[发明专利]高分辨率绝对编码器

说明书

一种高分辨率编码器设备使用被分布在周界上的多个静态传感器；以及根据特定模式在环形轨道上具有两个不同属性的若干区段的旋转盘，其被放置成使得传感器可以感测附近的轨道区段的属性。还提供了一种辅助单元并且其本身或与传感器信号值相组合提供低分辨率位置值。在第一处理步骤中，每个传感器的信号被与阈值进行比较，并且根据比较结果来为每个传感器设置零或一的位值。所有位接着用数字字来设置，以便创建编码数，该编码数与辅助单元的输出相组合是第一低分辨率位置值的表征。对于每个低分辨率位置值，信号值的数学组合被定义。信号值的所述数学组合的结果的值被用作经预记录的表的条目变量，以输出高分辨率位置值。

技术领域

本发明涉及编码器设备(编码器)。

背景技术

编码器被用来测量旋转元件的角位置、或滑动元件的相对位移；它们通常被用在控制系统(通常被称为伺服系统)中，其中运动控制器被用来使移动元件遵循精确的期望路径。为此目的，编码器设备包括允许它们到运动控制器的连接的电子接口。

编码器可以是两种类型，即旋转的和线性的。旋转编码器被设计成测量旋转元件(如电机或任何旋转设备的轴杆)的角位置。线性编码器被设计成测量两个滑动元件(例如被安装在相对于静止基座的线性轴承上的滑动托架)的相对移动。

在常见的应用中，旋转编码器在后端处被安装在电动机轴杆上，并且向电动机控制器提供关于轴杆旋转角度的位置信息且这是高速率的。电机控制器接着将把电流输出到电机，以便使其朝向期望的位置旋转。

在另一常见的应用中，线性编码器被安装在线性电机的移动元件上，并且被连接到线性电机运动控制器。

在本专利申请的范围内，术语“编码器设备”被用来指代要么旋转编码器要么线性编码器。线性编码器通过使用与旋转编码器相同的组件并将这些组件布置在线性路径上来被构造。线性路径被划分成多个相继的相等长度区段(在本文中被称为周期)。在第一实现中，编码器组件以与这些组件在圆形路径上的布置类似的方式来被沿着一个周期布置。在其他实现中，这些组件可以被布置在若干周期上，条件是每个组件距第一实现中的相同组件的位置的距离等于整数数量的周期。

在自动机械中，通常要求移动元件将以非常高的精度且以高速来遵循路径。为实现该目的，编码器设备必须以高精度来被设计，并且应当能够以高速率传输位置信息。作为示例，商业上可获得的旋转编码器可提供优于0.01度的精度；旋转角度值到运动控制器的传输速率通常在每秒8,000到30,000个值传输之间。

用于设计编码器设备的另一个参数是其分辨率。分辨率表示编码器设备能够在一转中或在一个长度单位中测量的最小位置改变，并且通常以每转或每线性距离的位置值的数量来表示。由分辨率定义的最小位置改变通常小于精度，这意味着编码器设备能够提供具有比精度所需的更多有效数位的位置值，即使位置值输出与实际位置相差了某个误差，该误差也次于编码器的精度特性所定义的。高分辨率允许运动控制器(也被称为伺服控制器)实现对移动元件的紧密且平滑的控制。

编码器设备可以是绝对的或增量的。绝对编码器设备能够测量相对于固定参考位置的角位置或线性位置，而增量编码器设备仅能够测量从其操作开始的角度或线性位移。因而，当增量编码器设备被用在自动机械中时，常见的使用是在机器操作的每次开始时执行对参考位置的搜索。该搜索在给定方向上被以低速完成，直到限位开关或被放置在参考位置处的其他设备被激活。该搜索规程对系统增加了复杂度，并且延迟了机器的第一操作。尽管存在这种缺点，但由于增量编码器的简单性及其低成本，它们通常被使用。在许多情形中，机器制造商宁愿使用绝对编码器，但由于目前可用的绝对编码器的较高的成本而使用增量编码器。

期望提供一种绝对编码器设备，其制造简单并且以低成本提供高精度和分辨率。