KR100259370B1

KR100259370B1 - 광학식 샤프트 인코더

Info

Publication number: KR100259370B1
Application number: KR1019970002902A
Authority: KR
Inventors: 배병우
Original assignee: 이민화; 주식회사메디슨
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2000-06-15
Also published as: KR19980067053A

Abstract

본 발명은 회전 디스크의 외주면에 폭과 간격을 차별화시킨 홈을 형성함으로써, 회전 디스크의 제작이 용이하고 또한 차별화된 홈의 폭과 간격에 의해 회전 디스크의 특정 위치를 원주상의 원하는 위치에 정확하고 빠르게 위치시킬 수 있도록 하는 광학식 샤프트 인코더에 관한 것으로서, 다수의 홈(1,2)이 외주면에 형성되되, 상기 다수의 홈 중 하나는 다른 폭의 홈(2)으로, 나머지는 동일한 폭의 홈(1)으로 형성된 회전 디스크(21); 상기 홈(1,2)를 통과한 광을 감지하는 광센서(25); 상기 광센서(25)에서 출력되는 전기적인 신호를 정형화시키는 슈미트 트리거 회로(26); 상기 슈미트 트리거 회로(26)의 출력 펄스의 상태를 유지하는 플립플롭(30); 상기 플립플롭(30)의 출력신호가 일정한 상태일 동안 발진기(40)의 클럭을 카운트하는 카운터(27); 상기 회전 디스크(21)의 회전축을 구동하는 구동부(50); 및 상기 카운터(27)의 카운트 값으로부터 상기 회전 디스크(21)의 기준위치를 검출하고 상기 플립플롭(30)의 상태변화 횟수로부터 상기 회전 디스크(21)의 특정위치를 판단함으로써, 상기 구동부(50)를 제어하는 제어부(28)를 포함하여 구성되어, 그 제조방법이 간단하여 공정시간과 비용이 적게 드는 것은 물론, 기준위치 검출을 위한 별도의 디스크 및/또는 광센서 회로가 추가되지 않아 하드웨어의 구현이 용이하면서도 회전상의 위치검출도 가능한 매우 유용한 발명이다.

Description

광학식 샤프트 인코더

본 발명은 광학식 샤프트 인코더(shaft encoder)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전 디스크의 외주면에 폭과 간격을 차별화시킨 홈을 형성함으로써, 회전 디스크의 제작이 용이하고 또한 차별화된 홈의 폭과 간격에 의해 회전 디스크의 특정 위치를 원주상의 원하는 위치에 정확하고 빠르게 위치시킬 수 있도록 하는 광학식 샤프트 인코더에 관한 것이다.

종래의 광학식 샤프트 인코더의 회전 디스크는 도1에 도시된 것과 같이, 광이 통과하는 관통 구멍(21a)이 회전 디스크(21)의 내부에 일정한 폭과 일정한 간격으로 형성되어 있었고, 이를 이용한 회전축(22)의 회전량 제어(각거리 제어)를 위한 제어장치는 도2에서와 같이, 상기 회전축(22)을 회전시키는 스테핑 모터(51); 광을 발하는 LED소자(10); 상기 회전 디스크(21)상의 관통 구멍(21a)을 통과하는 상기 LED소자(10)의 광을 집중시키는 고정 디스크(24); 상기 고정 디스크(24)를 통과하는 광을 감지하는 광센서(25); 상기 광센서(25)에 의한 전기적 출력신호를 정형화시키는 슈미트 트리거 회로(26); 상기 정형화된 신호를 펄스 입력으로 하여 입력되는 펄스 수를 카운트 하는 카운터(27); 상기 카운트된 값을 판독하고 그 값에 따라 상기 스테핑 모터(51)를 구동하는 구동부(50)를 제어하는 제어부(28); 를 포함하여 구성되어 있었고, 상기 제어장치에서는 다음과 같은 방법에 따라 상기 회전축(22)의 회전량(각 거리)이 제어되게 된다.

먼저, 상기 제어부(28)는 상기 회전 디스크(21) 상에 형성된 관통 구멍(21a)간의 각 거리(360/n, n은 관통 구멍(21a)의 수)를 알고 있게 된다. 따라서 상기 제어부(28)가 상기 회전 디스크(21)를 필요한 각 거리만큼 회전시키고자 하는 경우에는 먼저 상기 구동부(40)를 제어하여 스테핑 모터(51)를 구동시키게 되고 이에 따라 상기 회전축(22)은 회전하게 된다. 상기 회전축(22)이 회전하게 되면 상기 회전축(22)과 고정 결합된 상기 회전 디스크(21)도 회전하게 되는데, 상기 회전 디스크(21)가 회전하는 동안 상기 LED소자(10)의 아래에 관통 구멍(21a)이 위치하게 되면 상기 LED소자(10)로부터 방출된 광이 상기 고정 디스크(24)에 의해 집중되어 상기 광센서(25)에 입력된다. 따라서 상기 광센서(25)는 도통하게 되어 그 출력상태가 변하게 되는데, 이 변화되는 신호는 다시 상기 슈미트 트리거 회로(26)에 입력되어 상승 에지(edge)(또는 하강 에지)가 분명하게 형성되게 된다. 상기 슈미트 트리거 회로(26)에 의해 에지가 정형화된 신호는 상기 카운터(27)에 펄스로 입력되어 카운트된다. 이와 같은 카운트과정이 진행되고 있는 동안 상기 제어부(28)는 상기 카운터(27)의 카운터 값을 판독하면서 원하는 각 거리에 해당하는 펄스 수만큼 입력되었으면 상기 구동부(50)를 통해 상기 스테핑 모터(51)를 제어하여 상기 회전축(22)의 구동을 중지시키게 된다.

그러나, 상기와 같이 구동된 회전 디스크 및 이를 이용한 회전량 제어방법을 이용하고자 하는 경우에는, 상기 관통 구멍(21a)을 상기 회전 디스크(21)의 내부에 일정한 간격으로 형성하여야 하므로 그 제작 과정이 어려울 뿐만 아니라, 상기 관통 구멍(21a)의 폭을 동일하게 형성하고 상기 관통 구멍(21a)을 통과한 광에 의해 발생하는 펄스의 수만을 카운트하므로써, 단지 이동한 각 거리만을 검출할 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 기준 위치를 위한 별도의 관통 구멍을 형성한 회전 디스크가 제작되기도 했으나, 이와 같은 회전 디스크를 이용하고자 하는 경우에는 부가적인 광센서 회로가 별도로 필요하게 되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 외주면에 홈을 형성하므로써, 구조가 간단하여 제조 비용이 적게 들며, 회전상의 특정 위치를 검출할 수 있도록 하는 광학식 샤프트 인코더의 회전 디스크를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 단일의 회전 디스크를 이용하여 기준위치 및 원하는 특정 회전위치를 검출하도록 된 광학식 샤프트 인코더를 제공하는데 있는 것이다.

도1은 종래의 광학식 샤프트 인코더의 회전 디스크의 평면도.

도2는 회전 디스크를 포함하는 일반적인 광학식 샤프트 인코더의 구성도.

도3은 본 발명에 따른 광학식 샤프트 인코더의 회전 디스크의 평면도.

도4는 도3의 회전 디스크를 이용한 본 발명에 따른 광학식 샤프트 인코더의 구성도.

도5는 도4의 동작을 설명하기 위한 흐름도.

도6은 도4에 도시한 광학식 샤프트 인코더의 주요 부분별 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 좁은 홈 2 : 넓은 홈

10 : LED소자 21 : 회전 디스크

21a : 관통 구멍 22 : 회전축

24 : 고정 디스크 25 : 광센서(photo cell)

26 : 슈미트 트리거 회로 27 : 카운터

28 : 제어부 30 : 플립플롭

40 : 발진기 50 : 구동부

51 : 스테핑 모터(stepping motor)

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 광학식 샤프트 인코더의 회전 디스크는, 다수의 홈을 외주면에 형성한 것과, 상기 다수 중 하나는 다른 홈과 상이한 폭을 갖도록 형성된 것에 특징이 있는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 광학식 샤프트 인코더는, 다수의 홈이 외주면에 형성되되, 상기 다수의 홈 중 하나는 다른 폭을, 나머지는 동일한 폭을 갖도록 형성된 상기 회전 디스크; 상기 홈을 통과한 광을 감지하는 광감지수단, 상기 광감지부에서 출력되는 전기적인 신호를 정형화하는 신호 정형화수단; 상기 정형화된 펄스 신호의 상태를 유지하는 신호 유지수단; 일정한 클럭 신호를 발생하는 발진수단; 상기 신호 유지부의 출력신호가 일정한 상태일 동안 상기 발진부의 클럭을 카운트하는 카운터; 상기 회전 디스크의 회전축을 구동하는 구동수단; 및 상기 구동부의 구동을 제어하되, 상기 카운터의 카운터 값에 의거하여 상기 회전디스크의 기준위치를 검출하고, 상기 신호 유지부의 상태변화 횟수에 의거하여 상기 회전 디스크의 특정 위치를 판단하는 제어수단을 포함하여 구성되며, 특히 상기 기준위치의 검출은 펄스신호중 상이한 폭을 갖는 신호를 검출함으로써 이루어진다.

상기와 같이 본 발명에 따른 회전 디스크 및 이를 이용한 광학식 샤프트 인코더는, 상기 회전 디스크가 회전하면 외주면에 형성된 홈을 통하여 광이 통과되고 이에 따라 전기적 신호인 펄스가 출력하게 되는데, 이 출력되는 펄스신호 중 그 펄스 폭이 상이한 신호가 입력될 때까지, 상기 회전 디스크를 계속 회전시키고, 펄스 폭이 상이한 신호가 입력되면, 이를 기준위치로 인식하고 이 때부터, 입력되는 펄스의 수를 카운트하게 된다. 회전 디스크 상에 형성된 홈 중 그 폭이 상이한 홈을 제외한 나머지는 원하는 임의의 위치에 형성되기 때문에, 그 펄스의 수가 곧 원하는 위치가 되므로 원하는 펄스의 수만큼 입력되면 상기 회전 디스크의 구동을 중단 시키게 됨으로써, 회전상의 원하는 위치로 이동하게 되는 것이다.

이 후의 회전위치 이동은 현재의 위치로부터 상대적으로 이동(펄스 수에 따라)하면 되고 상기의 기준위치 탐색은 현재 회전상의 위치를 알지 못하는 상태하에서 수행되게 된다.

이하, 본 발명에 따른 회전 디스크 및 이를 이용한 광학식 샤프트 인코더에 대한 바람직한 일 실시예의 구성과 동작에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 광학식 샤프트 인코더의 회전 디스크(21)의 평면도로서, 원하는 위치마다 동일한 폭으로 형성된 좁은 홈(1)과 기준위치로 사용하기 위해 상기 좁은 홈(1)보다 폭이 넓게 형성된 넓은 홈(2)이 상기 회전 디스크(21)의 외주면에 형성되어 있다.

도4는 상기 회전 디스크(21)를 이용하여 회전상의 위치를 제어하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 샤프트 인코더의 구성을 도시한 것으로서, 상기 홈(1,2)를 통과한 광을 감지하는 광센서(25); 상기 광센서(25)에서 출력되는 전기적인 신호를 정형화시키는 슈미트 트리거 회로(26); 상기 슈미트 트리거 회로(26)의 출력 펄스의 상태를 유지하는 플립플롭(30); 상기 플립플롭(30)의 출력신호가 일정한 상태일 동안 발진기(40)의 클럭을 카운트하는 카운터(27); 상기 회전 디스크(21)의 회전축을 구동하는 구동부(50); 및 상기 카운터(27)의 카운트 값으로부터 상기 회전 디스크(21)의 기준위치를 검출하고 상기 플립플롭(30)의 상태변화 횟수로부터 상기 회전 디스크(21)의 특정 위치를 판단함으로써, 상기 구동부(50)를 제어하는 제어부(28)를 포함하여 구성된다.

도5는 도4와 같이 구성된 광학식 샤프트 인코더에 의해 구현되는, 도3의 상기 회전 디스크(21)를 이용한 회전위치 제어방법의 흐름도로서, 이하에서는 도4의 구서도를 참고하여 도5의 회전위치 제어방법을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 상기 회전 디스크(21)를 이용하여 상기와 같이 구성된 광학식 샤프트 인코더 및 이에 의해 구현되는 회전위치 제어방법에서는, 시작시(S1) 상기 제어부(28)가 상기 구동부(50)를 제어하여 상기 스테핑 모터(51)를 구동시켜 회전축(22)을 회전시키게 된다.(S2) 회전하는 상기 회전 디스크(21)의 외주 홈을 통과하는 광은 상기 광센서(25)에 의해 감지되는데, 상기 광센서(25)에 의해 감지된 광은 전기적인 신호로 변환되어 상기 슈미트 트리거 회로(26)를 거쳐 상기 플립프롭(30)의 출력단(Q)의 상태를 변화시켜 상기 카운터(27)를 리세트(reset) 상태에서 해제시킨다.

상기 카운터(27)가 리세트 상태에서 해제되면 도6의 ㉣에 도시된 바와 같이 상기 발진기(40)에서 발진된 클럭신호가 카운트되는데, 상기 제어부(28)는 상기 카운터(27)의 카운트 값을 판독하면서(S3) 그 값이 일정값 이상인지를 판단하게 된다.(S4) 판독된 카운트 값이 일정값 이상이면, 지금 현재 광이 통과하고 있는 홈이 넓은 홈(2)인 기준위치인 것으로 인식하고 현재 위치를 나타내는 위치 변수값을 0으로 초기화시킨다.(S10)

상기와 같이, 기준위치가 검출되면 이후에 감지되는 광에 의한 펄스신호는 상기 플립플롭(30)에 입력되고 이는 곧 클럭에 의해 출력단에 출력된다. 상기 제어부(28)는 상기 플립플롭(30)의 출력상태가 논리0에서 논리1의 상태로 변할 때마다(S11) 상기 위치변수값을 하나씩 증가시키면서 상기 회전 디스크(21)의 홈(1)의 위치와 동일하게 갱신시킨다.(S12) 이와 같은 동작에 의해 상기 회전 디스크(21)의 위치를 추적하는 도중 원하는 위치(원하는 위치에 상응하는 위치변수값)가 되었는지를 확인하고, (S13) 만약 원하는 위치가 되었다면 상기 구동부(50)를 제어하여 상기 스테핑 모터(51)의 구동을 중지시켜(S20)상기 회전 디스크(21) 상의 원하는 위치에서 이 후의 지정된 동작을 수행하게 된다.

만약, 상기 위치 확인단계(S13)에서 원하는 위치가 아닌 경우에는 상기 광센서(25)의 출력신호를 계속 검출하고(S11) 그에 따라 위치변수값을 조정하는(S12) 동작을 반복적으로 수행한다. 이 때 펄스의 검출오류로 인해 상기의 원하는 위치의 확인과정이 무한히 반복적으로 이루어지는 것을 방지하기 위해 원하는 위치가 아닌 경우에는 전체 홈의 수와 현재 위치변수값을 비교하여 (S14) 현재 위치변수값이 더 큰 경우에는 앞서 설명한 기준위치 검출단계(S2, S3, …)로 복귀시켜 검출오류과정을 벗어나도록 한다.

상기 제어부(28)는 현재의 위치에서 원하는 동작을 수행한 후 상기 회전 디스크(21)를 다시 구동시키고 상기 플립플롭(30)을 통한 펄스 입력시 마다 현재의 위치변수값을 조정하게 되는데, 정방향의 경우에는 1씩 증가시키고 역방향의 경우에는 1씩 감소시키게 되어, 상기의 기준위치를 재검출하는 과정없이, 워하는 다음 위치에 해당하는 값과 현재 위치변수값의 차이를 홈(1)수만큼 이동시킴으로써 원하는 위치를 계속적으로 찾아가게 되는 것이다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 광학식 샤프트 인코더는, 회전 디스크의 제조 방법이 간단하여 공정시간과 비용이 적게 드는 것은 물론, 기준 위치 검출을 위한 별도의 디스크 및/또는 광센서 회로가 추가되지 않아 하드웨어의 구현이 용이하면서도 회전상의 위치검출도 가능한 매우 유용한 발명이다.

Claims

샤프트 인코더(shaft encoder)에 있어서, 다수의 홈이 외주면에 형성되되, 상기 다수의 홈 중 하나는 다른 폭을, 나머지는 동일한 폭을 갖도록 형성된 회전 디스크; 상기 홈을 통과한 광을 감지하는 광감지수단; 상기 광감지부에서 출력되는 전기적인 신호를 정형화하는 신호 정형화수단; 상기 정형화된 펄스 신호의 상태를 유지하는 신호 유지수단; 일정한 클럭 신호를 발생하는 발진수단; 상기 신호 유지부의 출력신호가 일정한 상태일 동안 상기 발진부의 클럭을 카운트하는 카운터; 상기 회전 디스크의 회전축을 구동하는 구동수단; 및 상기 구동부의 구동을 제어하되, 상기 카운터의 카운트 값에 의거하여 상기 회전 디스크의 기준위치를 검출하고, 상기 신호 유지부의 상태변화 횟수에 의거하여 상기 회전 디스크의 특정 위치를 판단하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학식 샤프트 인코더.