KR100790798B1 - 모터의 엔코더 신호 복원방법 - Google Patents

모터의 엔코더 신호 복원방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터의 엔코더 신호 복원방법에 관한 것으로, 특히 모터의 결선에 문제가 생겼을 경우에 결선을 체크하여 모터를 교체하지 않고도 신호를 복원시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 모터의 엔코더 신호 복원방법은 크게 3단계의 과정을 갖는다. 먼저, 모터의 2개의 상에 대한 엔코더 결선을 체크하여 체크아웃 레지스터의 값을 얻는다. 이후, 상기 레지스터의 값으로부터 단선된 상을 파악하고, 단선된 상에 생성될 유사 펄스가 정상 펄스보다 진상인지 또는 지상인지의 여부를 판단한다. 마지막으로, 상기 단선된 상에 정상 펄스보다 진상 또는 지상인 유사 펄스를 생성한다.
엔코더, 체크아웃 레지스터, 유사 펄스

Description

모터의 엔코더 신호 복원방법{The method for restoring the encoder signal of motor}
도 1은 종래의 모터에 부착된 엔코더의 출력신호 파형도이다.
도 2는 종래의 엔코더 에러 검출장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 종래의 엔코더 에러 검출장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 모터의 엔코더 신호 복원방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 단선 파악을 위한 레지스터의 구성도이다.
도 6a는 본 발명의 모터의 a상이 진상인 경우를 나타낸 위상도이다.
도 6b는 본 발명의 모터의 b상이 진상인 경우를 나타낸 위상도이다.
도 6c는 도 6a의 모터의 b상이 단선된 경우를 나타낸 위상도이다.
도 7은 본 발명의 유사펄스의 진상/지상 결과표이다.
도 8a는 본 발명의 1/4 진상 로직에 의한 유사 펄스 생성 과정을 나타낸 블록도이다.
도 8b는 본 발명의 1/4 지상 로직에 의한 유사 펄스 생성 과정을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 카운트 레지스터의 시스템 클럭을 나타낸 개념도이다.
본 발명은 모터의 엔코더 신호 복원방법에 관한 것으로, 특히 모터의 결선에 문제가 생겼을 경우에 결선을 체크하여 모터를 교체하지 않고도 신호를 복원시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 모터에 부착된 엔코더는 모터의 위치 및 속도정보를 검출하여 출력하고, 상기 위치 및 속도정보에 따라 모터를 제어하는데, 도 1 내지 도 3에서 엔코더와 관련된 사항에 대하여 살펴보기로 한다.
도 1은 종래의 모터에 부착된 엔코더의 출력신호 파형도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 엔코더는 라인 드라이버 방식(line driver type)과 오픈 콜렉터 방식(open collector type)이 있는데, 라인 드라이버 방식은 모터의 위치 및 속도정보를 A상, /A상, B상 및 /B상으로 출력하도록 되어있고, 오픈 콜렉터 방식은 A상 및 B상으로 출력하도록 되어 있다.
상기와 같이 모터에 부착된 엔코더의 A상과 /A상은 서로 180°의 위상차가 발생되고, B상과 /B상도 서로 180°의 위상차가 발생된다. 그리고, A상과 B상은 서로 90°의 위상차가 발생되며, /A상과 /B상도 서로 90°의 위상차가 발생된다. 또한, A상과 B상은 모터의 회전 방향에 따라 A상이 B상보다 90°앞서거나 뒤지는 특성을 갖는다.
도 2는 종래의 엔코더 에러 검출장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2에
도시된 바와 같이, 엔코더 에러 검출장치는 제1위상차 판별부(20), 제2위상차 판별부(30), 제3위상차 판별부(40) 및 알람신호 발생부(50)를 포함한다.
상기 제1위상차 판별부(20)는 엔코더(10)로부터 출력되는 A상과 /A상이 서로 180°의 위상차를 유지하는 지를 판별하고, 상기 제2위상차 판별부(30)는 상기 엔코더(10)로부터 출력되는 B상과 /B상이 서로 180°의 위상차를 유지하는 지를 판별한다. 그리고, 상기 제3위상차 판별부(40)는 상기 엔코더(10)로부터 출력되는 A상과 B상이 서로 90°의 위상차를 유지하는 지를 판별하고, 상기 알람신호 발생부(50)는 상기 제1, 2, 3 위상차 판별부(20, 30, 40) 중에서 적어도 하나 이상에서 A상과 /A상, B상과 /B상 또는 A상과 B상의 위상차 에러가 판별되면 알람신호를 출력한다.
도 3은 종래의 엔코더 에러 검출장치의 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 엔코더 에러 검출장치의 제1위상차 판별부(20), 제2위상차 판별부(30), 제3위상차 판별부(40) 및 알람신호 발생부(50)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제1위상차 판별부(20)와 제2위상차 판별부(30)는 배타적 노아(NOR)게이트(U1, U2)로 각각 구성된다.
상기 제3위상차 판별부(40)는 엔코더(10)에서 출력되는 A상과 B상을 논리곱 연산하는 제1앤드(AND) 게이트(U3), 상기 제1앤드 게이트(U3)의 출력신호(ⓒ)를 클록단자(CLK)로 받아들여 2분주하는 제1분주기(41), 상기 엔코더(10)에서 출력되는 A상과 B상을 배타적 부정 논리합 연산하는 배타적 노아 게이트(U4), 상기 배타적 노아 게이트(U4)의 출력신호(ⓔ)를 클록단자(CLK)로 받아들여 2분주하는 제2분주
기(42), 상기 엔코더(10)에서 출력되는 B상과 상기 제2분주기(42)의 출력신호(ⓕ)를 논리곱 연산하는 제2앤드 게이트(U5), 상기 제2앤드 게이트(U5)의 출력신호(ⓖ)를 클록단자(CLK)로 받아들여 2분주하는 제3분주기(43) 및 상기 제1분주기(41)의 출력신호(ⓓ)와 상기 제3분주기(43)의 출력신호(ⓗ)를 배타적 논리합 연산하여 출력하는 배타적 오아(OR) 게이트(U6)로 구성된다.
상기 알람신호 발생부(50)는 상기 배타적 노아 게이트(U1,U2)의 출력신호(ⓐ,ⓑ)를 논리합 연산하여 출력하는 제1오아 게이트(U7) 및 상기 제1오아 게이트(U7)의 출력신호(ⓙ)와 상기 배타적 오아 게이트(U6)의 출력신호(ⓘ)를 논리합 연산하여 출력하는 제2오아 게이트(U8)로 구성된다.
상기에서 제1, 2, 3분주기(41, 42, 43)는 각각 D 플립플롭으로 구성되고, 상기 각각의 D 플립플롭의 입력단자(D)는 반전출력단자(
Figure 112006080253312-pat00001
)와 연결되어 있으며, 제2오아 게이트(U8)에서 알람신호가 출력된다.
상기와 같이 현재 로봇 및 자동화 장비에 이용되고 있는 엔코더는 A, B의 2개의 상을 활용하거나 A, B, /A, /B와 같이 반전 출력상이 있는 4개의 상을 활용하고 있다. 엔코더를 활용한 피드백 루프의 경우에는 FPGA, DSP 등의 로직 또는 u-Processor를 통해 쿼드래쳐 디코딩(quadrature decoding)을 수행한다.
엔코더 신호의 결선 부위는 납땜면과 점퍼선으로 구성되어 있지만, 액츄에이터에 의한 움직임이 생길 경우에는 납땜면이 끊어지거나 점퍼선의 결선이 파손될 수도 있다. 상기와 같은 단선의 문제는 발생의 빈도가 높을 뿐만 아니라, 모터와 엔코더의 일체형 디바이스를 사용할 경우에는 교체에 따른 비용부담과 소요시간이 증가한다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 주제어기(FPGA, u-Processor)를 이용하여 엔코더의 결선 상황을 체크함으로써 결선 여부를 판단할 수 있으나, 이와 같은 방법으로는 결선 여부가 확인되었을 경우에 모터를 교체해야 하기 때문에 시간과 비용의 부담이 생긴다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 모터의 결선에 문제가 생겼을 경우에 결선을 체크하여 모터를 교체하지 않고도 신호를 복원시킬 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 모터의 2개의 상에 대한 엔코더 결선을 체크하여 체크아웃 레지스터의 값을 얻는 제1단계; 상기 레지스터의 값으로부터 단선된 상을 파악하고, 단선된 상에 생성될 유사 펄스가 정상 펄스보다 진상인지 또는 지상인지의 여부를 판단하는 제2단계; 및 상기 단선된 상에 정상 펄스보다 진상 또는 지상인 유사 펄스를 생성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 엔코더 신호 복원방법을 제시한다.
도 4는 본 발명의 모터의 엔코더 신호 복원방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4
에 도시된 바와 같이, 모터의 엔코더 신호 복원방법은 크게 3가지의 시퀀스(sequence)로 이루어진다.
먼저, 모터의 2개의 상에 대한 2개의 엔코더 결선을 체크하여 체크아웃 레지스터의 값을 얻는다(S100). 즉, 상기 2개의 상에 대한 엔코더의 펄스의 라이징 에지 개수를 감지하여, 2개의 상이 모두 정상인 경우와 둘 중의 하나의 상이 단선인 경우에 대하여 레지스터의 값을 얻는다.
이후, 상기 레지스터의 값으로부터 단선된 상을 파악하고, 단선된 상에 생성될 유사 펄스가 정상 펄스보다 진상인지 또는 지상인지의 여부를 판단한다(S200). 상기 진상인지 또는 지상인지의 여부의 판단은, 상기 모터의 2개의 상을 각각 진상/지상 레지스터의 제1단자와 제2단자에 연결하여 쿼드래쳐 디코딩(quadrature decoding)을 수행하여 판단한다.
마지막으로, 상기 단선된 상에 정상 펄스보다 진상 또는 지상인 유사 펄스를 생성한다(S300). 즉, 정상 펄스보다 진상인 유사 펄스의 생성은 1/4 진상 로직에 의해 단선된 신호를 복원할 수 있고, 정상 펄스보다 지상인 유사 펄스의 생성은 1/4 지상 로직에 의해 단선된 신호를 복원할 수 있다.
도 5는 본 발명의 단선 파악을 위한 레지스터의 구성도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, a상의 레지스터(100a)와 b상의 레지스터(100b)의 일측과 타측은 각각 에지 감지기(200)와 비교기(300)에 연결되어 있고, 에지 감지기(200)의 일측에는 모터의 a상과 b상이 연결된다. 그리고, 비교기(300)를 통하여 체크아웃 레지스터의 값을 얻을 수 있다. 여기서, a상과 b상이 모두 정상일 경우, a상만 단선일 경우 및 b상만 단선일 경우의 비교기(300)의 체크아웃 레지스터의 값을 각각 0, 1, 2라고 나타낸다고 하자. 이때, 체크아웃 레지스터의 값이 1 또는 2인 경우에 단선이 된 것으로 파악할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 모터의 a상이 진상인 경우를 나타낸 위상도이고, 도 6b는 본 발명의 모터의 b상이 진상인 경우를 나타낸 위상도이며, 도 6c는 도 6a의 모터의 b상이 단선된 경우를 나타낸 위상도이다.
도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 모터의 a상과 b상의 위상을 비교하면, a상이 b상보다 위상이 앞서는 경우(도 6a) 및 a상이 b상보다 위상이 뒤지는 경우(도 6b)가 있다. 여기서, 어느 시점에서 위상이 뒤지는 상의 최대의 엔코더 펄스의 라이징 에지 개수를 파악할 수 있어야 위상이 뒤지는 상의 단선 여부를 파악할 수 있으므로, a상이 b상보다 위상이 앞서는 경우에 b상의 단선 여부를 파악하는 것을 예로 들어보자.
도 6c과 같이, a상이 b상보다 위상이 앞서는 경우에 a상의 엔코더 펄스의 라이징 에지(400a) 개수가 3개인 것을 감지한다. 그리고, b상의 엔코더 펄스의 라이징 에지(400b) 개수를 감지한다. 여기서, b상의 엔코더 펄스의 라이징 에지(400b) 개수가 2개이면 b상을 정상으로 판단하고, b상의 엔코더 펄스의 라이징 에지(400b) 개수가 1개이면 b상을 단선으로 판단하여 b상이 정상인 경우 또는 단선인 경우에 대한 체크아웃 레지스터의 값을 얻는다.
도 7은 본 발명의 유사펄스의 진상/지상 결과표이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 체크아웃 레지스터의 값으로부터 단선된 상을 파악하여 단선된 상에 생성될 유 사 펄스가 정상 펄스보다 진상인지 또는 지상인지의 여부를 파악할 수 있다.
즉, 도 6에서 비교기를 통하여 어떤 상이 단선이 되었는지 파악한 후에, 상기 모터의 2개의 상을 진상/지상 레지스터(Lead/Lag Register, 이하 LLR)에 연결하여 쿼드래쳐 디코딩(quadrature decoding)을 수행하여 진상 또는 지상 여부를 파악할 수 있다. 여기서, 모터의 방향설정 입력단자(Directory, Dir.)는 모터가 정방향으로 회전하면 1로 나타내고, 역방향으로 회전하면 0으로 나타낸다. 그리고, 진상/지상 레지스터는 a상이 b상보다 진상이면 1의 값을 나타내고, a상이 b상보다 지상이면 0의 값을 나타낸다. 따라서, 유사펄스의 진상 또는 지상 여부는 모터의 방향설정에는 관계없이, LLR의 값으로 판단할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 1/4 진상 로직에 의한 유사 펄스 생성 과정을 나타낸 블록도이고, 도 8b는 본 발명의 1/4 지상 로직에 의한 유사 펄스 생성 과정을 나타낸 블록도이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 단선된 상에는 정상 펄스보다 진상 또는 지상인 유사 펄스를 생성할 수 있다.
우선, 정상 펄스보다 진상인 유사 펄스의 생성은 1/4 진상 로직에 의해 단선된 신호를 복원할 수 있다. 1/4 진상 로직은 정상 펄스가 카운트 레지스터 주기의 1/2 만큼 D 플립플롭(500)에 의해 지연되고, 지연된 정상 펄스와 유사 펄스는 동기화되어 출력되는 원리이다. 즉, 정상 펄스의 시스템 클럭이 카운트 레지스터 주기의 1/2 만큼 지연된다.
이와 반대로, 정상 펄스보다 지상인 유사 펄스의 생성은 1/4 지상 로직에 의해 단선된 신호를 복원할 수 있다. 1/4 지상 로직은 유사 펄스가 카운트 레지스터 주기의 1/2 만큼 D 플립플롭(500)에 의해 지연되고, 지연된 유사 펄스와 정상 펄스는 동기화되어 출력되는 원리이다. 즉, 유사 펄스의 시스템 클럭이 카운트 레지스터 주기의 1/2 만큼 지연된다.
도 9는 본 발명의 카운트 레지스터의 시스템 클럭을 나타낸 개념도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 펄스(600)에는 다수 개의 시스템 클럭(600a)으로 구성되어 있다. 유사 펄스를 생성하기 위해서는 펄스의 주기를 계산하는 과정이 필요한데, 주기 계산 방법은 시스템 클럭을 이용하여 2개의 레지스터에 각각의 상에 대한 하이 상태의 카운터 개수를 저장하여 계산하는 방식을 취한다.
카운트 레지스터는 상의 라이징 에지와 폴링 에지 사이 구간의 시스템 클럭의 개수를 카운트하여 저장하는데, 엔코더 펄스폭은 하이 상태와 로우 상태에서의 펄스폭의 1/2이므로 하이 상태의 펄스폭을 카운팅하는 것과 같다.
이상에서 살펴본 바와 같은 모터의 엔코더 신호 복원방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
본 발명의 모터의 엔코더 신호 복원방법은 모터의 결선에 문제가 생겼을 경우에 결선을 체크하여 모터를 교체하지 않고도 신호를 복원시킬 수 있기 때문에 광 학 엔코더를 사용하는 모든 시스템에서의 사용이 가능하다.

Claims (6)

  1. 모터의 2개의 상에 대한 엔코더 결선을 체크하여 체크아웃 레지스터의 값을 얻는 제1단계;
    상기 레지스터의 값으로부터 단선된 상을 파악하고, 단선된 상에 생성될 유사 펄스가 정상 펄스보다 진상인지 또는 지상인지의 여부를 판단하는 제2단계; 및
    상기 단선된 상에 정상 펄스보다 진상 또는 지상인 유사 펄스를 생성하는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 엔코더 신호 복원방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    상기 2개의 상에 대한 엔코더의 펄스의 라이징 에지 개수를 감지하여, 2개의 상이 모두 정상인 경우와 둘 중의 하나의 상이 단선인 경우에 대하여 레지스터의 값을 얻는 것을 특징으로 하는 모터의 엔코더 신호 복원방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모터의 2개의 상에 대한 2개의 엔코더 펄스 중에서 하나의 엔코더 펄스 의 라이징 에지 개수가 3개인 것을 감지하는 단계;
    상기 2개의 엔코더 펄스 중에서 나머지 하나의 엔코더 펄스의 라이징 에지 개수를 감지하는 단계; 및
    상기 나머지 하나의 엔코더 펄스의 라이징 에지 개수가 2개이면 나머지 하나의 상을 정상으로 판단하고, 라이징 에지 개수가 1개이면 나머지 하나의 상을 단선으로 판단하여 체크아웃 레지스터의 값을 얻는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 엔코더 신호 복원방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계의 진상인지 또는 지상인지의 여부의 판단은,
    상기 모터의 2개의 상을 각각 진상/지상 레지스터의 제1단자와 제2단자에 연결하여 쿼드래쳐 디코딩(quadrature decoding)을 수행하는 것을 특징으로 하는 모터의 엔코더 신호 복원방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는, 정상 펄스의 카운트 레지스터의 주기를 계산하여 1/4 진상 로직 또는 1/4 지상 로직에 의해 유사 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터의 엔코더 신호 복원방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정상 펄스의 주기 계산은, 시스템 클럭을 이용하여 2개의 레지스터에 각각의 상에 대한 하이 상태의 카운터 개수를 저장하여 계산하는 것을 특징으로 하는 모터의 엔코더 신호 복원방법.
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