本文分三大部分，第一部分為環形磁性編碼器充磁與量測系統建立，第二部分進行環形磁性編碼器系統誤差檢測與分析，第三部分為以機器視覺為基礎之自動化同心度校準系統開發。磁性編碼器製程平台之建立依據不同的功能，應用不同的硬體設備與自動化軟體。硬體架設部分首要進行精密旋轉平台的運動誤差檢測，包含定位精度和重複精度，並校正之，以降低磁性編碼器精度受制於平台定位精度(母性原則)的影響；軟體部分則以Labview為開發介面，串聯精密旋轉馬達、脈衝充磁機與各種感測元件，並依照目的撰寫充磁與訊號檢測等功能之自動化程式，提昇執行實驗和數據存取之效率。系統裝配誤差主要包含環形主尺的同心度和真圓度誤差和讀頭安裝誤差之影響分析。針對環形主尺的結構真圓度與裝配同心度進行徑向位移檢測並使用最小平方擬合法計算偏心座標，並提供一個數學模型預測同心度誤差下之精度誤差分布。也探討讀頭之安裝偏心誤差，以數學關係推導和數值模擬探討讀頭偏心之影響，再提供實驗數據對照之。延續磁性編碼器系統誤差分析之結果，設計自動化的同心度檢測與校準系統來改善安裝流程，應用機器視覺擷取影像搭配演算法計算環形主尺之偏心向量，依據判讀結果修正至同心。

Magnetic rotary encoders are widely used for angular positioning and velocity feedback in high precision servo systems. Hence, the sensing accuracy, repeatability and resolution of the rotary encoder are of great importance. The aim of this research is to analyze several kinds of mechanical errors that influence the accuracy and repeatability of the magnetic rotary encoder. These are roundness and concentricity of the encoder and alignment error of sensor. In addition, a higher detecting gap of the sensor may also cause inferior repeatability of encoder signal. This paper provided a mathematical model to explain how the eccentricity, also known as an alignment error, affected accuracy. We proposed a method for calculating the eccentricity via measuring the radial run-out of the encoder. An experimental study was performed to verify the correctness of the proposed mathematical model. With eccentricity calibrated, the accuracy of the rotary encoders are greatly enhanced. Also, we summed up experimental results and established the relationship between errors and the performance of magnetic rotary encoder. After doing the system error analysis of the magnetic rotary encoder, this research also set up an auto-calibration system for eccentric error based on the concept of automated optical inspection. By integrating an industrial camera and optical lens, image processing program by IMAQ vision and automatic calibrating tool, we were capable of aligning to the magnetic rotary encoder precisely.

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
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 10
1.3 文獻回顧 11
1.4 研究動機與本文內容 16
第二章 實驗架設與研究方法 18
2.1 前言 18
2.2 實驗相關設備 18
2.2.1 精密旋轉馬達 18
2.2.2霍爾感測元件與磁阻感測元件 21
2.3 自動化充磁與量測系統 22
2.3.1 自動化充磁系統架構 22
2.3.2 自動化量測系統 24
第三章 實驗結果與討論 32
3.1 磁性編碼器系統裝配誤差檢測 32
3.1.1 實驗架設 32
3.1.2 徑向位移檢測 33
3.1.3 偏心誤差理論模型 36
3.1.4 裝配誤差檢測實驗 40
3.2 讀頭裝配誤差評估 46
3.2.1 實驗架設 47
3.2.2 讀頭裝配誤差推導 48
3.2.3 讀頭裝配誤差數值模擬 50
3.2.4 實驗結果與討論 54
第四章 機器視覺同心度校準系統 60
4.1 前言 60
4.2 系統組成 61
4.2.1 硬體架構 61
4.2.2 自動化同心度校準流程 66
4.3 數位影像處理 68
4.3.1 數位影像基本原理 68
4.3.2 邊緣檢測工具 70
4.4 機器視覺同心度檢測與演算法 72
4.5 同心度校準實驗與結果討論 77
4.5.1 實驗架設 77
4.5.2 判讀準確性實驗 79
4.5.3 同心度校準實驗 81
第五章 結論與未來工作 84
5.1 結論 84
5.2未來展望 85
參考文獻 87

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