伺服式位置/力量检测运算控制系统

摘要

本发明公开了一种伺服式位置/力量检测运算控制系统，其包括伺服马达、伺服驱动器及内建运算程序的处理器，伺服驱动器以绝对角度读取单元结合设于马达心轴上的编码器，读取心轴旋转的绝对角度值，处理器将该绝对角度值换算成直线移动的行程位置，或伺服驱动器以控制单元控制伺服马达入电运转出力及提供运转转矩值，处理器将转矩值换算成负载压力值。通过此，使该检测运算控制系统应用于精密机械中，施加于被推压对象的受力时，可得到确实而精密的值，或进一步依据心轴行程位置及出力值，参照处理器内建负载斜率线变形对应值的补正，而真实反应施加对象上的实际出力与位置的作用值。

权利要求

1.一种伺服式位置和力量检测运算控制系统，其特征在于，包括：

一伺服马达，其包含一具有心轴的旋转动力输出单元，以及一接设于该心轴上的编码器；

一伺服驱动器，其包含有一控制单元、一绝对角度读取单元、以及一缓存单元，该缓存单元电连接该绝对角度读取单元及该控制单元，该控制单元连结该伺服马达，用以选择性控制对伺服马达的旋转作动时机，该绝对角度读取单元设于该编码器侧边，用以读取该心轴旋转时的绝对角度值，并将该绝对角度值存入缓存单元内；以及一处理器，其包含一内建有电子运算程序的运算单元电连接该缓存单元，用以取得缓存单元内的绝对角度值，并以运算手段将绝对角度值换算成直线移动的行程位置，以及可取得该缓存单元内的出力值，并以运算手段换算成负载压力值，该运算单元由电子运算程序依据马达出力值以及伺服马达因该出力值产生相对应高度变化的位置变形量求得不同出力值与该位置变形量关系的负载斜率线KL，作为该伺服马达负载工作时可自动检测受应力变形的状态而提供相对应的补正依据。

2.如权利要求1所述的伺服式位置和力量检测运算控制系统，其特征在于，该绝对角度读取单元为光电感应器。

说明书

伺服式位置/力量检测运算控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及伺服式位置/力量检测运算控制系统，尤指一种结合伺服马达与处理器的程序处理，以达到接近实际控制要求功用的高精密度位置/力量检测控制功能的控制系统。

背景技术

[0002] 在精密机械的设计中，为使其作动的结果达成预期的精密度，前述的精密机械内必然于其驱动机构中搭配如位移量测装置或力量检测装置等设计，以期达成精密控制的目的。

[0003] 有关前述的位移检测装置，目前大多是使用如光学尺之类的线性位移量检测装置。所述的光学尺，是利用叠纹原理，并利用光源经聚光透镜、主刻度尺、副刻度尺再传送光检测器的方式，于副刻度尺沿着主刻度尺移动时，令光检测器接收的副刻度尺与主刻度尺上的光栅产生叠纹效果的光感应变化，并加以放大该信号转换成大位移信号的具体呈现，使其可回馈于精密机械设备的控制装置，作为量测之用。

[0004] 但，前揭以光学尺等作为线性位移量测装置，其可以使用数字方式来表示长度或角度的变化量，并可迅速读取角位移或线性位移变化量，避免人为操作的判读误差。然而，该光学尺中主、副刻度尺上的光栅条很难作到两组光栅夹角为零的设计，因而，利用叠纹原理及信号放大的处理过程中，可达成的机械作动精密控制程度仍然有其不足之处。

[0005] 至于力量检测装置，其是利用荷重元对精密机械的输出力量进行检测，提供使用者于操作精密机械前先进行出力的检测校正，再进行正式工件加工。惟此利用荷重元进行力量检测装置易受机械设备等影响，无法确实而精密的量测出机械设备施加于被推压工件的受力，以致该机械作动精密控制程度仍然有其不足之处。

[0006] 此外，如电子压床…等精密机械，其是一种利用直线位移驱动装置驱动模具进行对象压合成形的机械设备，为符合对象成形后的尺寸达到预定水平，前述机械设备的设计，特别是该直线位移驱动装置的作动行程以及推压力的控制，尤须精密控制，方足以达到预定的产品水平。就目前的技术水准而言，前述的电子压床…等机械设备设计，已能生产具有一定精密度的产品。但在该机械设备中所使用的直线位移驱动装置对对象施以高低不同压力时，无论受压力的对象或该驱动装置中负载的施压元件，均会因受应力的反作用力而产生位置的高低变化，导致驱动装置进行精密控制对对象的施力时，易因前述受应力时产生位置高低变化的情形，而无法真实地反应该机械设备的确实出力及精密位置的作用值，造成前述机械设备可达到的位置精密度不甚理想。

发明内容

[0007] 本发明的主要目的在于提供一种伺服式位置/力量检测运算控制系统，希通过此设计，使其应用于精密机械中，可提供较接近实际控制要求的精密控制目的。

[0008] 为达成前揭目的，本发明所设计的伺服式位置检测运算控制系统，包括：

[0009] 一伺服马达，其包含一具有心轴的旋转动力输出单元，以及一接设于该心轴上的编码器，该心轴用以驱动一包含有驱动轴的直线位移装置；

[0010] 一伺服驱动器，其包含有一控制单元，以及电连接该控制单元的绝对角度读取单元及缓存单元，该控制单元连接该伺服马达，以选择性控制对伺服马达入电旋转作动时机，该绝对角度读取单元设于该编码器侧边，用以读取该心轴旋转时的绝对角度值，并令该旋转绝对角度值暂存于该缓存单元；以及

[0011] 一处理器，其包含一内建有电子运算程序的运算单元，并电连接该缓存单元，用以取得缓存单元内的旋转绝对角度值，进而以运算手段换算成直线移动的行程位置。

[0012] 本发明另一设计的伺服式力量检测运算控制系统，包括：

[0013] 一伺服马达，其包含一具有心轴的旋转动力输出单元；

[0014] 一伺服驱动器，其包含有一马达运转出力值控制单元，以及一该缓存单元电连接该马达运转出力值输出单元，所述马达运转出力值输出单元可控制对伺服马达入电运转，及提供马达运转的转矩值作为出力值，并暂存于缓存单元；及

[0015] 一处理器，其包含有一内建有电子运算程序的运算单元，并电连接该缓存单元，用以取得该缓存单元内的出力值，并以运算手段换算成负载压力值。

[0016] 本发明通过前述伺服式位置/力量检测运算控制系统设计，其特点在于：该伺服式位置检测运算控制系统可令该伺服驱动器使用一绝对角度读取单元结合设于马达心轴上的编码器，以读取心轴旋转的绝对角度值，再由处理器以运算手段将该绝对角度值换算成直线移动的行程位置；该伺服式力量检测运算控制系统可令该伺服驱动器使用一马达运转出力值控制单元控制伺服马达入电运转，并提及其运转转矩值，再由该处理器以运算手段将该转矩的出力值换算成负载压力值，通过此，前述检测运算控制系统的设计，使其应用于如电子压床等精密机械设备中，当施加于被推压对象的受力时，可以得到确实而精密的行程位置值或负载压力值，如此，该精密行程位置或负载压力值，回馈至该电子压床设备的控制机构，可以指示该设备的实际操作状态，达到实际精密控制的要求。

[0017] 此外，本发明尚可提供一种伺服式位置和力量检测运算控制系统，其包括：

[0018] 一伺服马达，其包含一具有心轴的旋转动力输出单元，以及一接设于该心轴上的编码器；

[0019] 一伺服驱动器，其包含有一控制单元、一绝对角度读取单元、以及一缓存单元，该缓存单元电连接该绝对角度读取单元及该控制单元，该控制单元连结该伺服马达，用以选择性控制对伺服马达的旋转作动时机，该绝对角度读取单元设于该编码器侧边，用以读取该心轴旋转时的绝对角度值；以及

[0020] 一处理器，其包含一内建有电子运算程序的运算单元电连接该缓存单元，用以取得缓存单元内的旋转绝对角度值，并以运算手段换算成直线移动的行程位置，以及可取得该缓存单元内的出力值，并以运算手段换算成负载压力值，该运算单元可以其电子运算程序依据马达出力值以及因伺服马达因该出力值产生相对应高度变化的位置变形量求得不同出力值与该高度变形量关系的负载斜率线(KL)，作为该伺服马达负载工作时可自动检测受应力变形的状态而提供相对应的补正依据。

[0021] 通过上述的设计，使该伺服式位置和力量检测运算控制系统应用于加工机具中，可真实反应对象上确实而精密的压力及位置的作用值，进而提高对对象加工的精密度。

附图说明

[0022] 图1是本发明伺服式位置检测运算控制系统的一较佳实施例的系统架构示意图；

[0023] 图2是本发明伺服式位置检测运算控制系统较佳实施例结合直线位移装置及施压件的电子压床设备平面示意图；

[0024] 图3是图2所示电子压床设备实施例的使用状态参考图；

[0025] 图4是本发明伺服式力量检测运算控制系统的一较佳实施例的系统架构示意图；

[0026] 图5是本发明伺服式力量检测运算控制系统较佳实施例结合直线位移装置及施压件的电子压床设备平面示意图；

[0027] 图6是图5所示电子压床设备实施例的使用状态参考图；

[0028] 图7是本发明伺服式位置和力量检测运算控制系统的一较佳实施例的系统架构示意图；

[0029] 图8是本发明伺服式位置和力量检测运算控制系统应用于电子压床的使用状态参考图；

[0030] 图9是图8所示电子压床的侧视平面示意图；

[0031] 图10是本发明伺服式位置和力量检测运算控制系统受应力变形自动检测补正之处理流程示意图。

[0032] 图11是本发明伺服式位置和力量检测运算控制系统求得的受应力值与变形量关系的负载斜率线图。

[0033] 【主要元件符号说明】

[0034] 1伺服马达

[0035] 10动力输出单元 11心轴

[0036] 12编码器

[0037] 2伺服驱动器

[0038] 20控制单元

[0039] 21绝对角度读取单元

[0040] 22缓存单元

[0041] 2A伺服驱动器

[0042] 20A马达运转出力值控制单元

[0043] 22A缓存单元

[0044] 3处理器

[0045] 30运算单元

[0046] 4直线位移装置

[0047] 40本体 401轴孔

[0048] 41驱动轴 411中孔

[0049] 412螺接件 413螺孔

[0050] 42螺杆 43连轴器

[0051] 5施压件

[0052] 6块规

[0053] 7计算机

具体实施方式

[0054] 本发明的设计，包含有伺服式位置检测运算控制系统、伺服式力量检测运算控制系统以及伺服式位置和力量检测运算控制系统，如图1、图2所示，是揭示本发明伺服式位置检测运算控制系统的一较佳实施例，由图中可以见及该伺服式位置检测运算控制系统包括：一伺服马达1、一伺服驱动器2以及一处理器3，所述的伺服驱动器2及处理器3可进一步整合于一控制装置中或为一计算机，其中：

[0055] 所述的伺服马达1，是一可受控输出旋转动力的电动机，该伺服马达1包含一具有心轴的旋转动力输出单元10以及一编码器12，该编码器12接设于该旋转动力输出单元10的心轴11上，与该心轴11一同旋转。

[0056] 所述的伺服驱动器2中包含有一控制单元20、一绝对角度读取单元21，以及一缓存单元22，该缓存单元22分别电性连接该绝对角度读取单元21以及该控制单元20，该控制单元20透过一动力连结接口连接该伺服马达1，用以选择性控制对伺服马达1的入电旋转作动时机及停止，所述绝对角度读取单元21可使用光电感应器，并设于该编码器12侧边，用以读取该心轴11旋转时的绝对角度值，并令该绝对角度值暂存缓存单元22。

[0057] 所述处理器3是电性连接该伺服驱动器2，所述处理器3包含有一内建有电子运算程序的运算单元30，所述电子运算程序具有将绝对角度值换算为行程位置的功能，该运算单元30并透过一信号传输接口电连接该缓存单元22，用以取得缓存单元22内的绝对角度值，进而以运算手段将该绝对角度值换算成直线移动的行程位置，前述的信号传输接口可使用RS-485通讯接口，或其它等效的通讯接口。

[0058] 如图2所示，是揭示本发明伺服式位置检测运算控制系统结合一直线位移装置4及一施压件5的伺服电子压床设备实施例，其中该直线位移装置4包括一中空本体40、一驱动轴41及一螺杆42，所述本体40设有一轴孔401，该驱动轴41可移动地装设于该本体40的轴孔401中，该驱动轴41中具有一中孔411，并于中孔411内装设有一具有螺孔413的螺接件412，该螺杆42一端通过连轴器43连接该伺服马达1的心轴11，且螺接于该驱动轴41内的螺接件412的螺孔413内，该施压件5接设于该驱动轴41末端，用以对一被推压对象进行施压。

[0059] 当该伺服式位置检测运算控制系统结合直线位移装置的使用情形，如图1至图3所示，操作者可经由该伺服式位置检测运算控制系统的伺服驱动器2中的控制单元20对伺服马达1入电，使伺服马达1运转，并经由心轴11带动该直线位移装置4中的螺杆42旋转，进而使螺设于该螺杆42上的驱动轴41及其末端施压件5为旋转运动转成向下直线运动；另一方面，该位置运算系统利用绝对角度读取单元21(光电感应器)读取设于该心轴11上的编码器12旋转时的绝对角度值，并传输至缓存单元22暂存，再由处理器3通过信号传输接口连结该缓存单元22取得该绝对角度值，并由运算单元内建的程序以运算手段将该绝对角度值换算成直线移动的行程位置，通过此即能在该设备提供施加于被推压对象的受力时，得到确实而精密的值，并使该精密的行程位置值回馈至该电子压床设备的控制机构，指示实际的操作状态，达到实际精密控制的要求。

[0060] 如图4、图5所示，是揭示本发明伺服式力量检测运算控制系统的一较佳实施例，由图中可以见及所述的伺服式力量检测运算控制系统包括：一伺服马达1、一伺服驱动器2A以及一处理器3，其中：

[0061] 所述的伺服马达1，是一可受控输出旋转动力的电动机，该伺服马达1包含一具有心轴11的旋转动力输出单元。

[0062] 所述的伺服驱动器2A中包含有一控制单元20A，以及一缓存单元22A，该缓存单元22A连结控制单元20A，该控制单元20A可控制对伺服马达1入电运转，及提供其运转转矩值作为出力值至缓存单元22A。

[0063] 所述处理器3是电性连接该伺服驱动器2A，所述处理器3包含有一运算单元30，该运算单元30内建有出力值换算为负载压力值的电子运算程序，并透过一信号传输接口连结该缓存单元22A，用以取得该缓存单元22A内的出力值，进而以运算手段换算成负载压力值，前述的信号传输接口可使用RS-485通讯接口，或其它等效的通讯接口。

[0064] 如图5所示，是揭示本发明伺服式力量检测运算控制系统结合一直线位移装置4及一施压件5的伺服电子压床设备实施例，所述的该直线位移装置4相同前揭图2所示的直线位移装置4的实施例，于此，即不再重复该直线位移装置的组成构造说明。

[0065] 当该伺服式力量检测运算控制系统结合直线位移装置的使用情形，如图4至图6所示，操作者可经由该伺服式力量检测运算控制系统的伺服驱动器2A中的控制单元20A对伺服马达1入电，使伺服马达1运转，并经由心轴11带动该直线位移装置中的螺杆42旋转，进而使螺设于该螺杆42上的驱动轴41及其末端施压件5为旋转运动转成向下直线运动；另一方面，该位置运算系统将控制单元20A对伺服马达1入电运转的转矩值，传输至缓存单元22A，再由处理器3透过信号传输接口连结该缓存单元22A取得该转矩值转换的出力值，并由运算单元内建的程序以运算手段换算成负载压力值，通过此，即能在该设备提供施加于被推压对象的受力时，得到确实而精密的负载压力值，并使该精密的负载压力值回馈至该电子压床设备的控制机构，指示实际的操作状态，达到实际精密控制的要求。

[0066] 此外，为了进一步真实反应对象上确实而精密的压力及位置的作用值，进而提高装置对对象加工的精密度，如图7所示，本发明揭示一种伺服式力量和位置检测运算控制系统，其组成基本上是与图1所示的实施例中相当，其中，该伺服驱动器2的控制单元21除具有控制对伺服马达1入电运转外，进一步具有提供其运转出力的转矩值至缓存单元22的功能，且该处理器3以及该伺服驱动器2可整合于一计算机8中(如图8所示)，或一控制装置中，当该控制系统应用于前述电子压床使用时，图8、图9、图10所示，先将一治具放置于该驱动轴41移动路径底端，于本较佳实施例中，该治具是使用一个超硬材质制成的块规6，使其可为该伺服马达1驱动升降的驱动轴41底端的施压件5施压其上，如此，处理器3利用运算单元取得伺服马达1入电推动驱动轴41的转矩数据，再透过运算单元30内建电子运算程序计算出伺服马达1推动驱动轴41的出力值，再透过运算单元内建电子运算程序依据绝对角度读取单元21结合编码器12取得伺服马达1驱动该驱动轴41移动行程位置，以及参照伺服马达1驱动该驱动轴41静态施压于该块规6时，该驱动轴41因反作用力产生的高度位置改变的位置变形量透过控制单元20暂存于缓存单元22，并由处理器3运算单元内建的电子运算程序依据该些位置变形量求得不同出力值与该驱动轴41相对应的位置变形量关系的负载斜率线(KL)(如图11所示)，用以作为该直线位移驱动装置负载工作时，因不同程度出力值所造成的变形状态而提供相对应的补正依据。

[0067] 如此，进行工件精密加工程序时，该伺服驱动器2的控制单元令伺服马达1入电运转，伺服马达1驱动螺杆42推动驱动轴41下降施压于工件上，即由该处理器3的运算单元读取该伺服马达1入电运转推动驱动轴41直线位移时回馈的转矩数据以取得其位置及出力值，以及由该运算单元内建的电子运算程序依测得的出力值，参照该负载斜率线(KL)对应出力值的压力值加以补正，将应力及因应力造成驱动轴41相对应高度位置改变等影响因素可能造成的误差加以排除，使其可真实反应工件上确实而精密的压力及位置的作用值，进而提高装置对工件加工的精密度。