旋转编码器装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种旋转编码器装置（２），其包括编码器刻度或旋转环（３０）以及编码器刻度读取器。该编码器刻度包括增量刻度和一个或多个参考标记（３２、３４）。该编码器刻度读取器包括至少第一读取头（４）和第二读取头（６），它们在经过编码器刻度的参考标记时，各自产生参考标记信号。所述装置还包括参考位置设置器（４０），随着所述编码器刻度读取器相对于所述编码器刻度旋转，利用所述第一读取头产生的第一参考标记信号和第二读取头产生的第二参考标记确定所述编码器刻度相对于所述编码器刻度读取器的至少一个角度可重复的参考位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及旋转编码器和操作该编码器的方法。具体来说，本专利技术涉及包括多个读取头并具有刻度的旋转编码器，该刻度包括增量标记和至少一个参考标记。
技术介绍
包括刻度和一个或多个读取头的旋转编码器是已知的。例如，刻度可以形成在环的外圆周上，该环可以相对于读取头转动。刻度通常包括周期性的一系列增量标记(通常称为增量刻度)，且每个读取头布置成在其相对于增量标记移动时，产生周期性的信号。由每个读取头产生的周期性信号通常转化为一系列增量脉冲，对这些脉冲计数，以产生读取头和增量刻度之间任何相对运动的精确测量值。虽然计数增量脉冲给出了读取头和增量刻度之间相对运动的精确测量值，但是不能给出有关读取头相对于关联的刻度的绝对位置的任何信息。绝对位置信息在这种增量系统中通常如下所述来确定:利用包括一个或多个参考标记的刻度，提供带传感器的读取头来读取这种参考标记。当读取头经过参考标记时，增量计数可以联系到刻度上的起始位置或参考(即，绝对)位置。对于单读取头旋转编码器而言，失调和/或承载件漂移已知会在增量计数中引入误差。这会将不精确性引入刻度相对于读取头的测量绝对位置。一种克服增量计数中这种承载件漂移影响的已知方式是提供多于一个读取头。例如，提供成对的读取头，它们径向对置在旋转环的周围。任何承载件漂移导致一个读取头增量脉冲计数减少而另一个读取头的增量脉冲计数相应增加。因此，将这一对读取头的增量脉冲计数进行平均，就可消除承载件漂移的影响。在其他地方以前已经存在对双读取头增量编码器的说明，例如，参见US2003/173956，US4181884和US2002/0153479。WO2004/094957说明了提-->供一种组合的绝对和增量编码系统，具体而言，每个读取头包括像素化的CCD，用于同时检测关联的编码器刻度上的多个标记，所述编码器刻度包括临近(绝对)编码刻度的增量刻度。WO2004/094957还说明了如何借助一对径向对置的读取头在同一时间点上获得的两个绝对角度测量值进行平均以给出绝对角度测量值。但是，这种设备相对来说生产复杂，因此成本可观。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种旋转编码器，以及操作该旋转编码器的相应方法，该旋转编码器具有改善的部件，用来从包括一个或多个参考标记的刻度确定绝对位置。具体来说，本专利技术的专利技术人认识到虽然已知双读取头旋转编码器装置可以从增量计数中消除承载件漂移影响，但是这种装置仍然受制于读取参考标记时存在的绝对角度误差，所以提出需要提供确定绝对位置的替代部件。因此，本专利技术进一步的目的是提供一种旋转编码器装置，其中在利用至少一个参考标记确定绝对位置时，能缓解任何与承载件漂移或类似情形关联的不利影响。根据本专利技术第一方面，一种旋转编码器装置包括:编码器刻度，其包括增量刻度和一个或多个参考标记；和编码器刻度读取器，其包括至少第一和第二读取头，它们在经过编码器刻度的参考标记时，各自产生参考标记信号(例如，脉冲)，其特征在于，该装置包括参考位置设置器，随着编码器刻度读取器相对于编码器刻度旋转，利用第一读取头产生的第一参考标记信号和接下来由第二读取头产生的第二参考标记信号，确定编码器刻度相对于编码器刻度读取器的至少一个角度可重复的参考位置。因此，本专利技术的旋转编码器装置将编码器刻度和编码器读取器之间的相对运动的增量测量与编码器刻度读取器相对于编码器刻度的至少一个绝对角度取向的测量相组合。具体来说，根据本专利技术，确定绝对角度取向借助参考标记设置器(诸如以下更为详细说明的电子单元)来进行，该参考位置设置器利用了第一和第二读取头依次经过参考标记时产生的第一和第二参考标记信号。使用分开特定时间或角度间隔的第一和第二参考标记信号，能确定不受承载件漂移等情形影响的绝对位置或“起始”位置。因此，与US2003/173956和US4181884中所述的现有技术编码器从单个读取头经过参考标记时产生的参考标记信号确定参考位置或起始位置相-->比，本专利技术提供了更为可靠的绝对位置测量值。此外，需要强调的是，本专利技术的装置使用了先于第二参考标记信号而产生的第一参考标记信号。换句话说，编码器刻度相对于编码器刻度读取器旋转，以使参考标记初始经过第一读取头，从而产生第一参考标记信号。然后进一步旋转编码器，导致参考标记(与经过第一读取头的参考标记相同或不同)经过第二读取头，从而随后产生第二参考标记信号。这样可以看出，与WO2004/094957中所述的利用内含像素化CCD阵列的一对读取头从(绝对)编码轨迹同时读取两个绝对角度测量值的方案相比，存在显著不同。具体地说，本专利技术的技术可以在不牵扯提供绝对位置编码设备这样的复杂方案的情况下，进行实施，即本专利技术不需要将编码位置轨迹设置在增量轨迹附近，也不需要WO2004/094957中所述设备采用的复杂的基于CCD的检测器阵列和信号处理布置。而是，本专利技术可以使用复杂程度相对较低的编码器刻度(例如，在最简单的情况下，该刻度可以包括增量刻度以及仅一个参考标记或者一对参考标记)和复杂程度相对较低的参考标记检测器(例如，缝隙元件检测器)。具有优势的是，编码器刻度读取器的第一和第二读取头各自产生指示编码器刻度与编码器刻度读取器之间的相对运动的增量信号，其中所述的增量信号还被参考位置设置器用来确定所述至少一个绝对角度参考位置。这样，参考位置设置器利用第一和第二参考标记信号，并结合来自第一和第二读取头的增量信号，建立了所述至少一个绝对角度参考位置。在优选实施例中，读取头提供指示读取头相对于编码器刻度的运动量的增量脉冲。因此，该装置具有优势地布置成产生一系列指示第一读取头和增量刻度之间的相对运动的第一增量脉冲。第一读取头可以包括增量传感器，其布置成:当读取头移动经过增量刻度时，产生包括同相位(I)和正交相位(Q)正弦波分量的信号。第一插值器可以用来将I和Q正弦波信号转化为数字正交(方波)信号。第一解码器然后用来将数字正交信号转化为一系列第一增量脉冲。所述装置可以方便地包括第一计数器来清点所述第一增量脉冲。第一计数方向信号也可以由第一解码器提供，以指示第一读取头相对于增量刻度的旋转方向，从而让第一计数器适当地增加或减少计数。具有优势的是，所述装置布置成产生一系列指示第二读取头与增量刻度之间的相对运动的第二增量脉冲。第二读取头可以包括增量传感器，其布置成:当该读取头经过增量刻度时产生包括同相位(I)和正交相位(Q)正弦-->波分量的信号。第二插值器可以用来将I和Q正弦波信号转化为数字正交(方波)信号。第二解码器然后用来将数字正交信号转化为一系列第二增量脉冲。所述装置还可以包括第二计数器来清点所述第二增量脉冲。第二计数方向信号也可以由第二解码器提供，以指示第二读取头相对于增量刻度的旋转方向，从而让第二计数器适当地增加或减少计数。第一和第二读取头类型和/或结构可以相同也可以不同。每个读取头可以输出未处理的同相位和正交相位信号，它们被送往关联的插值器、解码器和计数器。或者，每个读取头可以包括插值器、解码器和计数器中的任何一个或多个。具有优势的是，从第一和第二读取头获得的增量计数具有相同的分辨率。例如，第一和第二插值器可以方便地使用相同插值因子。从两个或更多个读取头获得的增量计数可以相组合，以产生对承载件漂移具有抗性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转编码器装置，包括：　编码器刻度，其包括增量刻度和一个或多个参考标记；和　编码器刻度读取器，其包括至少第一读取头和第二读取头，每个读取头在经过编码器刻度的参考标记时产生参考标记信号；　其特征在于，所述装置包括参考位置设置器，随着编码器刻度读取器相对于编码器刻度旋转，利用第一读取头产生的第一参考标记信号和第二读取头产生的第二参考标记信号，确定编码器刻度相对于编码器刻度读取器的至少一个角度可重复的参考位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2006-1-20 0601174.6;GB 2006-3-1 0604104.01.一种旋转编码器装置，包括：编码器刻度，其包括增量刻度和一个或多个参考标记；和编码器刻度读取器，其包括至少第一读取头和第二读取头，每个读取头在经过编码器刻度的参考标记时产生参考标记信号；其特征在于，所述装置包括参考位置设置器，随着编码器刻度读取器相对于编码器刻度旋转，利用第一读取头产生的第一参考标记信号和第二读取头产生的第二参考标记信号，确定编码器刻度相对于编码器刻度读取器的至少一个角度可重复的参考位置。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一和第二读取头各自产生指示所述编码器刻度和所述编码器刻度读取器之间相对运动的增量信号，其中所述增量信号也由所述参考位置设置器用来确定所述至少一个角度可重复的参考位置。3.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置布置成产生指示所述第一读取头和所述增量刻度之间的相对运动的一系列第一增量脉冲，所述装置进一步包括第一计数器来清点所述第一增量脉冲。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置布置成产生指示所述第二读取头和所述增量刻度之间的相对运动的一系列第二增量脉冲，所述装置进一步包括第二计数器来清点所述第二增量脉冲。5.如权利要求4所述的装置，包括增量信号混合器，所述增量信号混合器包括加法器，用于将所述第一和第二计数器的计数相加，以产生合成增量计数。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述增量信号混合器包括第三计数器来存储所述合成增量计数。7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述参考位置设置器布置成使所述合成增量计数直接关联所述角度可重复的参考位置。8.如权利要求4至7中的任一项所述的装置，其特征在于，所述参考位置设置器布置成在所述第一读取头产生所述第一参考标记信号时将所述第二计数器归零。9.如权利要求4至8中的任一项所述的装置，其特征在于，所述参考位置设置器布置成在所述第二读取头产生所述第二参考标记信号时将所述第二计数器归零。10.如权利要求3至9中的任一项所述的装置，其特征在于，所述参考位置设置器布置成在所述第一读取头产生所述第一参考标记信号时，将所述第一计数器归零。11.如权利要求3至10中的任一项所述的装置，其特征在于，所述参考位置设置器布置成在所述第二读取头产生所述第二参考标记信号时将所述第一计数器归零。12.如权利要求5至6中的任一项所述的装置，其特征在于，所述参考位置设置器布置成确定计数校正值，该确定的计数校正值提供所述合成增量计数和所述角度可重复的参考位置之间的关系。13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述参考位置设置器布置成：确定所述第一计数器和所述第二计数器中的至少之一在产生第一参考标记信号与产生第二参考标记信号之间的计数差值。14.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述参考位置设置器布置成仅在设置过程中建立所述角度可重复的参考位置。15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述设置过程在所述装置上电时开始，在所述第一和第二读取头都产生参考标记信号时结束。16.如前述权利要求中的任意一项所述的装置，包括在所述编码器刻度读取器相对于所述编码器刻度处于预定绝对角度时输出合成参考标记脉冲的部件。17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，使用者可以限定所述预定绝对角度。18.如前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔尔巴尔纳巴斯蔡斯，托马斯约翰斯蒂克兰德，彼得杰弗里霍尔登，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]