TWI685208B - 位置編碼裝置與方法 - Google Patents

位置編碼裝置與方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI685208B
TWI685208B TW107144055A TW107144055A TWI685208B TW I685208 B TWI685208 B TW I685208B TW 107144055 A TW107144055 A TW 107144055A TW 107144055 A TW107144055 A TW 107144055A TW I685208 B TWI685208 B TW I685208B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
signal
filtered
generate
correction
filtered signal
Prior art date
Application number
TW107144055A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202023202A (zh
Inventor
趙昌博
陳文瑜
簡才淦
李思翰
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Priority to TW107144055A priority Critical patent/TWI685208B/zh
Priority to CN201811526399.1A priority patent/CN111289014B/zh
Priority to US16/426,203 priority patent/US11280641B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI685208B publication Critical patent/TWI685208B/zh
Publication of TW202023202A publication Critical patent/TW202023202A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/2448—Correction of gain, threshold, offset or phase control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/243—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G01D18/001—Calibrating encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/24476—Signal processing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

一種位置編碼裝置，包括感測裝置、濾波裝置、校正裝置與補償裝置。感測裝置感測移動裝置之運動，產生第一與第二信號。濾波裝置對第一與第二信號濾波，以產生第一與第二濾波信號。校正裝置對第一與第二濾波信號進行擷取，取得第一與第二濾波信號的時間和相位資訊，並對第一與第二濾波信號進行增益及偏移校正，且透過第一與第二回授信號及第一與第二濾波信號的時間和相位資訊，對第一與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一與第二校正信號。補償裝置依據查詢表，對第一與第二校正信號進行補償，以產生第一與第二位置編碼信號。

Description

位置編碼裝置與方法
本發明關於一種編碼裝置與方法，特別是關於一種位置編碼裝置與方法。
一般來說，工業工具機會配置有定位的感測編碼器，以便對工業工具機進行定位操作。由於感測編碼器會受到一些因素(例如製程或信號轉換產生延遲等)的影響，使得感測編碼器所產生之信號會有誤差，因此會影響工業工具機的定位精確度。
為了提高感測編碼器所產生之信號的準確度，現行的做法是將感測編碼器所產生之正弦(Sin)波與餘弦(Cos)波的兩個交越點做相減，判斷兩個信號之間的相位領先或落後多少，再進行對應的相位校正處理。然而，透過上述的校正方式，感測編碼器所產生之信號仍會有誤差的情況。因此，如何有效提高感測編碼器所產生之信號的精準度，將是各家廠商亟需改善的議題。
本發明之目的提供一種位置編碼裝置與方法，藉以降低相位誤差的影響，以有效提升位移及定位的精確度。
本發明提供一種位置編碼裝置，包括感測裝置、濾波裝置、校正裝置與補償裝置。感測裝置感測移動裝置之運動，以產生第一信號與第二信號。濾波裝置對第一信號與第二信號濾波，以產生第一濾波信號與第二濾波信號。校正裝置對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取，取得第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，並對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正，且透過第一回授信號與第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號，其中第一校正信號作為第一回授信號，第二校正信號作為第二回授信號。補償裝置具有查詢表，依據查詢表，對第一校正信號與第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與第二位置編碼信號。
本發明另提供一種位置編碼方法，包括下列步驟。感測移動裝置之運動，以產生第一信號與第二信號。對第一信號與第二信號進行濾波，以產生第一濾波信號與第二濾波信號。對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取，取得第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊。對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正。透過第一回授信號與第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號，其中第一校正信號作為第一回授信號，第二校正信號作為第二回授信號。依據查詢表，對第一校正信號與第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與第二位置編碼信號。
本發明之位置編碼裝置與方法通過對感測移動裝置之運動所產生之第一信號與第二信號進行濾波，產生第一濾波信號與第二濾波信號。接著，對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取，取得第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，並對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正，且透過第一回授信號與第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號，再依據查詢表，對第一校正信號與第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與第二位置編碼信號。如此一來，可以有效地降低相位誤差的影響，以提升位移及定位的精確度。
本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本發明之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。
在以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件或組件。
第1圖為依據本發明之一實施例之位置編碼裝置的示意圖。請參考第1圖，位置編碼裝置100包括感測裝置110、濾波裝置120、校正裝置130與補償裝置140。
感測裝置110感測移動裝置之運動，以產第一信號與第二信號。其中，第一信號與第二信號例如為數位信號，且第一信號與第二信號的相位相差90度。在本實施例中，移動裝置例如為線性滑軌的工具機或是其他工業工具機等。
濾波裝置120耦接感測裝置110，接收第一信號與第二信號，並對第一信號與第二信號濾波，以產生第一濾波信號與第二濾波信號。在本實施例中，濾波裝置120例如為降頻濾波器(decimator filter)。也就是說，透過濾波裝置120可以有效地將感測裝置110(即輸入端)所產生之第一信號與第二信號中的雜訊進行濾除。
校正裝置130耦接濾波裝置120，接收第一濾波信號與第二濾波信號，並對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取，取得第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊。進一步來說，校正裝置130更對第一濾波信號與第二濾波信號之起始N個週期的波形進行擷取，以取得第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，其中N為大於1的正整數。更進一步來說，5≦N≦30。也就是說，當移動裝置開始工作且運動時，校正裝置130對第一濾波信號與第二濾波信號之起始N個週期的波形進行擷取，取得對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，以作為後續以對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正的依據。
接著，校正裝置130會對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正。例如，校正裝置130透過增益調整的方式，將第一濾波信號與第二濾波信號的振幅校正到例如2048的數位值。並且，校正裝置130透過偏移調整的方式，將第一濾波信號與第二濾波信號的偏移量校正至0，且將第一濾波信號與第二濾波信號的振幅平均值校正到例如1024的數位值。
之後，校正裝置130透過第一回授信號與第二回授信號依據前述取得之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(例如對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號，其中第一校正信號作為第一回授信號，第二校正信號作為第二回授信號。
也就是說，校正裝置130可以包括有鎖相迴路(圖未示)，使得校正裝置130可以透過鎖相迴路的操作，將第一校正信號作為第一回授信號及第二校正信號作為第二回授信號進行回授，並依據前述取得之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(例如對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)，以對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，進而產生第一校正信號與第二校正信號。如此一來，可以有效地降低第一濾波信號與第二濾波信號中的相位雜訊及相位誤差，使得校正裝置130所產生之第一校正信號與第二校正信號可不受相位雜訊及相位誤差的影響。
補償裝置140具有查詢表141。並且，補償裝置140耦接校正裝置130，接收第一校正信號與第二校正信號，並依據查詢表141，對第一校正信號與第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與第二位置編碼信號。也就是說，當補償裝置140接收到第一校正信號與第二校正信號時，補償裝置140會於查詢表141查找第一校正信號與第二校正信號的對應關係，以便對第一校正信號與第二校正信號進行補償，可有效地提高位移及定位的精準度和資料處理速度。在一實施例中，查詢表141可為經驗法則而取得的。
第2圖為第1圖之校正裝置的詳細示意圖。請參考第2圖，校正裝置130包括檢測器210、校正器220與數位鎖相迴路230。
檢測器210對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取(即對第一濾波信號與第二濾波信號之起始N個週期的波形進行擷取)，取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(即對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)。也就是說，當移動裝置開始工作且運動時，檢測器210會對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取(即對第一濾波信號與第二濾波信號之起始N個週期的波形進行擷取)，以取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(即對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)。
校正器220對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正。例如，校正器220透過增益調整的方式，將第一濾波信號與第二濾波信號的振幅校正到例如2048的數位值。並且，校正器220透過偏移調整的方式，將第一濾波信號與第二濾波信號的偏移量校正至0，且將第一濾波信號與第二濾波信號的振幅平均值校正到例如1024的數位值。
數位鎖相迴路230透過第一回授信號與第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號。也就是說，數位鎖相迴路230將第一校正信號作為第一回授信號及第二校正信號作為第二回授信號回授至數位鎖相迴路230的輸入端，並利用對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)，以對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，進而產生第一校正信號與第二校正信號。如此一來，可以有效地降低第一濾波信號與第二濾波信號中的相位雜訊及相位誤差，使得數位鎖相迴路230所產生之第一校正信號與第二校正信號可不受相位雜訊及相位誤差的影響。
進一步來說，數位鎖相迴路230包括時間轉數位轉換器231、迴路濾波器232與數位控制振盪器233。
時間轉數位轉換器(time-to-digital converter, TDC)231接收第一回授信號、第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，以產生第一輸出信號與第二輸出信號。也就是說，時間轉數位轉換器231分別比較第一濾波信號與第一回授信號和第二濾波信號與第二回授信號的時間與相位，產生對應的第一輸出信號與第二輸出信號。
迴路濾波器(loop filter)232耦接時間轉數位轉換器231，對第一輸出信號與第二輸出信號進行濾波。在本實施例中，迴路濾波器232例如為低通濾波器，用於濾除時間轉數位轉換器231所輸出之第一輸出信號與第二輸出信號之高頻部分及雜訊。
數位控制振盪器(digital controlled oscillator, DCO)耦接迴路濾波器232與時間轉數位轉換器231，接收濾波後的第一輸出信號與濾波後的第二輸出信號，以產生第一校正信號與第二校正信號，其中第一校正信號作為第一回授信號，第二校正信號作為第二回授信號。
在數位鎖相迴路230的操作上，時間轉數位轉換器231會分別比較第一濾波信號與第一回授信號和第二濾波信號與第二回授信號的時間與相位的快慢，而產生對應的第一輸出信號與第二輸出信號，且透過迴路濾波器232產生之濾波後的濾波後的第一輸出信號與濾波後的第二輸出信號，以控制數位控制振盪器233所輸出之第一校正信號與第二校正信號的時間及相位，並將第一校正信號與第二校正信號分別作為第一回授信號與第二回授信號，且將第一回授信號與第二回授信號傳輸至時間轉數位轉換器231，直到第一輸入信號與第一回授信號的時間及相位差相等以及第二輸入信號與第二回授信號的時間及相位差相等而達到鎖定。如此一來，可以有效地降低信號的相位雜訊及相位誤差。
進一步來說，校正裝置130更包括儲存器240。儲存器240儲存第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(亦即儲存對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)。也就是說，在檢測器210取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(即對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)時，檢測器210會將第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(即對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)儲存至儲存器240中。並且，數位鎖相迴路230取得儲存器240中對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)，使得數位鎖相迴路230據以對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正。
另外，儲存器240也可耦接數位鎖相迴路230，以將所儲存之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊(對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊)提供給數位鎖相迴路230，使得數位鎖相迴路230據以對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正。在本實施例中，儲存器240例如為記憶體或暫存器等。
在第2圖中，儲存器240與檢測器210是分離設置，但本發明實施例不限於此。儲存器240也可以整合於檢測器210中，仍可達到相同的效果。
第3A圖為第1圖之濾波裝置所產生之第一濾波信號與第二濾波信號的波形圖。在第3A圖中，曲線S11表示第一濾波信號，曲線S12表示第二濾波信號。由第3A圖可以看出，曲線S11與曲線S12的波形已消除輸入端之雜訊。
第3B圖為透過第2圖之校正器對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正後的波形圖。在第3B圖中，曲線S21表示進行增益及偏移校正後的第一濾波信號，曲線S22表示進行增益及偏移校正後的第二濾波信號。由第3B圖可以看出，在第一濾波信號與第二濾波信號經過增益及偏移校正後(即第3B圖之虛線後)，曲線S21與曲線S22的波形已經增益及偏移已被校正至理想值。
第3C圖為傳統校正方法之校正信號與第2圖之數位鎖相迴路所產生之第一校正信號的波形圖。在第3C圖中，曲線S31表示傳統校正方法之校正信號，曲線S32表示第2圖之數位鎖相迴路所產生之第一校正信號。由第3C圖可以看出，傳統校正方法之曲線S31的波形不平滑，亦即校正信號仍有相位誤差。並且，本發明實施例之曲線S32的波形較為平滑，且可以明顯地看到曲線31的波形是趨近理想的波形，亦即第一校正信號已可有效地降地相位誤差的影響，並提高位移及定位的精確度。
第4圖為本發明之另一實施例之位置編碼裝置的示意圖。位置編碼裝置400包括感測裝置110、濾波裝置120、校正裝置130、補償裝置140、計數器480與整合器490。其中，本實施例之濾波裝置120、校正裝置130、補償裝置140與第1圖之濾波裝置120、校正裝置130、補償裝置140相同或相似，可參考第1圖之實施例的說明，故在此不再贅述。
另外，校正裝置130之內部電路及其耦接關係和操作與第2圖之校正裝置130相同或相似，可參考第2圖之實施例的說明，故在此不再贅述。
感測裝置110包括感測器410、第一放大器420、第二放大器430、第一轉換器440、第二轉換器450、第一比較器460與第二比較器470。
感測器410感測移動裝置之運動，以產生第一弦波信號與第二弦波信號，其中第一弦波信號與第二弦波信號相差90度。在本實施例中，第一弦波信號與第二弦波信號分別為類比信號，其中第一弦波信號例為sin波，第二弦波信號例如為cos波。並且，感測器410例如為磁感測元件或是其他類型的感測元件。
第一放大器420耦接感測器410，接收第一弦波信號，並將第一弦波信號放大，以產生第一放大信號。第二放大器430耦接感測器410，接收第二弦波信號，並將第二弦波信號放大，以產生第二放大信號。
第一轉換器440耦接第一放大器420，接收第一放大信號，並將第一放大信號轉換為第一信號。第二轉換器450耦接第二放大器430，接收第二放大信號，並將第二放大信號轉換為第二信號。在本實施例中，第一轉換器440與第二轉換器450分別為類比轉數位轉換器(analog-to-digital converter, ADC)，用以類比的第一放大信號與第二放大信號轉換成數位的第一信號與第二信號。
第一比較器460耦接第一放大器420，接收第一放大信號，以產生第一脈波信號。在本實施例中，在第一比較器460接收到第一放大信號時，第一比較器460例如將第一放大信號與一預設值進行比較，以產生第一脈波信號。舉例來說，當第一放大信號大於預設值時，則第一比較器460產生高邏輯準位的信號。當第一放大信號小於預設值時，第一比較器460產生低邏輯準位的信號。因此，第一比較器460會輸出脈波形式的第一脈波信號。
第二比較器470耦接第二放大器430，接收第二放大信號，以產生第二脈波信號。在本實施例中，在第二比較器470接收到第二放大信號時，第二比較器470例如將第二放大信號與一預設值進行比較，以產生第二脈波信號。舉例來說，當第二放大信號大於預設值時，第二比較器470產生高邏輯準位的信號。當第二放大信號小於預設值時，第二比較器470產生低邏輯準位的信號。因此，第二比較器470會輸出脈波形式的第二脈波信號。
計數器480耦接第一比較器460與第二比較器370接收第一脈波信號與第二脈波信號，以產生第計數信號與第二計數信號。整合器490耦接計數器480與補償裝置140，接收第一計數信號、第二計數信號、第一位置編碼信號與第二位置編碼信號，以產生第一定位信號與第二定位信號。
其中，第一計數信號與第二計數信號例如為高速移動信號。第一位置編碼信號與第二位置編碼信號例如為低速定位信號。也就是說，第一定位信號對應第一計數信號與第二計數信號，且可視為粗調信號。第二定位信號對應第一位置編碼信號與第二位置編碼信號，且可視為細調信號。如此一來，透過本實施例之位置編碼裝置400，可以有效地降低相位誤差的影響，以提升位移及定位的精確度。
藉由上述實施例的說明，可以歸納出一種位置編碼方法。第5圖為本發明之一實施例之位置編碼方法的流程圖。
在步驟S502中，感測移動裝置之運動，以產生第一信號與第二信號。在步驟S504中，對第一信號與第二信號進行濾波，以產生第一濾波信號與第二濾波信號。
在步驟S506中，對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取，取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊。在步驟S508中，對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正。
在步驟S510中，透過第一回授信號與第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號，其中第一校正信號作為第一回授信號，第二校正信號作為第二回授信號。在步驟S512中，依據查詢表，對第一校正信號與第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與第二位置編碼信號。
進一步來說，步驟S506包括對第一濾波信號與第二濾波信號之起始N個週期的波形進行擷取，取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，其中N為正整數，且5≦N≦30。
第6圖為第5圖之步驟S510的詳細流程圖。在步驟S602中，接收第一回授信號、第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，以產生第一輸出信號與第二輸出信號。
在步驟S604中，對第一輸出信號與第二輸出信號進行濾波。在步驟S606中，接收濾波後的第一輸出信號與濾波後的第二輸出信號，以產生第一校正信號與第二校正信號。
第7圖為本發明之另一實施例之位置編碼方法的流程圖。在步驟S702中，感測移動裝置之運動，以產生第一信號與第二信號。在步驟S704中，對第一信號與第二信號進行濾波，以產生第一濾波信號與第二濾波信號。
在步驟S706中，對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取，取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊。在步驟S708中，儲存第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊。
在步驟S710中，對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正。在步驟S712中，透過第一回授信號與第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號，其中第一校正信號作為第一回授信號，第二校正信號作為第二回授信號。在步驟S714中，依據查詢表，對第一校正信號與第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與第二位置編碼信號。
進一步來說，步驟S706包括對第一濾波信號與第二濾波信號之起始N個週期的波形進行擷取，取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，其中N為正整數，且5≦N≦30。並且，步驟S708包括儲存對應N個週期之第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊。
第8A圖與第8B圖為本發明之另一實施例之位置編碼方法的流程圖。在步驟S802中，感測移動裝置之運動，以產生第一弦波信號與第二弦波信號，其中第一弦波信號與第二弦波信號相差90度。
在步驟S804中，接收第一弦波信號，並將第一弦波信號放大，以產生一第一放大信號。在步驟S806中，接收第二弦波信號，並將第二弦波信號放大，以產生第二放大信號。
在步驟S808中，接收第一放大信號，並將第一放大信號轉換為第一信號。在步驟S810中，接收第二放大信號，並將第二放大信號轉換為第二信號。在步驟S812中，對第一信號與第二信號進行濾波，以產生第一濾波信號與第二濾波信號。
在步驟S814中，對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取，取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊。在步驟S816中，對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正。
在步驟S818中，透過第一回授信號與第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號，其中第一校正信號作為第一回授信號，第二校正信號作為第二回授信號。在步驟S820中，依據查詢表，對第一校正信號與第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與第二位置編碼信號。
在步驟S822中，接收第一放大信號，以產生第一脈波信號。在步驟S824中，接收第二放大信號，以產生第二脈波信號。在步驟S826中，接收第一脈波信號與第二脈波信號，以產生第一計數信號與第二計數信號。在步驟S828中，接收第一計數信號、第二計數信號、第一位置編碼信號與第二位置編碼信號，以產生第一定位信號與第二定位信號。
進一步來說，步驟S814包括對第一濾波信號與第二濾波信號之起始N個週期的波形進行擷取，取得對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，其中N為正整數，且5≦N≦30。
綜上所述，本發明所揭露之位置編碼裝置與方法，過對感測移動裝置之運動所產生之第一信號與第二信號進行濾波，產生第一濾波信號與第二濾波信號。接著，對第一濾波信號與第二濾波信號進行擷取，取得第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，並對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正，且透過第一回授信號與第二回授信號及對應第一濾波信號與第二濾波信號的時間和相位資訊，對第一濾波信號與第二濾波信號進行相位校正，以產生第一校正信號與第二校正信號，再依據查詢表，對第一校正信號與第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與第二位置編碼信號。如此一來，可以有效地降低相位誤差的影響，以提升位移及定位的精確度。
本發明雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、400‧‧‧位置編碼裝置
110‧‧‧感測裝置
120‧‧‧濾波裝置
130‧‧‧校正裝置
140‧‧‧補償裝置
141‧‧‧查詢表
210‧‧‧檢測器
220‧‧‧校正器
230‧‧‧數位鎖相迴路
231‧‧‧時間轉數位轉換器
232‧‧‧迴路濾波器
233‧‧‧數位控制振盪器
240‧‧‧儲存器
410‧‧‧感測器
420‧‧‧第一放大器
430‧‧‧第二放大器
440‧‧‧第一轉換器
450‧‧‧第二轉換器
460‧‧‧第一比較器
470‧‧‧第二比較器
480‧‧‧計數器
490‧‧‧整合器
S11、S12、S21、S22、S31、S32‧‧‧曲線
S502、S504、S506、S508、S510、S512、S602、S604、S606、S702、S704、S706、S708、S710、S71、S714、S802、S804、S806、S808、S810、S812、S814、S816、S818、S820、S822、S824、S826、S828‧‧‧步驟
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下： 第1圖為依據本發明之一實施例之位置編碼裝置的示意圖。 第2圖為依據本發明之另一實施例之位置編碼裝置的示意圖。 第3A圖為第1圖之濾波裝置所產生之第一濾波信號與第二濾波信號的波形圖。 第3B圖為透過第2圖之校正器對第一濾波信號與第二濾波信號進行增益及偏移校正後的波形圖。 第3C圖為傳統校正方法之校正信號與第2圖之數位鎖相迴路所產生之第一校正信號的波形圖。 第4圖為依據本發明之另一實施例之位置編碼裝置的示意圖。 第5圖為依據本發明之一實施例之位置編碼方法的流程圖。 第6圖為第5圖之步驟S510的詳細流程圖。 第7圖為依據本發明之另一實施例之位置編碼方法的流程圖。 第8A圖與第8B圖為本發明之一實施例之位置編碼方法的流程圖。
100‧‧‧位置編碼裝置
110‧‧‧感測裝置
120‧‧‧濾波裝置
130‧‧‧校正裝置
140‧‧‧補償裝置
141‧‧‧查詢表

Claims (16)

  1. 一種位置編碼裝置，包括：一感測裝置，感測一移動裝置之運動，以產生一第一信號與一第二信號；一濾波裝置，對該第一信號與一第二信號濾波，以產生一第一濾波信號與一第二濾波信號；一校正裝置，對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行擷取，取得對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，並對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行增益及偏移校正，且透過一第一回授信號與一第二回授信號及對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行相位校正，以產生一第一校正信號與一第二校正信號，其中該第一校正信號作為該第一回授信號，該第二校正信號作為該第二回授信號；以及一補償裝置，具有一查詢表，依據該查詢表，對該第一校正信號與該第二校正信號進行補償，以產生第一位置編碼信號與一第二位置編碼信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之位置編碼裝置，其中該校正裝置更對該第一濾波信號與該第二濾波信號之起始N個周期的波形進行擷取，取得對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，其中N為正整數，且5≦N≦30。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之位置編碼裝置，其中校正裝置包括：一檢測器，對該第一濾波信號與該第二濾波信號之進行擷取，取得對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊；一校正器，對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行增益及偏移校正；以及一數位鎖相迴路，透過該第一回授信號與該第二回授信號及對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行相位校正，以產生該第一校正信號與該第二校正信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之位置編碼裝置，其中該數位鎖相迴路包括：一時間轉數位轉換器，接收該第一回授信號、該第二回授信號及對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，以產生一第一輸出信號與一第二輸出信號；一迴路濾波器，耦接該時間轉數位轉換器，對該第一輸出信號與該第二輸出信號進行濾波；以及一數位控制振盪器，耦接該迴路濾波器與該時間轉數位轉換器，接收該濾波後的該第一輸出信號與濾波後的該第二輸出信號，以產生該第一校正信號與該第二校正信號，其中該第一校正信號作為該第一回授信號，該第二校正信號作為該第二回授信號。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之位置編碼裝置，其中該校正裝置更包括：一儲存器，儲存該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之位置編碼裝置，其中儲存器整合於該檢測器中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之位置編碼裝置，其中該感測裝置包括：一感測器，感測該移動裝置之運動，以產生一第一弦波信號與一第二弦波信號，其中該第一弦波信號與該第二弦波信號相差90度；一第一放大器，接收該第一弦波信號，並將該第一弦波信號放大，以產生一第一放大信號；一第二放大器，接收該第二弦波信號，並將該第二弦波信號放大，以產生一第二放大信號；一第一轉換器，接收該第一放大信號，並將該第一放大信號轉換為該第一信號；以及一第二轉換器，接收該第二放大信號，並將該第二放大信號轉換為該第二信號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之位置編碼裝置，其中該感測裝置更包括：一第一比較器，接收該第一放大信號，以產生一第一脈波信號； 以及一第二比較器，接收該第二放大信號，以產生一第二脈波信號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之位置編碼裝置，更包括：一計數器，接收該第一脈波信號與該第二脈波信號，以產生一第一計數信號與一第二計數信號；以及一整合器，接收該第一計數信號、該第二計數信號、該第一位置編碼信號與該第二位置編碼信號，以產生一第一定位信號與一第二定位信號。
  10. 一種位置編碼方法，包括：感測一移動裝置之運動，以產生一第一信號與一第二信號；對該第一信號與該第二信號進行濾波，以產生一第一濾波信號與一第二濾波信號；對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行擷取，取得對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊；對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行增益及偏移校正；透過一第一回授信號與一第二回授信號及對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行相位校正，以產生一第一校正信號與一第二校正信號，其中該第一校正信號作為該第一回授信號，該第二校正信號作為該第二回授信號；以及依據一查詢表，對該第一校正信號與該第二校正信號進行補償，以產生一第一位置編碼信號與一第二位置編碼信號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之位置編碼方法，其中對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行擷取，取得對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊的步驟包括：對該第一濾波信號與該第二濾波信號之起始N個週期的波形進行擷取，取得對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，其中N為正整數，且5≦N≦30。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之位置編碼方法，其中透過該第一回授信號與該第二回授信號及對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，對該第一濾波信號與該第二濾波信號進行相位校正，以產生該第一校正信號與該第二校正信號的步驟包括：接收該第一回授信號、該第二回授信號及對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊，以產生一第一輸出信號與一第二輸出信號；對該第一輸出信號與該第二輸出信號進行濾波；以及接收該濾波後的該第一輸出信號與濾波後的該第二輸出信號，以產生該第一校正信號與該第二校正信號。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之位置編碼方法，取得對應該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊的步驟之後更包括：儲存該第一濾波信號與該第二濾波信號的時間和相位資訊。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之位置編碼方法，其中感測該移動裝置之運動，以產生該第一信號與該第二信號的步驟包括：感測該移動裝置之運動，以產生一第一弦波信號與一第二弦波信號，其中該第一弦波信號與該第二弦波信號相差90度；接收該第一弦波信號，並將該第一弦波信號放大，以產生一第一放大信號；接收該第二弦波信號，並將該第二弦波信號放大，以產生一第二放大信號；接收該第一放大信號，並將該第一放大信號轉換為該第一信號；以及接收該第二放大信號，並將該第二放大信號轉換為該第二信號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之位置編碼方法，更包括：接收該第一放大信號，以產生一第一脈波信號；以及接收該第二放大信號，以產生一第二脈波信號。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之位置編碼方法，更包括：接收該第一脈波信號與該第二脈波信號，以產生一第一計數信號與一第二計數信號；以及接收該第一計數信號、該第二計數信號、該第一位置編碼信號 與該第二位置編碼信號，以產生一第一定位信號與一第二定位信號。
TW107144055A 2018-12-07 2018-12-07 位置編碼裝置與方法 TWI685208B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107144055A TWI685208B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 位置編碼裝置與方法
CN201811526399.1A CN111289014B (zh) 2018-12-07 2018-12-13 位置编码装置与方法
US16/426,203 US11280641B2 (en) 2018-12-07 2019-05-30 Position-encoding device and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107144055A TWI685208B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 位置編碼裝置與方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI685208B true TWI685208B (zh) 2020-02-11
TW202023202A TW202023202A (zh) 2020-06-16

Family

ID=70413521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107144055A TWI685208B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 位置編碼裝置與方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11280641B2 (zh)
CN (1) CN111289014B (zh)
TW (1) TWI685208B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7294915B2 (ja) * 2019-06-27 2023-06-20 株式会社ミツトヨ オフセット補正装置および位置測定装置
TWI717230B (zh) * 2020-03-12 2021-01-21 新代科技股份有限公司 機台編碼器安裝偏移的修正方法
TWI751829B (zh) * 2020-12-10 2022-01-01 聖杰國際股份有限公司 圓盤式刀庫的控制系統及控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4587579A (en) * 1982-12-30 1986-05-06 International Business Machines Corporation System for position detection on a rotating disk
TWI278649B (en) * 2004-07-29 2007-04-11 Jaeger Ind Co Ltd Position estimation and control device with high resolution
WO2007116254A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Tetsuo O'hara Method and apparatus for use in real-time nanometer and subnanometer position measurements
TWI298488B (en) * 2003-11-07 2008-07-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Address signal position detecting device, photo-disk signal regenerating device and address signal position detecting method
US8710827B2 (en) * 2008-03-19 2014-04-29 Sagentia Limited Processing circuitry for use with a position sensor
CN105492870A (zh) * 2013-08-30 2016-04-13 松下知识产权经营株式会社 角度位置检测装置
US20160169717A1 (en) * 2013-08-12 2016-06-16 Victor Zhitomirsky Position sensor

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4560187B2 (ja) * 2000-08-30 2010-10-13 株式会社アドバンテスト インターリーブａｄ変換方式波形ディジタイザ装置
US6411244B1 (en) * 2001-03-05 2002-06-25 Tektronix, Inc. Phase startable clock device for a digitizing instrument having deterministic phase error correction
JP4713123B2 (ja) * 2004-10-13 2011-06-29 株式会社ミツトヨ エンコーダ出力信号補正装置
JP4768248B2 (ja) 2004-10-13 2011-09-07 株式会社ミツトヨ エンコーダ出力信号補正装置及び方法
US7856464B2 (en) 2006-02-16 2010-12-21 Sigmatel, Inc. Decimation filter
WO2007148461A1 (ja) * 2006-06-19 2007-12-27 Panasonic Corporation エンコーダ信号の位相補正回路
US7902928B2 (en) 2008-02-08 2011-03-08 Mediatek Inc. Phase-locked circuit employing capacitance multiplication
CN101345886B (zh) * 2008-09-03 2011-11-02 华为技术有限公司 一种相位误差校正的方法和设备
US8384570B2 (en) * 2009-05-27 2013-02-26 Active Precision, Inc. Encoder interpolator with enhanced precision
TWI492545B (zh) 2012-09-14 2015-07-11 Univ Nat Chiao Tung 具有增益校正之鎖相迴路、用於鎖相迴路之增益量測方法、校正方法及抖動量測方法
US9214951B1 (en) * 2014-05-30 2015-12-15 Realtek Semiconductor Corp. Self-calibrating VCO-based analog-to-digital converter and method thereof
US9231602B1 (en) 2014-09-18 2016-01-05 Intel IP Corporation A-priori-probability-phase-estimation for digital phase-locked loops
KR101664567B1 (ko) * 2014-10-20 2016-10-10 현대자동차주식회사 레졸버의 위치 정보 오차를 보상하기 위한 장치 및 방법
US9548746B2 (en) 2014-12-22 2017-01-17 Intel IP Corporation Coarse tuning selection for phase locked loops
TWI570389B (zh) * 2015-12-08 2017-02-11 財團法人工業技術研究院 振幅校正電路及其應用的信號校正電路
US10439538B2 (en) * 2016-04-29 2019-10-08 Deere & Company Method and system for estimating a rotor position with a notch filter
CN108322217B (zh) * 2017-01-17 2021-03-09 瑞昱半导体股份有限公司 用于时间交错式模拟数字转换器的校正电路与校正方法
US11290084B2 (en) * 2017-05-24 2022-03-29 Anlotek Limited Apparatus and method for controlling a resonator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4587579A (en) * 1982-12-30 1986-05-06 International Business Machines Corporation System for position detection on a rotating disk
TWI298488B (en) * 2003-11-07 2008-07-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Address signal position detecting device, photo-disk signal regenerating device and address signal position detecting method
TWI278649B (en) * 2004-07-29 2007-04-11 Jaeger Ind Co Ltd Position estimation and control device with high resolution
WO2007116254A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Tetsuo O'hara Method and apparatus for use in real-time nanometer and subnanometer position measurements
US8710827B2 (en) * 2008-03-19 2014-04-29 Sagentia Limited Processing circuitry for use with a position sensor
US20160169717A1 (en) * 2013-08-12 2016-06-16 Victor Zhitomirsky Position sensor
CN105492870A (zh) * 2013-08-30 2016-04-13 松下知识产权经营株式会社 角度位置检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200182657A1 (en) 2020-06-11
TW202023202A (zh) 2020-06-16
US11280641B2 (en) 2022-03-22
CN111289014A (zh) 2020-06-16
CN111289014B (zh) 2022-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI685208B (zh) 位置編碼裝置與方法
US8711027B1 (en) Analog-to-digital converter with input voltage biasing DC level of resonant oscillator
KR101468323B1 (ko) 디지털 ｐｌｌ을 이용한 마그네틱 엔코더의 출력 신호 보상 장치 및 방법
CN106936387B (zh) 正余弦测量信号的修正模块及其方法
CA2648410C (en) Clock generation circuit, analog-digital angle converter using the same, and angle detection apparatus
US10393499B2 (en) Angle determinating method using encoder signal with noise suppression, adjusting method for output signal of encoder and absolute encoder
JP2007518989A (ja) ピーク値検出回路
KR101697975B1 (ko) 주파수 변조를 이용한 인덕턴스 방식의 변위센서
TW200801535A (en) Phase correction circuit of encoder signal
WO2015029427A1 (ja) 角度位置検出装置
CN109696197B (zh) 正余弦编码器相位偏差的补偿方法和装置
US20140043085A1 (en) Feedback Control Circuit for a Hall Effect Device
CN103185603A (zh) 增量编码器信号处理系统及方法
EP2077621B1 (en) Reference signal generation circuit, angle converter, and angle detection apparatus
KR101834526B1 (ko) 마그네틱 엔코더의 출력 신호를 보상하는 장치
CN101021423A (zh) 编码器的偏移补偿电路
US20170111050A1 (en) Receiving circuit and method for controlling frequency
JP2006017659A (ja) アナログ信号のデジタル変換方法
JP2013205366A (ja) 位置検出器
JP2018109596A (ja) アナログ信号をディジタル信号に変換する方法
JP6273363B2 (ja) 無線センサ装置
US10734996B2 (en) Sensor apparatus for detecting a target object and a method for operating a sensor apparatus for detecting a target object
JP6291380B2 (ja) 非接触回転角センサ
WO2005053146A2 (en) Method and system for enhanced resolution, automatically- calibrated position sensor
Hwang et al. Signal compensation for analog rotor position errors due to nonideal sinusoidal encoder signals