[發(fā)明專利]絕對式光編碼輪、絕對式編碼器及其檢測絕對位置的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810094344.8
• 申請日: 2008-04-28
• 公開（公告）號: CN101571409A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽盟;蘇暐凱;許宏成
• 申請（專利權(quán)）人: 臺達電子工業(yè)股份有限公司
• 主分類號: G01D5/347
• 分類號: G01D5/347
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張 瑾;王黎延

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明有關(guān)于一種絕對式編碼器及其操作方法，特別是有關(guān)于一種利用增量式編碼器架構(gòu)的絕對式光編碼輪、絕對式編碼器及其檢測絕對位置的方法。?

背景技術(shù)

公知交流伺服馬達通常內(nèi)含一個光學編碼器，該光學編碼器提供轉(zhuǎn)子的角度以獲知馬達轉(zhuǎn)速信息，該轉(zhuǎn)速信息可反饋至相關(guān)速度控制單元以精確控制馬達轉(zhuǎn)速。?

圖1為公知交流伺服馬達控制系統(tǒng)的方框圖，馬達10的轉(zhuǎn)子的角度位置由光學編碼器12檢測并經(jīng)信號處理單元20處理以得到角度信息。該角度信息送至控制器14處理以得到馬達估計轉(zhuǎn)速，然后速度控制器30接收該馬達估計轉(zhuǎn)速及速度命令，借以控制控制器模塊32及絕緣柵雙極晶體管(IGBT)模塊34產(chǎn)生控制馬達轉(zhuǎn)速信號，以精確控制馬達10轉(zhuǎn)速。?

更明確而言，在伺服馬達中，安裝在馬達轉(zhuǎn)軸上的位置傳感器便是光學編碼器12，伺服馬達的定位精度取決于編碼器的分辨率高低，光學編碼器(或稱旋轉(zhuǎn)編碼器)12又分為增量式編碼器和絕對式編碼器。?

增量式編碼器只能提供位置相對于前一位置的信息，所以電源中斷后，位置的信息變化必須重新歸零才可確認。在斷電后再重新上電的瞬間，增量式編碼器無法立即知道目前機構(gòu)所在位置。絕對式的位置編碼器，能隨時輸出軸角度或位置的絕對值且不會因為電源中斷而喪失位置的信息，因此斷電再上電后無需進行歸零程序，簡化了控制系統(tǒng)的運作。?

參見圖2，為光學式編碼器的基本構(gòu)造的示意圖，光源260發(fā)出的光線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)碼盤200及一個固定不動的副編碼盤220到達光感測組件240，光感測組件240接收到的光線強度隨著旋轉(zhuǎn)碼盤200位置不同而有不同的強度變化，通過光感測組件240上的信號變化便可檢知位置信息。?

參見圖3，為公知絕對式編碼器的旋轉(zhuǎn)碼盤300的示意圖，其中該旋轉(zhuǎn)碼盤300為6位(6bit)二進制代碼的碼盤設(shè)計。該旋轉(zhuǎn)碼盤300包含圓形主體302及多數(shù)個光柵304。該光柵304包含位于最內(nèi)圈編碼軌道且占有1/2圓周的1個第一光柵304A、在內(nèi)側(cè)第二圈編碼軌道且各占有1/4圓周的2個第二光柵304B、第三光柵304C、第四光柵304D、第五光柵304E及在最外側(cè)編碼軌道且各占有1/64圓周的32個第六光柵304F。因此沿著輻射(radial)方向可以產(chǎn)生不同的明暗信號，并可沿著圓周方向?qū)崿F(xiàn)2⁶＝64的分辨率。然而在如圖3所示的絕對式編碼器架構(gòu)，分辨率每增加一個位(bit)碼盤便必須增加圈的編碼軌道，分辨率越高編碼軌道數(shù)便越多，編碼器的體積就越大。在一些有體積限制的場合，絕對式編碼器的精度便有所限制了。?

參見圖4A，為增量式編碼器的旋轉(zhuǎn)碼盤400示意圖，該旋轉(zhuǎn)碼盤400包含圓形主體402及多數(shù)個光柵。這些光柵包含主光柵404A、第一副光柵404B及第二副光柵404C，該第一副光柵404B及第二副光柵404C分別在主光柵404A兩側(cè)，且在圓形主體402特定位置上。參見圖4B，其為副編碼盤420的示意圖；該副編碼盤420包含四排光柵420A。?

參見圖4C，為光感測組件440的示意圖，該光感測組件440包含對應于主光柵404A的主感測單元442A、444A、442B、444B，也即標示為A+/B+/A-/B-的區(qū)域。當旋轉(zhuǎn)碼盤400旋轉(zhuǎn)時，在光感測組件440的四個單元(A+/B+/A-/B-)會產(chǎn)生類似弦波的信號。這四個弦波的相位分別為0/90/180/270度，取0/180信號(A+/A-)作差動放大后可得到消除共模噪聲(common?mode?noise)的正弦信號A；同樣的取90/270信號(B+/B-)作差動放大后可得到消除共模噪聲的余弦信號B；A、B兩個信號的相位差90度，可以用來判斷正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。?

增量式編碼器基本上只須A、B信號就可以檢知位置信息，但由于此位置信息只提供相對于前一位置的信息，因此還需另外設(shè)置原點信號感測單元446A，446B(Z+/Z-)，在每次系統(tǒng)上電時先回原點歸零后才可得到絕對位置信息。?增量式編碼器的優(yōu)點是只需六個信號便可得到高分辨率的位置信息，其缺點則是每次開機上電都須執(zhí)行回原點動作，不但浪費時間且在某些不容許回原點程序的應用場合，增量式編碼器就無法符合需求而需增設(shè)絕對式編碼器。?

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種以增量式編碼器架構(gòu)實現(xiàn)絕對尋址功能的絕對式光編碼輪、絕對式編碼器及其操作方法，無需每次開機上電執(zhí)行回原點動作，簡化控制系統(tǒng)的動作。?

為了達成上述目的，本發(fā)明提供了一種絕對式光編碼輪，其包含編碼輪主體，該編碼輪主體包含：?