本論文為探討線性磁性編碼器於惡劣環境溫度下對系統誤差的影響，主要包括磁性尺材料本身及感測讀頭受惡劣溫度下的尺寸及磁性影響，以及磁性尺與感測讀頭間隙因溫度改變對於精度的影響。此外，本文將對應用於量測溫度對磁性編碼器重複精度與精度影響的線性定位平台先進行校正及誤差補償。
本研究於存放溫度設定範圍為-20℃到50℃，工作環境溫度則為0℃到50℃，藉由建立環境測試平台進行量測，分析磁性尺在不同溫度下的耐受能力，並了解磁性尺在操作溫度時的性能表現，找出線性編碼器受溫度影響最顯著的因子，以此結果做為日後磁性尺量產的參考依據。

The purpose of this study is to explore the temperature effect on the accuracy of linear magnetic encoder systems. It mainly includes the influence of adverse storage and operating temperatures on the size and magnetic characteristic of the material of magnetic scale and the read-head, and the flying height from the magnetic scale to the read-head. In addition, the positioning accuracy of the linear-motor stage, which is used to measuring the repeatability and accuracy of the linear magnetic encoder, is first calibrated and compensated before conducted the study.
In this study, the storage temperature ranges from -20℃ to 50℃ and the operating temperature from 0℃ to 50℃. By establishing a temperature control platform for measurement, the accuracy performance of the magnetic scale at different ambient temperatures is analyzed to find the most significant factor of linear encoder affected by temperature. This result can be used as a reference for the mass production of magnetic scale in the future.

摘要------------------------------------I
Abstract--------------------------------II
誌謝詞----------------------------------III
目錄------------------------------------IV
圖目錄----------------------------------VIII
表目錄----------------------------------XIII
第一章 緒論--------------------------1
1.1 前言--------------------------------1
1.2 技術背景----------------------------3
1.2.1 磁性編碼器系統--------------------3
1.2.2 磁性編碼器製作--------------------5
1.2.3 磁阻元件的感測原理----------------9
1.2.3 線性定位系統----------------------11
1.3 文獻回顧----------------------------13
1.4 研究動機----------------------------20
1.5 本文研究架構------------------------21
第二章 研究理論----------------------22
2.1 溫度對線性編碼器誤差影響------------22
2.1.1 磁極距誤差------------------------22
2.1.2 磁性材料磁場誤差------------------24
2.2 線性定位系統誤差--------------------28
2.2.1 線性定位系統自由度誤差------------28
2.2.2 線性定位系統量測設備--------------30
2.3 磁性編碼器感測元件及原理------------33
2.3.1 霍爾感測元件----------------------34
2.3.2 異向性磁阻感測器------------------35
第三章 實驗架設----------------------37
3.1 線性定位平台------------------------37
3.1.1 定位平台控制系統改進--------------37
3.1.2 定位迴授控制系統驅動器參數調整----37
3.1.3 定位精度量測及補償----------------40
3.2 磁阻感測器--------------------------42
3.3 磁性尺規格--------------------------44
3.4 環境測試平台------------------------46
3.4.1 量測系統--------------------------46
3.4.2 溫控系統--------------------------49
第四章 實驗結果與模擬----------------52
4.1 磁性尺存放溫度性能測試--------------53
4.2 感測器影響分析----------------------56
4.2.1 治具角度誤差影響------------------56
4.2.2 磁阻排列間距----------------------57
4.2.3 感測器操作溫度實驗----------------60
4.3 膠尺本體受溫度影響分析--------------63
4.3.1 膠尺溫度變形模擬------------------63
4.3.2 膠尺溫度場強模擬------------------69
4.3.3 膠尺磁極距影響分析----------------71
4.3.4 黏貼介面及背鐵影響分析------------76
4.4 組裝誤差影響分析--------------------80
4.4.1 感測間隙影響----------------------80
4.4.2 量測平台傾斜影響---------------82
結論與未來工作--------------------------85
5.1 結論--------------------------------85
5.2 未來工作----------------------------88
參考文獻--------------------------------89

[1] 台灣區工具機暨零組件工業同業公會 取自：
https://www.maonline.com.tw/market_inside.php?i=78
[2] K. Miyashita, T. Takahashi, and M. Yamanaka, “Features of a magnetic rotary encoder,” IEEE Trans. Magn, vol. 23, pp. 2182 - 2184, 1987.
[3] “Industrial embedded systems” Retrieved from：
http://industrial.embedded-computing.com/article-id/?4408=
[4] 內湖電機有限公司 取自：
https://1171005725537.tw66.com.tw/ch60/CH4/4976/N/324810.html
[5] 東洋磁器工業株式會社 取自http://www.magnix.com/
[6] Y. J. Luo, E. T. Hwang, and S. M. Huang, “Multi-pole magnetization of high resolution magnetic encoder,” Proceedings of EEIC/ICWA Exposition, pp. 237 - 242, Oct. 4-7, 1993.
[7] 盧志權（2010）．AMR磁感測器設計．台灣磁性技術協會，51，1-8。
[8] 林振湋, “巨磁阻感測元件的製作與量測,” 動力機械工程研究所碩士論文, 國立清華大學, 2009
[9] 洪惠君, “增進巨磁阻感測元件在微磁場下靈敏度研究,” 動力機械工程研究所碩士論文, 國立清華大學, 2010
[10] 張容韶, “以巨磁阻感測元件應用於磁性尺之訊號量測研究,” 動力機械工程研究所碩士論文, 國立清華大學, 2010
[11] 祥寶電子 取自http://www.1111motor.com/techinfo_05.htm
[12] 許晉謀（2015）工具機進給系統設計 工業技術研究院，18-23。
[13] N. C. Cheung, “An innovative method to increase the resolution of optical encoders in motion servo systems,” in IEEE Int. Conf. on Power Electronics and Driver Systems. (PEDS), 1999, pp. 797-802.
[14] Y. Kikuchi, T. Yoneda, Y. Kataoka, K. Shiotani, H. Wakiwaka, and H. Yamada, “Considerations of output voltage waveform on magnetic linear encoder for artificial heart using linear pulse motor,” Sens. Actuator A-Phys. 81, (2000) 309-312.
[15] N. Takahashi, “3D analysis of magnetization distribution magnetized by capacitor-discharge impulse magnetizer,” Journal of Materials Processing Technology, 108, pp. 241-245, 2001.
[16] I. Alejandre, “Thermal non-linear behaviour in optical linear encoders” International Journal of Machine Tools & Manufacture, 46, (2006) 1319-1325.
[17] 歐陽遠聲, 2014, “高解析度磁儲媒介設計與製作,” 碩士論文, 國立清華大學/動力機械工程研究所
[18] 陳家妤, 2015, “磁性量測系統之磁化與精度分析,” 碩士論文, 國立清華大學/動力機械工程研究所
[19] 徐志豪, 2015, “多種極距磁性尺研發,” 博士論文, 國立清華大學/動力機械工程研究所
[20] 陳麗晴, 2017, “溫度對環型磁性編碼器系統誤差的影響” 碩士論文, 國立清華大學/動力機械工程研究所
[21] 金重勳, 磁性技術手冊: 中華民國磁性技術協會, 2002.
[22] 佳準科技股份有限公司 取自：
https://www.propii.com.tw/
[23] EMAT 中國材料工程科技知識 取自：
http://wiki.emat.com.cn/index.php?doc-view-98227
[24] Alexander H. Slocum, “Precision Machine Design,” Massachusetts Institute of Technology, PRENTICE HALL, Englewood Cliffs, New Jersey 07632.
[25] D. Reshetov and V. Portman, “Accuracy of Machine Tools,” translated from the Russian by J. Ghojel, ASME Press, New York, 1988.
[26] Renishaw XL-80規格 取自：http://www.renishaw.com.tw/
[27] 周祖鍊, 2018, “磁性尺充磁底座與準確度誤差分析” 碩士論文, 國立清華大學/動力機械工程研究所
[28] Electronics Tutorials. Retrieved from：http://www.electronicstutorials.ws/electromagnetism/hall-effect.html
[29] Honeywell, "Applications of magnetic position sensors " S. S. E. Center, ed., pp. 1-8.
[30] 張睦舶, 2019, “磁性尺之充磁系統設計與精度提升” 碩士論文, 國立清華大學/動力機械工程研究所
[31] Arepoc_s.r.o. 取自：http://www.arepoc.sk/
[32] HIWIN Microsystem 取自：https://www.hiwinmikro.tw/