KR101059029B1

KR101059029B1 - 위치 결정 모듈

Info

Publication number: KR101059029B1
Application number: KR1020100026878A
Authority: KR
Inventors: 박성범
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-08-23

Abstract

본 발명은 사용자 단말기에서 전송된 캠 데이터를 수신하는 통신부와, 캠 제어 명령이 입력되면, 캠 제어 명령이 입력된 시점의 주축 위치를 검출하고, 주축의 위치가 변경될 때마다 주축 위치에 상응하는 종축의 위치를 캠 데이터를 이용하여 산출하고, 종축의 위치를 이용하여 종축의 속도를 계산하여 캠 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 위치 결정 모듈로 전체 제어 시간을 줄일 수 있으며, 성능이 낮은 중앙처리장치(CPU)를 사용하더라도 캠 제어를 용이하게 수행할 수 있다.

Description

위치 결정 모듈{Position decision module}

본 발명은 위치 결정 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캠(Cam)을 제어하는 위치 결정 모듈에 관한 것이다.

산업 현장에서 공장 설비의 자동화 등 여러 분야에서 적용되고 있는 피엘씨(Programmable Logic Controller : PLC)는 중앙처리장치를 포함하는 중앙제어부(CPU), 센서나 스위치로부터 신호를 입력받는 입력 모듈, 제어 대상인 모터나 밸브에 제어신호를 전달하는 출력 모듈, 고속 카운터, 통신 모듈, PID 제어 모듈 및 위치 결정 모듈 등을 구비하고 있다.

위치 결정 모듈은 사용자가 설정한 속도에 의해 운전 프로파일을 생성하여 적절한 속도로 원하는 위치까지 이동하도록 서보 모터를 제어하여 기계적인 시스템의 동작을 제어하는 모듈로서, 상기 서보 모터는 움직이는 기계 캠(Cam)을 사용하여 회전에 따른 직선의 움직임을 구현한다.

근래에 기술이 발달하면서 기계 캠의 역할을 전자 캠이 대신하게 되었는데,전자 캠은 기계 캠의 회전에 따른 직선의 움직임을 캠 프로파일로 형상화하고, 이를 회전축(주축)의 위치에 따른 직선축(종축)의 위치 변화에 적용하여 기계 캠 없이도 캠 운전이 가능하게 하였다.

그러나, 전자 캠을 위치 결정 모듈 내부에 구현하기 위해서는 캠 프로파일의 생성 시 복잡한 연산이 필요하였고, 직선축의 위치를 구하는 연산이 필요하기 때문에 제어 주기가 늘어나는 문제가 있었다.

그리고, 가격 및 성능이 낮은 CPU를 사용하여 전자 캠을 구현하고자 할 경우에는 복잡한 연산은 더욱 문제가 되며, 경우에 따라서는 구현이 불가능한 문제가 있었다.

본 발명의 사상은 복잡한 연산없이도 캠 제어를 용이하게 수행할 수 있는 위치 결정 모듈을 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 위치 결정 모듈은 사용자 단말기에서 전송된 캠 데이터를 수신하는 통신부와, 캠 제어 명령이 입력되면, 캠 제어 명령이 입력된 시점의 주축 위치를 검출하고, 주축의 위치가 변경될 때마다 주축 위치에 상응하는 종축의 위치를 캠 데이터를 이용하여 산출하고, 종축의 위치를 이용하여 종축의 속도를 계산하여 캠 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.

여기서, 캠 데이터는 주축 및 종축의 회전당 이송거리와 회전당 펄스의 수, 주축 포인트 단위 및 캠 데이터의 스텝에 따른 종축의 위치 데이터 중 적어도 하나를 포함한다.

그리고, 제어부는 주축의 위치가 변경되면, 하기의 [식 1]을 이용하여 주축 위치에 따른 캠 데이터의 스텝을 검출하고,

[식 1]

캠 데이터의 스텝 = (현재 주축 위치 - 캠 제어 명령이 입력된 시점의 주축 위치) / 주축 포인트 단위

캠 데이터의 스텝에 따른 종축의 위치 데이터를 이용하여 종축의 위치를 산출한다.

또한, 제어부는 하기의 [식 2]를 이용하여 종축의 위치를 산출한다.

[식 2]

종축의 위치 = (캠 데이터의 스텝 중 소수부 * 주축 포인트 단위) * ( 캠 위치 데이터 / 캠 데이터 스텝의 오프셋 값)

게다가, 제어부는 하기의 [식 3]을 이용하여 종축의 다음 위치를 산출한다.

[식 3]

종축의 다음 위치 = 종축의 위치 + 캠 데이터의 스텝 중 정수부

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 위치 결정 모듈에 따르면, 캠 데이터를 생성하고 적용하는 연산을 위치 결정 모듈에서 수행하지 않고 사용자 단말기에서 수행함으로써 위치 결정 모듈에서는 사용자 단말기에서 수행된 캠 데이터를 전송받아 캠 제어를 수행하기 때문에 위치 결정 모듈의 전체 제어 주기를 단축시킬 수 있으며, 연산 작업의 수행 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 가격 및 성능이 낮은 중앙처리장치(CPU)를 사용하여 캠 제어를 수행할 수 있으므로 위치 결정 모듈의 제조 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 사용자 단말기 및 위치 결정 모듈을 포함하는 위치 결정 시스템의 제어 블록도이다.
도 2는 캠 프로파일 및 캠 그래프의 일례를 보여주는 도면이다.
도 3은 캠 데이터를 설정하기 위한 캠 설정 조건의 일례를 보여주는 도면이다.
도 4a는 주축 위치에 따른 종축 위치를 보여주는 그래프이다.
도 4b는 캠 데이터의 스텝에 따른 종축 위치를 나타내는 테이블을 보여주는 도면이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 사용자 단말기 및 위치 결정 모듈을 포함하는 위치 결정 시스템의 제어 블록도를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 위치 결정 시스템(1)은 사용자 단말기(10) 및 위치 결정 모듈(20)을 포함하여 구성된다.

사용자 단말기(10)는 위치 결정 소프트웨어 프로그램을 이용하여 캠 제어를 수행하기 위한 캠 데이터(캠 프로파일)를 생성하여 위치 결정 모듈(20)로 전달하는 수단으로서, 제어부(12), 통신부(14) 및 저장부(16)를 구비한다.

이러한 사용자 단말기(10)는 PC(Personal Computer), 노트북, PDA(Personal Digital Assistants) 등의 다양한 전자장치가 될 수 있다.

제어부(12)는 사용자 단말기(10)를 전반적으로 제어하는 마이컴으로서, 캠 프로파일 생성부(12a)를 포함하여 구성된다.

캠 프로파일 생성부(12a)는 위치 결정 모듈(20)에서 캠 제어를 수행할 수 있도록 캠 데이터를 생성한다.

여기서, 캠 데이터는 주축(회전축)의 회전당 이송거리, 주축의 회전당 펄스의 수, 종축(직선축)의 회전당 이송거리, 종축의 회전당 펄스의 수, 주축 포인트 단위 및 캠 설정 조건 중 적어도 하나를 포함한다.

이 중에서 주축 및 종축의 회전당 이송거리 및 회전당 펄스의 수는 주축과 종축의 단위에 따라 캠 데이터를 위치 결정 모듈(20)의 내부에서 펄스로 변환하기 위해 필요한 것이다.

또한, 주축 포인트 단위는 주축의 회전에 따라 종축이 변동하는 위치를 몇 개의 포인트로 나눌 것인지를 설정하는데 사용되기 때문에 이 주축 포인트 단위는 위치 결정 모듈(20)의 저장부(26)에 저장된 캠 데이터를 위한 영역을 넘지 않도록 하되 그 범위 내에서는 사용자가 원하는 대로 설정할 수 있도록 구성된다.

도 2는 캠 프로파일 및 캠 그래프의 일례를 보여주는 도면, 도 3은 캠 데이터를 설정하기 위한 캠 설정 조건의 일례를 보여주는 도면, 도 4a는 주축 위치에 따른 종축 위치를 보여주는 그래프 및 도 4b는 캠 데이터의 스텝에 따른 종축 위치를 나타내는 테이블을 보여주는 도면을 나타낸다.

도 2는 캠 프로파일 생성부(12a)에서 생성된 캠 프로파일 및 캠 그래프로서, 도 2의 캠 프로파일은 주축 위치, 종축 위치 및 종축 속도 등의 데이터를 나타낸 것이며, 캠 그래프는 캠 프로파일의 위치, 속도, 가속도, 저크를 그래프로 나타낸 것이다.

그리고, 도 3은 사용자가 선택할 수 있는 캠 데이터의 설정 조건을 표시한 화면으로, 캠 블록, 캠 제어모드, 주축/종축 파라미터, 캠 블록 데이터를 설정할 수 있다.

한편, 캠 프로파일 생성부(12a)에서 생성된 캠 데이터 중에서 주축의 회전당 이송거리, 주축의 회전당 펄스의 수, 종축의 회전당 이송거리, 종축의 회전당 펄스의 수, 주축 포인트 단위 및 기설정된 종축의 위치 데이터가 위치 결정 모듈(20)로 전달되어 캠 제어를 수행할 수 있게 한다.

통신부(14)는 캠 프로파일 생성부(12a)에서 생성된 캠 데이터를 위치 결정 모듈(20)의 통신부(22)로 전송하거나 위치 결정 모듈(20)의 저장부(26)에 저장되어 있는 캠 데이터를 전달받아 제어부(12)로 전송하거나 저장부(16)에 저장한다.

저장부(16)는 캠 프로파일 생성부(12a)에서 생성된 캠 데이터를 저장한다. 이러한 저장부(16)는 디램(Dynamic Random Access Memory: DRAM), 에스디램(Syncronous DRAM: SDRAM), 알디램(Rambus DRAM: RDRAM), 디디알램(Double data rate DRAM: DDRAM), 에스램(Static Random Access Memory: SRAM)과 같이 캠 데이터를 저장할 수 있는 저장매체이다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 위치 결정 모듈의 구성 요소에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

위치 결정 모듈(20)은 통신부(22), 제어부(24) 및 저장부(26)를 포함하여 구성된다.

통신부(22)는 사용자 단말기(10)에서 생성된 캠 데이터를 전달받거나 저장부(26)에 저장되어 있는 캠 데이터를 사용자 단말기(10)의 통신부(14)로 전송하는 역할을 수행한다.

제어부(24)는 위치 결정 모듈(20)을 전반적으로 제어하는 마이컴으로서, 캠을 제어하기 위한 캠 제어 명령이 입력되면, 캠 제어 명령이 입력된 시점의 주축 위치를 검출하여 기억(일시적으로 저장)해 놓는다.

또한, 제어부(24)는 주축의 위치가 변경될 때마다 주축 위치에 상응하는 종축의 위치를 캠 데이터를 기준으로 검출하고, 검출된 종축의 위치 변화를 통해 종축의 속도를 계산하여 캠 제어를 수행한다.

보다 구체적으로 설명하면, 제어부(24)는 주축의 위치에 변동이 생기면, 우선적으로 캠 프로파일 생성부(12a)에서 생성된 캠 데이터 중에서 주축 포인트 단위를 이용하여 주축의 위치에 따른 캠 데이터의 스텝을 구한다.

여기서, 제어부(24)는 아래의 [식 1]을 사용하여 캠 데이터의 스텝을 검출한다.

[식 1]

제어부(24)에서 캠 데이터의 스텝을 검출하는 과정을 도 4a 및 도 4b를 참조하여 예를 들어 설명하면, 캠 제어 명령이 입력된 시점에서의 주축 위치가 1000이고, 현재 위치가 1073이고, 주축 포인트 단위가 10일 경우, 제어부(24)는 [식 1]에 상기한 값을 대입하여 (1073 - 1000) / 10 = 7.3의 캠 데이터의 스텝을 구한다.

그리고, 제어부(24)는 검출된 캠 데이터의 스텝과 저장부(26)에 저장된 도 4b를 이용하여 종축의 다음 위치(종축의 update 위치)를 구한다. 즉, 제어부(24)는 검출된 캠 데이터의 스텝이 7.3이므로 도 4a 및 도 4b의 A점이 표시된 CAM Data[7]과 CAM Data[8]에 상응하는 종축 위치 데이터인 395와 475를 가지고 종축의 다음 위치를 구한다. 여기서, 캠 데이터의 스텝에 상응하는 종축 위치 데이터의 차이(475 - 395 = 80)를 캠 위치 데이터라고 한다.

이때, 제어부(24)는 이전 주축의 위치와 현재 주축의 위치를 비교하여 주축의 회전 방향이 정회전일 경우는 [캠 데이터의 스텝 중 정수부] 및 [캠 데이터의 스텝 중 정수부 + 1]에 해당하는 저장부(26)에 저장된 도 4b의 테이블 데이터(캠 데이터의 스텝에 따른 종축의 위치 데이터)를 가지고 종축의 다음 위치를 구하고, 주축의 방향이 역회전일 경우는 [캠 데이터의 스텝 중 정수부] 및 [캠 데이터의 스텝 중 정수부 - 1]에 해당하는 테이블 데이터를 가지고 종축의 다음 위치를 구한다.

상술한 종축의 다음 위치를 구하기 위해서 우선 종축의 위치를 구하는데, 제어부(24)는 하기의 [식 2]와 앞에서 검출된 값들을 이용하여 종축의 위치를 산출한다.

[식 2]

종축의 위치 = (캠 데이터의 스텝 중 소수부 * 주축 포인트 단위) * (캠 위치 데이터 / 캠 데이터 스텝의 오프셋 값)

예를 들면, 상기에서 구한 캠 데이터의 스텝은 7.3이고, 캠 데이터의 스텝 중 소수부는 0.3이고, 주축 포인트 단위는 10이고, 캠 데이터 스텝의 오프셋 값은 10이고, 캠 위치 데이터가 도 4b의 캠 데이터의 스텝 [8]에 상응하는 종축 위치 데이터인 475에서 캠 데이터의 스텝 [7]에 상응하는 종축 위치 데이터인 395를 감산한 475 - 395 = 80 일 경우, 제어부(24)는 종축의 위치인 (0.3 * 10) * ( 80 / 10 ) = 3 * 8 = 24 를 산출한다.

그리고, 제어부(24)는 산출된 종축의 위치와 하기의 [식 3]을 이용하여 종축의 다음 위치를 산출한다.

[식 3]

예를 들어, 제어부(24)는 [식 2]에서 산출된 24에 캠 데이터의 스텝 [7] 중에서 정수부인 395를 가산하여 종축의 다음 위치인 419를 검출한다.

제어부(24)는 검출된 종축의 위치들을 통해 종축의 속도를 계산하여 종축의 속도가 종축에서 설정된 속도제한치를 넘으면, 캠의 운전을 멈추고, 종축의 속도가 종축에서 설정된 속도제한치를 넘지 않으면 변경된 위치로 종축을 이동시킨다.

앞에서 지금까지 서술한 방식을 통해 위치 결정 모듈(20)의 내부에서 캠 프로파일을 생성하기 위해 복잡한 연산을 수행하지 않아도 캠 제어를 용이하게 수행할 수 있다.

저장부(26)는 제어부(24)에서 산출된 종축의 위치 및 종축의 다음 위치를 저장하고, 미리 설정된 도 4a 및 도 4b와 같은 캠 데이터의 스텝에 따른 종축의 위치를 저장한다.

이러한 저장부(26)는 디램(Dynamic Random Access Memory: DRAM), 에스디램(Syncronous DRAM: SDRAM), 알디램(Rambus DRAM: RDRAM), 디디알램(Double data rate DRAM: DDRAM), 에스램(Static Random Access Memory: SRAM)과 같이 다양한 데이터를 저장할 수 있는 저장매체이다.

10...사용자 단말기 12a...캠 프로파일 생성부
14...통신부 16...저장부
20...위치 결정 모듈 22...통신부
24...제어부 26...저장부

Claims

사용자 단말기에서 전송된 캠 데이터를 수신하는 통신부;
캠 제어 명령이 입력되면, 상기 캠 제어 명령이 입력된 시점의 주축 위치를 검출하고, 상기 주축의 위치가 변경될 때마다 상기 주축 위치에 상응하는 종축의 위치를 상기 캠 데이터를 이용하여 산출하고, 상기 종축의 위치를 이용하여 종축의 속도를 계산하여 상기 캠 제어를 수행하는 제어부를 포함하고,
상기 캠 데이터는 주축 포인트 단위를 포함하고, 상기 주축 포인트 단위는 주축의 회전에 따라 종축이 변동하는 위치를 복수 개의 포인트로 나누는데 사용되고,
상기 제어부는 상기 캠 제어를 수행하기 위해 상기 캠 데이터의 스텝에 따른 종축 위치를 나타내는 테이블을 사용하며, 상기 주축의 회전 방향에 따라 상이한 값의 캠 데이터를 이용하는, 위치 결정 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 캠 데이터는,
상기 주축 및 종축의 회전당 이송거리, 회전당 펄스의 수 및 캠 데이터의 스텝에 따른 종축의 위치 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 위치 결정 모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 주축의 위치가 변경되면, 하기의 [식 1]을 이용하여 주축 위치에 따른 캠 데이터의 스텝을 검출하고,
[식 1]
캠 데이터의 스텝 = (현재 주축 위치 - 캠 제어 명령이 입력된 시점의 주축 위치) / 주축 포인트 단위
상기 캠 데이터의 스텝에 따른 종축의 위치 데이터를 이용하여 상기 종축의 위치를 산출하는 위치 결정 모듈.
제 3 항에 있어서, 상기 제어부는,
하기의 [식 2]를 이용하여 상기 종축의 위치를 산출하는 위치 결정 모듈.
[식 2]
종축의 위치 = (캠 데이터의 스텝 중 소수부 * 주축 포인트 단위) * ( 캠 위치 데이터 / 캠 데이터 스텝의 오프셋 값)
제 4 항에 있어서, 상기 제어부는,
하기의 [식 3]을 이용하여 종축의 다음 위치를 산출하는 위치 결정 모듈.
[식 3]
종축의 다음 위치 = 종축의 위치 + 캠 데이터의 스텝 중 정수부