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研究生: 曾天陽
Tseng, Tien-Yang
論文名稱: 磁性編碼器系統準確度提升之研究
Research on Improving Accuracy of Magnetic Encoders
指導教授: 宋震國
Sung, Cheng-Kuo
口試委員: 張禎元
Chang, Jen-Yuan
成維華
Chieng, Wei-Hua
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 磁性編碼器充磁技術準確度系統整合
外文關鍵詞: Magnetic encoders, Magnetizing technology, Accuracy, System Integration
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  • 本論文研究目標為設計並製作高準確度之磁性線性編碼器系統,分為三大部分:第一為長行程線性磁性編碼器充磁與量測系統之建立,包含硬體設備與自動化軟體;第二為分析磁性編碼器製程平台中,不同邊界條件對充磁製程之影響;第三為雷射干涉儀整合磁性編碼器製程系統開發。
    第一部份之硬體架設為精密線性平台之各項誤差檢測,如定位精度及重複精度,確保磁性編碼器準確度不受實驗平台本身誤差之影響;在軟體的部分則是利用LabVIEW作為程式開發介面,將精密線性平台、脈衝充磁機與磁訊號感測器整合,並撰寫人機介面進行自動化的充磁及量測,以提升實驗效率。
    第二部份以模擬與實驗了解磁性編碼器組裝載具與充磁頭之間,在不同邊界條件下對脈衝電流充磁製程之影響,針對其產生的不同場形、場強與磁極寬度誤差對磁性編碼器準確度之影響進行討論與分析。
    第三部份延續磁性編碼器組裝載具所導致的系統誤差結果分析,將雷射干涉儀整合至磁性編碼器製程,並利用光學字元識別的方法取得雷射干涉儀位置資訊作為精密線性平台之位置回授,以達到定位誤差校正之效果,在充磁過程中可以確保磁性編碼器準確度不受精密線性平台本身之誤差所影響,提升磁性編碼器準確度,使其達到本文所訂定準確度小於±10 um/m的規格。


    This study is aimed to manufacture a high-accuracy magnetic encoder. We constructed a long-range experimental platform for magnetizing the scale, measuring magnetic flux density and detecting positioning accuracy of linear-type magnetic encoders. The afore-mentioned functions were automated by using Labview tools, so the experiment was conducted efficiently with sufficient repeatability. In addition, the experimental platform was integrated with a laser interferometer for obtaining better and absolute positioning of magnetization. To achieve uniform magnetic flux density after magnetization process as well as the accuracy of the magnetic encoder, computer simulation of magnetization process was performed. The boundary conditions of the simulation were determined based on the magnetic properties at different positions of the magnetization fixture and magnetic encoder assembly tool. The simulation results reveal the relationship between magnetic properties of the scale and impulse-current magnetization process, which consist of the shape of magnetic field, strength, and pole pitch error. The simulation and experimental results were compared Finally, this study evaluates the accuracy of the magnetic encoder to reach the specification which is ±10 um/m.

    摘要…………………………………………………………………I Abstract……………………………………………………II 致謝………………………………………………………………III 目錄…………………………………………………………………IV 圖目錄……………………………………………………………VI 表目錄……………………………………………………………XI 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 技術背景與產業現況 4 1-2.1 磁性編碼器系統 4 1-2.2 磁性編碼器的製備 6 1-2.3 磁阻元件位移感測機制 11 1-3 文獻回顧 13 1-4 研究動機與本文內容 23 第二章 實驗設備與研究方法 26 2-1 工具機誤差 26 2-2 實驗相關設備 28 2-2.1 可程式控制精密線性位移平台 28 2-2.2 霍爾感測元件與磁阻感測元件 35 2-3 自動化充磁與量測系統 36 2-3.1 自動化充磁系統架構 36 2-3.2 自動化量測系統建立 39 第三章 充磁邊界條件誤差分析 46 3-1 磁化理論 46 3-1.1 磁滯迴路 46 3-1.2 磁化過程 47 3-1.3 消磁場與消磁因子 48 3-1.4 小結 49 3-2 磁性編碼器組裝載具對於充磁之誤差建模及分析 50 3-3 充磁模擬與實驗結果分析 55 3-3.1 模擬結果分析 55 3-3.2 實驗結果與討論 61 第四章 雷射干涉儀整合磁性編碼器製程 68 4-1 系統組成 68 4-1.1 雷射干涉儀 68 4-1.2 系統整合架構 70 4-1.3 光學字元識別 73 4-2 雷射干涉儀整合製程實驗與結果討論 77 第五章 結論與未來展望 86 5-1 結論 86 5-2 未來展望 88 參考文獻 89

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