KR100880897B1 - 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치 및 신호처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격 감쇄 구조로서 내구성이 뛰어난 이동형 다축 엔코더조립체를 이용하여, 이동 중인 강재 내지 부재의 이송 거리를 직접 측정함에 따라 정밀하고 신속한 신호처리가 가능하고, 정밀한 인쇄 및 출력이 가능한 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치를 제공한다.

본 발명에 따른 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치는 컨베이어부를 따라 이동하는 목표물에 대해 마킹을 수행하도록, 컨베이어부의 상부 공간에 겐트리구조물의 제1수평보가 배치되어 있되, 겐트리구조물을 기초로 설치되어 X축방향의 수평이동, Y축방향의 전후이동, Z축방향의 수직이동, Z축방향을 축심으로 정한 회동을 구현하기 위한 복수개의 선형로봇; 상기 선형로봇의 회동축부재의 끝단에 설치된 마킹헤드장치; 상기 겐트리구조물과 평행한 서브구조물을 기준으로 로터리엔코더를 다축 이동시키면서, 상기 목표물의 이동 속도를 직접 측정하는 다축 엔코더조립체; 상기 다축 엔코더조립체의 로터리엔코더와 전자회로적으로 연결된 제어부;를 포함하고, 상기 제어부가 상기 로터리엔코더에서 측정한 상기 목표물의 이동 속도를 상기 선형로봇의 Y축의 속도 지령치로 반영한다.

엔코더조립체, 신호처리, 마킹, 겐트리

Description

다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치 및 신호처리방법{Marking apparatus having multi-axial encoder assembly and Signal processing method}

도 1은 종래 기술에 따른 마킹용 겐트리 로봇을 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는 다른 종래 기술에 따른 산업용 마킹시스템의 마킹장치를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 마킹장치의 평면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 마킹장치의 우측면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 원 Q의 확대 사시도이다.

도 7a 내지 도 7c는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 신호처리방법을 설명하기 위한 그래프들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

60 : 목표물 100 : 본체부

101 : 겐트리구조물 102 : 서브구조물

110 : 다축 엔코더조립체 111 : 로터리엔코더

150 : 마킹헤드장치 155 : 선형로봇

190 : 보정엔코더 200 : 제어부

300 : 계측부 400 : 전처리부

500 : 컨베이어부 510 : 컨베이어 롤러

본 발명은 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 선박 건조용 강판, 판재, 부재, 주판(steel plate), 강재 등의 표면에 문자를 표시 또는 인쇄하기 위한 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선박용 마킹장치는 일반적인 소형 제품에 잉크젯 또는 레이저 등을 이용하여 인쇄하는 것과 달리, 수십 미터의 대형 강판 또는 부재에 고속으로 전처리 문자를 마킹하도록 되어 있다.

통상적으로 선박용 마킹장치는 롤러 컨베이어의 속도와 동기화된 마킹속도를 갖고 있고, 도트 간격 2 ∼ 5㎜의 고속 잉크젯 노즐 성능을 발휘한다.

또한, 선박용 마킹장치는 이송 또는 이동 중인 강판 상에 문자를 인쇄하기 때문에, 강재 이송 속도에 대응한 인쇄 품질 및 속도를 보장하여야 할 뿐만 아니라, 강판의 전 지역에 걸쳐 신뢰성 있는 마킹 성능을 제공하여야 한다.

또한, 선박용 마킹장치는 문자뿐만 아니라 문자정보와 그림정보를 동시에 인쇄할 수 있고, CAD등의 데이터 파일인 벡터 형식을 지원하며, 비트맵 형식의 그림(이미지)과, 작업자 임의 형상 추가가 가능하고, 부재명 또는 그림 등의 단순 정보뿐 아니라, 가공도 정보 까지도 정밀하게 표현 할 수 있는 것이 바람직하다.

여기서, 가공도 정보란 절단 관련 직선과 곡선, 벤딩 관련 기호 내지 표식을 의미하며, 이러한 중요한 가공도 정보 인쇄 작업은 이후의 절단 공정 등의 후처리 작업에서 생산성을 향상시킬 수 있다.

특히, 선박용 마킹장치는 이송 중에 있는 강판 또는 부재의 한정된 위치가 아닌, 강재정보 관리 제어모듈에서 지령한 위치에 정확히 마킹을 수행할 수 있어야 한다.

그리고, 선박용 마킹장치는 강판 위에서 수평 또는 수직 운동을 복합적으로 수행하여야만 누락되는 부분 없이 마킹을 수행할 수 있는 상대적으로 높은 기술 규격을 만족하여야 한다.

그러나, 통상적인 선박용 마킹장치는 복수개의 마킹 헤드를 동일선 상으로 배치하고 있고, 강판의 폭보다 상대적으로 매우 작은 폭을 갖는 상기 마킹 헤드를 구비하고 있어, 투자비가 적게 들고 유지, 보수가 쉬운 반면에 단위 마킹 헤드 당 문자 마킹에 시간이 많이 걸린다는 단점을 갖고 있다.

종래 기술에 따른 마킹용 겐트리 로봇은 도 1에 도시된 바와 같이, 전처리 설비(30)에서 컨베이어 라인의 롤러(13)에 의해 진입되는 강판(11)에 있어서, 컨베이어 라인 상에 지지대(3)를 설치하여 그 상단으로 2개의 겐트리(gantry)형 프레 임(9, 9a)을 설치하고 있다.

일측에 서보모터(12a)를 장착시킨 센싱캐리지(2)의 프레임(9a)은 강판(11)의 진행방향에 수직방향으로 롤러(13)와 평행하게 설치하고, 프레임(9a)의 하단으로 진입감지센서(4, 4a)와 폭 검출 센서(5)를 갖는다.

또한, 일측에 다른 서보모터(12)를 장착시킨 마킹로봇(1)의 프레임(9)은 강판(11)의 진행방향에 대해 미리 계산된 수평범위각을 유지시켜 설치하여, 롤러(13)의 축심방향에 대해 경사지도록 설치되어 있다.

이런 마킹로봇(1)의 프레임(9)의 하단에는 진입감시센서(14)가 장착되어 있고, 프레임(9)상에는 로봇 Z축(16)을 설치하여 Z축용 서보모터로 작동시키고 그 측단으로 충돌감지센서를 결합시키고, 툴 브라켓에 프린터헤드, 높이감지센서, 접촉감지센서로 구성된 툴 어셈블리(T)가 결합되어 있다.

센싱캐리지 제어모듈(24)과 마킹로봇 제어모듈(23)은 해당 센싱캐리지(2)와 마킹로봇(1)을 제어시키고, 강재정보 관리 제어모듈(20)에서 시스템 인터록 제어모듈(21)을 통해 마킹정보에 따라 분사제어모듈(22)에 의해 잉크를 분사시키게 한다.

이런 종래 기술의 마킹용 겐트리 로봇은 헤드를 운동시켜, 임의의 위치로 진입하는 강판(11)상에 비접촉 마킹을 수행하도록 되어 있다.

그러나, 종래 기술의 마킹용 겐트리 로봇은 강판 진행방향에 대해 미리 계산된 각도대로 정해져 설치된 마킹로봇의 프레임을 갖고 있기 때문에, 강판 진행방향과 직교된 방향을 기준으로 미리 정해진 강판의 이동 거리 또는 속도만큼 사선방향을 따라 운동할 때, 강재 이송 속도에 적극적으로 대응할 수 없는 단점을 갖는다.

또한, 종래 기술의 마킹용 겐트리 로봇은 헤드의 운동 간에 강판의 속도를 직접 측정할 수 있는 수단이 없고, 실제 현장에서, 로봇 축의 운동과 강판의 이동 간에 일어나는 속도변화를 마킹에 반영할 수 없게 되어, 운동과 이동간에 시간, 공간적 공백이 존재하게 되어 강판의 모든 부분에 마킹을 수행하기 어려운 단점을 갖는다.

또한, 종래 기술의 마킹용 겐트리 로봇은 컨베이어 라인과 강판 간의 슬립(slip) 발생에 따른 이송 속도의 변화에 적극 대응하지 못하여, 상대적으로 인쇄 품질이 떨어지고, 급작스러운 컨베이어 라인의 정지시, 헤드 작동의 신속한 정지가 불가능하고, 작동 재개시 인쇄 품질이 떨어지는 단점을 갖는다.

또한, 종래 기술의 마킹용 겐트리 로봇은 강판의 진행방향에 대해 소정 각도 기울어진 문자는 마킹하기 곤란하다는 단점도 있다.

한편, 다른 종래 기술을 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 산업용 마킹시스템의 마킹장치는 판재를 이송하는 컨베이어(41)와, 상기 컨베이어(41) 상부에 설치되어 마킹헤드(44)를 컨베이어(41)의 진행방향(A)인 Y축방향으로 이동시키는 베이스(42)와, 상기 베이스(42)상에 설치되어 마킹헤드(44)를 X축방향으로 이동시키는 가이더(43)와, 상기 가이더(43)상의 마킹헤드(44)로 구성되며, 상기 베이스(42)와 가이더(43) 및 컨베이어(41)에는 구동모터(46, 47, 48)가 각각 설치된다.

그러나, 종래의 산업용 마킹시스템의 마킹장치는 판재의 이송 속도를 컨베이어(41)화시키고 있고, 이를 위해 컨베이어(41)측에는 컨베이어(41)의 이송속도를 실시간으로 검출하여 마킹헤드(44)측에 전달하는 컨베이어 엔코더(45)가 설치되어, 결국 컨베이어(41)와 강판간의 슬립(slip)이 무시되고, 이에 따라 피드백 정밀도가 상대적으로 떨어지고, 특히 정밀도가 떨어지는 측정값은 베이스(42) 및 가이더(43)의 작동 성능 저하를 가져온다.

또한, 종래의 산업용 마킹시스템의 마킹장치는 컨베이어(41)에 의한 강판의 이송을 고려하여, 컨베이어(41)의 이송 도중에 정형적인 인쇄가 이루어지도록 X축과 Y축의 속도를 모두 제어하게 되므로, 제어기의 제어성능에 장치 작동 성능 내지 인쇄 품질이 크게 영향을 받고, 컨베이어(41)와 강판간의 슬립 발생시, 비상 상태에 따른 컨베이어(41)의 급정지 시, 강판의 코너 부위의 인쇄시 등과 같이 통상적으로 발생되는 상황에 따라, 마킹 목표지점에 마킹헤드(44)를 도달시키지 못하여, 결국 마킹 목표지점에서 제대로 인쇄가 되지 못하는 현상이 빈번히 발생될 우려가 있다.

또한, 종래의 산업용 마킹시스템의 마킹장치는 컨베이어(41) 상에 강판 등의 판재가 정위치 되어 이송되는 것이 아니라 다양한 위치 및 방향을 유지하면서 이송되므로, 각각의 마킹헤드의 인쇄 도중 실시간으로 해당 강판의 이송 거리 내지 이송 속도를 직접 측정하는 것이 매우 어려운 실정이다.

또한, 앞서 언급한 모든 마킹장치는 제어기의 반응속도한계로 인하여 원하는 시간에 목표위치로 도달하지 못하는 경우가 발생되는 단점을 갖고 있고, 컨베이어의 특성상 미세하지만 극명한 요동 특성을 갖고 있어, 정밀한 엔코더를 사용하더라도 컨베이어가 정지하거나 재개할 때 실질적으로 인쇄 품질에 영향을 미치고 있는 상황이다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 충격 감쇄 구조로서 내구성이 뛰어난 다축 엔코더조립체를 이용하여, 이동 중인 강재 내지 부재의 이송 거리를 직접 측정함에 따라 정밀하고 신속한 신호처리가 가능하고, 정밀한 인쇄 및 출력이 가능한 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

또한, 본 발명의 목적은 컨베이어부의 요동에도 불구하고 정밀한 신호처리를 위해 이동평균을 수행하여 Y축의 지령치를 산출하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 신호처리방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 컨베이어부의 정지신호와 같은 외부신호를 이용한 역이동평균에 의해 컨베이어부의 정지 내지 재개시에도 균일한 고 품질의 신뢰성 높은 마킹 작업을 수행할 수 있는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 신호처리방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적들은 컨베이어부를 따라 이동하는 목표물에 대해 마킹을 수행하도록, 상기 컨베이어부의 상부 공간에 제1수평보를 배치한 겐트리구조물을 갖는 마킹장치에 있어서, 상기 겐트리구조물을 기초로 설치되어 X축방향의 수평이동, Y축방향의 전후이동, Z축방향의 수직이동, Z축방향을 축심으로 정한 회동을 구현하기 위한 복수개의 선형로봇; 상기 선형로봇의 회동축부재의 끝단에 설치된 마킹헤드장치; 상기 겐트리구조물과 평행한 서브구조물을 기준으로 로터리엔코더를 다축 이동시키면서, 상기 목표물의 이동 속도를 직접 측정하는 다축 엔코더조립체; 상기 다축 엔코더조립체의 로터리엔코더와 전자회로적으로 연결된 제어부;를 포함하고, 상기 제어부가 상기 로터리엔코더에서 측정한 상기 목표물의 이동 속도를 상기 선형로봇의 Y축의 속도 지령치로 반영하는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치 및 그의 신호처리방법에 의해 달성된다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 마킹장치의 평면도이다. 또한, 도 5는 도 3에 도시된 마킹장치의 우측면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 원 Q의 확대 사시도이다. 또한, 도 7a 내지 도 7c는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 신호처리방법을 설명하기 위한 그래프들이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 이동 중인 목표물(60)(예 : 강판, 강판, 판재, 부재, 주판, 강재 등)의 속도를 직접 측정하여, 목표물(60)의 속도에 맞게 마킹헤드장치(150)를 움직여서 원하는 문자 등을 라벨링 또는 출력한다.

이를 위해 본 실시예는 선박용 마킹시스템의 구성요소로 배치 및 연동함에 따라, 목표물(60) 상에 출력을 수행하는 마킹장치 본체부(100)와 그의 제어부(200) 를 포함한다.

본체부(100) 및 제어부(200)와 연동하는 주지의 선박용 마킹시스템의 구성요소는 측정부(300), 전처리부(400), 컨베이어부(500)를 포함한다.

먼저, 측정부(300)는 측정물에 해당하는 상기 목표물(60)의 부분 촬영만으로 목표물(60) 전체에 대한 고정밀도의 전폭, 전장, 직진도를 측정하는 겐트리형 장치이다.

이는 본 출원인에 의해 2007년 특허 출원된 출원번호 제10-2007-0019391호에 개시되어 있으므로, 본 발명과 관련된 이외의 내용은 본 설명에서 생략되어도 무방하다.

특히, 측정부(300)는 복수개의 촬상소자, 측정원점, 목표물원점, 겐트리구조물원점, 컨베이어 프레임을 따라 표시된 복수개의 식별자 등을 이용하여, 목표물(60)에 관련된 좌표 정보를 파악하고, 해당 목표물(60)이 컨베이어부(500)의 어느 위치에 위치하는지에 관한 데이터 처리 후 진입위치결정정보를 실시간으로 확정하여 이를 상기 제어부(200)에게 입력시키도록 구성되어 있다.

전처리부(400)는 목표물(60)을 컨베이어부(500)의 초입 위치에 투입시키거나, 목표물(60)의 표면에 대한 고품질 인쇄를 위한 통상적인 가공 처리 등을 수행하도록 되어 있다.

컨베이어부(500)는 전처리부(400)로부터 적어도 하나의 목표물(60)을 진행방향(F)으로 공급하는 역할을 담당하도록 컨베이어 프레임을 따라 배열된 복수개의 컨베이어 롤러들과; 컨베이어 롤러의 회전 속도를 측정하기 위한 주지의 컨베이어 엔코더와; 비상 사태 발생 내지 고장 및 유지 보수에 따른 수동 정지 기능, 센서에 의해 목표물(60)이 컨베이어 프레임에 설치된 안전가드에 접촉되는 사고 등을 감지하여 급정지하는 자동 정지 기능, 정지 후 재개 기능과 일반적인 선박용 컨베이어의 제반적인 기능을 제어하여 상기 제어부(200)와 연동하는 컨베이어 제어반(도시 안됨)을 구비한다.

예컨대, 컨베이어 제어반은 정지 상황이 발생할 때, 이에 대응한 컨베이어 정지신호를 상기 제어부(200)에게 전송하여 본체부(100)의 작동 제어 내지 신호처리에 사용하도록 되어 있다.

제어부(200)는 컨베이어 정지신호를 이용하여 하기에 설명할 신호처리방법을 수행한다.

제어부(200)는 상기 언급한 목표물(60) 관련 진입위치결정정보를 이용하여, 다축 엔코더조립체(110)의 측정 위치, 로터리엔코더 이동 경로를 판단하도록 되어 있다.

제어부(200)는 상기와 같은 판단을 통해 목적지까지 로터리엔코더(111)를 이동시키도록, 다축 엔코더조립체(110)에 관련된 RX축방향의 제1이송부(112) 및 RZ축방향의 제2이송부(113)에게 작동 명령을 지시하도록 되어 있다.

제어부(200)는 제1, 제2이송부(112, 113)의 피드백 제어를 수행하고, 로터리엔코더(111)를 통해 목표물(60)을 직접 측정한 길이 정보(예 : 제1측정값)를 미분하여 이동 속도를 산출하거나, 또는 하기에 설명할 보정엔코더(190, compensation encoder)를 통해 목표물(60)을 간접 인식 또는 측정한 길이 정보(예 : 제2측정값) 를 역시 미분하여 이동 속도를 산출하도록 되어 있다.

제어부(200)는 산출된 목표물(60)의 이동 속도를 복수개의 데이터 단위로 분석하여 하기에 설명할 신호처리를 수행하는 기능을 담당한다.

이런 복합적인 기능을 수행하기 위해서 제어부(200)는 컴퓨터 등에 연결되어 사용되는 주지의 전자회로적인 구성을 갖는다.

앞서 언급한 바와 같이, 제어부(200)는 다축 엔코더조립체(110)에서 측정한 제1측정값과, 보정엔코더(190)에서 측정한 제2측정값을 병용하도록 구성되어 있다.

제1, 제2측정값 병용의 의미에 대해 살펴보면, 제어부(200)는 보정엔코더(190)에서 제2측정값을 입력받음과 함께, 다축 엔코더조립체(110)에서 제1측정값을 입력 받고, 이때 상기 제1측정값을 우선하여 사용하고, 더 이상 제1측정값이 다축 엔코더조립체(110)로부터 제어부(200)쪽으로 입력되지 않을 경우[예 : 강재의 후방 끝단이 하기에 설명할 다축 엔코더조립체(110)와 마킹헤드장치(150) 사이의 이격 거리 구간을 통과할 경우], 상기 제1측정값 대신 제2측정값을 사용하는 것을 의미한다.

제어부(200)는 측정부(300)로부터 전달되는 목표물(60) 관련 진입위치결정정보를 이용하여 제1이송부(112)의 수평 이송을 제어한다.

제어부(200)는 다축 엔코더조립체(110)에 설치된 포토센서와 같은 제1센서로부터 입력되는 신호를 통해 목표물(60)을 인식하도록 되어 있다.

제어부(200)는 상기 제1센서의 인식 작동에 상응하여 제2이송부(113)의 상하 이송, 즉 승, 하강 작동을 제어한다.

제어부(200)는 제1센서에 의해 목표물(60)을 인식하면, 제2이송부(113)를 하강시키고, 목표물(60)이 인식되지 않을 경우, 제2이송부(113)를 원위치, 즉 승강시킨다.

제어부(200)는 다축 엔코더조립체(110)의 근접센서와 같은 제2센서로부터 입력되는 신호를 통해 목표물(60)과의 접촉을 인식하도록 되어 있다.

제어부(200)는 제2센서의 인식 작동에 상응하여 제2이송부(113)의 승, 하강을 정지하도록 제어한다.

이에 따라 제어부(200)는 목표물(60)의 두께[예 : 컨베이어 롤러의 상부로부터 목표물(60)의 상면 사이의 높이]에 대응하게 목표 접촉 위치를 조준 또는 가변시킬 수 있고, 이를 통해 로터리엔코더(111)가 속도 감지 작동을 수행하지 않을 때 목표물(60)로부터 떨어져 있도록 하여, 근본적으로 안전하게 보호할 수 있고, 정밀한 측정이 이루어질 수 있도록 한다.

제어부(200)는 역시 상기 언급한 목표물(60) 관련 진입위치결정정보를 이용하여, 마킹헤드장치(150)의 작동 위치, 각도, 마킹헤드장치 이동 경로를 판단하고, 마킹헤드장치(150)의 작동 제어를 위해, 마킹헤드장치(150)가 탑재된 복수개의 선형로봇(155)을 제어함에 따라, X축방향의 수평이동, Y축방향의 전후이동, Z축방향의 수직이동, Z축방향을 축심으로 정한 회동을 실현하도록 구성되어 있다.

본체부(100)는 기준면에서 수직하게 세워져 고정 설치된 한 쌍의 수직축부재 사이에서 X축방향으로 연장된 제1수평보를 컨베이어부(500)의 상부 공간에 배치한 겐트리구조물(101)과; 상기 겐트리구조물(101)을 기초로 설치되어 X축방향의 수평 이동, Y축방향의 전후이동, Z축방향의 수직이동, Z축방향을 축심으로 정한 회동을 구현하기 위한 복수개의 마킹헤드장치(150)용 선형로봇(155)과; 상기 선형로봇(155)의 회동축부재의 끝단에 설치된 마킹헤드장치(150)와; 상기 마킹헤드장치(150)에서 인쇄가 수행될 수 있도록 결합된 잉크 공급 제어 시스템(도시 안됨)을 포함한다.

본체부(100)에 설치된 각종 센서 및 모터 또는 공압 작동에 관련된 전자적 장치들은 호환 가능한 회로 기술을 통해 제어부(200)에 결합되어 있어서, 제어부(200)에 의해 제어되도록 되어 있다.

본체부(100)의 전방에는 마킹헤드장치(150)가 설치되며, 본체부(100)의 후방에는 이동형 측정장치에 해당하는 다축 엔코더조립체(110)가 설치된다.

다축 엔코더조립체(110)는 마킹헤드장치(150)와의 간섭을 미연에 피하기 위하여, 상기 겐트리구조물(101)의 배면쪽으로 돌출된 서브구조물(102)을 기반으로 설치되는 것이 바람직하다.

서브구조물(102)도 역시 겐트리구조물(101)과 유사하게 X축방향으로 연장된 별도의 제2수평보를 갖는다.

도 4와 도 5 에 도시된 바와 같이, 본체부(100)의 서브구조물(102)의 제2수평보에는 앞서 언급한 바와 같은 다축 엔코더조립체(110)가 설치된다.

다축 엔코더조립체(110)는 상기 제어부로부터 하달된 지령에 따라 이동 경로를 추종하여 목적지까지 로터리엔코더(111)를 이동시키는 제1이송부(112)와 제2이송부(113)를 갖는다.

제1이송부(112)는 서브구조물(102)을 기초로 지지되어 있되, 서브구조물(102)의 제2수평보를 따라 설치되고, RX축방향(예 : 수평방향)을 따라서 이동 블록과 같은 셔틀블록(112a : shuttle block)을 수평 왕복 이송시킨다.

이런 셔틀블록(112a)에는 상기 제1이송부(112)와 직교되는 방향으로 제2이송부(113)가 탑재되고, 제2이송부(113)에 관련된 결합장치(예 : 케이블 캐리어, 캐리어 지지대 등)가 탑재된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 다축 엔코더조립체(110)에서 제1이송부(112)는 서브구조물(102)의 제2수평보의 측면에서 보의 길이 방향에 대해 평행하게 설치된다.

이런 제1이송부(112)는 그의 케이싱 내부 일측과 타측에 주동풀리와 피동풀리를 설치하고, 상기 풀리 사이에 타이밍벨트를 체결하고, 상기 주동풀리를 모터로 회전시키도록 되어 있다.

제1이송부(112)의 타이밍벨트에는 셔틀블록(112a)이 연결된다.

제1이송부(112)는 영구자석 및 스트립을 이용하여 셔틀블록(112a)이 이동되는 경로에 해당하는 케이싱의 장공을 이송 중에도 밀폐시킬 수 있도록 되어 있다.

제2이송부(113)는 볼스크류 방식으로 구성 가능하다.

예컨대, 셔틀블록(112a)은 제2이송부(113)의 볼스크류너트블록과 연결된다.

제2이송부(113)는 직사각형 하우징과, 상기 직사각형 하우징 내부의 일측 및 타측에 배치된 서포트유닛(예 : 베어링 블록 또는 부시)과, 상기 서포트유닛에서 회전 가능하게 결합된 볼스크류샤프트와, 상기 볼스크류샤프트와 직결된 기어드 모터와, 상기 볼스크류샤프트에 나사결합되고 LM가이드에 의해 가이드되며 상기 셔틀 블록(112a)에 연결된 볼스크류너트블록을 포함한다.

제2이송부(113)는 상술한 볼스크류 방식 이외에도, 공장자동화(FA) 기술을 이용하여 액추에이터 또는 샤트프모터 중 어느 하나의 방식으로도 구성될 수 있다.

여기서, 샤프트모터는 PLC(Programmable Logic Control) 기능을 갖는 이동 코일과, 영구자석을 내장한 샤프트와의 조합에 의한 리니어모터로서, 볼스크류로 달성 불가능한 고속, 고정밀도와 종래의 리니어모터를 상회하는 대추력, 고효율, 소형 경량을 갖는다. 액추에이터는 공압실린더 또는 벨트구동 셔틀 유닛을 이용하여 탑재물을 왕복 이송시키는 장치이다.

제2이송부(113)는 하우징 내부의 기어드 모터의 작동에 따라 하우징 전체가 승강 또는 하강하게 된다.

한편, 제2이송부(113)의 하우징의 하단에는 복수개의 쇼크업소버를 병렬 배열한 충격완충부(114)가 설치된다.

충격완충부(114)에는 근접센서와 같은 제2센서(114s)가 설치되어 있다. 여기서, 제2센서(114s)는 로터리엔코더(111)의 휠(116)이 목표물에 접촉되는 것을 인식하는 기능을 담당한다.

충격완충부(114)의 하단에는 휠서포트(115)가 설치되고, 휠서포트(115)에는 목표물 진행방향(예 : Y축방향)을 따라 회동하도록 휠(116)이 결합되어 있다.

휠(116)의 샤프트는 커플러를 이용하여 휠서포트(115)의 측면에 설치된 로터리엔코더(111)의 샤프트와 직결된다.

한편, 휠서포트(115)의 전방 또는 후방 기준의 측면에는 복수개의 한글 니은 자 형상의 브러시 장착대(117)가 더 설치되어 있어서, 휠(116)의 전후 위치에서 목표물의 표면에 있는 이물질을 제거하는 브러시(118)를 설치함에 따라, 휠(116)과 연동하는 로터리엔코더(111)에서 정밀한 측정이 이루어지도록 돕는다.

또한, 휠서포트(115)에는 센서 장착대(115a)가 결합되고, 센서 장착대 (115a)의 끝단에는 포토센서와 같은 제1센서(115s)가 장착되어 있다.

센서 장착대(115a)의 끝단에서 제1센서(115s)는 센싱 방향을 하향으로 향하되, 센서 장착대(115a)의 연장 길이에 대응하게, 로터리엔코더(111)에서 속도 측정이 이루어지기 직전 목표물을 인식하도록 되어 있다.

이하, 도 3을 통해 본 발명의 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 작동방법을 설명하고자 한다.

목표물(60)은 전처리부(400)로부터 컨베이어부(500)에 의해 진행방향(F)으로 이동한다.

측정부(300)는 목표물(60)을 인식 및 측정하여, 전폭, 전장, 직진도를 측정하고, 좌표계 상에서 목표물(60) 관련 진입위치결정정보를 파악하여 측정값과 함께 제어부(200)에게 입력시킨다.

다축 엔코더조립체(110)와 마킹헤드장치(150) 사이에는 배열 특성상 물리적 이격 거리(L)가 존재한다.

만일, 마킹헤드장치(150)가 여전히 목표물(60)인 강재의 후방 부위를 마킹하고 있다고 가정할 때, 상기 강재의 후방 끝단이 이격 거리 구간을 통과하고 있다면, 다축 엔코더조립체(110)에서 목표물(60)의 이동 속도 또는 거리를 리얼 타임으 로 측정할 수 없는 비측정 타이밍이 일부 존재하게 된다.

엄밀히 말해, 다축 엔코더조립체(110)는 상기 비측정 타이밍에서 강재의 속도 및 거리를 측정할 수 없지만, 이를 보정하기 위해서 본 발명에서는 보정엔코더(190)가 앞서 제어부(200)의 설명에서와 같이 다축 엔코더조립체(110)와 함께 측정을 수행한다.

이에 따라, 상기 목표물(60)인 강재의 후방 끝단이 이격 거리 구간을 통과할 때라도 정확한 이동 속도 및 거리가 측정될 수 있다.

바람직하게, 보정엔코더(190)는 컨베이어부(500) 중에서 마킹헤드장치(150)의 전방 부위쪽 컨베이어 롤러(510)에 설치되어, 다축 엔코더조립체(110)의 제1측정값과 병용하기 위한 제2측정값을 제어부(200)에 입력시킴에 따라, 상기 다축 엔코더조립체(110)가 목표물(60)인 강재와 접촉하고 있지 않을 때 속도와 거리를 측정할 수 있도록 되어 있다.

제어부(200)는 상기 진입위치결정정보를 이용하여 제1이송부의 작동을 제어함에 따라, 다축 엔코더조립체(110)의 RX축방향 위치로 휠(116) 및 로터리엔코더(115)를 이동시킨다.

이때, 휠(116)은 RZ축방향을 기준으로 목표물(60)의 상향 공간 위치에 놓여 있다.

계속된 컨베이어부(500)의 동작으로 인하여, 목표물(60)이 다축 엔코더조립체(110) 쪽으로 접근하여 온다.

다축 엔코더조립체(110)의 포토센서와 같은 제1센서가 목표물(60)을 인식할 때, 제어부(200)는 제2이송부(113)를 하강시킨다.

하강된 제2이송부(113)에 의해 휠(116)이 목표물(60)과 접촉하고, 이때 발생된 충격은 충격완충부(114)에서 흡수됨과 동시에, 충격완충부(114)에 설치된 제2센서 및 제어부(200)에 의해 제2이송부(113)의 하강이 정지된다.

이 위치에서 휠(116)에 연결된 로터리엔코더(111)는 목표물(60)에 접촉하여 회동하는 길이 정보를 제어부(200)에게 전달한다.

제어부(200)는 상기 길이 정보를 미분하여 목표물(60)의 이동 속도를 산출하고 하기에 상세히 설명할 신호처리방법을 수행하도록 구성되어 있다.

신호처리 결과는 상기 진입위치결정정보와 함께 제어부(200)에서 사용된다. 이를 통해, 제어부(200)는 마킹헤드장치(150)의 작동 위치, 각도, 마킹헤드장치 이동 경로를 연산하고, 연산결과에 따라 마킹헤드장치(150)가 탑재된 복수개의 선형로봇(155)을 제어하여 마킹을 수행한다.

특히, 로터리엔코더(111)를 통해 감지된 이동 속도 또는 속도 변화량은 마킹헤드장치(150)용 선형로봇(155)의 Y축의 속도 지령치로 반영하게 되며, 이때 마킹헤드장치(150)용 선형로봇(155)의 X축의 속도는 고정된다. X축의 속도는 고정되어 있음에 따라 응답이 빠른 제어가 가능하다.

한편, 로터리엔코더(111)로 직접 목표물(60)의 이동 속도를 감지하게 되면, 컨베이어부(500)의 요동에 따라 상기 감지 데이터가 요동을 갖게 된다.

제어부(200)는 컨베이어부(500)의 정지 상황이 아닌 정상 작동시, 로터리엔코더(111)를 통해 목표물(60)의 속도를 직접 감지하도록, 미리 사전에 정한 측정 시간 간격(예 : 100ms)마다 측정을 하여 복수개의 측정값을 미리 정한 개수만큼 평균하는 이동평균에 관한 신호처리를 수행한다.

이동평균에 관한 예를 들면, 제어부(200)는 로터리엔코더(111)를 통해 엔코더 1차 측정값을 X1i, 엔코더 2차 측정값을 X2i, 이와 같은 방식으로 계속해서 측정하여 엔코더 10차 측정값 X10i까지 측정을 수행하고, 이들의 평균값을 이동평균값으로 정의한다.

이동평균값은 미리 정한 측정값 수, 예컨대 10개의 측정값 수를 데이터 단위 기준으로 한다.

이렇게 제어부(200)는 10개의 데이터 단위를 기준으로 이동평균값을 구하고 이를 마킹헤드장치(150)용 선형로봇(155)의 Y축 속도 지령치로서 반영한다.

이렇게 본 발명은 제어부(200)의 반응속도한계로 인해 마킹헤드장치(150)가 원하는 시간에 목표위치로 도달하지 못하는 경우를 미연에 방지할 수 있다.

한편, 상기 선형로봇(155)의 Y축은 상술한 이동평균값에 상응하게 목표물(60)의 속도를 추종하다가, 컨베이어가 정지할 경우 도 7a 내지 도 7c와 같은 반응속도의 차이가 나게 된다.

도 7a를 살펴보면, 붉은색으로 나타난 것이 컨베이어부(500)에 의한 목표물(60)의 이동 속도를 이동평균 처리한 결과이고, 푸른색이 Y축의 속도 지령치를 나타낸다.

도 7a는 컨베이어부가 정지했을 때도 마찬가지로 계속해서 누적되어 온 이동평균방법을 그대로 취한 것을 보여주고, 지연시간(c)이 상대적으로 큼을 보여준다.

도 7b는 역이동평균의 결과를 보여준다.

역이동평균은 새롭게 받아들인 측정값이 기존까지 받아 왔던 측정값보다 미리 정한 임계치 이상이 되는 것을 조건으로 하여, 지금까지 받아들인 측정값을 모두 버리고 새롭게 상기 이동평균을 취하는 것을 의미하며, 상기 지연시간(c)에 비해 짧아진 지연시간(d)을 갖는 것이 특징이다.

도 7c는 제어부는 미리 정한 임계치를 두지 않고 외부에서 컨베이어가 정지하는 외부신호를 입력 받는 것과 함께 역이동평균을 병용하여 마킹헤드장치용 선형로봇의 Y축 속도 지령치로서 반영한 신호처리방법의 결과이다.

그 결과에서 보이는 바와 같이 상기 외부신호와 역이동평균를 동시에 이용, 즉 병용할 때, 신호처리방법의 반응속도가 가장 빠름을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 제어부는 도 7c와 같이, 상기 외부신호와 역이동평균를 동시에 이용한 신호처리방법을 구현함에 따라, 컨베이어부의 급정지 상황을 상대적으로 신속하게 마킹헤드장치용 선형로봇의 작동 제어에 반영하여, 마킹헤드장치용 선형로봇의 Y축의 제어결과가 산출되기까지의 지연시간(e)을 최소화하고, 문자 등이 깨지지 않게 하는 인쇄 품질을 상대적으로 높일 수 있게 된다.

상기와 같이 하여 본 발명에 의한 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치는 컨베이어부 상에서 목표물인 강판이 어떠한 위치로 이동되어 오더라도, 상기 진입위치결정정보와 제1이송부 및 제2이송부를 이용하여 로터리엔코더의 휠을 목표물에 접촉시켜, 목표물의 속도를 직접 측정하여 마킹헤드장치용 선형로봇의 Y축 지령치에 정밀하게 반영할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치는 충격완충부와, 제1, 제2센서를 구비하여 장치 안정성 및 내구성을 극대화하고, 다양한 두께를 갖는 목적물이라도 정밀하게 속도 측정을 수행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치는 다축 엔코더조립체에 브러시 장착대 및 브러시를 더 구비하고 있음에 따라, 로터리엔코더 및 휠에서 정밀한 측정이 이루어지는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치는 외부신호와 역이동평균를 병용한 신호처리를 통해, 컨베이어부의 정지시에도 인쇄 품질을 상대적으로 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치는 다축 엔코더조립체의 제1측정값과 보정엔코더의 제2측정값을 병용함에 따라, 다축 엔코더조립체와 마킹헤드장치 사이의 물리적 이격 거리 구간에서도 정밀한 출력 결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

1. 컨베이어부를 따라 이동하는 목표물에 대해 마킹을 수행하도록, 상기 컨베이어부의 상부 공간에 겐트리구조물의 제1수평보가 배치된 마킹장치에 있어서,

   상기 겐트리구조물을 기초로 설치되어 X축방향의 수평이동, Y축방향의 전후이동, Z축방향의 수직이동, Z축방향을 축심으로 정한 회동을 구현하기 위한 복수개의 선형로봇;

   상기 선형로봇의 회동축부재의 끝단에 설치된 마킹헤드장치;

   상기 겐트리구조물과 평행한 서브구조물을 기준으로 로터리엔코더를 다축 이동시키면서, 상기 목표물의 이동 속도를 직접 측정하는 다축 엔코더조립체;

   상기 다축 엔코더조립체의 로터리엔코더와 전자회로적으로 연결된 제어부;를

   포함하고, 상기 제어부가 상기 로터리엔코더에서 측정한 상기 목표물의 이동 속도를 상기 선형로봇의 Y축의 속도 지령치로 반영하는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다축 엔코더조립체는

   다축 이동을 통해 상기 제어부로부터 하달된 지령에 따라 이동 경로를 추종하여 목적지까지 로터리엔코더를 위치시키도록, 상기 서브구조물에 지지되어서 셔 틀블록을 수평 왕복 이송시키는 제1이송부;

   상기 셔틀블록에서 상기 제1이송부와 직교되는 방향으로 탑재되어 상하 왕복 이송을 구현하는 제2이송부;

   상기 제2이송부의 하단에 설치된 복수개의 쇼크업소버를 병렬 배열한 충격완충부;

   상기 충격완충부의 하부에 설치된 휠서포트;

   상기 휠서포트에서 회동 가능하게 결합된 휠;

   상기 휠과 연동하도록 상기 휠서포트의 외측에 설치된 로터리엔코더;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1이송부는 풀리 벨트 방식으로 상기 셔틀블록을 왕복 운동시키도록 된 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제2이송부는 볼스크류, 샤프트모터, 액추에이터 방식 중 어느 하나에 의해 상기 셔틀블록을 기준으로 제2이송부의 하우징 전체가 승강 또는 하강하게 구성된 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 휠서포트에는 로터리엔코더에서 속도 측정이 이루어지기 직전 목표물을 인식하도록 센서 장착대가 결합되고, 상기 센서 장착대의 끝에는 목표물 인식용 제1센서가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치.
6. 제2항에 있어서,

   상기 휠서포트에는 복수개의 브러시 장착대가 설치되고, 상기 브러시 장착대에 상기 목표물의 표면에 있는 이물질을 제거하는 브러시가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치.
7. 제2항에 있어서,

   상기 충격완충부에는 로터리엔코더의 휠과 목표물 접촉 인식용 제2센서가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 컨베이어부 중에서 상기 마킹헤드장치의 전방 부위쪽 컨베이어 롤러에 설치되어, 다축 엔코더조립체의 제1측정값과 병용하기 위한 제2측정값을 상기 제어부에 입력시킴에 따라, 상기 다축 엔코더조립체가 목표물인 강재와 접촉하고 있지 않을 때 속도와 거리를 측정하는 보정엔코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치.
9. 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 신호처리방법에 있어서,

   제어부는

   로터리엔코더를 다축 이동시키면서 목표물의 이동 속도를 직접 측정하는 다축 엔코더조립체와 연결되어 있되,

   컨베이어부의 정상 작동시, 상기 로터리엔코더를 통해 상기 목표물의 속도를 직접 감지하도록, 미리 사전에 정한 측정 시간 간격마다 측정을 하되, 미리 정한 측정값 수에 해당하는 복수개의 측정값을 평균하여 이동평균값으로 산출하고, 상기 이동평균값을 마킹헤드장치용 선형로봇의 Y축 속도 지령치로서 반영하는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 신호처리방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제어부는

    상기 컨베이어부의 정지 상황시, 상기 컨베이어부로부터 입력 받은 정지신호를 외부신호를 이용하는 것과;

    새롭게 받아들인 측정값이 기존까지 받아 왔던 측정값보다 미리 정한 임계치 이상임을 조건으로 하여 지금까지 받아들인 측정값을 모두 버리고 새롭게 이동평균을 취하는 것에 해당하는 역이동평균을 이용하는 것;을

    병용하면서, 마킹헤드장치용 선형로봇의 Y축 속도 지령치로서 반영하는 것을 특징으로 하는 다축 엔코더조립체를 구비한 마킹장치의 신호처리방법.

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