CN105783947B - 反射式编码系统及其编码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于反射式编码系统及其编码方法。反射式编码系统包括反射编码器、测距感测器及信号处理单元。反射编码器包括至少一编码反射片、二终端识别反射片及背景反射片。至少一编码反射片具有一反射面及一背面，背面相对于反射面。二终端识别反射片分别设置于至少一编码反射片的两侧，背景反射片设置于该至少一编码反射片的背面侧。测距感测器发射一测距信号至至少一编码反射片的反射面，并接收反射面反射的测距信号，以获得测距感测器至该至少一编码反射片的距离信息。信号处理单元连接测距感测器，以将距离信息转换成一斜率讯息，并根据斜率讯息输出一编码值。借此，可大幅减少感测器用量及降低感测器发生异常的机率，并可缩小编码系统的体积。
Description
技术领域
本发明关于一种编码系统及其编码方法，特别是关于一种反射式编码系统及其编码方法。
背景技术
现有技术中对于大型移动设备的定位大多采用计数式定位法或二进位编码器判读定位法。以二进位编码为例，其编码原理虽然简单易懂，但在实际应用上，对于需要识别数量较多的情况下，其所需的位数就相对需要再扩充。
参阅图1，其显示现有推焦车的位置编码系统架构图。如图1所示，在炼焦炉区的推焦车为了确保作业的正确性，需能取得车体准确的定位信息，故其仿照二进位编码的方式，在一金属板51上挖空或保留金属洞51H，再加装8组一对一的光学感测器52(一发射、一接收)，以判定所到达的位置的编号或识别点。然而，8位的编码金属板，最多仅能提供127个识别码，且需用到8组光学感测器，以致编码系统体积庞大，且无形中会增加感测器发生异常的机率，并增加后续的维护工作量。
因此，有必要提供一创新且具有进步性的反射式编码系统及其编码方法，以解决上述现有缺失。
发明内容
本发明提供一种反射式编码系统及其编码方法，以解决现有编码系统的体积庞大、感测器数目多且容易发生异常的缺陷。
本发明提供一种反射式编码系统，包括一反射编码器、一测距感测器及一信号处理单元。反射编码器包括至少一编码反射片、二终端识别反射片及一背景反射片。所述至少一编码反射片具有一反射面及一背面，背面相对于反射面。二终端识别反射片分别设置于所述至少一编码反射片的两侧，背景反射片设置于所述至少一编码反射片的背面侧。测距感测器发射一测距信号至该至少一编码反射片的反射面，并接收反射面反射的测距信号，以获得测距感测器至所述至少一编码反射片的距离信息。信号处理单元连接该测距感测器，以将距离信息转换成一斜率讯息，并根据斜率讯息输出一编码值。
本发明另提供一种反射式编码系统的编码方法，包括以下步骤：提供一反射式编码系统；利用移动的测距感测器对反射编码器进行量测，并记录量测值；借由二终端识别反射片计算出量测时间及判断出测距感测器的移动方向；依据量测时间及反射编码器的长度，计算出测距感测器的移动速度；利用测距感测器的移动速度及量测该至少一编码反射片所需时间，计算出该至少一编码反射片的横向长度；计算该至少一编码反射片的纵向差值及判断出该至少一编码反射片的倾斜方向；根据该至少一编码反射片的横向长度及纵向差值，计算出该至少一编码反射片的斜率，斜率即为编码值；以及输出所得的编码值至一应用系统。
本发明以不同角度安装编码反射片，再以测距感测器测得编码反射片的斜率，并以此斜率讯息做为一编码值(或称识别码)。本发明在一高灵敏度测距感测器辅助下，仅以单一编码反射片即可实现无限多个编码值，因此，可大幅减少感测器用量及降低感测器发生异常的机率，并可缩小编码系统的体积。
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明所述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1显示现有推焦车的位置编码系统架构图；
图2显示本发明反射式编码系统的结构示意图；
图3显示本发明反射式编码系统的结构俯视图；
图4A至4C显示本发明反射式编码系统使用单片编码反射片的量测示意图；
图5A至5B显示本发明反射式编码系统使用双片编码反射片的量测示意图；
图6显示本发明反射式编码系统的编码方法流程图；及
图7显示本发明反射式编码系统的斜率讯息图。
附图符号说明：
1 反射式编码系统
10 反射编码器
12 座体
14 编码反射片
14B 背面
14R 反射面
16 终端识别反射片
18 背景反射片
20 测距感测器
30 信号处理单元
51 金属板
51H 金属洞
52 光学感测器
121 第一侧壁
121S 第一端面
122 第二侧壁
122S 第二端面
123 第三侧壁
124 容置槽
H1 编码反射片的纵向差值
ha,hb 编码反射片的端点
L 反射编码器的长度
S1 编码反射片的横向长度
S61～S68 步骤
SM 斜率讯息
SM1～5 斜率讯息
ST,SR 测距信号
t0 量测时间
t1 端点ha量测到端点hb所需时间
W1 编码反射片的宽度
W2,W2' 终端识别反射片的宽度
X,Y 方向
θ角度
具体实施方式
图2显示本发明反射式编码系统的结构示意图。图3显示本发明反射式编码系统的结构俯视图。配合参阅图2及图3，本发明的反射式编码系统1包括一反射编码器10、一测距感测器20及一信号处理单元30。
该反射编码器10包括一座体12、至少一编码反射片14、二终端识别反射片16及一背景反射片18。
该座体12具有一第一侧壁121、一第二侧壁122、一第三侧壁123及一容置槽124。该第一侧壁121具有一第一端面121S。该第二侧壁122相对于该第一侧壁121，且该第二侧壁122具有一第二端面122S。该第三侧壁123两端分别连接该第一侧壁121及该第二侧壁122。该容置槽124位于该第一侧壁121与该第二侧壁122之间。
该至少一编码反射片14设置于该座体12的容置槽124中。该至少一编码反射片14具有一反射面14R及一背面14B，该背面14B相对于该反射面14R。在本实施例中，该至少一编码反射片14能旋转一角度θ，该角度θ小于90°。此外，较佳地，该至少一编码反射片14的宽度W1大于任一终端识别反射片16的宽度W2、W2'。
该二终端识别反射片16分别设置于该至少一编码反射片14的两侧。在本实施例中，该二终端识别反射片16分别为该第一侧壁121的第一端面121S及该第二侧壁122的第二端面122S。或者，在另一实施例中，该二终端识别反射片16可分别设置于该第一端面121S及该第二端面122S。此外，在本实施例中，该二终端识别反射片16的宽度W2、W2'不相等，即一个较宽(W2)、另一个较窄(W2')。
该背景反射片18设置于该至少一编码反射片14的背面14B侧，用以降低背景反射物的影响或干扰，且较佳地，该背景反射片18与该二终端识别反射片16平行。在本实施例中，该背景反射片18为该座体12的第三侧壁123。或者，在另一实施例中，该背景反射片18设置于该座体12的第三侧壁123。此外，在本实施例中，该角度θ为该至少一编码反射片14与该背景反射片18的夹角。
该测距感测器20发射一测距信号ST至该至少一编码反射片14的反射面14R，并接收该反射面14R反射的测距信号SR，以获得该测距感测器20至该至少一编码反射片14的距离信息。较佳地，该至少一编码反射片14位于该测距感测器20与该背景反射片18之间。
在本实施例中，该测距感测器20为光学测距感测器，且较佳地，该光学测距感测器为红外线测距感测器。
另外，该测距感测器20在移动量测过程中，除了发射该测距信号ST至该至少一编码反射片14的反射面14R外，可另发射该测距信号ST至该二终端识别反射片16(图未绘出)，并接收该二终端识别反射片16反射的测距信号SR，以获得该测距感测器20至该二终端识别反射片16的距离信息。同样地，该测距感测器20也可发射该测距信号ST至该背景反射片18(图未绘出)，并接收该背景反射片18反射的测距信号SR，以获得该测距感测器20至该背景反射片18的距离信息。
该信号处理单元30连接该测距感测器20，以将该距离信息转换成一斜率讯息SM，并根据该斜率讯息SM输出一编码值。
图4A至4C显示本发明反射式编码系统使用单片编码反射片的量测示意图。如图4A所示，当编码反射片14的旋转角度为10°时，该测距感测器20可移动测得一斜率讯息SM1。如图4B所示，当编码反射片14的旋转角度为0°时，该测距感测器20可移动测得一斜率讯息SM2。如图4C所示，当编码反射片14的旋转角度为-10°时，该测距感测器20可移动测得一斜率讯息SM3。利用斜率讯息SM1、SM2、SM3可输出不同编码值(或称识别码)。
此外，由图4A及4C可得知，该测距感测器20与该编码反射片14之间的距离约成正比关系。本发明反射式编码系统使用单片编码反射片时，若以10°为旋转步阶角度，则可输出18个识别码，其计算式如下：
N＝(180°/G)n
其中N为可编码个数，G为旋转步阶角度，n为编码反射片的数量。因此，若与现有推焦车所用的二进位编码器相比较，本发明反射式编码系统可编码的数量为二进位编码的9n倍，而感测器数量可从8组减为1组(一发射、一接收)，故本发明反射式编码系统所占空间及成品体积可相对小很多。
图5A至5B显示本发明反射式编码系统使用双片编码反射片的量测示意图。配合参阅图2及图5A，当一编码反射片14的旋转角度为10°、另一编码反射片14的旋转角度为0°时，该测距感测器20可移动测得一斜率讯息SM4。配合参阅图2及图5B，当一编码反射片14的旋转角度为10°、另一编码反射片14的旋转角度为-10°时，该测距感测器20可移动测得一斜率讯息SM5。同样地，利用斜率讯息SM4、SM5也可输出不同编码值。
本发明反射式编码系统使用双片编码反射片时，若以10°为旋转步阶角度，则可输出182(324)个识别码。
本发明以不同角度安装该编码反射片14，再以该测距感测器20测得该编码反射片14的斜率，并以此斜率讯息做为编码值。本发明在一高灵敏度测距感测器辅助下，仅以单一编码反射片14即可实现无限多个编码值，因此，可大幅减少感测器用量及降低感测器发生异常的机率，并可缩小编码系统的体积。
图6显示本发明反射式编码系统的编码方法流程图。配合参阅图6的步骤S61及图2，提供一反射式编码系统1。在此步骤中，该反射式编码系统1包括一反射编码器10、一测距感测器20及一信号处理单元30。该反射编码器10包括一座体12、至少一编码反射片14、二终端识别反射片16及一背景反射片18。
参阅图6的步骤S62及图2，利用移动的该测距感测器20对该反射编码器10进行量测，并记录量测值。
图7显示本发明反射式编码系统的斜率讯息图。配合参阅图6的步骤S63、图3及图7，借由该二终端识别反射片16计算出量测时间及判断出该测距感测器20的移动方向。在此步骤中，根据该测距感测器20从一终端识别反射片16量测至另一终端识别反射片16的数据，计算出量测时间t0。另外，在此步骤中，一终端识别反射片16的宽度W2大于另一终端识别反射片16的宽度W2'，因此，当该测距感测器20从方向X往方向Y移动时，W2会先读到，而当该测距感测器20从方向Y往方向X移动时，W2'会先读到，根据所读到的该二终端识别反射片16的宽度W2与宽度W2'的先后顺序，即可判断出该测距感测器20的移动方向。
配合参阅图6的步骤S64、图3及图7，依据该量测时间t0及该反射编码器10的长度L，计算出该测距感测器20的移动速度V。在此步骤中，由于该反射编码器10之长度L为已知，因此利用公式V＝L/t0，即可计算出该测距感测器20的移动速度V。
配合参阅图6的步骤S65、图3及图7，利用该测距感测器20的移动速度V及量测该至少一编码反射片14所需时间，计算出该至少一编码反射片14的横向长度S1。在此步骤中，先计算出从该至少一编码反射片14的端点ha量测到端点hb所需时间t1，再利用移动速度V、时间t1及公式S1＝V×t1，计算出该至少一编码反射片14的横向长度S1(若有n个编码反射片时，便有S1(t1,ha1,hb1)...Sn(tn,han,hbn))。此外，该横向长度S1为该至少一编码反射片14的水平投影长度。
配合参阅图6的步骤S66、图3及图7，计算该至少一编码反射片14的纵向差值H1及判断出该至少一编码反射片14的倾斜方向。在此步骤中，利用端点ha与端点hb的量测值及公式H1＝ha-hb，可计算出该至少一编码反射片14的纵向差值H1，再由该纵向差值H1的正负值，判断出该至少一编码反射片14的倾斜方向(若有n个编码反射片时，便有H1(ha1,hb1)...Hn(han,hbn))。此外，该纵向差值H1为该至少一编码反射片14的垂直投影长度。
配合参阅图6的步骤S67、图3及图7，根据该至少一编码反射片14的横向长度S1及纵向差值H1，计算出该至少一编码反射片14的斜率ID1，该斜率ID1即为编码值。在此步骤中，该至少一编码反射片14的斜率ID1等于纵向差值H1与横向长度S1的比值，即ID1＝H1/S1(若有n个编码反射片时，便有ID1(S1,H1)...IDn(Sn,Hn))。
配合参阅图6的步骤S68及图3，输出所得的编码值(即斜率ID1)至一应用系统(图未绘出)。在此步骤中，可另输出该测距感测器20的移动方向信息至该应用系统，该应用系统可为推焦车的位置编码系统。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此本领域普通技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如权利要求范围所列。
Claims (26)
1.一种反射式编码系统，其特征在于，包括：
一反射编码器，包括至少一编码反射片、二终端识别反射片及一背景反射片，所述至少一编码反射片具有一反射面及一背面，所述背面相对于所述反射面，所述二终端识别反射片分别设置于所述至少一编码反射片的两侧，所述背景反射片设置于所述至少一编码反射片的背面侧；
一测距感测器，发射一测距信号至所述至少一编码反射片的反射面，并接收所述反射面反射的测距信号，以获得所述测距感测器至所述至少一编码反射片的距离信息；以及
一信号处理单元，连接所述测距感测器，以将所述距离信息转换成一斜率讯息，并根据所述斜率讯息输出一编码值。
2.如权利要求1所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述至少一编码反射片位于所述测距感测器与所述背景反射片之间。
3.如权利要求1所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述至少一编码反射片能旋转一角度，所述角度小于90°。
4.如权利要求3所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述角度为所述至少一编码反射片与所述背景反射片的夹角。
5.如权利要求1所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述测距感测器另发射所述测距信号至所述二终端识别反射片，并接收所述二终端识别反射片反射的测距信号，以获得所述测距感测器至所述二终端识别反射片的距离信息。
6.如权利要求1所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述测距感测器另发射所述测距信号至所述背景反射片，并接收所述背景反射片反射的测距信号，以获得所述测距感测器至所述背景反射片的距离信息。
7.如权利要求1所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述二终端识别反射片的宽度不相等。
8.如权利要求7所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述至少一编码反射片的宽度大于任一终端识别反射片的宽度。
9.如权利要求1所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述反射编码器另包括一座体，所述座体具有一容置槽，所述至少一编码反射片设置于所述容置槽中。
10.如权利要求9所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述座体具有一第一侧壁、一第二侧壁及一第三侧壁，所述第二侧壁相对于所述第一侧壁，所述第三侧壁两端分别连接所述第一侧壁及所述第二侧壁，所述背景反射片设置于所述第三侧壁。
11.如权利要求9所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述座体具有一第一侧壁、一第二侧壁及一第三侧壁，所述第二侧壁相对于所述第一侧壁，所述第三侧壁两端分别连接所述第一侧壁及所述第二侧壁，所述背景反射片为所述第三侧壁。
12.如权利要求10或11所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述第一侧壁具有一第一端面，所述第二侧壁具有一第二端面，所述二终端识别反射片分别设置于所述第一端面及所述第二端面，且所述二终端识别反射片与所述背景反射片平行。
13.如权利要求10或11所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述第一侧壁具有一第一端面，所述第二侧壁具有一第二端面，所述二终端识别反射片分别为所述第一侧壁的第一端面及所述第二侧壁的第二端面。
14.如权利要求1所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述二终端识别反射片与所述背景反射片平行。
15.如权利要求1所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述测距感测器为光学测距感测器。
16.如权利要求15所述的反射式编码系统，其特征在于，
所述光学测距感测器为红外线测距感测器。
17.一种反射式编码系统的编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供一如权利要求1所述的反射式编码系统；
(b)利用移动的所述测距感测器对所述反射编码器进行量测，并记录量测值；
(c)借由所述二终端识别反射片计算出量测时间及判断出所述测距感测器的移动方向；
(d)依据所述量测时间及反射编码器的长度，计算出所述测距感测器的移动速度；
(e)利用所述测距感测器的移动速度及量测所述至少一编码反射片所需时间，计算出所述至少一编码反射片的横向长度；
(f)计算所述至少一编码反射片的纵向差值及判断出所述至少一编码反射片的倾斜方向；
(g)根据所述至少一编码反射片的横向长度及纵向差值，计算出所述至少一编码反射片的斜率，所述斜率即为编码值；以及
(h)输出所得的编码值至一应用系统。
18.如权利要求17所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(c)根据所述测距感测器从一终端识别反射片量测至另一终端识别反射片的数据，计算出量测时间。
19.如权利要求17所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(c)的一终端识别反射片的宽度大于另一终端识别反射片的宽度。
20.如权利要求19所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(c)根据所读到的所述二终端识别反射片的宽度的先后顺序，判断出所述测距感测器的移动方向。
21.如权利要求17所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(d)的所述反射编码器的长度为已知。
22.如权利要求17所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(e)的所述至少一编码反射片的横向长度为所述至少一编码反射片的水平投影长度。
23.如权利要求17所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(f)的所述至少一编码反射片的纵向差值为所述至少一编码反射片的垂直投影长度。
24.如权利要求17所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(f)根据所述至少一编码反射片的纵向差值的正负值，判断出所述至少一编码反射片的倾斜方向。
25.如权利要求17所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(g)所述至少一编码反射片的斜率等于纵向差值与横向长度的比值。
26.如权利要求17所述的反射式编码系统的编码方法，其特征在于，
步骤(h)另包括输出所述测距感测器的移动方向信息至所述应用系统。
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