[發明專利]高分辨率絕對編碼器

有效

• 申請號: 201780053847.8
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN109642782B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: Y·維拉雷特;A·普澤夫
• 申請（專利權）人: 伺服感應(SMC)有限公司
• 主分類號: G01B5/24
• 分類號: G01B5/24;G01B7/24;G01B7/30;G01D5/12;H03M7/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳斌

一種高分辨率編碼器設備使用被分布在周界上的多個靜態傳感器；以及根據特定模式在環形軌道上具有兩個不同屬性的若干區段的旋轉盤，其被放置成使得傳感器可以感測附近的軌道區段的屬性。還提供了一種輔助單元并且其本身或與傳感器信號值相組合提供低分辨率位置值。在第一處理步驟中，每個傳感器的信號被與閾值進行比較，并且根據比較結果來為每個傳感器設置零或一的位值。所有位接著用數字字來設置，以便創建編碼數，該編碼數與輔助單元的輸出相組合是第一低分辨率位置值的表征。對于每個低分辨率位置值，信號值的數學組合被定義。信號值的所述數學組合的結果的值被用作經預記錄的表的條目變量，以輸出高分辨率位置值。

技術領域

本發明涉及編碼器設備(編碼器)。

背景技術

編碼器被用來測量旋轉元件的角位置、或滑動元件的相對位移；它們通常被用在控制系統(通常被稱為伺服系統)中，其中運動控制器被用來使移動元件遵循精確的期望路徑。為此目的，編碼器設備包括允許它們到運動控制器的連接的電子接口。

編碼器可以是兩種類型，即旋轉的和線性的。旋轉編碼器被設計成測量旋轉元件(如電機或任何旋轉設備的軸桿)的角位置。線性編碼器被設計成測量兩個滑動元件(例如被安裝在相對于靜止基座的線性軸承上的滑動托架)的相對移動。

在常見的應用中，旋轉編碼器在后端處被安裝在電動機軸桿上，并且向電動機控制器提供關于軸桿旋轉角度的位置信息且這是高速率的。電機控制器接著將把電流輸出到電機，以便使其朝向期望的位置旋轉。

在另一常見的應用中，線性編碼器被安裝在線性電機的移動元件上，并且被連接到線性電機運動控制器。

在本專利申請的范圍內，術語“編碼器設備”被用來指代要么旋轉編碼器要么線性編碼器。線性編碼器通過使用與旋轉編碼器相同的組件并將這些組件布置在線性路徑上來被構造。線性路徑被劃分成多個相繼的相等長度區段(在本文中被稱為周期)。在第一實現中，編碼器組件以與這些組件在圓形路徑上的布置類似的方式來被沿著一個周期布置。在其他實現中，這些組件可以被布置在若干周期上，條件是每個組件距第一實現中的相同組件的位置的距離等于整數數量的周期。

在自動機械中，通常要求移動元件將以非常高的精度且以高速來遵循路徑。為實現該目的，編碼器設備必須以高精度來被設計，并且應當能夠以高速率傳輸位置信息。作為示例，商業上可獲得的旋轉編碼器可提供優于0.01度的精度；旋轉角度值到運動控制器的傳輸速率通常在每秒8,000到30,000個值傳輸之間。

用于設計編碼器設備的另一個參數是其分辨率。分辨率表示編碼器設備能夠在一轉中或在一個長度單位中測量的最小位置改變，并且通常以每轉或每線性距離的位置值的數量來表示。由分辨率定義的最小位置改變通常小于精度，這意味著編碼器設備能夠提供具有比精度所需的更多有效數位的位置值，即使位置值輸出與實際位置相差了某個誤差，該誤差也次于編碼器的精度特性所定義的。高分辨率允許運動控制器(也被稱為伺服控制器)實現對移動元件的緊密且平滑的控制。

編碼器設備可以是絕對的或增量的。絕對編碼器設備能夠測量相對于固定參考位置的角位置或線性位置，而增量編碼器設備僅能夠測量從其操作開始的角度或線性位移。因而，當增量編碼器設備被用在自動機械中時，常見的使用是在機器操作的每次開始時執行對參考位置的搜索。該搜索在給定方向上被以低速完成，直到限位開關或被放置在參考位置處的其他設備被激活。該搜索規程對系統增加了復雜度，并且延遲了機器的第一操作。盡管存在這種缺點，但由于增量編碼器的簡單性及其低成本，它們通常被使用。在許多情形中，機器制造商寧愿使用絕對編碼器，但由于目前可用的絕對編碼器的較高的成本而使用增量編碼器。

期望提供一種絕對編碼器設備，其制造簡單并且以低成本提供高精度和分辨率。