TWI659195B - 絕對位置編碼裝置 - Google Patents

Abstract

一種絕對位置編碼裝置，包括第一至第三轉動輪及感測器。第一轉動輪包括第一至第三感測區。第二轉動輪與第一轉動輪相疊合，且包括第四至第六感測區。第四、第五、第六感測區分別與第一、第二、第三感測區相對應。每一感測區設有多個適當排列的穿孔。第三轉動輪與第一轉動輪及第二轉動輪相接，並驅動第一轉動輪及第二轉動輪。感測器設於第一轉動輪與第二轉動輪的兩側，且發出光線至第一轉動輪與第二轉動輪之該些感測區。

Description

絕對位置編碼裝置

本發明涉及一種感測系統，特別是一種可將旋轉角度編上獨特位置編碼的絕對位置編碼裝置，以提升定位精度。

隨著科技的日新月異，在精密工業中對於任何加工件或是驅動構件的操作精度要求也越來越高。其中，加工件或是驅動構件之旋轉角度定位會應用於多數的機械設備中，因此機械廠商遂研發出旋轉角度感測模組。旋轉角度感測模組具有一定位齒輪、一偵測模組、一加速齒輪系或一減速齒輪系。加速齒輪系是用以驅使定位齒輪開始旋轉至一特定速度，減速齒輪系則是用以使以特定速度旋轉的定位齒輪減速至可接受之轉速。然而，上述之旋轉角度感測模組之定位齒輪轉動一圈，就會讓編碼位置重新回到原位，因此旋轉角度定位精度相當有限；另外，上述之旋轉角度感測模組轉動一圈後會回到原位，故需要配置加速齒輪系或減速齒輪系來控制旋轉速度，但是配置加速齒輪系或減速齒輪系會需要增加成本，並且減速齒輪系會使齒輪之間產生齒間隙誤差。

由於機械設備中的旋轉角度定位精度會直接影響到相關器具的定位精度，對於加工件或是驅動構件之定位感測的要求也隨著發展日益提高，因此如何提供一種可精準得偵測旋轉角度的裝置，且可避開傳統之旋轉角度感測模組產生的問題，遂成為一值得探討的課題。

本發明之目的在於提供一種絕對位置編碼裝置，以提升加工件或是驅動構件之定位精度。

為達上述目的，本發明提供一種絕對位置編碼裝置，其包括一第一轉動輪、一第二轉動輪、一第三轉動輪以及一感測器。第一轉動輪包括一第一感測區、一第二感測區與一第三感測區。該第一感測區具有多個第一穿孔，該些第一穿孔圍繞該第一轉動輪的軸心排列。該第二感測區具有多個第二穿孔，該些第二穿孔圍繞該第一轉動輪的軸心排列。該第三感測區具有多個第三穿孔，該些第三穿孔圍繞該第一轉動輪的軸心排列。該第二轉動輪與該第一轉動輪相疊合，且包括一第四感測區、一第五感測區與一第六感測區。該第四感測區與該第一感測區相對應，且具有多個第四穿孔，該些第四穿孔圍繞該第二轉動輪的軸心排列。該第五感測區與該第二感測區相對應，且具有多個第五穿孔，該些第五穿孔圍繞該第二轉動輪的軸心排列。該第六感測區與該第三感測區相對應，且具有多個第六穿孔，該些第六穿孔圍繞該第二轉動輪的軸心排列。此外，該第三轉動輪與該第一轉動輪以及該第二轉動輪相接，並用以驅使該第一轉動輪以及該第二轉動輪轉動。該感測器配置於該第一轉動輪與該第二轉動輪的兩側，且發出光線至該第一轉動輪與該第二轉動輪之該些感測區。其中，該光線射向該第一轉動輪和該第二轉動輪時，該光線穿過該第一轉動輪與該第二轉動輪之該些感測區之該些穿孔而形成一編碼光線；感測器感測編碼光線，並定義為一位置編碼。

在本發明之一實施例中，該感測器包括一發光件以及一接收件，該發光件以及該接收件分別位於該第一轉動輪與該第二轉動輪的兩側，該發光件發出光線至該第一轉動輪與該第二轉動輪其中之一，經該第一轉動輪與該第二轉動輪其中之另一而形成編碼光線並傳遞至該接收件，該接收件並依據接收之編碼光線定義該位置編碼。

在本發明之一實施例中，該第一轉動輪為一第一轉動齒輪，而該第二轉動輪為一第二轉動齒輪，且該第一轉動輪的軸心位置與該第二轉動輪的軸心位置相同。

在本發明之一實施例中，該第一轉動齒輪的齒數和該些第一穿孔的數量相同，該第二轉動齒輪的齒數和該些第二穿孔的數量相同，且該第一轉動齒輪的齒數大於該第二轉動齒輪的齒數。

在本發明之一實施例中，該第一轉動齒輪的齒數為2的一預定數值次方，該第二轉動齒輪的齒數少於2的該預定數值次方。

在本發明之一實施例中，該感測器具有多個光線發射單元以及多個光線接收單元，該些光線發射單元的排列分別與該第一感測區、該第二感測區以及該第三感測區相對應，且該些光線接收單元的排列又與該些光線發射單元相對應，與該第一感測區相對應的該些光線發射單元數量為至少一個，與該第二感測區相對應的該些光線發射單元數量為該預定數值，與該第三感測區相對應的該些光線發射單元數量為該預定數值，而該位置編碼是依據該些光線發射單元所發出的光線是否分別被該些光線接收單元所接收而定義出。

在本發明之一實施例中，該第三感測區圍繞該第二感測區，該第二感測區圍繞該第一感測區，該第六感測區圍繞該第五感測區，該第五感測區圍繞該第四感測區。

在本發明之一實施例中，該些第一穿孔的數量等於該些第二穿孔的數量或是該些第三穿孔的數量，該些第四穿孔的數量等於該些第五穿孔的數量或是該些第六穿孔的數量。

在本發明之一實施例中，該些第二穿孔的數量不等於該些第五穿孔的數量，該些第三穿孔的數量不等於該些第六穿孔的數量。

在本發明之一實施例中，其中第三轉動輪設置於第一轉動輪以及第二轉動輪的內周。

為了讓上述目的、技術特徵以及實際實施後之增益性更為明顯易懂，於下文中將係以較佳之實施範例輔佐對應相關之圖式來進行更詳細之說明。

為更清楚了解本發明之特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下。

圖1繪示本發明一實施例的絕對位置編碼裝置的示意圖。圖2繪示圖1之絕對位置編碼裝置的分解圖。圖3繪示圖1的絕對位置編碼裝置之第二轉動輪的示意圖。圖4繪示圖1的絕對位置編碼裝置之第一轉動輪的示意圖。圖5繪示圖1之絕對位置編碼裝置的上視圖。請參考圖1、圖2、圖3、圖4與圖5，本實施例的絕對位置編碼裝置100主要包括一第一轉動輪110、一第二轉動輪120、一第三轉動輪130以及一感測器140。在本實施例中，第二轉動輪120與第一轉動輪110相疊合。第一轉動輪110例如為一第一轉動齒輪，而第二轉動輪120例如為一第二轉動齒輪，且該第一轉動輪110的軸心位置例如與該第二轉動輪120的軸心位置相同。此外，第三轉動輪130與第一轉動輪110以及第二轉動輪120相接。其中，第三轉動輪130用以驅使第一轉動輪110以及第二轉動輪120轉動。

在本實施例中，第三轉動輪130例如為一第三轉動齒輪。第三轉動輪130可以直接樞設於例如是馬達的一傳動裝置(未繪出)，以藉由傳動裝置的驅動來直接地帶動第一轉動輪110以及第二轉動輪120轉動。當然，第三轉動輪130也可以間接得被驅動，進而來帶動第一轉動輪110以及第二轉動輪120轉動。此外，本實施例的感測器140則配置於第一轉動輪110與第二轉動輪120之兩側，且發出光線至設置於第一轉動輪110與第二轉動輪120上之多個感測區，並感測這些光線是否通過第一轉動輪110與第二轉動輪120。詳細地說，本實施例係分別於第一轉動輪110與第二轉動輪120上設置多個感測區，且每一感測區都設有適當排列的穿孔。因此，當第三轉動輪130轉動時，第三轉動輪130會帶動第一轉動輪110與第二轉動輪120轉動，而感測器140即會感測光線是否穿透第一轉動輪110與第二轉動輪120之該些感測區；當光線射向第一轉動輪110和第二轉動輪120時，光線會穿過第一轉動輪110與第二轉動輪120之該些感測區而形成一編碼光線，且感測器140會感測該編碼光線，並定義為一位置編碼。

承上所述，本實施例的感測器140例如可包括一發光件142以及一接收件144。發光件142以及接收件144例如是分別位於第一轉動輪110與第二轉動輪120的兩側。在本實施例中，發光件142例如是較靠近第二轉動輪120，而接收件144例如是較靠近第一轉動輪110。故，發光件142可發出光線至該第二轉動輪120，經第一轉動輪110後形成編碼光線並傳遞至接收件144。如此一來，接收件144即可依據接收之編碼光線定義位置編碼。進一步地說，基於第二轉動輪120上的多個感測區分別設有適當排列的穿孔，且本實施例的發光件142之配置位置係僅對應一特定範圍R，因此發光件142發出的光線可經該特定範圍R中設有穿孔的位置傳遞至第一轉動輪110。又第一轉動輪110上的多個感測區亦分別設有適當排列的穿孔。然而，第一轉動輪110上的該穿孔並不一定有對應第二轉動輪120上的穿孔，因此部分通過第二轉動輪120而傳遞至第一轉動輪110的光線可能會受到遮蔽，而無法繼續傳遞至接收件144。如此一來，隨著第三轉動輪130的驅動，接收件144所接收到的編碼光線即有多種不同的變化，進而可以定義為一獨特的位置編碼。雖本實施例是以發光件142較靠近第二轉動輪120為例做說明，在其他較佳實施例中，發光件142亦可以較靠近第一轉動輪110，本文在此並不做任何限制。此外，關於光線訊息及位置編碼將於下文中再做詳細說明。另外，發光件142和接收件144的位置也可以互換，也就是說接收件144可以設計為較靠近第二轉動輪120，而發光件142設計為較靠近第一轉動輪110；藉此，發光件142可發出光線至第一轉動輪110，經第二轉動輪120後形成編碼光線並傳遞至接收件144。如此一來，接收件144仍可依據接收之編碼光線定義位置編碼。

在此，本實施例先針對第一轉動輪110與第二轉動輪120的結構設計做詳細說明。在本實施例中，第一轉動輪110包括有一第一感測區112、一第二感測區114與一第三感測區116。第一感測區112具有多個第一穿孔112a，這些第一穿孔112a是圍繞第一轉動輪110的軸心排列而形成一圓圈型。第二感測區114具有多個第二穿孔114a，這些第二穿孔114a是圍繞第一轉動輪110的軸心排列而形成一圓圈型。第三感測區116具有多個第三穿孔116a，這些第三穿孔116a同樣是圍繞第一轉動輪110的軸心排列，但第三穿孔116a並非形成完整的圓圈型。進一步地說，在本實施例中，第三感測區116圍繞第二感測區114，而第二感測區114圍繞第一感測區112。換言之，這些第三穿孔116a是圍繞這些第二穿孔114a，而這些第二穿孔114a是圍繞這些第一穿孔112a。

對應地，該本實施例的第二轉動輪120包括有一第四感測區122、一第五感測區124與一第六感測區126。第四感測區122具有多個第四穿孔122a，這些第四穿孔122a是圍繞第二轉動輪120的軸心排列而形成一圓圈型。第五感測區124具有多個第五穿孔124a，這些第五穿孔124a是圍繞第二轉動輪120的軸心排列，但第五穿孔124a並非形成完整的圓圈型。第六感測區126具有多個第六穿孔126a，這些第六穿孔126a是圍繞第二轉動輪120的軸心排列而形成一圓圈型。在本實施例中，第六感測區126圍繞第五感測區124，第五感測區124圍繞第四感測區122。換言之，這些第六穿孔126a是圍繞這些第五穿孔124a，而這些第五穿孔124a是圍繞這些第四穿孔122a。

特別的是，在本實施例中，第二轉動輪120的第四感測區122係與第一轉動輪110的第一感測區112相對應，第一穿孔112a形成的圓圈型也和第四穿孔122a形成的圓圈型相對應，以便發光件142能穿過疊合的第一穿孔112a和第四穿孔122a。也就是說，第一穿孔112a和第四穿孔122a係設計成可以讓光線順利穿過，因此在本發明中，第一穿孔112a和第四穿孔122a是用作讓接收件144確認是否有接收到新的光線，而推算第一轉動輪110和第二轉動輪120是否轉動。舉例來說，當接收件144接收到光線時，可以得知此時有一第一穿孔112a和一第四穿孔122a互相疊合並且可以讓光線穿過；接著，若是接收件144沒接收到光線，則可以得知此時第一轉動輪110和第二轉動輪120已稍微旋轉，因此該第一穿孔112a和該第四穿孔122a則略為偏移並阻擋光線；接著若是接收件144再次接收到光線，則可以得知第一轉動輪110和第二轉動輪120持續旋轉，因此另一第一穿孔112a和另一第四穿孔122a互相疊合並且可以讓光線穿過。

第二轉動輪120的第五感測區124係與第一轉動輪110的第二感測區114相對應。由於第二穿孔114a是形成一圓圈型，第五穿孔124a並非形成完整的圓圈型，因此第五感測區124可能會遮蔽一部分光線，而順利通過第五感測區124的光線可以順利通過圓圈型的第二穿孔114a之任一穿孔，而不會受到第二感測區114遮蔽，以順利傳遞至接收件144。也就是說，並非完整的圓圈型之第五穿孔124a可以藉由遮蔽光線或是讓光線通過，而讓發光件142發射的光線藉由被遮蔽的部分而形成編碼光線。

第二轉動輪120的第六感測區126係與第一轉動輪110的第三感測區116相對應。由於第三穿孔116a並非形成完整的圓圈型，第六穿孔126a是形成一圓圈型，因此光線可以順利通過圓圈型的第六穿孔126a之任一穿孔，而不會受到第六感測區126遮蔽，但通過第六穿孔126a的光線在經過第三感測區116時，仍可能會受到遮蔽而無法完全傳遞至接收件144。也就是說，並非完整的圓圈型之第三穿孔116a可以藉由遮蔽光線或是讓光線通過，而讓發光件142發射的光線藉由被遮蔽的部分而形成編碼光線。

值得一提的是，為讓接收件144所接收到的光線訊息確實得有著多種不同的變化，進而讓每一光線訊息都可以定義為一獨特的位置編碼，在本實施例中，第一轉動輪110的齒數例如為2的一預定數值次方，而第二轉動輪120的齒數則是少於2的該預定數值次方。舉例來說，本實施例是將該預定數值定義為6。因此，第一轉動輪110的齒數例如為64，並將第二轉動輪120的齒數定義為63。當然，在其他較佳實施例中，預定數值也可以定義為5，而第一轉動輪110的齒數即為32，第二轉動輪120可為31。此外，本實施例的感測器140係設有多個光線發射單元140a以及多個光線接收單元140b。光線發射單元140a例如是設在發光件142，而光線接收單元140b例如是設在接收件144。其中，這些光線發射單元140a的排列分別與第一感測區112、第二感測區114以及第三感測區116相對應，且這些光線接收單元140b的排列又與該些光線發射單元140a相對應。基於第一感測區112、第二感測區114以及第三感測區116又分別與第四感測區122、第五感測區124以及第六感測區126相對應，因此這些光線發射單元140a的排列也是分別與第四感測區122、第五感測區124以及第六感測區126相對應而形成圓弧形。同理，這些光線接收單元140b的排列也是分別與第四感測區122、第五感測區124以及第六感測區126相對應而形成圓弧形。

在本實施例中，與第一感測區112相對應的光線發射單元數量為一個，與第二感測區114相對應的光線發射單元數量為該預定數值，與該第三感測區116相對應的該些光線發射單元數量為該預定數值。換言之，在本實施例中，與第二感測區114相對應的光線發射單元數量為6個，與該第三感測區116相對應的光線發射單元數量為6個，而位置編碼即是依據這些光線發射單元140a所發出的光線，被第三穿孔116a或第五穿孔124a遮蔽而形成編碼光線之後，再被光線接收單元140b所接收而定義出。

另一方面，在本實施例中，第一轉動輪110的齒數和這些第一穿孔112a的數量相同，第二轉動輪120的齒數和這些第四穿孔122a的數量相同，且第一轉動輪110的齒數大於第二轉動輪120的齒數。換言之，在第一轉動輪110中，第一穿孔112a的數量例如為64。在第二轉動輪120中，第四穿孔122a的數量例如為63。如此一來，在第一穿孔112a的配置數量趨近第四穿孔122a的配置數量時，每一第一穿孔112a均能與一第四穿孔122a至少部分重疊。故，當第三轉動輪130帶動第一轉動輪110及第二轉動輪120轉動時，與第一感測區112相對應的光線發射單元140a所發出的光線均能有效得穿透所對應的第四穿孔122a與第一穿孔112a，並傳遞至對應的光線接收單元140b。進而，每當光線接收單元140b接收到光線發射單元140a發出的光線時，感測器140可以記錄與第二感測區114以及第三感測區116相對應的這些光線接收單元140b的光線接收狀況。這些光線接收單元140b的光線接收狀況即是上文所述之編碼光線，而能被定義為一獨特的位置編碼。

進一步地說，每當第三轉動輪130時，與第三轉動輪130嚙合接觸的第一轉動輪110和第二轉動輪120也會對應地轉動適當角度，而與第四感測區122以及第一感測區112相對應的光線發射單元140a所發出的光線均能有效的穿透所對應的第四穿孔122a與第一穿孔112a，並傳遞至對應的光線接收單元140b，進而讓感測器140紀錄與第二感測區114以及第三感測區116相對應的這些光線接收單元140b的光線接收狀況。接著，第三轉動輪130再繼續轉動時，感測器140可再記錄與第二感測區114以及第三感測區116相對應的這些光線接收單元140b的另一光線接收狀況。

簡單地說，第一轉動輪110和第二轉動輪120即例如是相疊合的編碼輪。第一轉動輪110和第二轉動輪120上設有特定排列的穿孔，第一轉動輪110和第二轉動輪120上的齒數、穿孔配置及穿孔數量例如是不相同的。因此，在藉由第三轉動輪130帶動第一轉動輪110和第二轉動輪120轉動的過程中，感測器140的光線接收單元140b可經第二感測區114與第四感測區124的搭配以及第三感測區116與第六感測區126的搭配紀錄到多種不同的光線接收狀況，並轉換為各種獨特的位置編碼。其中，第二感測區114與第四感測區124的搭配例如可產生具有預定數值位數(在本實施例中，預定數值為6，因此可產生例如000000之六位數值)的編碼，第三感測區116與第六感測區126的搭配亦例如可產生具有預定數值位數(例如000001等六位數值)的編碼，而上述二組編碼(000000和000001)即能構成該位置編碼，根據本發明之一實施例，該位置編碼即是一絕對位置編碼，進而確認相關的轉動訊息。

圖6至圖9繪示圖1之第一轉動輪與第二轉動輪於轉動過程的示意圖。請參考圖6至圖9，圖6至圖9是以第一轉動輪110的齒數為64和第二轉動輪120的齒數為63為例做說明。在圖6至圖9中，假設第一轉動輪110的64個卡齒分別定義為編號0至63，第二轉動輪120的63個卡齒則分別定義為編號1至63。其中，如圖6所示，在初始狀態下，第一轉動輪110(齒數為64)是於編號1的位置的卡齒與第三轉動輪130嚙合。同樣地，第二轉動輪120(齒數為63)也是於編號1的位置的卡齒與第三轉動輪130嚙合。當第三轉動輪130稍微轉動時(如圖7所示)，第一轉動輪110(齒數為64)是於編號2的位置的卡齒與第三轉動輪130嚙合。同樣地，第二轉動輪120(齒數為63)也是於編號2的位置的卡齒與第三轉動輪130嚙合。

承上所述，當第一轉動輪110(齒數為64)被帶動趨近一圈時(如圖8所示)，第一轉動輪110(齒數為64)是於編號63的位置的卡齒與第三轉動輪130嚙合，第二轉動輪120(齒數為63)也是於編號63的位置的卡齒與第三轉動輪130嚙合。接著，由於第二轉動輪120的齒數(齒數為63)少第一轉動輪110(齒數為64)一齒，因此若是第二轉動輪120(齒數為63)再繼續轉動，則第二轉動輪120會重新回到編號1的位置的卡齒來與第三轉動輪130嚙合，而具有多一齒的第一轉動輪110則會到編號0的位置的卡齒來與第三轉動輪130嚙合。因此，如圖9所示，當第一轉動輪110(齒數為64)被帶動一圈時，第一轉動輪110(齒數為64)即到編號0的位置來與第三轉動輪130嚙合。對應地，此時的第二轉動輪120(齒數為63)是於編號1的位置與第三轉動輪130嚙合；因此，藉由第一轉動輪110和第二轉動輪120的不同齒數的設計，第一轉動輪110和第二轉動輪120在旋轉的過程中，會逐漸使彼此的對齊位置漸漸偏離；具體而言，在本實施例中，每當第一轉動輪110(齒數為64)被帶動一圈時，第二轉動輪120(齒數為63)與第三轉動輪130嚙合的位置的編號會多增加1；因此，在本實施例之中，第一轉動輪110需要轉動63圈，同時第二轉動輪120需要轉動64圈，才能使第一轉動輪110和第二轉動輪120與第三轉動輪130嚙合的位置皆重新回到編號1的位置。

進一步地說，本實施例的絕對位置編碼裝置100之第一轉動輪110之結構是應用64-Bit(位元)的迪布恩序列(De Bruijn Sequences)概念而設計，第二轉動輪120之結構則是應用刪除了其中一Bit的64-Bit的迪布恩序列概念而設計。迪布恩序列之特徵為，在迪布恩序列中任選一連續的預定數值位數之組合，則此連續的預定數值位數之組合絕對不會和此一序列中的其他連續的預定數值位數之組合重複，也就是說迪布恩序列中的任一連續的預定數值位數之組合具有獨特性。因此，根據迪布恩序列之概念所設計的本發明之任意連續的6位數的預定數值位數之組合，均不會得到重複的資料；另外，上述之任意連續的6位數的預定數值位數之組合，會和迪布恩序列的Bit數一樣，也就是說第一轉動輪110會有64種獨特的預定數值位數之組合，第二轉動輪120會有63種獨特的預定數值位數之組合。如此一來，經由第一轉動輪110(齒數為64)和第二轉動輪120(齒數為63)的搭配，本實施例的絕對位置編碼裝置即可以有64乘以63種具唯一性的獨特位置編碼，即本實施例的絕對位置編碼裝置有4032種具唯一性的獨特位置編碼。以下將根據圖6至圖9之內容，配合表1及表2來說明第一轉動輪110(齒數為64)和第二轉動輪120(齒數為63)的搭配，係如何配合64-Bit的迪布恩序列而產生4032(即為63乘以64)種獨特的位置編碼。

表1繪示圖1之第一轉動輪於各個位置標號下的第一感測區、第二感測區與第三感測區的結構狀態說明。表2繪示圖1之第二轉動輪於各個位置標號下的第四感測區、第五感測區與第六感測區的結構狀態說明。請一併參考表1與表2，表1與表2中的符號「o」表示該位置標號具有穿孔，而光線可以穿透，光線接收單元140可接收到光線，意即該點發亮。符號「x」則表示該位置標號不具有穿孔，而光線無法穿透，意即光線接收單元140無法接收光線，亦即該點黑暗；第一轉動輪110的第一感測區112的64個第一穿孔112a分別定義為編號0至63，並且也分別對應被定義為編號0至63的第一轉動輪110的64個卡齒；第二轉動輪120的第四感測區122的63個第四穿孔122a分別定義為編號1至63，並且也分別對應被定義為編號1至63的第二轉動輪120的63個卡齒。但須注意的是，表1與表2中的符號「o」也可以設計為表示該位置標號不具有穿孔，而光線無法穿透，意即光線接收單元140無法接收光線，亦即該點黑暗；對應地，符號「x」則表示該位置標號具有穿孔，而光線可以穿透，光線接收單元140可接收到光線，意即該點發亮。

如圖2至圖6所示，當第一轉動輪110、第二轉動輪120皆於編號1的位置的卡齒與第三轉動輪130嚙合時，第一轉動輪110的標號1的第一穿孔112a和第二轉動輪120的標號1的第四穿孔122a會疊合，而讓光線發射單元140a所發出的光線穿過，並且傳遞至對應的光線接收單元140b。此時，如表1和表2所示，在本實施例中，當標號1的第一感測區112之第一穿孔112a讓光線通過時，標號為1至6的第二感測區114和第三感測區116也會對應得讓光線通過或是遮蔽光線；由於第二感測區114的標號1至6的符號組合為「oooooo」，則表示標號1至6的第二感測區114之位置標號依序具有六個第二穿孔114a，可供光線穿過；第三感測區116的標號1至6的符號組合為「ooooox」，則表示標號1至6的第三感測區116之位置標號依序具有五個第三穿孔116a和一未開孔的壁面，因此穿孔處可供光線穿過，而壁面則會遮蔽光線。另外，當標號1的第四感測區122之第四穿孔122a讓光線通過時，標號為1至6的第五感測區124和第六感測區126也會對應得讓光線通過或是遮蔽光線；由於第五感測區124的標號1至6的符號組合為「ooooox」，則表示標號1至6的第五感測區124之位置標號依序具有五個第二穿孔124a和一未開孔的壁面，因此穿孔處可供光線穿過，而壁面則會遮蔽光線；第六感測區126的標號1至6的符號組合為「oooooo」，則表示標號1至6的第六感測區126之位置標號依序具有六個第六穿孔126a，可供光線穿過。

然而，由於第一轉動輪110和第二轉動輪120是重疊的，因此第三感測區116的標號6之未開孔的壁面會遮蔽光線，只有標號1至5的五個第三穿孔116a可以讓光線穿過，且穿過的光線會繼續穿過第六感測區126的標號1至5的第六穿孔126a以形成編碼光線而傳遞至接收件144，也就是說接收件144收到的穿過第三感測區116和第六感測區126的編碼光線會是「ooooox」之組合。同樣地，第二感測區114的標號1至6的六個第二穿孔114a可供光線穿過，穿過的光線會繼續射向第五感測區124，但是由於第五感測區124的標號6之未開孔的壁面會遮蔽光，因此只有標號1至5的五個第五穿孔124a可以讓光線穿過以形成編碼光線而傳遞至接收件144，也就是說接收件144收到的穿過第二感測區114和第五感測區124的編碼光線會是「ooooox」之組合。而接收件144會整合收到的穿過第二感測區114和第五感測區124的編碼光線，以及收到的穿過第三感測區116和第六感測區126的編碼光線，並將o定義為0，將x定義為1而統整出「000001, 000001」之位置編碼。

同理，當第一轉動輪110和第二轉動輪120受到第三轉動輪130帶動而繼續轉動到圖7所示之編號2的位置時，根據表1、表2所示之編號2至7的穿孔設計，接收件144最終收到的穿過第二感測區114之編號2至7的穿孔，和穿過第五感測區124之編號2至7的穿孔和壁面的編碼光線會是「ooooxo」之組合；另外，接收件144最終收到的穿過第三感測區116之編號2至7的穿孔和壁面，和穿過第六感測區126之編號2至7的穿孔的編碼光線會是「ooooxo」之組合。接收件144會整合收到的穿過第二感測區114和第五感測區124的編碼光線，以及收到的穿過第三感測區116和第六感測區126的編碼光線，並將o定義為0，將x定義為1而統整出「000010, 000010」之位置編碼。

同理，當第一轉動輪110和第二轉動輪120受到第三轉動輪130帶動而繼續轉動到圖8所示之編號63的位置時，根據表1所示之編號63接續至編號0再依序至編號4的穿孔設計，並根據表2所示之編號63接續至編號1再依序至編號5的穿孔設計，接收件144最終收到的穿過第二感測區114的穿孔，和穿過第五感測區124的穿孔和壁面的編碼光線會是「xooooo」之組合；接收件144最終收到的穿過第三感測區116之穿孔和壁面，和穿過第六感測區126之穿孔的編碼光線會是「xooooo」之組合。接收件144會整合收到的穿過第二感測區114和第五感測區124的編碼光線，以及收到的穿過第三感測區116和第六感測區126的編碼光線，並將o定義為0，將x定義為1而統整出「100000, 100000」之位置編碼。

同理，如圖9所示，當第一轉動輪110受到第三轉動輪130帶動轉了一圈時，第一轉動輪110會到達編號0的位置，故光線此時會照射第一轉動輪110的各個感測區之編號0至5的穿孔；而第二轉動輪120同時則會受到第三轉動輪130帶動並到達編號1的位置，故光線此時會照射第二轉動輪120的各個感測區之編號1至6的穿孔。根據表1所示之編號0至編號5的穿孔設計，並根據表2所示之編號1至編號6的穿孔設計，接收件144最終收到的穿過第二感測區114之穿孔，和穿過第五感測區124之穿孔和壁面的編碼光線會是「ooooox」之組合；另外，接收件144最終收到的穿過第三感測區116之穿孔和壁面，和穿過第六感測區126之穿孔的編碼光線會是「oooooo」之組合。接收件144會整合收到的穿過第二感測區114和第五感測區124的編碼光線，以及收到的穿過第三感測區116和第六感測區126的編碼光線，並將o定義為0，將x定義為1而統整出「000001, 000000」之位置編碼。

由上述可知，第一轉動輪110和第二轉動輪120被第三轉動輪130帶動的情況下，接收件144會定義出各種不同的位置編碼(共有64乘以63種)，且各個位置編碼皆不重複；為了避免贅述，本發明不會將所有的位置編碼(共有4032種)列出，但本領域之通常知識者應可以依據上述之運作原理和表1、表2之開孔及壁面列表，而推斷出所有可能的位置編碼。須注意的是，當第二轉動輪120轉動了63圈之後，第一轉動輪110之卡齒和第二轉動輪120之卡齒會再次在編號1的位置上疊合(亦即回到圖6之疊合狀態)，此時才會再次產生重複的位置編碼。

由上述說明搭配圖6至圖9、表1與表2可以清楚知悉第一轉動輪110(齒數為64)以及第二轉動輪120(齒數為63)於各個位置標號的結構設計，進而在第一轉動輪11以及第二轉動輪120被帶動的過程中讓絕對位置編碼裝置產生出64乘以63種具唯一性的獨特位置編碼，以有效地紀錄各種旋轉訊息。該旋轉訊息例如可以包括轉動角度或是轉動圈數等相關資訊。

在較佳的設計中，這些第一穿孔112a的數量可以等於這些第二穿孔114a的數量或是這些第三穿孔116a的數量。在本實施例中，這些第一穿孔112a的數量是等於這些第二穿孔114a的數量。在較佳的設計中，這些第四穿孔122a的數量可以等於這些第五穿孔124a的數量或是這些第六穿孔126a的數量。在本實施例中，這些第四穿孔122a的數量是等於這些第六穿孔126a的數量。進一步地說，在本實施例中，這些第二穿孔114a的數量不等於這些第五穿孔124a的數量，這些第三穿孔116a的數量不等於這些第六穿孔126a的數量。

圖10繪示本發明另一實施例的絕對位置編碼裝置的上視圖。圖11繪示圖10之絕對位置編碼裝置的分解圖。圖12繪示圖11的絕對位置編碼裝置之第二轉動輪的示意圖。圖13繪示圖11的絕對位置編碼裝置之第一轉動輪的示意圖。請參考圖10、圖11、圖12以及圖13，本實施例的絕對位置編碼裝置100’與上述實施例的絕對位置編碼裝置100相似，惟二者的差異僅在於：本實施例的絕對位置編碼裝置100’是將第三轉動輪130’設置於第一轉動輪110’以及第二轉動輪120’的內周。亦即，在本實施例的絕對位置編碼裝置100’中，第一轉動輪110’以及第二轉動輪120’為設計有內周齒輪的構件，而藉由設計有外周齒輪的第三轉動輪130’來帶動。關於本實施例的絕對位置編碼裝置100’，第一轉動輪110、第二轉動輪120、第三轉動輪130以及感測器140’的設置、運作方式以即產生的功效均與上述實施例的絕對位置編碼裝置100相同，故於此不再贅述。

綜上所述，本發明主要是利用在第一轉動輪與第二轉動輪上分別設置多個感測區，且每一感測區都設有適當排列的穿孔，並利用感測器來感測光線是否穿透第一轉動輪與第二轉動輪之該些感測區，以做為位置編碼的定義。進而，在依據迪布恩序列(De Bruijn Sequences)概念提高第一轉動輪與第二轉動輪的轉輪齒數或是穿孔數量，並做出適當排列之後，感測器可以記錄多種不同變化的光線訊息，進而可以定義出為多種獨特的編碼資料，以達到感測加工件或是驅動構件的各式旋轉訊息，旋轉訊息例如可以包括轉動角度或是轉動圈數等相關資訊。換言之，應用本發明的絕對位置編碼裝置能有效提高感測的定位精細度。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

100、100’‧‧‧絕對位置編碼裝置

110、110’‧‧‧第一轉動輪

112‧‧‧第一感測區

112a‧‧‧第一穿孔

114‧‧‧第二感測區

114a‧‧‧第二穿孔

116‧‧‧第三感測區

116a‧‧‧第三穿孔

120、120’‧‧‧第二轉動輪

122‧‧‧第四感測區

122a‧‧‧第四穿孔

124‧‧‧第五感測區

124a‧‧‧第五穿孔

126‧‧‧第六感測區

126a‧‧‧第六穿孔

130、130’‧‧‧第三轉動輪

140、140’‧‧‧感測器

140a‧‧‧光線發射單元

140b‧‧‧光線接收單元

142‧‧‧發光件

144‧‧‧接收件

R‧‧‧特定範圍

圖1繪示本發明一實施例的絕對位置編碼裝置的示意圖。 圖2繪示圖1之絕對位置編碼裝置的分解圖。 圖3繪示圖1的絕對位置編碼裝置之第二轉動輪的示意圖。 圖4繪示圖1的絕對位置編碼裝置之第一轉動輪的示意圖。 圖5繪示圖1之絕對位置編碼裝置的上視圖。 圖6至圖9繪示圖1之第一轉動輪與第二轉動輪於轉動過程的示意圖。 圖10繪示本發明另一實施例的絕對位置編碼裝置的上視圖。 圖11繪示圖10之絕對位置編碼裝置的分解圖。 圖12繪示圖11的絕對位置編碼裝置之第二轉動輪的示意圖。 圖13繪示圖11的絕對位置編碼裝置之第一轉動輪的示意圖。 表1繪示圖1之第一轉動輪於各個位置標號下的第一感測區、第二感測區與第三感測區的結構狀態說明。 表2繪示圖1之第二轉動輪於各個位置標號下的第四感測區、第五感測區與第六感測區的結構狀態說明。

Claims (10)

1. 一種絕對位置編碼裝置，包括： 一第一轉動輪，包括： 一第一感測區，具有多個第一穿孔，該些第一穿孔圍繞該第一轉動輪的軸心排列； 一第二感測區，具有多個第二穿孔，該些第二穿孔圍繞該第一轉動輪的軸心排列； 一第三感測區，具有多個第三穿孔，該些第三穿孔圍繞該第一轉動輪的軸心排列； 一第二轉動輪，與該第一轉動輪相疊合，包括： 一第四感測區，與該第一感測區相對應，且具有多個第四穿孔，該些第四穿孔圍繞該第二轉動輪的軸心排列； 一第五感測區，與該第二感測區相對應，且具有多個第五穿孔，該些第五穿孔圍繞該第二轉動輪的軸心排列； 一第六感測區，與該第三感測區相對應，且具有多個第六穿孔，該些第六穿孔圍繞該第二轉動輪的軸心排列； 一第三轉動輪，與該第一轉動輪以及該第二轉動輪相接，並驅使該第一轉動輪以及該第二轉動輪轉動；以及 一感測器，配置於該第一轉動輪與該第二轉動輪的兩側，且發出一光線至該第一轉動輪與該第二轉動輪之該些感測區； 其中，當該光線射向該第一轉動輪和該第二轉動輪時，該光線穿過該第一轉動輪與該第二轉動輪之該些感測區之該些穿孔而形成一編碼光線；該感測器感測該編碼光線，並定義為一位置編碼。
2. 如申請專利範圍第1項所述之絕對位置編碼裝置，其中該感測器包括一發光件以及一接收件，該發光件以及該接收件分別位於該第一轉動輪與該第二轉動輪的兩側，該發光件發出該光線至該第一轉動輪與該第二轉動輪其中之一，經該第一轉動輪與該第二轉動輪其中之另一而形成該編碼光線並傳遞至該接收件，該接收件並依據接收之該編碼光線定義該位置編碼。
3. 如申請專利範圍第1項所述之絕對位置編碼裝置，其中該第一轉動輪為一第一轉動齒輪，而該第二轉動輪為一第二轉動齒輪，且該第一轉動輪的軸心位置與該第二轉動輪的軸心位置相同。
4. 如申請專利範圍第3所述之絕對位置編碼裝置，其中該第一轉動齒輪的齒數和該些第一穿孔的數量相同，該第二轉動齒輪的齒數和該些第二穿孔的數量相同，且該第一轉動齒輪的齒數大於該第二轉動齒輪的齒數。
5. 如申請專利範圍第3所述之絕對位置編碼裝置，其中該第一轉動齒輪的齒數為2的一預定數值次方，該第二轉動齒輪的齒數少於2的該預定數值次方。
6. 如申請專利範圍第5項所述之絕對位置編碼裝置，其中該感測器具有多個光線發射單元以及多個光線接收單元，該些光線發射單元的排列分別與該第一感測區、該第二感測區以及該第三感測區相對應，且該些光線接收單元的排列又與該些光線發射單元相對應，與該第一感測區相對應的該些光線發射單元數量為至少一個，與該第二感測區相對應的該些光線發射單元數量為該預定數值，與該第三感測區相對應的該些光線發射單元數量為該預定數值，而該位置編碼是依據該些光線發射單元所發出的光線是否分別被該些光線接收單元所接收而定義出。
7. 申請專利範圍第1項所述之絕對位置編碼裝置，其中該第三感測區圍繞該第二感測區，該第二感測區圍繞該第一感測區，該第六感測區圍繞該第五感測區，該第五感測區圍繞該第四感測區。
8. 如申請專利範圍第1項所述之絕對位置編碼裝置，其中該些第一穿孔的數量等於該些第二穿孔的數量或是該些第三穿孔的數量，該些第四穿孔的數量等於該些第五穿孔的數量或是該些第六穿孔的數量。
9. 如申請專利範圍第1項所述之絕對位置編碼裝置，其中該些第二穿孔的數量不等於該些第五穿孔的數量，該些第三穿孔的數量不等於該些第六穿孔的數量。
10. 如申請專利範圍第1項所述之絕對位置編碼裝置，其中該第三轉動輪設置於該第一轉動輪以及該第二轉動輪的內周。