[发明专利]高分辨率绝对式编码器

说明书

【申请案有关的交互参考】

本发明是一非临时的发明专利申请案，其主张美国第61/580,668号临时案之优先权，于2011年12月28日提出申请，其揭露内容纳入本发明作为参考。

【技术领域】

本发明涉及一种决定移动物体位置的位移量的装置，且特别是涉及一种编码器装置(encoders)。

【背景技术】

编码器用于量测转动组件的角度位置(angular position)或是滑动组件的相对性位移量。这些编码器主要是应用于控制系统，通常称为伺服(servo)系统，此处一运动控制器(motion controller)用以使一运动组件(moving element)依循(follow)一个精密(precise)的预订路径而产生运动。为达此目的，编码器装置包括电子接口以允许编码器连接置所述运动控制器。

编码器包括两种型式：旋转式与线性式，旋转式编码器用以量测转动组件的角度位置，例如是马达的转轴(shaft)或是任何的转动装置。线性式编码器用以量测两个滑动组件之间的相对移动量(movement)，例如是量测设置于线性轴承上的滑动台架(carriage)与静止机台之间的相对位移。

在现有的一应用实施中，旋转式编码器固定于电动马达转轴的后端部(rear end)，并且提供转轴转动角度的位置信息给所述电动马达控制器。所述电动马达控制器输出适当的电流至马达，使得马达朝向预定的位置进行转动。

在另一应用实施中，线性式编码器固定于一线性马达的运动组件并且连接所述线性马达控制器。

本发明所述的编码器包括旋转式与线性式编码器。

在自动机械的运作中，运动组件需要以高精密度以及高速度依循一路径进行运动控制。为达到此功能，编码器必须具有高精密度的特性，并且能够以高速率方式传送位置信息。例如，现有商用的旋转式编码器可以提供0.01度的精度，其旋转角度数据传输至运动控制器的速率介于每秒8000～30000次的数据传输量(data transfers)。

另一个编码器所需要的质量要求是分辨率(resolution)，所述分辨率表示在一个旋转周期(revolution)或是一个单位长度之内所述编码器所能够量测的位置个数(number of posiitons)。分辨率通常高于精密度，其指编码器可以提供比精密度需求还要高的有效数字的位置信息，即使位置信息输出因为某种程度的误差而不同于实际的位置，这些误差低于编码器精密度特性所定义的误差。高分辨率可使运动控制器(或是称为伺服控制器)达到紧密(tight)且顺畅的移动组件的控制。

编码器可为绝对式(absolute)或是增量式(incremental)，绝对式编码器能够量测相对于固定参考位置的角度(angular)位置或是线性(linear)位置，增量式编码器能够量测其操作位置的起点算起的角度位移量或是线性位移量。因此，若是自动机械使用增量式编码器，在机械运作的每次起始时，用以搜寻一参考位置(reference position)，所述搜寻是在一已知的方向以低速方式进行，直至在参考位置的一极限开关或是其他装置被致能(activated)。此种搜寻程序增加系统的复杂度，并且延迟机械的一开始的运作流程。尽管如此的缺点，增量式编码器因为结构简单极低成本而广为使用。此外，在许多的应用中，机械制造厂经常使用绝对式编码器，但是现有的绝对式编码器成本较高。

绝对式编码器的绝对分辨率受限于传感器的数量，使用数量n个传感器的编码器，其最大绝对分辨率是2n，例如8个传感器的旋转式编码器无法提供绝对分辨率256。为了获得较高的分辨率，绝对式编码器的通常是结合高分辨率的增量式编码器，以形成较高的绝对式编码器，然而此种结构较复杂、尺寸较大且成本较高。

因此需要提供具简单结构、高精密度、高分辨率以及低成本的绝对式编码器。