1.1 研究背景與動機
在現今機械製造工業中，無論是半導體產業或工具機產業等，都已進入微米 甚至奈米製程或加工的等級，因此位置控制系統也因產業自動化及精微化需求增 加而日益重要；在面對未來的全球化及客製化等發展趨勢中，精密製造技術更是 發展重點，而其中一項重點技術即為編碼器，因此其尺寸、精確度、解析度及靈 敏度等要求也越來越高，但是目前台灣鮮少自製之高解析度之編碼器，在科技與 經濟之發展角度皆有大不利；以台灣工具機發展為例：台灣雖為全球工具機出產 大國之一，但是不論是精確度、效率、穩定性及品質，都與德國和日本等領導品 牌相差甚遠，僅能以平價機種出口，或其中重要零組件直接向德國或日本購買，
使得成本無法降低，最終導致總產值不如預期。有鑑於此，本研究希望能夠透過 提高技術水準，促使產品價值提高二至三倍，藉此擺脫低價競爭之局面，創造更 多的利潤空間。而用來做位置控制系統之重要零組件－編碼器，目前大多仰賴國 外進口，我們希望能以此缺口突破，並以研發自製編碼器，提升台灣機械製造工 業的全球競爭力。
圖 1.1-1 主要生產工具機國家的國際性佈局
資料來源：機械振興協會經濟研究所、日本工具機產業[1]
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1.2 研究目的及方法
目前絕對式線性光學尺的編碼原理大多使用格雷碼[2]，此編碼是在西元 1940 年由貝爾實驗室 Frank Gray 所提出，其相鄰兩數間只有一個位元數的變化，
能降低傳送訊號時出現錯誤。但格雷碼的編碼尺寸必須因編碼長度增加而增大，
因此在解析度要求越來越高時，此種編碼方式則會違背元件微型化之趨勢。為此，
本論文研究改善一種新的編碼方式，目的是能夠在相同元件尺寸下有更多的編碼 位置，即解析度得以提升，亦能用於長距離之應用。本論文最後會將此編碼透過 撰寫影像分析程式加以實現。
本研究主要分為三大部分，首先是絕對式光學尺的編碼，以參考幾種編碼方 式，包括：二進位碼、格雷碼⋯等文獻，將參考歷年來編碼之優點及改善缺點之 構想研發新型絕對式編碼；第二，架設光學量測架構，本研究架設一反射式光學 尺量測架構，以自動控制平台移動光學尺，並由自動控制平台(HIWIN KK40)上 內建光學尺做位置監測，另外，光偵測器則使用1/4”彩色互補式金屬氧化物半導 體(以下簡稱為 CMOS)；最後，影像資料由光偵測器擷取後，輸入至電腦，利用 美商國家儀器(National Instruments)所開發之系統設計軟體 Labview 撰寫影像處 理與分析之程式，以實現本研究之絕對式線性光學尺。下圖 1.2-1 為研究流程圖：
圖 1.2-1 研究流程圖
1.3 研究方法
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1.4 論文架構
本論文共分為六個章節，各章節簡介如下：
第二章會先對編碼器作簡介及分類，再來針對絕對式編碼的文獻回顧，最後 探討各種不同形式之絕對式編碼，並說明優、缺點及可改進的方式。
第三章為本研究的編碼及量測原理，編碼原理為多灰階編碼，在第二節會說 明灰階編碼的擴張原理的說明及偵錯、容錯的方式。第三節為光學量測原理，此 節主要介紹影像擷取及分析。
第四章介紹本研究之實驗架構，前兩節為本實驗使用之儀器規格及程式流程 說明，最後提出本實驗架構之限制條件，計算得出本實驗設定之灰階數量。
第五章為實驗結果與討論，根據第四章計算出的灰階數量設計兩組多進制之 灰階編碼，一為僅透過多條紋區塊之量測方式之五進制灰階編碼；另一為利用多 灰階條紋及多條紋區塊量測方式而得之九進制灰階編碼之量測結果。最後分析實 驗結果，並提出待改進之問題點。
第六章為本論文之結論與未來展望。
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