TW202309473A - 編碼器系統及用於判定編碼器系統中的讀取頭位置之方法 - Google Patents

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約瑟夫 斯拉基
大衛 瑞格
珍尼克 布洛克曼
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德商諾拉機器人學有限公司
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Abstract

一種編碼器系統，具有以下特徵： •     一讀取頭(10)，具有至少一個第一位置感測器(1，1.1，1.2)及至少一個第二位置感測器(2，2.1，2.2)，而位置感測器(1，1.1，1.2，2，2.1，2.2)在一讀取方向(12)互相設置成具有一固定距離(a，a1，a2，a3，a4，a6，a6)。 •     一實物量具(30)，具有一縱向(l)及一橫向(q)，而實物量具(30)在縱向(l)具有一第一編碼軌道(32)，第一編碼軌道具有一第一絕對編碼之編碼路徑(34)， •     該讀取頭(10)及實物量具(30)相互間設置成，讀取方向(12)對應於縱向(l)，讀取頭(10)及實物量具(30)在讀取方向(12)可相對運動，該至少一個第一位置感測器(1，1.1，1.2)可在實物量具(30)上感測一第一感測器位置(p1，p1.1，p1.2)且同時該至少一個第二位置感測器(2，2.1，2.2)可在實物量具(30)上感測一第二感測器位置(p2，p2.1，p2.2)。 以及一種用於判定編碼器系統(20)中的讀取頭位置(p)之方法。

Description

編碼器系統及用於判定編碼器系統中的讀取頭位置之方法
本發明係關於一種編碼器系統及用於判定編碼器系統中的讀取頭位置之方法。
絕對位置或轉角量測系統，即所謂之編碼器系統，在自動化中數十年來屬於不可缺少的成分。其通常具有一含一位置感測器之讀取頭，及具有一實物量具。而位置感測器及實物量具設於可相對運動之機器元件上，使位置感測器可探測實物量具並感知感測器位置。這樣感知之感測器位置通常對應於讀取頭位置。相對於所謂之增量量測系統，增量量測系統在電源供應啟動後，為了定位，必須先行走至一一次性參考點，絕對系統之優點在於，啟動後，在待測實物量具上之各位置可被測定為唯一絕對位置。
然而在實務上常常出現的，是由於干擾影響，例如位置感測器或實物量具汙染，或磁場影響，感測到錯誤的感測器位置。只有在進行位置改變後，才能知道初始位置錯誤，這是由於絕對量測系統賴以為基礎的單調性被擾亂(在感測到的感測器位置n之後不是n+1或n-1)。
另一個問題源自於，特別長的實物量具很難安裝與處理，特別是當要把光學系統用於玻璃實物量具上時。例如一個一體構成、長達五米的玻璃實物量具，就意味著巨大的運輸與安裝困難。
為了在啟動電源後更加妥善判定讀取頭位置，習知作法是使用兩個位置感測器，在同一位置探測實物量具，並比較其感測器位置。若在相關位置上存在一干擾量，如量尺汙染等，則兩個位置感測器皆感測到錯誤位置。因而不可能可靠地判定實際讀取頭位置。
在EP 2 288 876 B1中顯示，短小、易處理的分段相互排列是其實物量具的原則。這原則使組裝性與處理性獲得改善。然而，特別是各分段排列組裝時產生的偏置，使該原則伴隨量測精度損失。例如，由於在分段間出現間隙，實物量具全長可能大於對應之一體製造之實物量具。
此外，一編碼器系統之量測精度常規就有的缺點是，實物量具之長度特別會因其對溫度之關聯性而改變。
上述現象導致感測之讀取頭位置與實際讀取頭位置間有偏差。
本發明之目的在於，提出一種編碼器系統，其不受干擾影響，能簡單、可靠及精確判定讀取頭位置，此外，其能簡單、有利地製造。本發明之另一目的在於，提出一種方法，以此方法，儘管有干擾影響，仍能可靠、精準判定編碼器系統之讀取頭位置。
本發明之目的經由一種具有專利請求項1特徵之編碼器系統，及一種具有專利請求項15特徵之用於判定編碼器系統中讀取頭位置之方法而達成。
本發明之較佳實施例與改進說明於附屬請求項。
本發明之編碼器系統具有以下特徵：一讀取頭，其至少有一第一位置感測器及至少一第二位置感測器，而位置感測器在一讀取方向安裝成互相保持固定距離，及具有一實物量具，該實物量具具有一縱向及一橫向，而實物量具在縱向具有一第一編碼軌道，該編碼軌道具有一絕對編碼之編碼路徑，其中讀取頭與實物量具相互安裝成讀取方向對應於縱向，讀取頭及實物量具在讀取方向可相對運動，且該至少一第一位置感測器可在實物量具上感測一第一感測器位置，同時該至少一第二位置感測器可在實物量具上感測一第二感測器位置。
讀取方向最好是讀取頭在一編碼器系統中進行感測時相對於一實物量具之運動方向。在其靠自身能力探測絕對編碼之編碼路徑上，位置感測器最好設計成能夠感測在一絕對編碼之編碼路徑上的位置信息。讀取頭具有多個第一位置感測器及/或多個第二位置感測器，最好設計成，其所有位置感測器在讀取方向互相保持距離。
位置感測器最好垂直於讀取方向。至少一個第一位置感測器與至少一個第二位置感測器保持距離設置，經由此，讀取頭可最好能感測至少兩個不同的感測器位置。讀取頭可由感測之感測器位置判定讀取頭位置。位置感測器可設計成其能以數字形式感測感測器位置。所判定之讀取頭位置之解析度可隨位置感測器之數目提高。
位置感測器設置成互相保持固定距離，經由此，當位置感測器當中之一感測到不可能或無表達力之感測器位置時，可由至少另一個位置感測器所感測之感測器位置推算出此一位置感測器之正確感測器位置，及讀取頭位置。一個不可能或無表達力之感測器位置可例如是由汙染產生。
所稱之具有表達力，係指感測之感測器位置由一值構成，該值真實地落實在對應之編碼路徑上。所稱之有可能性，係指被一特定位置感測器感測之感測器位置，特別基於位置感測器之已知固定距離，及由其餘位置感測器感測之感測器位置，足以認定，由一位置感測器感測之感測器位置確實與其實際感測器位置一致，至少足夠精確近似。
實物量具最好是玻璃標尺構成。該至少一個第一感測器位置及至少一個第二感測器位置可在實物量具上同時被感測，經由此，對應之讀取頭位置係根據至少兩個不同的感測器位置判定。
特別偏好的是，編碼器系統具有兩個第一位置感測器及兩個第二位置感測器。這使得讀取頭總共具有四個位置感測器。經由此，讀取頭位置可特別比具有兩個位置感測器的讀取頭實施例更加可靠。在具有兩個位置感測器的實施例中，若兩個位置感測器都感測到一個有表達力的感測器位置，但所感測到的兩個感測器位置與位置感測器的固定距離過度偏離，就無法判定感測到的兩個位置哪個具有可能性。這時無法判定可靠的讀取頭位置。位置感測器數目增加，通常產生較高冗餘，在判定讀取頭位置時有較高確定性。在一具有兩個第一位置感測器與兩個第二位置感測器之實施例中，兩個感測器當中一個感測到一錯誤但有表達力的感測器位置時，很容易根據另外三個位置感測器所感測之感測器位置判定哪一個感測到的感測器位置不具可能性。經由在讀取頭上設置四個位置感測器，即使又有另一位置感測器感測到一個無表達力的感測器位置，仍可發現錯誤感測之感測器位置。
兩個第一位置感測器及兩個第二位置感測器最好在讀取頭上交叉設置，使得在讀取方向在第一個第一位置感測器之後接著第一個第二位置感測器，而在第二個第一位置感測器後接著第二個第二位置感測器，以此順序。
在本發明一較佳實施例中，位置感測器為光學位置感測器。使用光學位置感測器能極精確感測感測器位置，且其解析度極高。特別偏好的是，位置感測器為光學反射位置感測器。位置感測器亦可為感應式、磁式或電容式位置感測器。
各位置感測器最好能夠同時探測一絕對編碼之編碼路徑及一增量編碼之編碼路徑。為此各位置感測器最好設計成，其除能感測在一絕對編碼之編碼路徑上的位置信息外，亦能感測在一增量編碼之編碼路徑上的位置信息。經由能夠同時探測絕對編碼之編碼路徑及增量編碼之編碼路徑，各感測器位置可獲得較高精度。
位置感測器可設於一一體之感測器載體上，該載體之溫度膨脹係數小於或等於2 ppm/K。這使得在位置感測器的固定距離上的溫度改變影響可忽略。特別是當溫度改變發生在待測的實物量具上，同時造成不可忽視的長度改變時，實物量具之熱膨脹可由被位置感測器同時感測之感測器位置判定出來，且必要時予以補償。特別偏好的是，感測器載體由熱膨脹係數為1 ppm/K之石英玻璃製成。
在本發明一較佳實施例中，第一編碼軌道具有一第一增量編碼之編碼路徑。這樣第一編碼軌道可具有第一絕對編碼之編碼路徑與第一增量編碼之編碼路徑。第一增量編碼之編碼路徑較佳在橫向靠近第一絕對編碼之編碼路徑，且在縱向平行於第一絕對編碼之編碼路徑。第一絕對編碼路徑及第一增量編碼路徑可相鄰設置，使得適用於同時探測一絕對編碼路徑及一增量編碼路徑之位置感測器能夠同時探測第一絕對編碼路徑及第一增量編碼路徑。
第一增量編碼路徑最好設計成具有一週期重複之增量編碼，且其週期可以絕對方式配置在絕對編碼路徑上。增量編碼路徑最好具有一更精細之劃分，及因而具有高於絕對編碼路徑之解析度。經由同時探測絕對編碼路徑與增量編碼路徑，可感測高解析度之絕對感測器位置。
實物量具可具有一第二編碼軌道，而讀取頭與實物量具相互設置成，在第一編碼軌道上之各第一感測器位置可被至少一第一位置感測器感測，且同時在第二編碼軌道上之各第二感測器位置可被至少一第二位置感測器感測。經由此，編碼器系統可獲較高之冗餘，及因此較高之可靠度。
第二編碼軌道可具有一第二絕對編碼路徑。此外，第二編碼軌道可具有一第二增量編碼路徑。而第一編碼軌道及第二編碼軌道設置成，第一增量編碼路徑及第二增量編碼路徑彼此面對。在本發明之一實施例中，第二增量編碼路徑可由第一編碼路徑構成，使得實物量具具有兩個絕對編碼路徑與一個增量編碼路徑。
第一編碼軌道及第二編碼軌道最好彼此反向設置。在縱向，第一編碼軌道可具有一遞增計數方向，而第二編碼軌道可具有一遞減計數方向，或反過來。由至少一第一感測之感測器位置及至少一第二感測之感測器位置，可根據不同計算步驟判定讀取頭位置。這在判定讀取頭位置上達到額外確定性。
在本發明之一實施例中，實物量具具有至少一實物量具段，該實物量具段具有一第一段端部及一第二段端部。經由此，實物量具易於安裝及特別在組裝與運輸上容易處置。在組裝上，最好多個實物量具段前後設置，俾便達到對應實物量具之較大全長。在安裝之實物量具上，兩個前後相隨之段端部間可設置一形態為間隙之偏置。這使得組裝更容易。
實物量具可為直線形，及/或弧形，及/或圓形構造。特別是實物量具可具有撓性。若實物量具為圓形，則實物量具可設置成，實物量具之橫向與縱向垂直於形成之圓的半徑。讀取頭的位置感測器最好至少近似對準圓心。以此方式，可決定在圓周上的讀取頭位置。因而可由讀取頭位置決定對應之轉角。編碼器系統可因此用於判定轉角，特別是軸徑特大且同時需要高位置精度時，例如天文台。
編碼器系統最好具有一判定單元，用以判定感測器位置，而判定單元構建成，由各同時感測之感測器位置判定讀取頭位置。讀取頭位置可特別經由對感測之感測器位置取平均值而得。而讀取頭位置可視位置感測器在讀取頭之位置任意定義之。例如，讀取頭位置可設在至少一第一位置感測器與至少一第二位置感測器中間。經由將多個互相保持距離之位置感測器所感測的感測器位置取平均值，可提高所判定之讀取頭位置之解析度。
判定單元可構建成，對感測器位置做可能性及/或表達力檢查，無可能性及/或無表達力的感測器位置不用於判定讀取頭位置。經由此，當一個或多個感測之感測器位置不能用，亦即無可能性或無表達力時，仍可判定讀取頭位置。
判定單元最好具有儲存設備，用以儲存感測器位置及/或讀取頭位置。經由此，特別是判定之感測器位置及/或讀取頭位置可被儲存，並在稍晚的時間點被利用。特別是當實物量具前後段端部間有間隙時，可在一學習行程中感測及儲存這些間隙。在稍後的操作中，位置感測器之一遭遇間隙時，可將其感測之感測器位置列為有可能性但無表達力。
特別是一具有第一編碼軌道與第二編碼軌道的編碼器系統可具有多個實物量具，而在各實物量具中第一編碼軌道及第二編碼軌道可互相區別設置。實物量具在縱向最好前後設置。這樣，一個可以在其上判定讀取頭位置之量測軌道可因前後設置的實物量具而延長。由於第一編碼軌道與第二編碼軌道之各不同設置，在各實物量具間，第一位置感測器與第二位置感測器各同時感測的感測器位置之差並不相同。因而讀取頭在量測軌道上可感測之各位置最好判定成絕對且唯一。例如在各實物量具上，第一編碼軌道對第二編碼軌道相較於先前之實物量具推移一個絕對值。量測軌道的最大長度最好僅由第一編碼軌道與第二編碼軌道組合可能性的數目決定。
一種根據所述實施例之用於判定編碼器系統中讀取頭位置之方法，具有以下步驟： •     同時感測各至少一個第一位置感測器之第一感測器位置及各至少一個第二位置感測器之第二感測器位置， •     將各感測器位置與各其他同時感測之感測器位置比較，檢查可能性及/或表達力， •     在可能性及/或表達力基礎上判定感測器位置。
圖1至11顯示不同實施例之不同視圖。為求清楚起見，在各圖中並不標示全部參考數字。相同及功能相同之部分採用相同參考數字。
圖1顯示一編碼器系統20第一實施例之側視圖，其具有一讀取頭10及一實物量具30。讀取頭10具有一第一位置感測器1及一第二位置感測器2。位置感測器1、2適用於探測絕對編碼之編碼路徑34，且在一讀取方向12互相保持固定距離a。位置感測器1、2可設於一一體之感測器載體14上。感測器載體14之熱膨脹係數最好小於或等於2 ppm/K。特別偏好的是，感測器載體14由熱膨脹係數為約1 ppm/K之石英玻璃製成。讀取頭10可具有一讀取頭機殼16，其中設置位置感測器1、2。位置感測器1、2可為光學位置感測器。
如圖2所示，實物量具30具有一縱向l及一橫向q。實物量具30在縱向l具有一第一編碼軌道32，編碼軌道32具有一第一絕對編碼之編碼路徑34。此外，第一編碼軌道32具有一第一增量編碼之編碼路徑36。讀取頭10及實物量具30安裝成使讀取方向12相當於縱向l，且讀取頭10及實物量具30在讀取方向1可相對運動。此外，讀取頭10及實物量具30互相設置成，第一位置感測器1可在實物量具30上感測一第一感測器位置p1，且同時第二位置感測器2可在實物量具30上感測一第二感測器位置p2。位置感測器1、2最好能同時探測第一絕對編碼路徑34及第一增量編碼路徑36。
第一增量編碼路徑36最好在縱向l平行於第一絕對編碼路徑34，且在橫向q設於第一絕對編碼路徑34旁。此外，第一增量編碼路徑34最好構建成具有一周期性重複之增量編碼，且其周期能絕對配置在絕對編碼路徑34上。增量編碼路徑36最好比絕對編碼路徑34有更精細之劃分，並因此有更高解析度。經由同時探測絕對編碼系統34與增量編碼系統36可感測到高解析度之感測器位置p1、p2。
圖2及圖3所示之實物量具30具有一第一實物量具段38及一第二實物量具段40。實物量具段38、40各具有一第一段端部42與一第二段端部44。在前後相隨之段端部44、42之間可設置一形態為間隙46之偏置。為表示實物量具38、40可延伸一較長之長度，在圖2與3中實物量具38、40以斜線斷開顯示。
如圖3所示之實施例，一讀取頭10可具有一第一個第一位置感測器1.1及一第二個第一位置感測器1.2，以及一第一個第二位置感測器2.1及一第二個第二位置感測器2.2。兩個第一位置感測器1.1、1.2及兩個第二位置感測器2.1、2.2最好交互設置在讀取頭上，使得在讀取方向12，第一個第一位置感測器1.1之後跟隨著第一個第二位置感測器2.1、第二個第一位置感測器1.2、及第二個第二位置感測器2.2，以此順序。
如圖2所示，第一位置感測器1可感測感測器位置p1，第二位置感測器可感測感測器位置p2。依此，第一個第一位置感測器1.1可感測第一個第一感測器位置p1.1，第二個第一位置感測器1.2可感測第二個第一感測器位置p1.2，第一個第二位置感測器2.1可感測第一個第二感測器位置p2.1，以及第二個位置感測器2.2可感測第二個第二位置感測器p2.2(圖3)。最好由感測器位置p1、p2或p1.1、p1.2、p2.1、p2.1判定一讀取頭位置p。讀取頭位置p之判定可例如經由對感測器位置p1、p2或p1.1、p1.2、p2.1、p2.2取平均值。感測器位置p1與p2或p1.1、p1.2、p2.1及p2.2之感測最好同時進行。
為能判定感測器位置p1與p2或p1.1、p1.2、p2.1、p2.2編碼器系統20具有一未圖示之判定單元，構建成能夠由各同時感測之感測器位置p1與p2或p1.1、p1.2、p2.1、p2.2判定讀取頭位置p。讀取頭位置p可相對於感測之感測器位置p1與p2或p1.1、p1.2、p2.1、p2.2任意定義。最好將讀取頭位置p定義在感測之感測器位置p1與p2或p1.1、p1.2、p2.1、p2.2中間。
如圖2及圖3所示，位置感測器1、2或1.1、1.2、2.1、2.2在讀取方向保持固定距離，經由此，即使讀取頭位置p與間隙46重疊，也能判定讀取頭位置p。在正式操作之前，最好執行一次學習行程，先感測及儲存間隙46。特別是判定單元可以為此具有儲存設備，用以儲存感測器位置p1、p2或p1.1、p1.2、p2.1、p2.2及/或讀取頭位置p。
需注意的是，在圖4中所示之編碼器系統20除具有配備第一絕對編碼路徑34與第一增量編碼路徑36之第一編碼軌道32外，還可有一具有一第二絕對編碼路徑50與第二增量編碼路徑52的第二編碼軌道48。第一編碼軌道32與第二編碼軌道48最好反向設置。特別偏好的是，第一編碼軌道32具有一第一計數方向54，在縱向l遞增，而第二編碼軌道48可具有一第二計數方向56，可在縱向l遞減。
在圖4所示之實施例中，位置感測器1.1、1.2、2.1、2.2可在讀取方向12彼此具有固定距離a1至a6。第一位置感測器1.1、1.2最好設置成能感測第一編碼軌道，且第二位置感測器2.1、2.2設置成能感測第二編碼軌道48。
在判定讀取頭位置p上最好棄用無可能性及/或無表達力之感測器位置p1、p2或p1.1、p1.2、p2.1、p2.2。至於如何進行可能性檢驗，將在以下根據圖4所示之實施例說明。與圖2及圖3所示之實施例相較需特別注意，第一編碼軌道32及第二編碼軌道48係互相反向設置。
當以下條件全部滿足時，所有同時感測之感測器位置p1.1、p1.2、p2.1、p2.2之可能性即存在： p1.1+p2.1=a4， p1.2+p2.2=a6， p1.2–p1.1=a3， p2.1–p2.2=a2， p1.1+p2.2=a1， p2.1+p1.2=a5。
對同時感測之感測器位置p1.1、p1.2、p2.1、p2.2實施如此之估算亦可判定，個別感測之感測器位置p1.1、p1.2、p2.1、p2.2無可能性。
此外可將同時感測之感測器位置p1.1、p1.2、p2.1、p2.2間之距離與固定距離a1至a6做比較，經由此，可識別及補償例如實物量具之系統改變，例如特別是由於溫度改變所引起的長度改變。為此，石英玻璃製之位置感測器1.1、1.2、2.1、2.2可特別設置在一一體之感測器載體14上。在圖2及圖3中所示之實施例即為如此。
圖5及圖6顯示編碼器系統20另一實施例。其中實物量具30可為圓形。實物量具30最好設於一軸半徑60之軸58上。實物量具30可由第一實物量具段38構成，具有第一段端部42與第二段端部44。在第一段端部42與第二段端部44間最好有間隙46。這可大幅簡化實物量具段30在軸58上之安裝。當讀取頭10跨設在間隙46上時，與圖2及圖3中實施例對應之相關實施使讀取頭位置p同樣可靠及唯一地被判定出來。
實物量具30最好裝置成使橫向q及縱向l垂直於軸半徑60。讀取頭10之位置感測器1.1、1.2、2.1、2.2最好至少近似朝向軸圓心，也就是近似朝向圓形實物量具30的圓心。
實物量具30最好設在軸58的外半徑上。特別是，當軸58設計成空心軸時，則可選擇如圖7所示，將實物量具30設於軸58之內半徑上。讀取頭10可以與圖5及6所示之實施例不同，設於軸58內部。
圖8顯示另一實施例，其中實物量具30為圓形。而實物量具30最好設置成，橫向q在軸半徑60方向，且縱向l垂直於軸半徑60方向。讀取頭10之位置感測器1.1、1.2、2.1、2.2最好至少近似朝向在一未圖示之、垂直於圖紙面延伸之軸縱向。實物量具30可例如前端側設於一軸端部或一軸肩上。
在圖8所示之實施例中，第二增量編碼之編碼路徑52由第一增量編碼之編碼路徑36構成，使得實物量具30具有兩個絕對編碼路徑34、50及一個增量編碼路徑。
圖9至11顯示實物量具30之不同實施例，其最好具有第一編碼軌道32與第二編碼軌道48。在圖9至11所示之每一個實施例中，第一編碼軌道32與第二編碼軌道48可相互不同設置。讀取頭10及實物量具30可相互安設置成，位置感測器1可感測在第一編碼軌道32上之第一感測器位置p1，且同時第二位置感測器2可感測在第二編碼軌道48上之第二感測器位置p2。由於第一位置感測器1與第二位置感測器2在讀取頭10中保持固定距離(見圖1)，各同時感測之感測器位置p1、p2之間的差在圖9至11所示之實物量具30中並不相同。在圖9所示之實施例中，p1-p2之差為6，在圖10所示之實施例中為5，在圖11所示之實施例中為4。
將圖9至圖11所示之實物量具30在編碼器系統20中前後設置，可實現一段三倍於實物量具30長度之量測距離。在各實物量具30上同時被感測之感測器位置p1、p2之差各不相同，經由此，對每一個在量測距離能被讀取頭10感測的位置都能作絕對及唯一的判定。在實物量具30的不同實施例中，最好使用同樣的第一編碼軌道32及/或同樣的第二編碼軌道48。
依據此做法，可產生一量測距離，其前後設置之實物量具30之數目相當於第一編碼軌道32與第二編碼軌道48之唯一組合可能性之數目。例如，一個一米長的實物量具30具有以微米為單位之絕對編碼軌道32、48，可以經由編碼軌道32、48之偏置獲得一百萬個具有不同相互設置之編碼軌道32、48之實物量具30。理論上，可產生總長為一百萬米之量測距離，亦即1000公里之量測距離。
為感測唯一之感測位置p1、p1.1、p1.2、p2.1、p2.2，並判定出唯一之讀取頭位置p，在實務上，不同實物量具30之偏置差異最好在毫米範圍。因而在所述之例中，可實現一個一公里的量測距離。
1:第一位置感測器 1.1:第一個第一位置感測器 1.2:第二個第一位置感測器 2:第二位置感測器 2.1:第一個第二位置感測器 2.2:第二個第二位置感測器 10:讀取頭 12:讀取方向 14:感測器載體 16:讀取頭機殼 20:編碼器系統 30:實物量具 32:第一編碼軌道 34:第一絕對編碼之編碼路徑 36:第一增量編碼之編碼路徑 38:第一實物量具段 40:第二實物量具段 42:第一段端部 44:第二段端部 46:間隙 48:第二編碼軌道 50:第二絕對編碼之編碼路徑 52:第二增量編碼之編碼路徑 54:遞增之計數方向 56:遞減之計數方向 58:軸 60:軸半徑 a:固定距離 a1:第一固定距離 a2:第二固定距離 a3:第三固定距離 a4:第四固定距離 a5:第五固定距離 a6:第六固定距離 l:縱向 p:讀取頭位置 p1:第一感測器位置 p1.1:第一個第一感測器位置 p1.2:第二個第一感測器位置 p2:第二感測器位置 p2.1:第一個第二感測器位置 p2.2:第二個第二感測器位置 q:橫向
以下將根據所附圖式說明本發明之實施例。圖中顯示： 圖1係一編碼器系統第一實施例之一側視圖， 圖2係一編碼器系統第二實施例之一上視圖， 圖3係一編碼器系統第三實施例之一上視圖， 圖4係一編碼器系統第四實施例之一上視圖， 圖5係一編碼器系統第五實施例之一側視圖， 圖6係圖5所示之編碼器實施例之詳圖， 圖7係一編碼器系統第六實施例之一詳圖， 圖8係一編碼器系統第七實施例之一詳圖， 圖9係一實物量具第一實施例之視圖， 圖10係一實物量具第二實施例之視圖， 圖11係一實物量具第三實施例之視圖。
1.1:第一個第一位置感測器
1.2:第二個第一位置感測器
2.1:第一個第二位置感測器
2.2:第二個第二位置感測器
12:讀取方向
20:編碼器系統
32:第一編碼軌道
34:第一絕對編碼之編碼路徑
36:第一增量編碼之編碼路徑
48:第二編碼軌道
50:第二絕對編碼之編碼路徑
52:第二增量編碼之編碼路徑
54:遞增之計數方向
56:遞減之計數方向
a1:第一固定距離
a2:第二固定距離
a3:第三固定距離
a4:第四固定距離
a5:第五固定距離
a6:第六固定距離
p:讀取頭位置
p1.1:第一個第一感測器位置
p1.2:第二個第一感測器位置
p2.1:第一個第二感測器位置
p2.2:第二個第二感測器位置

Claims (15)

  1. 一種編碼器系統，具有以下特徵： •     一讀取頭(10)，具有至少一個第一位置感測器(1，1.1，1.2)及至少一個第二位置感測器(2，2.1，2.2)，而位置感測器(1，1.1，1.2，2，2.1，2.2)在一讀取方向(12)互相設置成具有一固定距離(a，a1，a2，a3，a4，a6，a6)。 •     一實物量具(30)，具有一縱向(l)及一橫向(q)，而實物量具(30)在縱向(l)具有一第一編碼軌道(32)，第一編碼軌道具有一第一絕對編碼之編碼路徑(34)， •     該讀取頭(10)及實物量具(30)相互間設置成，讀取方向(12)對應於縱向(l)，讀取頭(10)及實物量具(30)在讀取方向(12)可相對運動，該至少一個第一位置感測器(1，1.1，1.2)可在實物量具(30)上感測一第一感測器位置(p1，p1.1，p1.2)且同時該至少一個第二位置感測器(2，2.1，2.2)可在實物量具(30)上感測一第二感測器位置(p2，p2.1，p2.2)。
  2. 如請求項1之編碼器系統，其中 讀取頭(10)具有兩個第一位置感測器(1.1，1.2) 及兩個第二位置感測器(2.1，2.2)。
  3. 如請求項1或2之編碼器系統，其中 位置感測器(1，1.1，1.2，2，2.1，2.2)構建成光學位置感測器(1，1.1，1.2，2，2.1，2.2)。
  4. 如請求項1至3中任一項之編碼器系統，其中 各位置感測器(1，1.1，1.2，2，2.1，2.2)適用於同時探測一絕對編碼之編碼路徑(34，50)及一增量編碼之編碼路徑(36，52)。
  5. 如請求項1至4中任一項之編碼器系統，其中 位置感測器(1，1.1，1.2，2，2.1，2.2)設於一一體之感測器載體(14)上，該載體之熱膨脹係數小於或等於 2 ppm/K。
  6. 如請求項1至5中任一項之編碼器系統，其中 第一編碼軌道(32)具有一第一增量編碼之編碼路徑(34)。
  7. 如請求項1至6中任一項之編碼器系統，其中 實物量具(30)具有一第二編碼軌道(48)，而讀取頭(10)及實物量具(30)相互設置成，該至少一第一位置感測器(1，1.1，1.2)可在第一編碼軌道(32)上感測第一感測器位置(p1，p1.1，p1.2)，且同時該第二位置感測器(2，2.1，2.2)可在第二編碼軌道(48)上感測第一感測器位置(p2，p2.1，p2.2)。
  8. 如請求項7之編碼器系統，其中 第一編碼軌道(32)及第二編碼軌道(48)反向設置。
  9. 如請求項1至8中任一項之編碼器系統，其中 實物量具(30)具有至少一實物量具段(38，40)，其具有一第一段端部(42)及一第二段端部(44)。
  10. 如請求項1至9中任一項之編碼器系統，其中 實物量具(30)構建成直線形及/或弧形及/或圓形。
  11. 如請求項1至10中任一項之編碼器系統，其中 編碼器系統(20)具有一判定單元，用以判定感測器位置(p1，p1.1，p1.2，p2，p2.1，p2.2)，而判定單元設計成由各同時感測之感測器位置(p1，p1.1，p1.2，p2，p2.1，p2.2)判定一讀取頭位置(p)。
  12. 如請求項11之編碼器系統，其中 判定單元檢測感測器位置(p1，p1.1，p1.2，p2，p2.1，p2.2)之可能性及/或表達力，無可能性及/或無表達力之感測器位置(p1，p1.1，p1.2，p2，p2.1，p2.2)不用於判定讀取頭位置(p)。
  13. 如前述請求項11至12中任一項之編碼器系統， 其中 判定單元具有儲存設備，用以儲存感測器位置(p1，p1.1，p1.2，p2，p2.1，p2.2)及/或讀取頭位置(p)。
  14. 如請求項7及8至13中任一項之編碼器系統，其中 編碼器系統(20)具有多個實物量具(30)，而在各實物量具(30)相互不同設置第一編碼軌道(32)及第二編碼軌道(48)。
  15. 一種用於判定根據請求項1至14中任一項之編碼系統(20)中的讀取頭位置(p)之方法，具有以下步驟： •     至少一第一位置感測器(1，1.1，1.2)感測各第一感測器位置(p1，p1.1，p1.2)且至少一第二位置感測器(2，2.1，2.2)同時感測第二感測器位置(p2，p2.1，p2.2)， •     經由與同時感測之其他感測器位置(p1，p1.1，p1.2，p2，p2.1，p2.2)作比較，檢測各感測器位置(p1，p1.1，p1.2，p2，p2.1，p2.2)之可能性及/或表達力， •     在有可能性及/或有表達力之感測器位置(p1，p1.1，p1.2，p2，p2.1，p2.2)基礎上判定讀取頭位置(p)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19919042A1 (de) 1999-04-27 2000-11-02 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Thermisch kompensiertes Meßsystem
US7432497B2 (en) 2005-09-29 2008-10-07 Mitutoyo Corporation Absolute linear encoder
DE102009020205A1 (de) 2008-06-09 2009-12-10 Tr Electronic Gmbh Positionsmesssystem
JP5616741B2 (ja) 2010-10-08 2014-10-29 株式会社ミツトヨ エンコーダ
DE102010061737A1 (de) 2010-11-22 2012-05-24 Baumer Innotec Ag Absolutwertgeber mit Sprungstelle in kodierter Absolutlage
WO2014030177A1 (en) 2012-08-22 2014-02-27 Inrim Istituto Nazionale Di Ricerca Metrologica Apparatus and method for the stabilization of linear encoders
EP2725325B1 (de) * 2012-10-26 2019-12-11 Robert Bosch Gmbh Positionsmesssystem
EP2908100B1 (de) 2014-02-18 2018-01-17 Hexagon Technology Center GmbH System zur Bestimmung von Relativpositionen
TWI815834B (zh) * 2017-12-22 2023-09-21 瑞士商施內貝格爾控股公司 用來確定絕對位置的線性路線測量儀和用這種路線測量儀進行線性導引
CN108362208B (zh) * 2018-04-02 2024-04-05 广州数控设备有限公司 一种伪随机码道光栅尺及其读取方法
DE102019122100A1 (de) 2019-08-16 2021-02-18 Jungheinrich Aktiengesellschaft Zylinder mit einem optischen Positionssensor sowie System aus zumindest zwei Zylindern mit optischen Positionssensoren

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