KR100451107B1 - 절대 엔코더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 주축과, 표면에 그 조합에 의해 측정 스케일을 구성하는 다수 트랙의 코드 시퀀스를 갖는 제 1 디스크의 축인 제 1 디스크축을 상기 주축의 회전수에 의존하며 상기 주축의 회전수 보다 큰 제 1 회전수로 회전시키는 제 1 기어 어셈블리와, 표면에 그 조합에 의해 측정 스케일을 구성하는 다수 트랙의 코드 시퀀스를 갖는 제 2 디스크의 축인 제 2 디스크축을 상기 주축의 회전수에 의존하며 상기 주축의 회전수 보다 작은 제 2 회전수로 회전시키도록 감속기 기어 어셈블리를 포함하는 제 2 기어 어셈블리로 이루어지고, 상기 주축의 특정 회전수에 대한, 상기 제 1 회전수 및 상기 제 2 회전수와, 상기 디스크들의 표면 위에 형성된 코드 시퀀스들이 발생시키는 매 디스크 회전 당 펄스수에 의해, 주축으로 전동된 회전량을 측정하는 절대 엔코더를 제공한다.

Description

절대 엔코더{Absolute Encoder}
본 발명은 절대 엔코더(Absolute Encoder)에 관한 것으로, 회전축의 회전위치를 절대위치로서 검출할 수 있는 절대 엔코더에 관한 것이다.
일반적으로, 엔코더는 코드화 방식에 따라, 인크리멘탈(incremental) 엔코더와 절대(absolute) 엔코더로 구분할 수 있는데, 인크리멘탈 엔코더는
회전축(shaft)의 회전각도에 따라 출력값이 구형파로 출력되어 그 출력 펄스수를 변환하여 위치를 검출하는 것으로 입력축의 이동량(회전량)의 증가, 감소를 90˚의 위상차를 갖는 A, B상과 원점 출력신호인 Z상으로 구성하여 검출하는 방식으로, 절대위치가 기준위치(원점)로부터 카운터에 의해 계수되므로 정전후 전원 복귀시에는 원점 셋팅이 필요한 반면에, 절대 엔코더는 회전축의 회전각도에 따라 출력값이 평행 코드(parallel code)로 출력되어 절대값으로 나타나는 센서로서 외부 환경에 따라 변화되지 않으며 그 특징으로 정전시 원점 보상의 필요 없이 절대 위치를 유지하고 계수가 불필요하므로 에러 발생이 없다는 장점을 갖는데, 그 구성은 디지털 코드(BCD, Binary, Gray Code 등)로 되어 있으며 흔히 2의 승수로 나타난다.
지금까지 알려진 종래의 절대 엔코더는 대개 단일 디스크 원판을 사용하는 것이었는데, 이렇게 단일 디스크 원판을 사용하는 경우에는 하나의 디스크 원판에 형성할 수 있는 슬릿(코드 시퀀스를 구성함)의 트랙수가 제한되고 트랙수를 늘리려다 보면 장치의 부피가 커지는 문제점이 있었다.
그 외, 둘 이상의 디스크 원판을 사용한 절대 엔코더를 개시하고 있는 일례로, 미국특허 제 5,640,007호가 있다. 상기 특허는 플라스틱 사출물로 만들어지는 복수개의 엔코더 휠에 슬릿을 형성한 후 각 엔코더 휠의 테두리에 형성된 기어 이빨과 피니언 기어를 맞물리도록 하여 감속시키고, 각 엔코더 휠에 수발광소자를 결합한 구성을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허에 따른 엔코더는 슬릿이 형성된 플라스틱 사출물 엔코더 휠 자체에 기어 이빨이 형성되어 피니언 기어와 맞물리는 관계로 정확성이 떨어져 저펄스용으로만 사용될 수 있다. 또한, 정, 역회전을 인식할수 없으며, 높은 펄스의 신호를 세분화하여 인식할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술이 갖는 문제점이 해결한 절대 엔코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 주축으로 전동되는 회전량을, 상기 주축의 회전수에 의존하는 제 1 디스크축 및 제 2 디스크축의 회전수와, 상기 디스크들 표면에 형성된 코드 시퀀스들이 발생시키는 매 디스크의 회전당 펄스수에 의해, 정확히 측정해낼 수 있는 절대 엔코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 이를 위한 절대 엔코더의 가장 바람직한 실시 가능한 적용예를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 정회전 혹은 역회전 모두에 대해 전혀 백래쉬(backlash)를 갖지 않는 절대 엔코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일예에 따른 절대 엔코더의 종단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일예에 따른 절대 엔코더의 부품들을 보여주기 위한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일예에 따른 절대 엔코더에 있어서 기어 어셈블리 조합의 바람직한 일예를 보여준다.
도 4는 본 발명의 일예에 따른 절대 엔코더에 있어서 수발광부 및 디스크 조합의 바람직한 일예를 보여준다.
이에 본 발명은, 주축과, 표면에 그 조합에 의해 측정 스케일을 구성하는 다수 트랙의 코드 시퀀스를 갖는 제 1 디스크의 축인 제 1 디스크축을 상기 주축의 회전수에 의존하며 상기 주축의 회전수 보다 큰 제 1 회전수로 회전시키는 제 1 기어 어셈블리와, 표면에 그 조합에 의해 측정 스케일을 구성하는 다수 트랙의 코드 시퀀스를 갖는 제 2 디스크의 축인 제 2 디스크축을 상기 주축의 회전수에 의존하며 상기 주축의 회전수 보다 작은 제 2 회전수로 회전시키도록 감속기 기어 어셈블리를 포함하는 제 2 기어 어셈블리로 이루어지고, 상기 주축의 특정 회전수에 대한, 상기 제 1 회전수 및 상기 제 2 회전수와, 상기 디스크들의 표면 위에 형성된 코드 시퀀스들이 발생시키는 매 디스크 회전 당 펄스수에 의해, 주축으로 전동된 회전량을 측정하는 절대 엔코더를 제공한다.
여기서, 상기 제 1 회전수는 상기 주축의 회전수에 비해 크고, 상기 제 2 회전수는 상기 주축의 회전수에 비해 적은 것이 좋고, 상기 제 1 디스크의 트랙 수는 9 내지 12개인 것이 더욱 좋고, 상기 제 2 디스크의 트랙 수는 4 내지 9개인 것이 더욱 좋다. 을 특징으로 하는 절대 엔코더. 또한, 더욱 바람직하게는, 상기 주축 30 회전 당, 상기 제 1 회전수는 32회전이고, 상기 제 2 회전수는 1회전일 수 있다. 또한, 상기 제 1 디스크의 트랙 수는 9개이고, 제 2 디스크의 트랙 수는 6개일 수 있다.
아울러, 상기 주축에 형성된 주축 기어에 상기 제 1 디스크축 기어가 맞물릴 수 있는데, 여기서, 제 1 디스크축 기어는 두 열의 기어가 서로 어긋나도록 붙어 있어서, 상기 주축 기어가 시계방향으로 회전할 때 그 중 한 열의 기어 이빨과 맞물리고 반대로 주축 기어가 반시계방향으로 회전할 때 또 다른 열의 기어 이빨들과 맞물리는 것이 좋다.
또한, 상기 주축에 형성된 주축 기어에 상기 감속기 기어 어셈블리가 맞물리고, 상기 감속기 기어 어셈블리에 상기 제 2 디스크축 기어가 맞물릴 수 있다.
또한, 상기 제 1 디스크에는 1개의 수발광부가 형성되어 있고, 상기 제 2 디스크에는 2개의 수발광부가 형성되어 있을 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 일실시예와 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 그러나, 아래의 설명이나 첨부 도면은 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것으로 해석되어서는 안될 것이며, 본 발명의 범위는 오로지 청구범위에 의해서 제한될 것이다.
먼저, 도 1 및 도 2로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 따른 절대 엔코더가 그 회전량을 측정하고자 하는 축(도시되지 않음)은 별도의 기어 어셈블리(도시되지 않음)에 의해 주축(10)의 하단부로 그 회전량을 전동시킨다. 주축(10)의 하단부는 그 단면이 "D" 형상으로 가공되어 있으므로, 주축(10)은 주축(10) 하단부에 끼워지는 기어 어셈블리의 위상과 같은 위상으로 회전하게 된다.
다음으로, 상기 주축(10)의 윗부분에는 주축 하측기어(12)와, 주축 상측기어(14)가 형성되고, 상기 상하측 기어 아래에 베어링(16, 18)이 형성되어 있다. 상기 상하측 기어는 주축에 핀(도시되지 않음)으로 고정되어 있어서 주축과 같은 위상으로 회전한다.
상기 주축(10)에 인접하여 제 1 디스크축(20)이 형성되고, 상기 제 1 디스크축(20)의 윗부분에는 제 1 디스크축 기어(22)가 형성된다. 상기 제 1 디스크축 기어(22) 아래에도 베어링(24, 26)이 형성되고, 상기 제 1 디스크축 기어(22) 역시 상기 제 1 디스크축에 핀(28)으로 고정되어 상기 제 1 디스크축(20)과 같은 위상으로 회전한다. 상기 제 1 디스크축은 마찬가지로 제 1 디스크(50)와 같은 위상으로 회전하도록 연결되어 있다.
상기 주축에 대하여 다시 제 1 디스크축(20) 반대편에는 제 2 디스크축(40)이 형성되어 있는데, 상기 제 2 디스크축(40)의 윗부분에는 제 2 디스크축 기어(42)가 형성되어 있고, 상기 제 2 디스크축 기어(42) 아래에도 베어링(44, 46)이 형성되어 있고, 상기 제 2 디스크축 기어(42) 역시 상기 제 2 디스크축에 핀(28)으로 고정되어 상기 제 2 디스크축(40)과 같은 위상으로 회전한다. 상기 제 2 디스크축은 마찬가지로 제 2 디스크(60)와 같은 위상으로 회전하도록 연결되어 있다.
제 1 디스크축(20), 주축(10) 및 제 2 디스크축(40)을 잇는 가상의 직선으로부터 벗어나서 감속기축(30)이 형성되어 있는데, 상기 감속기축(30)의 윗부분에는 감속기축 하측기어(32)와 감속기축 상측기어(34)가 형성되어 있다. 상기 감속기축(30)의 아래에도 베어링(36, 38)이 형성되어 있으며, 상기 감속기축 상하측 기어 역시 상기 감속기축(30)에 핀으로 고정되어 상기 감속기축(30)과 같은 위상으로 회전한다.
이상과 같은 기어 어셈블리들의 전동기구를 살펴보면 다음과 같다.
주축 하단부의 도시되지 않은 기어 어셈블리로부터 전동되는 회전량은 주축 하측기어(12)와 맞물려 회전하는 제 1 디스크축 기어(22)에 의해 제 1 디스크로 전동된다. 그 일례로 주축 하측기어(12)의 잇수가 64개일 때 제 1 디스크축 기어(22)의 잇수는 60개이어서, 주축이 30회전할 때 제 1 디스크축은 32회전을 하게 된다. 바람직하게는 상기 제 1 디스크축 기어(22)는 2열의 기어가 서로 약간 어긋나게 붙어 있어서, 주축 하측기어(12)가 시계방향으로 회전할 때 주축 하측기어(12)가 상기 2 열의 기어 중 1 열의 기어 이빨들과 맞물리고 반대로 주축 하측기어(12)가 반시계방향으로 회전할 때 주축 하측기어(12)가 또 다른 열의 기어 이빨들과 맞물리게 된다. 이 경우, 주축이 시계 방향 혹은 반시계방향 어느 쪽으로 회전하더라도 제 1 디스크축에서 백래쉬(backlash)는 방지된다.
아울러, 주축 상측기어(14)는 감속기축 하측기어(32)와 맞물려 회전하고, 감속기축 상측기어(34)는 제 2 디스크축 기어(42)와 맞물리므로, 역시 주축의 회전량이 제 2 디스크로도 전동된다. 그 일례로, 주축 상측기어(14)의 잇수가 16개일 때, 감속기측 하측기어(32)의 잇수는 80개이고, 감속기측 상측기어(34)의 잇수는 16개이고, 제 2 디스크축 기어(42)의 잇수는 96개이어서, 주축이 30회전할 때 감속기축은 6회전하고, 제 2 디스크축은 1회전하게 된다.
이상의 실시예에서, 주축(10)이 30회전하는 것은 상기 주축(10)과 연결되어 궁극적으로 회전량을 측정하고자 하는 축(도시되지 않음)이 1회전(360˚)하는 것에 대응한다.
위와 같은 전동 메카니즘을 갖는 본 발명의 일예에 따른 엔코더의 회전량 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 제 1 디스크에는 코드 시퀀스(code sequence)가 9개의 트랙(track)으로 형성되어 있다. 이 중 제일 안쪽의 9번 트랙에 180˚ 길이로 하나의 슬릿이 형성되어 있어서 제 1 디스크가 1회전할 때 2번의 펄스를 발생시키는데, 이것이 기준 신호이다. 그 바깥쪽으로 다시 180˚ 길이의 8번 트랙이 있어서 제 1 디스크가 1회전할 때 2번의 펄스를 발생시키고, 그 바깥쪽으로 다시 90˚ 길이 및간격으로 7번 트랙이 있어서 제 1 디스크가 1회전할 때 4(22)번의 펄스를 발생시키고, 그 바깥쪽으로 다시 45.5˚ 길이 및 간격으로 6번 트랙이 있어서 제 1 디스크가 1회전할 때 8(23)번의 펄스를 발생시킨다. 이상과 같이 작동하여 기준신호인 9번 트랙을 제외하고 제 1 수발광부에서 8개의 신호가 얻어진다.
아울러, 제 2 디스크에는 코드 시퀀스 슬릿이 6개 트랙 형성되어 있는데, 이 중 1번 및 6번 트랙은 제외될 수 있다. 상기 트랙에 형성된 슬릿의 길이 및 간격은 제 1 디스크에서와 마찬가지이다. 그런데, 제 2 디스크에는 제 2 수발광부와 제 3 수발광부가 있는 까닭에 하나의 트랙에서 두 번의 신호를 얻을 수 있어서, 제 2 수발광부에서 2, 3, 4, 5번 트랙에서 신호를 얻고, 제 3 수발광부에서 2, 3, 4, 5번 트랙에서 신호를 얻어 합하여 8개의 신호가 얻어질 수 있다.
이상의 제 1 디스크의 8개 신호와 제 2 디스크의 8개 신호를 더하면 16비트가 되지만, 이 중 2 ~ 15번 그레이 채널(grey channel)만을 사용하는 것이 좋으므로, 전체 16,384 (214)번의 신호가 얻어질 수 있다. 따라서, 회전량을 측정하고자 하는 축의 1회전(360˚)을 16,384번의 신호를 측정하므로, 극히 정확한 측정이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 주축으로 전동되는 회전량을, 상기 주축의 회전수에 의존하는 제 1 디스크축 및 제 2 디스크축의 회전수와, 상기 디스크들 표면에 형성된
코드 시퀀스들이 발생시키는 매 디스크의 회전당 펄스수에 의해, 정확히 측정해낼 수 있는 절대 엔코더와, 이를 위한 절대 엔코더의 가장 바람직한 실시 가능한 적용예를 제공한다. 아울러, 본 발명은 정회전 혹은 역회전 모두에 대해 전혀 백래쉬(backlash)를 갖지 않는 절대 엔코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Claims (10)

  1. 주축과; 표면에 그 조합에 의해 측정 스케일을 구성하는 다수 트랙의 코드 시퀀스를 갖는 제 1 디스크의 축인 제 1 디스크축을 상기 주축의 회전수에 의존하며 상기 주축의 회전수 보다 큰 제 1 회전수로 회전시키는 제 1 기어 어셈블리와; 표면에 그 조합에 의해 측정 스케일을 구성하는 다수 트랙의 코드 시퀀스를 갖는 제 2 디스크의 축인 제 2 디스크축을 상기 주축의 회전수에 의존하며 상기 주축의 회전수 보다 작은 제 2 회전수로 회전시키도록 감속기 기어 어셈블리를 포함하는 제 2 기어 어셈블리;로 이루어지고,
    상기 주축의 특정 회전수에 대한, 상기 제 1 회전수 및 상기 제 2 회전수와, 상기 디스크들의 표면 위에 형성된 코드 시퀀스들이 발생시키는 매 디스크 회전 당 펄스수에 의해, 주축으로 전동된 회전량을 측정하는 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 디스크의 트랙 수는 9 내지 12개인 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 디스크의 트랙 수는 4 내지 9개인 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 주축 30 회전 당, 상기 제 1 회전수는 32회전이고, 상기 제 2 회전수는 1회전인 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 디스크의 트랙 수는 9개이고, 제 2 디스크의 트랙 수는 6개인 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
  7. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주축에 형성된 주축 기어에 상기 제 1 디스크축 기어가 맞물리는 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
  8. 제 7 항에 있어서, 제 1 디스크축 기어는 두 열의 기어가 서로 어긋나도록 붙어 있어서, 상기 주축 기어가 시계방향으로 회전할 때 그 중 한 열의 기어 이빨과 맞물리고 반대로 주축 기어가 반시계방향으로 회전할 때 또 다른 열의 기어 이빨들과 맞물리는 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 주축에 형성된 주축 기어에 상기 감속기 기어 어셈블리가 맞물리고, 상기 감속기 기어 어셈블리에 상기 제 2 디스크축 기어가 맞물리는 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 디스크에는 1개의 수발광부가 형성되어 있고, 상기 제 2 디스크에는 2개의 수발광부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 절대 엔코더.
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