技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明有關(guān)于一種絕對(duì)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(duì)式光編碼輪、絕對(duì)式編碼器及其檢測(cè)絕對(duì)位置的方法。?

背景技術(shù)

公知交流伺服馬達(dá)通常內(nèi)含一個(gè)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(dá)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(dá)轉(zhuǎn)速。?

圖1為公知交流伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)的方框圖，馬達(dá)10的轉(zhuǎn)子的角度位置由光學(xué)編碼器12檢測(cè)并經(jīng)信號(hào)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(dá)估計(jì)轉(zhuǎn)速，然后速度控制器30接收該馬達(dá)估計(jì)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(dá)轉(zhuǎn)速信號(hào)，以精確控制馬達(dá)10轉(zhuǎn)速。?

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

增量式編碼器只能提供位置相對(duì)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(rèn)。在斷電后再重新上電的瞬間，增量式編碼器無(wú)法立即知道目前機(jī)構(gòu)所在位置。絕對(duì)式的位置編碼器，能隨時(shí)輸出軸角度或位置的絕對(duì)值且不會(huì)因?yàn)殡娫粗袛喽鴨适恢玫男畔ⅲ虼藬嚯娫偕想姾鬅o(wú)需進(jìn)行歸零程序，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的運(yùn)作。?

參見(jiàn)圖2，為光學(xué)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(guò)旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)200及一個(gè)固定不動(dòng)的副編碼盤(pán)220到達(dá)光感測(cè)組件240，光感測(cè)組件240接收到的光線強(qiáng)度隨著旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)200位置不同而有不同的強(qiáng)度變化，通過(guò)光感測(cè)組件240上的信號(hào)變化便可檢知位置信息。?

參見(jiàn)圖3，為公知絕對(duì)式編碼器的旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)300的示意圖，其中該旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)300為6位(6bit)二進(jìn)制代碼的碼盤(pán)設(shè)計(jì)。該旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)300包含圓形主體302及多數(shù)個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(hào)，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(duì)式編碼器架構(gòu)，分辨率每增加一個(gè)位(bit)碼盤(pán)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(chǎng)合，絕對(duì)式編碼器的精度便有所限制了。?

參見(jiàn)圖4A，為增量式編碼器的旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)400示意圖，該旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)400包含圓形主體402及多數(shù)個(gè)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(jiàn)圖4B，其為副編碼盤(pán)420的示意圖；該副編碼盤(pán)420包含四排光柵420A。?

參見(jiàn)圖4C，為光感測(cè)組件440的示意圖，該光感測(cè)組件440包含對(duì)應(yīng)于主光柵404A的主感測(cè)單元442A、444A、442B、444B，也即標(biāo)示為A+/B+/A-/B-的區(qū)域。當(dāng)旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)400旋轉(zhuǎn)時(shí)，在光感測(cè)組件440的四個(gè)單元(A+/B+/A-/B-)會(huì)產(chǎn)生類似弦波的信號(hào)。這四個(gè)弦波的相位分別為0/90/180/270度，取0/180信號(hào)(A+/A-)作差動(dòng)放大后可得到消除共模噪聲(common?mode?noise)的正弦信號(hào)A；同樣的取90/270信號(hào)(B+/B-)作差動(dòng)放大后可得到消除共模噪聲的余弦信號(hào)B；A、B兩個(gè)信號(hào)的相位差90度，可以用來(lái)判斷正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。?

增量式編碼器基本上只須A、B信號(hào)就可以檢知位置信息，但由于此位置信息只提供相對(duì)于前一位置的信息，因此還需另外設(shè)置原點(diǎn)信號(hào)感測(cè)單元446A，446B(Z+/Z-)，在每次系統(tǒng)上電時(shí)先回原點(diǎn)歸零后才可得到絕對(duì)位置信息。?增量式編碼器的優(yōu)點(diǎn)是只需六個(gè)信號(hào)便可得到高分辨率的位置信息，其缺點(diǎn)則是每次開(kāi)機(jī)上電都須執(zhí)行回原點(diǎn)動(dòng)作，不但浪費(fèi)時(shí)間且在某些不容許回原點(diǎn)程序的應(yīng)用場(chǎng)合，增量式編碼器就無(wú)法符合需求而需增設(shè)絕對(duì)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(shí)現(xiàn)絕對(duì)尋址功能的絕對(duì)式光編碼輪、絕對(duì)式編碼器及其操作方法，無(wú)需每次開(kāi)機(jī)上電執(zhí)行回原點(diǎn)動(dòng)作，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的動(dòng)作。?

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