二轉五進制編碼結果

以全黑及全白兩種光柵條紋排列出 (2 − 1) × 4 + 1 共五種灰階的五進制灰 階編碼，圖 5.1-2 為以兩種灰階光柵條紋排列出來的絕對式編碼光柵尺，其總長

度( L )為 25.6 mm、總寬度( H )為 2.52 mm，光柵條紋長寬分別為 200、840 μm，

共有 5³＝125 個絕對位置，表 5.1-1 為三軌道五進制灰階編碼為部份的實際編碼。

圖 5.1-2 三軌道五進制灰階編碼尺

Track_3 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Track_2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 2 2 2 Track_1 2 3 4 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 4 3 2 1 0 0 1 2

表 5.1-1 三軌道五進制灰階之部分實際編碼

表 5.1-2 2/4/5 種光強度之所有條紋編碼 5.1.2 二轉五進制編碼量測結果

在擷取原始訊號時考慮到畫面更新率( fps )不會完全固定，因此程式內另設 一延遲時間，使得取樣時間( Sampling time, 𝑡𝑠 )固定。本研究因畫面更新率約為 30 fps，因此設定本研究的取樣時間 𝑡𝑠 = 0.1 秒，根據光柵條紋長度設定平台移 動速度為^{200 μm}

0.1 s = 2000 μm/s ，如此才能觀測到所有的碼位。量測結果可分為

第 S 階 2/4/5 種光強度之所有組合 十進制 備註

1 0000 0

0:反射率 0%

1:反射率 100%

2 0001 0010 0100 1000 1

3 0011 0101 0110 1001 1010 1100 2

4 0111 1011 1101 1110 3

5 1111 4

46

三個部分，橫軸皆為位移平台之移動位置，第一個是原始取樣數據(圖 5.1-3)，再 來是由原始訊號經過數值轉換的五階數位訊號(圖 5.1-4)，最後是絕對位置的輸出 (圖 5.1-5)。

0 5000 10000 15000 20000 25000

0

0 5000 10000 15000 20000 25000

0

0 5000 10000 15000 20000 25000 0

5000 10000 15000 20000 25000

Position (um)

X(um)

Position

圖 5.1-5 三軌道五進制之位置輸出訊號

5.1.3 三轉九進制編碼結果

以黑、灰、白三種光柵條紋排列出 (3 − 1) × 4 + 1 共九種灰階的九進制編 碼，圖 5.1-6 為以三種灰階光柵條紋排列出來的編碼尺，共可編出 9³＝729 個 絕對位置，其中因移動平台行程約為 36 mm，本研究僅取前 180 個絕對位置量 測，因此編碼尺總長度(L)為 40.6 mm、總寬度(H)為 2.52 mm，而光柵條紋長寬 分別為 200 及 840 μm，表 5.1-3 為三軌道九灰階編碼為部份的實際編碼。

圖 5.1-6 三軌道九進制灰階編碼尺

48

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0

50

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0

20000 40000

Position (um)

X

Position

圖 5.1-10 單組光偵測器長距離測量

51

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0

20000 40000

Position (um)

X

Position

圖 5.1-11 兩組光偵測器長距離測量

52

5.2 結果與討論

54

第六章 結論與未來展望

6.1 結論

本研究透過兩種方法將編碼單元擴張，包括多種反射率之光柵條紋及多條紋 量測機制，而任一種方法單獨使用即可達到多進制編碼的功能。在固定偵測範圍 及條紋長度下，可選擇增加不同反射率之光柵條紋作為編碼單元擴張的方法；若 考慮到光柵條紋製程的困難度，也可使用多條黑白光柵條紋的方式將編碼單元擴 張，而同時使用兩種方法則更能快速的提升編碼數量。

本研究透過上述兩種方法試作出五種灰階及九種灰階數值之多進位絕對式 編碼，以相較於傳統二元編碼較高的編碼效率成功編列出三軌道的絕對式編碼。

如三軌道二元編碼僅能編排出 2³ = 8 個絕對位置，而本研究提出之三軌道九進 位絕對式編碼則能編排出 9³ = 729 個連續的絕對位置，以更有效率的方式增加 編碼數量。

至此，本研究也以相較於其他文獻之更簡易的製作及量測方式達到多進制絕 對式編碼，如表 6.1-1 比較三種多進制編碼，其中是以編排出大於一萬個碼位的 目標為標準。本研究透過反射式光學架構結合影像分析的方式量測位置訊號，最 終測得三軌道五進制灰階編碼的位置準確率為 100 %，而三軌道九進制灰階編碼 排除正負一個位置的誤差問題，其位置準確率大約為 98 %。

表 6.1-1 多進制絕對式編碼比較表

6.2 未來展望

1. 透過研究像素尺寸與光柵條紋尺寸的關係、光柵條紋的製作以及影像處理等 方式減小毛誤差的部分，期望讓灰階間的差距更大，訊號更穩定。

2. 本研究利用不同反射率的光柵條紋當作編碼單位，理論上應設計一軌道完全 相同的光柵條紋作為整體編碼器之光強度的基準，但目前完全相同的光柵條 紋仍能測得約 8 個灰階值的系統誤差，因此需再探討其他量測方式降低系統 誤差，方能利用光強度基準點達到校正光源的功能。

3. 目前採用網片網印的方式製成灰階光柵條紋，因受限於網印線寬為 50 μm，

使得目前編碼解析度大於 50 μm。若改用其他灰階光柵製成方式，可望能提 升編碼解析度。

56

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