(例如絕對型光學尺等)，並非以此為限。

根據本發明另一實施例，當第二加工區122於同一時間內欲對兩個以上之移動載台110進行加工處理或者第二加工區122之作業區域長度大於移動載台110之載台長度時，第二加工區122中之讀頭模組則需要兩個以上之讀頭以更精確地判斷每個移動載台110個別之位置。舉例來說，如第4A圖所示，移動載頭110之移動方向為由左至右(如箭頭方向所示)，而讀頭124a係設置於第二加工區420之起始位置(即移動載台110進入第二加工區420之位置)，而讀頭124b係設置於與124a相隔一既定間距之位置。其中，上述既定間距係小於移動載台110之長度，且每個讀頭之間之間距相等。當讀頭124a感測到光學尺時(即點I通過讀頭124)，讀頭124開始輸出對應於光學尺之A、 B兩個軌道之訊號並進行累加，以產生如第4B圖所示之第二感測訊號。如第4B圖所示，當讀頭124b感測到光學尺時，由於兩個讀頭之間之間距小於移動載台110之長度，故會產生一重疊之區域(即介於Ib~IIa之間之區域)，如此控制電路130即可準確地透過讀頭模組124準確地定位移動載台110於第二加工區122之位置。此外，當第二加工區320欲同時對兩個以上之移動載台110進行加工處理時，控制電路130可於判斷點II通過讀頭124a後，即致能開關電路140以及驅動器150將另一移動載台移動進入第二加工區320，以提高生產線之效率。

第5A、5B圖係顯示根據本發明一些實施例所述之光學尺之示意圖。如第5A圖所示，當光學尺為增量型光學尺時，光學尺上可包括藉由兩個光線感測器A、B感測之感測元件間距之軌跡(track)”A,B”、以及代表原點訊號(index)之軌跡”Z”。其中，原點訊號係用以宣告光學尺之進入。除此之外，如第5B圖所示，光學尺更可額外包括另一軌跡”C1”，用以表示對應於不同移動載台之編碼圖案。如此，當輸送系統中具有複數個移動載台時，控制電路130更可追蹤每個移動載台所分別對應之確切位置。

值得注意的是，讀頭中之感測器之數量係與軌跡之數量相同。舉例來說，如第5A圖所示，當光學尺具有兩個軌跡時，則讀頭中之感測器之數量為兩個。以及，如第5B圖所示，當光學尺具有三個軌跡時，則讀頭中感測器之數量為三個。

請參閱第6圖。第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之讀頭模組內部電路之示意圖。如圖所示，讀頭模組124a 所對應之內部電路610可包括電流電壓轉換電路611、放大器612以及特殊應用積體電路(ASIC)613。其中，每個讀頭之特殊應用積體電路可彼此進行溝通，以及自特殊應用積體電路輸出之每個感測訊號皆包括代表該讀頭之一特定判斷訊號，以供控制電路130辨識感測訊號是由哪個讀頭所輸出。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之移動載台控制方法之流程圖。於步驟S701，於第一加工區或者第二加工區中透過霍爾感測器模組感測移動載台之磁鐵以產生第一感測訊號。於步驟S702，於第二加工區中透過讀頭模組感測移動載台之光學尺以產生一第二感測訊號。於步驟S703，控制電路根據第一感測訊號以及第二感測訊號決定移動載台之位置。於步驟S704，控制電路根據位置控制線圈繞組之通電情況，並產生驅動訊號。於步驟S705，驅動器根據驅動訊號驅動線圈繞組以致使移動載台於軌道上移動。

綜上所述，根據本發明所提出之輸送系統以及移動載台控制方法，由於移動載台上僅具有磁鐵以及光學尺，因此移動載台並不需要任何線材(例如訊號線、電力線等)，如此移動載台於軌道上之移動將不會受到線材之限制，亦不會產生線纏繞之問題，且當原有之輸送系統欲進行重新規劃時，僅需要重新改變定子之配置，而不需考慮移動載台之佈線。此外，透過精密加工區以及非精密加工區之規劃，使得移動載台之移動精準度可更進一步地提高，如此將可直接於輸送軌道上進行精密加工，而不需要將產品移動至額外之加工區，進而減少製造成本並提升生產線之效能。

以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。

Claims (7)

1. 一種輸送系統，包括：至少一移動載台，設置有複數磁鐵以及一光學尺；一軌道，具有複數線圈繞組設置於其中，用以導載上述移動載台，其中上述軌道更包括：一第一加工區，設置有複數組霍爾感測器模組；以及一第二加工區，設置有上述霍爾感測器模組以及一讀頭模組；其中，當上述移動載台位於上述第一加工區時，致使上述霍爾感測器模組藉由感測上述磁鐵以產生一第一感測訊號；以及其中，當上述移動載台位於上述第二加工區時，致使上述霍爾感測器模組藉由感測上述磁鐵以產生上述第一感測訊號以及致使上述讀頭模組藉由感測上述光學尺以產生一第二感測訊號；一控制電路，用以根據接收到的上述第一感測訊號以及上述第二感測訊號判斷上述移動載台位於上述第一加工區或者上述第二加工區，並根據上述移動載台之一位置控制上述線圈繞組之通電情況以及產生一驅動訊號；以及一驅動器，用以根據上述驅動訊號驅動上述線圈繞組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輸送系統，其中上述霍爾感測器模組係沿著上述移動載台之一移動方向等間距地設置，以及上述霍爾感測器模組之每一者由三個霍爾感測 器所構成，且上述霍爾感測器之間之相位差為120度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之輸送系統，其中上述第二加工區之一作業區域長度大於兩個上述霍爾感測器模組之一間距。
4. 如申請專利範圍第1項所述之輸送系統，其中當上述第二加工區之一作業區域長度小於上述移動載台之一載台長度時，上述讀頭模組僅具有一個讀頭，且上述讀頭設置於上述第二加工區之一起始位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之輸送系統，其中當上述第二加工區之一作業區域長度大於或者等於上述移動載台之一載台長度時，上述讀頭模組具有至少兩個讀頭，且上述讀頭自上述第二加工區之一起始位置沿著上述移動載台之一移動方向等間距地設置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之輸送系統，其中上述光學尺具有一第一軌跡以及一第二軌跡，上述第一軌跡由感測元件間距構成，以及上述第二軌跡為對應於該光學尺之一編碼圖案。
7. 如申請專利範圍第1項所述之輸送系統，其中上述第一加工區之感測精度為10~100μm，以及上述第二加工區之感測精度為0.1~9μm。