编码器及其位置检测方法技术

一种编码器，包括磁石、光学码盘、磁感测组件、光学感测组件及信号处理单元。光学码盘具有第一增量图纹轨道及第二增量图纹轨道，磁石及光学码盘为共轴设置并可旋转。磁感测组件感测磁石旋转以获得绝对位置信号，光学感测组件感测光学码盘旋转以获得第一增量位置信号及第二增量位置信号。信号处理单元整合信号以获得高精细绝对位置信息。

Encoder and its position detection method

【技术实现步骤摘要】
编码器及其位置检测方法
本专利技术涉及一种编码器及其位置检测方法，尤其涉及一种透过磁感测组件与光学感测组件取得绝对位置信号与增量位置信号，进行整合以获得高精细绝对位置信息的编码器及其位置检测方法。
技术介绍
随着科技的进步，编码器技术广泛应用于电机转速测量与位置检测等精密仪器控制领域，例如绝对型编码器可用在马达的旋转数、旋转方向及转动位置的检测等。现有技术中，光学式编码器常采用格雷码(graycode)或M序列编码(Mcode)来获取绝对位置的信息，且其主要架构包括光发射器、光接收器、码盘及处理电路，其中反射式光学编码器的光发射器与光接收器相对码盘设置于同一侧，并透过适当地设计码盘上的图纹以获得所需的信号输出。然而，由于传统的编码器架构与编码方式对于位置偏差十分敏感，编码器于组装对位上需要极为精准，且随着编码器精度需求提升，对应的光接收器感测区的面积也随之大幅度缩小，这使得油污、脏污、微粒子等外在环境的污染会对于感测绝对位置信号造成严重影响。因此，如何发展一种有别于以往的编码器及其位置检测方法，以改善现有技术中的问题与缺点，可实现高精细的绝对位置感测、具有更高的耐环境污染承受能力、提升编码器的稳定度，且可达到易于组装及编码器薄型化的功效，实为目前
中的重点课题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种编码器及其位置检测方法，以解决并改善前述先前技术的问题与缺点。本专利技术的另一目的为提供一种编码器及其位置检测方法，其经由磁感测组件及光学感测组件获得绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并由信号处理单元进行整合，可实现高精细的绝对位置感测并获得高精细的绝对位置信息。本专利技术的另一目的为提供一种编码器及其位置检测方法，其透过光学感测组件的发光元件与收光元件对应于该光学码盘的一侧设置的光学反射式架构，搭配磁感测组件与磁石的设置，可实现编码器的薄型化。本专利技术的另一目的为提供一种编码器及其位置检测方法，其透过磁感测组件获得绝对位置信号，使得编码器具有更高的耐环境污染承受能力。并且，光学感测组件具有增量收光区以及采用相位阵列方式排列的感测图纹，可使编码器的稳定度提升。本专利技术的另一目的为提供一种编码器及其位置检测方法，其中磁感测组件的中心可位于旋转轴上或者离轴设置，使得编码器可具备较大的生产组装裕度，较易于进行组装。为达上述目的，本专利技术的一较佳实施方式为提供一种编码器，其包括：一承载盘；一磁石，设置于承载盘；一光学码盘，设置于承载盘，且环绕于磁石，光学码盘具有一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，且第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道分别沿光学码盘的一圆周方向排列，其中承载盘、磁石及光学码盘以一旋转轴为轴心共轴设置并可旋转；一壳体，与承载盘相对应设置，且承载盘、磁石及光学码盘可产生相对应壳体的运动；一电路板，设置于壳体；一磁感测组件，设置于电路板，且对应于磁石，以于磁石相对应壳体运动时进行磁性感测并获得一绝对位置信号；一光学感测组件，设置于电路板，且对应于光学码盘的第一增量图纹轨道及第二增量图纹轨道，以于光学码盘相对应壳体运动时进行光学感测并获得一第一增量位置信号及一第二增量位置信号；以及一信号处理单元，设置于电路板，接收并整合绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，以获得一高精细绝对位置信息。为达上述目的，本专利技术的另一较佳实施方式为提供一种编码器的位置检测方法，其包括以下步骤：(a)提供一编码器，包括一磁石、一光学码盘、一磁感测组件以及一光学感测组件。光学码盘环绕于磁石且具有沿光学码盘的一圆周方向排列的一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，磁感测组件对应于磁石，且光学感测组件对应于光学码盘的第一增量图纹轨道及第二增量图纹轨道；(b)磁感测组件于磁石相对运动时进行磁性感测并获得磁石每旋转一圈具有一个周期的一绝对位置信号；(c)光学感测组件于光学码盘相对运动时进行光学感测并获得光学码盘每旋转一圈具有整数M个周期的一第一增量位置信号，以及光学码盘每旋转一圈具有整数N个周期的一第二增量位置信号；(d)解析绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并分别获得一初步绝对位置信息、一第一增量位置信息及一第二增量位置信息；(e)由初步绝对位置信息解析出一第一位置；(f)将第一位置对应至第一增量位置信息，并解析获得一第二位置；以及(g)将第二位置对应至第二增量位置信息，并解析获得一第三位置，其中第三位置为高精细的绝对位置。为达上述目的，本专利技术的另一较佳实施方式为提供一种编码器的位置检测方法，其包括以下步骤：(a)提供一编码器，包括一磁石、一光学码盘、一磁感测组件以及一光学感测组件。光学码盘环绕于磁石且具有沿光学码盘的一圆周方向排列的一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，磁感测组件对应于磁石，且光学感测组件对应于光学码盘的第一增量图纹轨道及第二增量图纹轨道；(b)磁感测组件于磁石相对运动时进行磁性感测并获得磁石每旋转一圈具有一个周期的一绝对位置信号；(c)光学感测组件于光学码盘相对运动时进行光学感测并获得光学码盘每旋转一圈具有整数M个周期的一第一增量位置信号，以及光学码盘每旋转一圈具有整数N个周期的一第二增量位置信号，其中N大于M；(d)解析绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并分别获得一初步绝对位置信息、一第一增量位置信息及一第二增量位置信息；(e)解析第一增量位置信息与第二增量位置信息，并获得光学码盘每旋转一圈具有(N-M)个周期的一第三增量位置信息；(f)由初步绝对位置信息解析出一第一位置；(g)将第一位置对应至第三增量位置信息，并解析获得一第二位置；以及(h)将第二位置对应至第二增量位置信息，并解析获得一第三位置，其中第三位置为高精细的绝对位置。附图说明图1是显示本专利技术较佳实施例的编码器的剖面结构示意图。图2是显示本专利技术较佳实施例的编码器的部分结构示意图。图3A是显示本专利技术较佳实施例的编码器的光学码盘的结构示意图。图3B是显示图3A所示的光学码盘的局部放大示意图。图4A是显示本专利技术较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的俯视图。图4B是显示本专利技术较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的剖面侧视图。图5A是显示本专利技术另一较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的俯视图。图5B是显示本专利技术另一较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的剖面侧视图。图6A是显示本专利技术较佳实施例的编码器的光学感测组件的结构示意图。图6B是显示图6A所示的光学感测组件的局部放大示意图。图7A是显示本专利技术较佳实施例的编码器的光学感测组件的发光元件的架构示意图。图7B是显示本专利技术另一较佳实施例的编码器的光学感测组件的发光元件的架构示意图。图8A是显示本专利技术较佳实施例的编码器的光学码盘及光学感测组件的架构示意图。图8B是显示本专利技术另一较佳实施例的编码器的光学码盘及光学感测组件的架构示意图。图9是显示本专利技术较佳实施例的编码器的位置检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种编码器，包括：/n一承载盘；/n一磁石，设置于该承载盘；/n一光学码盘，设置于该承载盘，且环绕于该磁石，该光学码盘具有一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，且该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道分别沿该光学码盘的一圆周方向排列，其中该承载盘、该磁石及该光学码盘以一旋转轴为轴心共轴设置并可旋转；/n一壳体，与该承载盘相对应设置，且该承载盘、该磁石及该光学码盘可产生相对应该壳体的运动；/n一电路板，设置于该壳体；/n一磁感测组件，设置于该电路板，且对应于该磁石，以于该磁石相对应该壳体运动时进行磁性感测并获得一绝对位置信号；/n一光学感测组件，设置于该电路板，且对应于该光学码盘的该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道，以于该光学码盘相对应该壳体运动时进行光学感测并获得一第一增量位置信号及一第二增量位置信号；以及/n一信号处理单元，设置于该电路板，接收并整合该绝对位置信号、该第一增量位置信号及该第二增量位置信号，以获得一绝对位置信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种编码器，包括：
一承载盘；
一磁石，设置于该承载盘；
一光学码盘，设置于该承载盘，且环绕于该磁石，该光学码盘具有一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，且该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道分别沿该光学码盘的一圆周方向排列，其中该承载盘、该磁石及该光学码盘以一旋转轴为轴心共轴设置并可旋转；
一壳体，与该承载盘相对应设置，且该承载盘、该磁石及该光学码盘可产生相对应该壳体的运动；
一电路板，设置于该壳体；
一磁感测组件，设置于该电路板，且对应于该磁石，以于该磁石相对应该壳体运动时进行磁性感测并获得一绝对位置信号；
一光学感测组件，设置于该电路板，且对应于该光学码盘的该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道，以于该光学码盘相对应该壳体运动时进行光学感测并获得一第一增量位置信号及一第二增量位置信号；以及
一信号处理单元，设置于该电路板，接收并整合该绝对位置信号、该第一增量位置信号及该第二增量位置信号，以获得一绝对位置信息。


2.如权利要求1所述的编码器，其中该磁感测组件的中心位于该旋转轴上。


3.如权利要求1所述的编码器，其中该磁感测组件的中心偏离该旋转轴设置。


4.如权利要求1所述的编码器，其中该磁感测组件包括一磁阻元件，该磁阻元件为一霍尔元件、一各向异性磁阻元件、一巨磁阻元件或一穿隧磁阻元件。


5.如权利要求1所述的编码器，其中该第一增量图纹轨道沿该光学码盘的该圆周方向旋转一圈具有M个第一增量图纹，该第二增量图纹轨道沿该光学码盘的该圆周方向旋转一圈具有N个第二增量图纹，其中M与N为整数且N大于M，且每一个该第一增量图纹与每一个该第二增量图纹各具有一低反射系数区及一高反射系数区。


6.如权利要求5所述的编码器，其中该光学感测组件包括一发光元件及至少一个收光元件，该收光元件具有一第一增量收光区及一第二增量收光区，且该第一增量收光区及该第二增量收光区分别位于该发光元件的两侧；
其中，该发光元件发出一光线至该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道，该第一增量收光区接收该第一增量图纹轨道所反射的该光线，并获得该第一增量位置信号，该第二增量收光区接收该第二增量图纹轨道所反射的该光线，并获得该第二增量位置信号。


7.如权利要求6所述的编码器，其中该发光元件具有一发光区域，其中该发光区域于该光学码盘的一圆周切线方向上具有一宽度，该第二增量图纹于该圆周切线方向上具有一节距，且该宽度为该节距的0.5至1.5倍。


8.如权利要求6所述的编码器，其中该光学感测组件更包括一基材，该基材设置于该电路板，该收光元件设置于该基材，且该发光元件设置于该收光元件。


9.如权利要求6所述的编码器，其中该光学感测组件更包括一基材并具有二个该收光元件，该基材设置于该电路板，该发光元件及二个该收光元件设置于该基材，其中二个该收光元件分别位于该发光元件的两侧，且分别具有该第一增量收光区及该第二增量收光区。


10.如权利要求9所述的编码器，其中该发光元件与二个该收光元件的高度齐平。


11.如权利要求6所述的编码器，其中该第一增量收光区及该第二增量收光区分别具...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏洲，林正平，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71