[發(fā)明專利]高解析絕對型編碼裝置及其操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810098147.3
• 申請日: 2008-05-19
• 公開（公告）號: CN101586968A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡清雄;林正平;陳博銘;林孟璋
• 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)于一種高解析絕對型編碼裝置及其操作方法，特別是有關(guān)于一種可在斷電時提供高解析的絕對型編碼裝置及其操作方法。

背景技術(shù)

公知交流伺服馬達通常內(nèi)含一個光學(xué)編碼器，該光學(xué)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)的工作原理示意圖，馬達10的轉(zhuǎn)子的角度位置由光學(xué)編碼器12檢測并經(jīng)信號處理單元20處理以得到角度(θ)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的轉(zhuǎn)速。

更明確而言，在伺服馬達中，鎖附在馬達轉(zhuǎn)軸上的位置傳感器便是光學(xué)編碼器12。伺服馬達的定位精確度取決于編碼器的解析度高低，光學(xué)編碼器(或稱旋轉(zhuǎn)編碼器)12又分為增量型編碼器(incremental?encoder)和絕對型編碼器(absolute?encoder)。

增量型編碼器只能提供當前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，增量型編碼器無法立即知道目前機構(gòu)所在位置。絕對型的位置編碼器能隨時輸出軸角度(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，為公知光學(xué)編碼器的基本構(gòu)造，光源(例如激光二極管(LD))260發(fā)出的光線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)碼盤(disk)200及一個固定不動的副編碼片(mask)220到達光感測組件(例如光二極管(PD))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，為公知絕對型編碼器的旋轉(zhuǎn)碼盤300的示意圖，其中該旋轉(zhuǎn)碼盤300為6位(6bit)二進制角度碼(Gray?code)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。該光柵包含：在最內(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、在內(nèi)側(cè)第三圈編碼軌道且各占有1/8圓周的4個第三光柵304C、在內(nèi)側(cè)第四圈編碼軌道且各占有1/16圓周的8個第四光柵304D、在內(nèi)側(cè)第五圈編碼軌道且各占有1/32圓周的16個第五光柵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。因此沿著光源的輻射(radial)方向可以產(chǎn)生不同的明暗信號，并可沿著圓周方向達到2⁶＝64的解析度。然而如圖3所示的絕對型編碼器架構(gòu)，解析度每增加一個位(bit)，旋轉(zhuǎn)碼盤便必須增加一圈的編碼軌道。解析度越高編碼軌道數(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。

參見圖4A，為增量型編碼器的旋轉(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。該些光柵包含主光柵404A、第一副光柵404B及第二副光柵404C。參見圖4B，為副編碼片420的示意圖；該副編碼片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(yīng)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的四個主感測單元442A、444A、442B、444B(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，同樣地取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，兩個信號A、B的相位差90度，可以用來判斷正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

增量型編碼器基本上只需脈波信號A、B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，因此還需另外在光感測組件440上設(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。增量型編碼器的優(yōu)點是只需六個信號，及利用兩個相位差為90°的正弦信號和余弦信號進行插補便可得到高解板度的位置信息，其缺點則是每次開機上電都須執(zhí)行回原點動作。此種做法不但浪費時間且在某些不容許回原點程序的應(yīng)用場合，增量型編碼器就無法符合需求而需增設(shè)使用絕對式編碼器。