專利名稱：絕對位置檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種絕對位置檢測器，用于檢測由于線形運動或者轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)移的裝置中的部件的絕對位置，特別涉及使用于該類檢測器的傳感器輸出信號的信號處理。
背景技術(shù)：
近幾年，采用內(nèi)置電機(built-in motors)且能夠?qū)崿F(xiàn)精確、高速工作的直接驅(qū)動電機系統(tǒng)已經(jīng)被用于加工機床的轉(zhuǎn)臺。一般來說，由于直接驅(qū)動電機系統(tǒng)能夠檢測電機的磁性的位置，且不需要在啟動后對原系統(tǒng)進行任何調(diào)整，該類系統(tǒng)被用于實現(xiàn)能夠檢測絕對位置的絕對位置檢測器。
一種常用的絕對位置檢測器的例子是一個利用磁特性的轉(zhuǎn)動絕對位置檢測器，如圖12所示。圖13是一個解釋圖12顯示的微處理器利用軟件進行信號處理的作用過程的方塊圖。圖14是一個解釋圖13中顯示的二元化處理器的作用過程的方塊圖。圖15是一個通過偏移量顯示經(jīng)由校正信號(correcting signal)S4獲取的信號SA4的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。進一步地，圖16是一個顯示在選擇器(selector)選擇信號SA4或信號SA5之后而獲取的信號C2的轉(zhuǎn)動位置特性。
在圖12中，一個機器編碼盤(absolute code disk)2由一個軟磁性材料構(gòu)成，且固定于轉(zhuǎn)動軸1。在該機器編碼盤2的外圍上，機器碼的180位被記錄，這樣，圓周的每1/180對應(yīng)1位，用每一個凹陷部分代表“0”，每一個凸起部分代表“1”。該180-位碼的特征在于，在每一個讀取位置連續(xù)的8-位碼圖(8-bit code pattern)不相同。相應(yīng)地，當(dāng)8個連續(xù)位碼被讀取時，所述轉(zhuǎn)動軸1的轉(zhuǎn)動位置用一種絕對的方式(in an absolute manner)被檢測到。進一步地，一個增量碼盤(incremental code disk)(圖未顯出)固定于位于所述機器碼盤2的底側(cè)之上的轉(zhuǎn)軸1。所述增量碼盤被成型為相似于在1/180轉(zhuǎn)動間隙(pitch)重復(fù)凹陷和凸起部分樣式的齒輪，并且該增量碼盤由軟磁性材料組成。設(shè)置于靠近所述機器碼盤2的外圍的一個固定部件上，一個包括24個磁性傳感器的磁性傳感器組3，呈直線設(shè)置，獨立的傳感器彼此分隔大小相等于所述機器編碼器2的大約1/360的轉(zhuǎn)動距離。進一步，2個磁傳感器7、8固定在一個固定部件，且置于靠近所述增量碼盤的外圍，彼此分隔大小等于大約所述增量碼盤圓周的1/720的距離。
所述兩磁性傳感器組3和所述磁性傳感器7、8使用一個永磁鐵(permanent magnet)或電磁鐵(electromagnet)相對所述碼盤側(cè)產(chǎn)生直流電流或交流電流磁場，且然后通過類似磁阻器元件(magneticresistor elements)及線圈這樣的器件轉(zhuǎn)換磁通量(magnetic flux)為電信號，該磁通量依照由由磁性材料構(gòu)成的處于碼盤外圍上的凹陷和凸起部分產(chǎn)生的磁阻的變化而不同。當(dāng)來自所述磁性傳感器組3中的24個傳感器的傳感器輸出信號編號為s0，s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7，s8，s9，s10，s11，s12，s13，s14，s15，s16，s17，s18，s19，s20，s21，s22以及s23，這樣的順序是從最右邊的傳感器算起，選擇器4設(shè)置一個用于接受24個輸入且提供單一輸出的模擬轉(zhuǎn)換器(an analog switch)，該選擇器根據(jù)微處理器13提供的選擇信號SEL順序地在相同的時間間隔內(nèi)切換來自s0至s23的傳感器信號，并且輸出選擇的傳感器信號至一個放大器(amplifier)5。該放大器5放大傳感器信號且將放大后的信號輸出到一個AD轉(zhuǎn)換器6。該AD轉(zhuǎn)換器6順序地轉(zhuǎn)換放大后的傳感器輸出信號s0-s23為數(shù)字信號S0，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14，S15，S16，S17，S18，S19，S20，S21，S22以及S23，并且輸出該數(shù)字信號至微處理器13。進一步，來自磁性傳感器7、8的輸出信號AS，AC通過放大器9、10被放大，且隨后通過AD轉(zhuǎn)換器11，12分別地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號DS，DC。來自磁性傳感器7、8的數(shù)字信號DS，DC輸出至微處理器13。根據(jù)圖12中的裝置，信號DS，DC的數(shù)值與轉(zhuǎn)動位置的正弦值和余弦值成比例，其中轉(zhuǎn)動軸的1/180的轉(zhuǎn)動對應(yīng)一個周期(cycle)。
經(jīng)由磁性傳感器7、8數(shù)字化處理(digitizing)獲取的信號DS和DC輸入進一個插補處理器(interpolation processor)16并進行二元化正切弧度(bivariate arctangent)運算。因此，指示轉(zhuǎn)動軸1在1/180的轉(zhuǎn)動內(nèi)的絕對位置的一個8-位數(shù)值從插補處理器16中輸出。進一步，經(jīng)由數(shù)字化處理獲取的來自磁性傳感器組3中的輸出信號信號S0，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14，S15，S16，S17，S18，S19，S20，S21，S22以及S23，被輸入進一個二值化處理器(binarization processor)14。在該二值化處理器14，預(yù)先存儲在存儲裝置(memory device)21，22內(nèi)的偏移量On和On+1(n為偶數(shù)且滿足0≤n≤22)通過減法器27，28從輸出自兩相鄰傳感器的信號Sn和Sn+1中分別地減去，以輸出信號SAn和SAn+1。選擇器31選擇信號SAn和SAn+1中的哪一個數(shù)值取決于8-位數(shù)值的最顯著位(most significantbit，MSB)PL是1還是0，并且輸出選擇出的信號至比較器32。比較器32判斷選擇信號是大于0還是小于0，然后將判斷結(jié)果作為二值化數(shù)值Bm(其中m＝n/2)輸出。
最顯著位(MSB)的數(shù)值PL代表在轉(zhuǎn)動軸1轉(zhuǎn)動一周被分為360個區(qū)域時，該轉(zhuǎn)動軸1位于一個偶數(shù)區(qū)域還是一個奇數(shù)區(qū)域。利用該信息，在二值化處理器14內(nèi)的選擇器31，從等于1位(1/180轉(zhuǎn)動)的機器碼盤2的范圍內(nèi)的兩個傳感器信號SAn和SAn+1內(nèi)選擇，從位于更遠離發(fā)生位變化的位的邊沿(a bit border)的傳感器獲取的傳感器信號。采用這種方式，二值化(binarize)機器碼的具體位且同時避免使用從讀取錯誤可能發(fā)生的位邊沿來的信號是可能的。如前所描述，二值化處理器14可以從來自磁性傳感器組3的24個輸出信號之間讀取一個作為碼B記錄在機器碼盤2上的連續(xù)12-位的數(shù)值。通過二值化處理器14識別的該12-位碼B，通過解碼器15解碼以決定對應(yīng)于碼B中間部分從B2至B9的8-位碼的轉(zhuǎn)動位置，以及指示的轉(zhuǎn)動軸1在轉(zhuǎn)動一周內(nèi)的轉(zhuǎn)動位置的8-位數(shù)值PH被輸出。一個加法器17通過利用指示轉(zhuǎn)動軸在1/180轉(zhuǎn)動內(nèi)的絕對位置的8-位數(shù)值PL作為低序位及8-位數(shù)值PH作為高序位位合成一個16位數(shù)值，并且將合成數(shù)值作為數(shù)值PO輸出。采用這種方式，轉(zhuǎn)動軸1在轉(zhuǎn)動中的絕對位置可以通過一個16-位數(shù)值PO表示。
利用如圖12中所示的傳統(tǒng)的機器編碼器，由于轉(zhuǎn)子(rotor)可以利用磁性材料，鐵或者鐵合金此類材料被制造，具有各種不同外徑及設(shè)置有各種不同內(nèi)徑孔的轉(zhuǎn)子可以相對容易地通過金屬工藝制造。進一步，由于絕對位置可以通過多個線性設(shè)置的磁性傳感器檢測到，且不考慮轉(zhuǎn)子圓周的曲率，同樣的傳感器單元可以用于檢測具有不同外徑的轉(zhuǎn)子位置。相應(yīng)地，通過使用如圖12中所示的結(jié)構(gòu)，設(shè)計具有各種外徑和孔徑尺寸的機器編碼器，而不需要花費顯著的研發(fā)成本是可能的，這樣，傳統(tǒng)的機器編碼器被認為，用于其中為了不同的模型各種不同尺寸的外徑和孔徑需求的加工機床轉(zhuǎn)臺，是適合的。此外，由于僅僅需要提供一種傳感器單元(其中，相比于在大體上由金屬塊構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，故障傾向于更頻繁)，維修成本可以被最小化。
無論如何，在使用磁原理的機器編碼器內(nèi)，如圖14中所示，由于磁性傳感器設(shè)置為一條直線，導(dǎo)致機器碼盤2的曲率而導(dǎo)致的磁性傳感器位于更遠地朝向傳感器組的兩端，因此關(guān)于機器碼盤的間隙會變得更大。相應(yīng)地，由機器碼盤凹陷和凸起部分引起的信號變化變得更小了，因為磁性傳感器位于更遠地朝向上述兩端，導(dǎo)致碼讀取精確率的下降。由于該原因，為了測定絕對位置，解碼器15使用從其中碼讀取精確率相對地高的中間部分獲取的16個傳感器信號二值化8-位碼。盡管如此，如圖15中的e段和圖16中的f段所示，可以理解，即使是使用來自中間部分傳感器信號，碼讀取錯誤(或者碼閱讀錯誤)在對應(yīng)于8位碼一端的提供數(shù)值B2的傳感器信號很容易產(chǎn)生。由于磁通的低線性度(poor rectilinearity)而導(dǎo)致的該類型的讀取錯誤在磁性傳感器中是常見的。由于磁通的低線性度，磁性傳感器不僅易于受到處于碼盤外緣的凹陷和凸起部分的影響，而且易于受到周圍的碼盤形狀的影響。相應(yīng)地，讀取錯誤通常通過調(diào)整對應(yīng)于讀取錯誤發(fā)生位的傳感器的偏移量可以很好地避免。
根據(jù)上述的方法，偏移量對于每一不同類型的碼盤都必須要調(diào)整，這將會很麻煩。進一步，因為即使在調(diào)整后不會立即產(chǎn)生讀取錯誤，由于隨著時間不時的溫度變化或者類似的，而導(dǎo)致的傳感器特性的微小變化而常常發(fā)生的讀取錯誤，這是不利的。應(yīng)當(dāng)注意到，像這樣的缺陷并不局限于磁性傳感器，且相似地存在于使用被證明具有良好線性度的光的傳感器，因為光學(xué)傳感器之間的信號接口在記錄在機器軌跡(absolute track)上的位間隙(bit pitches)變得更加窄時，上述缺陷傾向于發(fā)生得更加頻繁。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的絕對位置檢測器的一個優(yōu)點在于，記錄在一個機器軌跡上的碼可以被讀取得更加精確。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的絕對位置檢測器，其包括多個用于讀取記錄在機器軌跡上的位值的傳感器。一個來自讀取傳感器的輸出信號通過來自補償傳感器(compensation sensor)的輸出信號而被補償。該補償傳感器是所述多個傳感器中的一個，其位于距所述讀取傳感器距離在λ/2至3λ/2的范圍內(nèi)。在讀取一個讀取目標(biāo)位(target bit)時，所述讀取傳感器可以接受來自相鄰位的影響，這樣使得來自該讀取傳感器的輸出信號可以偏移指示位信息(bit information)的信號波形。在設(shè)置于絕對位置檢測器內(nèi)的一個位值確定電路(bit valuedetermination circuit)內(nèi)，來自所述讀取傳感器的輸出信號基于來自所述補償器的輸出信號被校正。換句話說，所述讀取傳感器的輸出信號被校正為與指示所述位信息極其相似的信號波形。利用該裝置，絕對位置傳感器可以避免位讀取錯誤，因此能執(zhí)行更精確地碼讀取的任務(wù)。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的絕對位置檢測器，其包括用于讀取記錄在機器軌跡上的位值(bit values)的多個傳感器，且基于來自該多個傳感器輸出信號之和(sum)提高讀取傳感器的輸出信號。在讀取一個讀取目標(biāo)位(read target bit)時，讀取傳感器能接受來自相鄰位的影響，這樣使得來自所述讀取傳感器的輸出信號可以偏移于指示位信息的信號波形。在設(shè)置于絕對位置檢測器內(nèi)的位值確定電路(bit valuedetermination circuit)內(nèi)，來自所述讀取傳感器的輸出信號基于來自所述多個傳感器的輸出信號之和被提高。換句話說，所述讀取傳感器輸出信號被提高為與指示所述位信息極其相似的信號波形。利用該裝置，絕對位置傳感器可以避免位讀取錯誤，因此提高碼讀取的精確性。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的絕對位置檢測器，其包括用于讀取記錄在機器軌跡上的位值(bit values)的多個傳感器，以及用于讀取記錄在增量軌跡(incremental track)上的位值的增量傳感器(incrementalsensor)。在該絕對位置檢測器上，一個虛擬傳感器(virtual sensor)的輸出信號基于來自兩個選擇傳感器(two selected sensor)的輸出信號而被估計。該兩個選擇傳感器的輸出信號是獲取來自最靠近讀取目標(biāo)位的1位(one-bit)寬的中心位置的信號。在所述讀取目標(biāo)位的1位寬的中心位于兩個相鄰傳感器之間且該兩個傳感器中其中任意一個讀取所述讀取目標(biāo)位時，來自傳感器的輸出信號可以偏移于指示位信息的信號波形。在設(shè)置于絕對位置檢測器內(nèi)的位值確定電路(bitvalue determination circuit)內(nèi)，位于最靠近所述讀取目標(biāo)位1位寬的中心的兩傳感器基于來自所述增加傳感器的輸出信號而被選擇，并且一個虛擬傳感器輸出信號利用所述兩個選擇傳感器而被估計。換句話說，一個與指示所述位信息極其相似的信號波形利用所述兩個選擇傳感器而被估計。利用該裝置，絕對位置傳感器可以避免位讀取錯誤，因此能執(zhí)行更精確地碼讀取的任務(wù)。


圖1是顯示本發(fā)明絕對位置檢測器的二值化處理器33的作用過程的方塊圖。
圖2顯示補償器18作用過程的方塊圖。
圖3顯示在二值化處理器33內(nèi)的信號SB4的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
圖4顯示在二值化處理器33內(nèi)的信號CB2的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
圖5顯示本發(fā)明絕對位置檢測器的二值化處理器53的作用過程的方塊圖。
圖6顯示在二值化處理器53內(nèi)的信號SC4的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
圖7顯示在二值化處理器53內(nèi)的信號CC2的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
圖8顯示在補償器18用于二值化處理器53內(nèi)時信號CC2的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
圖9顯示本發(fā)明絕對位置檢測器的二值化處理器63的作用過程的方塊圖。
圖10顯示在二值化處理器63內(nèi)的信號U2的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
圖11顯示在補償器18用于二值化處理器63內(nèi)時信號U2的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
圖12顯示傳統(tǒng)的機器編碼器和其中的位置檢測器的圖。
圖13是用于解釋通過一個微理器13來執(zhí)行的傳統(tǒng)軟件處理操作的方塊圖。
圖14是用于解釋在傳統(tǒng)絕對位置檢測器內(nèi)的二值化處理器的14的作用過程的方塊圖。
圖15顯示傳統(tǒng)的消除偏移后獲取的傳感器信號SA4的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
圖16顯示從傳統(tǒng)二值化處理器14輸出的信號C2的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。
具體實施例方式
參閱附圖，本發(fā)明的實施例將在下面描述。
根據(jù)本發(fā)明的絕對位置監(jiān)測器的整體結(jié)構(gòu)基本上與圖12中所示的傳統(tǒng)裝置的整體結(jié)構(gòu)相似。本實施例的特征涉及二值化處理器的結(jié)構(gòu)。顯示于圖1中的二值化處理器33替換了傳統(tǒng)二值化處理器14，使用在了第一實施例中。圖1是顯示根據(jù)本實施例的二值化處理器33結(jié)構(gòu)的方塊圖。在圖1中，與圖14中二值化處理器14具備相同功能的部件被標(biāo)識為同樣的參考數(shù)字，且這些部件的解釋下面將不再重復(fù)。圖2顯示補償器18工作過程的方塊圖。
在圖1中，通過在減法器27，28內(nèi)消除掉偏移而獲取的傳感器信號SAn-2，SAn-1，SAn，SAn+1，SAn+2以及SAn+3被輸入進補償器18。在補償器18內(nèi)，如圖2中所示，利用存儲在存儲裝置(memory device)34，36，38，乘法器40，42，44以及減法器46內(nèi)的值執(zhí)行等式(1)的運算，同時利用存儲在存儲裝置35，37，39，乘法器41，43，45以及減法器47內(nèi)的值執(zhí)行等式(2)的運算。
SBn＝1.5×SAn-0.5×SAn-2-0.25×SAn+2(1)SBn+1＝1.5×SAn+1-0.5×SAn-1-0.25×SAn+3(2)選擇器31根據(jù)8位數(shù)值PL的最顯著位(MSB)是1還是0，選擇SBn和SBn+1中的一個數(shù)值，并且輸出選擇的數(shù)值到補償器32。補償器32判斷該選擇的數(shù)值是比0大還是比0小，并且將判斷結(jié)果作為0或者1輸出。
圖3顯示通過利用補償器18的校正信號SA4而獲取到的信號SB4的轉(zhuǎn)動位置特性的圖。進一步，圖4顯示在選擇SB4或SB5其中之一后從選擇器31輸出的信號CB2的轉(zhuǎn)動位置特性圖。通過這些圖可以理解，通過利用補償器18，與圖15和圖16中的圖相比較，信號特性已經(jīng)大大提高了。利用圖14顯示的結(jié)構(gòu)獲取的用于機器編碼器的傳感器輸出信號具有不僅受到在讀取目標(biāo)位傳感器信號的變化的影響、而且還受到位于相鄰于讀取目標(biāo)位兩側(cè)的傳感器的影響的性質(zhì)。特別地，當(dāng)讀取目標(biāo)位的值不同于相鄰位的值，對應(yīng)于讀取目標(biāo)位的傳感器輸出值趨向于漂移向相鄰位的值。換句話說，圖12的機器編碼器的傳感器信號Sn變?yōu)槠葡驅(qū)?yīng)于靠近所述讀取目標(biāo)位兩位置的輸出信號SAn-2和SAn+2水平的信號。由于該特性，通過將常值系數(shù)乘以信號SAn-2和SAn+2，然后從SAn的值中減去獲取的結(jié)果，這能有效地補償由于相鄰于讀取目標(biāo)位的影響而產(chǎn)生的漂移。當(dāng)讀取傳感器的輸出值通過使用位于距該讀取傳感器(位于最靠近1位寬的中心的讀取目標(biāo)位的傳感器，且其輸出信號即將被校正)距離等于λ的用于補償?shù)膫鞲衅鞯妮敵鲋刀恍Ｕ龝r，該補償是最有效的，其中λ是指記錄在機器軌跡上的一位對應(yīng)的間距(pitch)。盡管如此，即使當(dāng)補償傳感器之間相距的距離不等于λ，只要距離補償傳感器到讀取傳感器之間的距離在λ/2至3λ/2的范圍內(nèi)，校正效果可以達到。分別地，設(shè)定Sp是指從讀取傳感器輸出的信號同時Sq和Sr是指從位于兩側(cè)距離讀取傳感器λ的補償傳感器輸出的信號，等式(1)和(2)的信號校正運算通過下面的等式(3)來表示。
(a·Sp)-(b·Sq)-(c·Sr) (3)等式(3)中，關(guān)系a＞(b+c)永遠為真，因為信號Sp對應(yīng)于讀取目標(biāo)位，其相比于其它信號必須變得更大。進一步，當(dāng)傳感器之間的間距不大于3λ/2時，關(guān)于轉(zhuǎn)子的間隙的大小對于所有的傳感器來說大體上相等，這樣使得信號特性相對一致。相應(yīng)地，如等式(1)和(2)中所示，b＝c也可以為真。盡管如此，通過將因各自傳感器和轉(zhuǎn)子間隙的不同而導(dǎo)致的傳感器特性的不同考慮進來，并且根據(jù)間隙的尺寸比例設(shè)定系數(shù)a，b，c，從而進一步完成精確校正是可能的。
如前所述，二值化處理器33起的作用是決定基于來自位于最靠近讀取目標(biāo)位1位寬度的中心的讀取傳感器的輸出信號的讀取目標(biāo)位的值，以及從位于距離所述讀取傳感器從λ/2至3λ/2的距離范圍內(nèi)的補償傳感器輸出的信號。
圖5是解釋本發(fā)明的通過將根據(jù)本發(fā)明的一個二值化處理器53替換圖13中所述的絕對位置檢測器的二值化處理器14而設(shè)置另一個實施例的方塊圖。在圖5中，與圖14中二值化處理器14的具備相同功能的部件被標(biāo)識為同樣的參考數(shù)字，且這些部件的解釋下面將不再重復(fù)。
在圖5中，通過在減法器25，26，…30內(nèi)消除偏移而獲取的傳感器信號SA0，SA1，…SA23，被輸入進一個加法器51，且加法器51輸出作為這些信號之和的信號SG。乘法器52將信號SG乘以存儲在存儲裝置50的系數(shù)K，然后作為信號SK輸出獲取的結(jié)果。在圖5中的實施例中，處理過程中K＝1/24，這樣信號SK等于SA0，SA1，…SA23的平均值。消除偏移后獲取的每個傳感器信號SAn，SAn+1，信號SK在加法器48，49內(nèi)分別相加，然后相加的結(jié)果作為信號SCn，SCn+1輸出。選擇器31根據(jù)最顯著位的8位數(shù)值PL是1或0，來選擇信號SCn和SCn+1其中之一，然后輸出選擇信號至比較器32。該比較器32判斷選擇信號比0大還是比0小，然后將判斷結(jié)果作為0或1中的一個輸出。
圖6中顯示通過將信號SK加于信號SA4而獲取到的信號SC4的轉(zhuǎn)動位置特性圖。進一步，圖7顯示選擇器31選擇信號SC4或信號SC5之后獲取到的信號CC4的轉(zhuǎn)動位置特性圖。從圖6和圖7可以理解，通過增加與傳感器信號之和成比例的值至單獨的傳感器信號，信號特性與圖15和圖16圖中的信號特性相比提高了。在具有如圖14中所示的結(jié)構(gòu)的機器編碼器中，所有的傳感器信號輸出水平具有這樣的傾向，即在讀出碼包括很多“1”時該傳感器信號輸出水平變低，而當(dāng)讀出傳感器包括很多“0”時，該傳感器信號輸出水平變高。相應(yīng)地，通過增加與多個傳感器信號之和成比例的數(shù)值至讀取傳感器的輸出值，二值化處理器53能夠提高信號特性，更精確地指示位信息，如圖6和圖7中所示。
在圖5中的實施例中，在單獨的傳感器通過使用在偏移消除之后而獲取的傳感器輸出之和成比例的值校正之后，應(yīng)該注意到，事實上，不考慮讀取目標(biāo)位的值，穿過位于傳感器組兩端的磁通由于轉(zhuǎn)子曲率的影響較弱。相應(yīng)地，取代來自所有傳感器的輸出信號之和，通過選擇性地使用來自至少位于在N·λ或者靠近傳感器組中心內(nèi)的區(qū)域內(nèi)的輸出信號之和，用于校正單獨的傳感器信號，可能達到更好的特性，其中，λ是指通過記錄在機器軌跡上的一位所需的間隙，N是指用于識別絕對位置所需的最小位。進一步，圖8顯示CC2信號的轉(zhuǎn)動位置特性，該信號是在圖2中所示的補償器18直接地在選擇器31之前被應(yīng)用的情況下獲取的。比較圖8和圖4及圖7的圖可以理解，通過結(jié)合兩種類型的信號處理過程與僅使用其中一種信號處理相比較，信號特性能夠進一步地提高。
如前所述，二值化處理處理器53起的作用是基于讀取傳感器的輸出信號以及多個傳感器輸出信號之和，決定讀取目標(biāo)位的值。
圖9是通過使用依據(jù)本發(fā)明的二值化處理器63替換圖13中所描述的絕對位置檢測器的二值化處理器14而配置的本發(fā)明的另一實施例的方塊圖。在圖9中，與圖14中二值化處理器14的具備相同功能的部件被標(biāo)識為同樣的參考數(shù)字，且這些部件的解釋下面將不再重復(fù)。
在圖9，通過在減法器26，27，28和29內(nèi)消除偏移而獲取的傳感器信號SAn-1，SAn，SAn+1和SAn+2在乘法器內(nèi)分別乘以函數(shù)L(PL)，M(PL)，N(PL)以及R(PL)得到的值。函數(shù)L(PL)，M(PL)，N(PL)以及R(PL)分別是下面等式(4)，(5)，(6)和(7)所表達的運算，其中，每一等式中都有8位數(shù)值PL作為輸入變量，PL是指轉(zhuǎn)動軸1在1/180轉(zhuǎn)動內(nèi)的絕對位置。信號SLm，SMm，SNm和SRm作為乘法運算的結(jié)果被輸出。
L(PL)＝0當(dāng)PL＜192時；L(PL)＝(PL-192)/128當(dāng)PL≥192時(4)
M(PL)＝0當(dāng)PL＜64時；M(PL)＝(PL-64)/128當(dāng)64≤PL＜192時；M(PL)＝(320-PL)/128當(dāng)PL≥192時 (5)N(PL)＝(PL+64)/128當(dāng)PL＜64時；N(PL)＝(192-PL)/128當(dāng)64≤PL＜192時；N(PL)＝0當(dāng)PL≥192時 (6)R(PL)＝(64-PL)/128當(dāng)PL＜64時；R(PL)＝0當(dāng)PL≥64 (7)乘法運算之后得到的四個值SLm，SNm和SRm加到加法器62內(nèi)的單一值，然后作為信號Um輸出。比較器32判斷該信號Um比0小還是大，然后將判斷結(jié)果作為0或1輸出。
圖10顯示從加法器62輸出的轉(zhuǎn)動位置特性圖。消除如在圖16中的g段所示特性衰退(characteristic degradations)之后，可以看到，信號特性被提高。根據(jù)是用在位于最靠近讀取目標(biāo)位的1位寬的中心的傳感器信號被選取的傳統(tǒng)的二值化處理器14中，在讀取目標(biāo)位的1位寬的中心位于兩相鄰傳感器的中點的時候，選擇兩傳感器其中任一個將會產(chǎn)生關(guān)于理想傳感器值的相對大的誤差，導(dǎo)致如圖16中g(shù)段顯示的信號特性衰退。相比之下，在圖9中的二值化處理器63內(nèi)，通過使用等式(4)，(5)，(6)，(7)以及乘法器58，59，60，61提供的功能，以使得用于4段的4個功能值中的2個根據(jù)PL值總為0而分開，來自最靠近讀取目標(biāo)位1位寬的中心的兩個傳感器的信號被選擇。進一步，兩選擇傳感器信號的每一個被乘以一個系數(shù)，該系數(shù)根據(jù)距讀取目標(biāo)位1位寬的中心的距離(PL)以及在加法器62內(nèi)乘法運算的結(jié)果之和而不同，并且乘積的結(jié)果在加法器62內(nèi)計算和。通過這種方式，利用兩傳感器的信號輸出執(zhí)行插補運算(interpolationcalculation)，以獲得來自讀取目標(biāo)1位寬的中心的虛擬傳感器輸出信號。因此，避免傳統(tǒng)方法中選擇兩個信號其中之一的缺點并且用更高的精度確定讀取目標(biāo)位的值是可能的。進一步，圖11顯示在信號SAn-1，SAn，SAn+1和SAn+2穿過圖2中的補償器18之后作為信號輸入進二值化處理器63內(nèi)的乘法器58，59，60，61的情況下，得到的信號U2的轉(zhuǎn)動位置特性圖。比較圖11及圖4和圖10的圖可以理解，通過結(jié)合兩種類型的信號處理過程與僅使用其中一種信號處理相比較，信號特性能夠進一步地提高。
盡管上述實施例是關(guān)于是接受偏移消除之后而進行信號處理的信號的情形，二值化可以通過將不進行偏移校正而接受信號處理的信號與偏移值相比較而執(zhí)行。進一步，盡管上面描述的實施例中，來自讀取目標(biāo)位1位寬的中心的虛擬傳感器信號基于穿過補償器的信號而獲取，首先獲取用于每讀取目標(biāo)位的虛擬傳感器信號，并且隨后通過補償器校正該虛擬傳感器信號，這也是可能的。除此之外，本發(fā)明的信號處理可以執(zhí)行除本發(fā)明外的關(guān)于接受信號處理的傳感器信號。
盡管上述實施例描述的是關(guān)于利用原理的轉(zhuǎn)動機器編碼器，但本發(fā)明并不局限于這樣的結(jié)構(gòu)，也能夠應(yīng)用于其它的像光學(xué)機器編碼器和線性位置編碼器這樣的其它編碼器。進一步，盡管在上述實施例中機器軌跡設(shè)置于可活動的部件上，且傳感器設(shè)置于固定部件上，使用其它的結(jié)構(gòu)是可能的，像這樣的，比如機器軌跡設(shè)置于固定部件而傳感器設(shè)置于活動部件顛倒的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種絕對位置檢測器，用于檢測相對固定部件放置的移動的活動部件的絕對位置，其中所述固定部件和所述活動部件其中之一包括具有由在位間隙λ記錄的二進制數(shù)碼構(gòu)成的數(shù)字序列圖的機器軌跡，該圖根據(jù)讀取的位置形成不同的連續(xù)的N位碼；所述固定部件和所述活動部件中的另一個部件包括多個放置于相對該機器軌跡用于讀取至少N個連續(xù)位的傳感器；以及絕對位置檢測器，包括位值確定電路，其基于來自位于最靠近讀取目標(biāo)位的1位寬的中心的讀取傳感器的輸出信號，以及來自上述多個傳感器其中之一的位于距所述讀取傳感器距離為λ/2至3λ/2范圍內(nèi)的一個補償傳感器的輸出信號，確定讀取目標(biāo)位的位值。
2.如權(quán)利要求1所述的絕對位置檢測器，其中所述位值確定電路基于來自位于最靠近讀取目標(biāo)位的1位寬的中心的讀取傳感器的輸出信號，以及來自距所述讀取傳感器兩側(cè)距離為λ的補償傳感器的輸出信號，確定讀取目標(biāo)位的位值；以及該讀取目標(biāo)位值通過算式(a·Sp)-(b·Sq)-(c·Sr)確定，其中a＞(b+c)，式中，Sp是指來自所述讀取傳感器的輸出信號，以及Sq和Sr是指來自所述補償傳感器的輸出信號。
3.一種絕對位置檢測器，用于檢測相對固定部件放置的移動的活動部件的絕對位置，其中所述固定部件和所述活動部件其中之一包括具有由在位間隙λ記錄的二進制數(shù)碼構(gòu)成的數(shù)字序列圖的機器軌跡，該圖根據(jù)讀取的位置形成不同的連續(xù)的N位碼；所述固定部件和所述活動部件中的另一個部件包括多個放置于相對該機器軌跡用于讀取至少N個連續(xù)位的傳感器；以及絕對位置檢測器，包括位值確定電路，其基于來自位于最靠近讀取目標(biāo)位的1位寬的中心的讀取傳感器的輸出信號，以及多個傳感器的輸出信號之和，確定讀取目標(biāo)位的位值。
4.如權(quán)利要求3所述的絕對位置檢測器，其中所述位值確定電路基于來自位于最靠近讀取目標(biāo)位的1位寬的中心的讀取傳感器的輸出信號，以及位于區(qū)域N·λ或者更大區(qū)域內(nèi)的傳感器的輸出信號之和，確定讀取目標(biāo)位的位值；以及該讀取目標(biāo)位值通過增加來自所述讀取傳感器的輸出信號以及來自位于區(qū)域N·λ或者更大區(qū)域內(nèi)傳感器的平均值確定。
5.一種絕對位置檢測器，用于檢測相對固定部件放置的移動的活動部件的絕對位置，其中所述固定部件和所述活動部件其中之一包括具有由在位間隙λ記錄的二進制數(shù)碼構(gòu)成的數(shù)字序列圖的機器軌跡，該圖根據(jù)讀取的位置形成不同的連續(xù)的N位碼，該所述固定部件和所述活動部件其中之一還包括一個增加軌跡，其上記錄有在所述位間隙λ整數(shù)倍的一周內(nèi)重復(fù)的圖；所述固定部件和所述活動部件中的另一個部件包括多個放置于相對該機器軌跡用于讀取至少N個連續(xù)位的傳感器；以及一個放置于相對的用于讀取所述位間隙λ內(nèi)的絕對位置的所述增加軌跡的增加傳感器；所述絕對位置檢測器包括用于選擇來自最靠近讀取目標(biāo)位1位寬的中心或取得兩個傳感器信號的傳感器選擇器，上述選擇是基于通過獲取自所述增加傳感器的輸出信號在位間隙λ內(nèi)的絕對位置信息作出的；以及所述絕對位置檢測器還包括位值確定電路，其通過基于兩個選擇器信號估計來自所述讀取目標(biāo)位的1位寬的中心的虛擬傳感器輸出信號，以確定所述讀取目標(biāo)位的位值。
6.一種如權(quán)利要求5所述的絕對位置檢測器，其中所述位值確定電路基于兩個選擇傳感器信號以及獲取自所述增加傳感器的位間隙λ內(nèi)的絕對位置信息，確定讀取目標(biāo)位的位值；以及該讀取目標(biāo)位值基于插補運算確定，在該插值運算中，兩個選擇傳感器信號乘以一個根據(jù)絕對位置信息而改變的系數(shù)，并且計算乘法結(jié)果之和。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于精確地讀取記錄在機器軌跡上的碼的絕對位置檢測器。來自讀取記錄在機器軌跡上的碼的傳感器的輸出信號輸入二值化處理器。在二值化處理器內(nèi)設(shè)置的補償器的作用是基于來自最靠近讀取目標(biāo)位1位寬的中心的讀取傳感器的輸出信號，以及來自距該讀取傳感器距離在λ/2至3λ/2范圍內(nèi)的補償傳感器的輸出信號，校正并且確定所述讀取目標(biāo)位的值。
文檔編號G01B7/16GK1975338SQ200610160519
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者林康一 申請人:大隈株式會社