KR101207460B1 - 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템 - Google Patents

마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템 Download PDF

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김병인
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Abstract

본 발명은 모터 드라이버에 의해 구동되는 망원경 마운트의 움직임에 따라 상기 모터 드라이버를 제어하는 서보 제어기를 포함하는 망원경 마운트 제어 시스템에 관한 것으로,
특히, 상기 마운트의 움직임을 측정하는 엔코더와 레졸버; 및
상기 엔코더의 측정값을 기초로 모터 드라이버를 제어하는 서보 제어부와, 상기 엔코더 및 레졸버의 마운트 움직임에 대한 측정값 중 마운트의 회전속도를 추출하여 서로 비교하고 두 회전속도의 차이가 기 설정된 오차범위를 초과하거나, 두 회전속도 중 어느 하나의 회전속도가 기 설정된 회전속도 한계치를 초과하면 모터 드라이버의 구동을 정지시키는 보호 제어부를 포함하는 서보 제어기;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템{A TELESCOPE MOUNT CONTROL SYSTEM}
본 발명은 모터 드라이버에 의해 구동되는 망원경 마운트의 움직임에 따라 상기 모터 드라이버를 제어하는 서보 제어기를 포함하는 망원경 마운트 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 마운트의 위치센서로 사용되는 엔코더, 또는 서보 제어기의 이상 동작에 의한 마운트의 물리적인 손상을 방지하는 보호기능을 갖는 마운트 제어 시스템에 관한 것이다.
엔코더는 고정밀 마운트의 위치 센서로 많이 사용되고 있다.
오랜 시간 마운트를 구동시킬 경우, 엔코더 설치 상태의 변화, 먼지에 의한 오염 등으로 인해 정상적인 위치 정보가 서보제어기로 전달되는 것이 불가능해 질 경우가 발생한다.
또한 전기적인 이유로 인해 엔코더와 서보제어기 사이에 인터페이스 불량이 발생하여 정상적인 위치 정보가 서보제어기로 전달되지 않을 경우도 있다.
마운트 회전운전 시작 혹은 회전운전 도중 엔코더의 위치정보 전달에 이상이 생길 경우, 실제 마운트는 회전하고 있으나 서보제어기는 엔코더 정보를 제대로 전달받지 못해 회전위치를 오판하고 이를 보상하면서 목표속도와 위치로 마운트를 회전시키기 위해 모터 구동전류를 크게 공급시키는 경우가 발생할 수 있다.
이 경우 고속으로 회전하는 마운트가 기계적 리미트에 고속으로 충돌하여 마운트 광학부, 구동부, 프레임 등에 손상을 입힐 수 있다.
설령 기계적 리미트 이전에 전기적 리미트로 이상을 감지하여 전류드라이버의 전류차단 및 정지로직이 작동한다하더라도 기계적 리미트에 충돌하기전에 마운트를 정지시키기는 어려운 문제이므로 기계적인 손상을 막을 추가적인 방법이 필요하다.
<참조문헌>
국내등록특허공보 제10-1069258호(2011.10.04.공고)
국내등록특허공보 제10-1073826호(2011.10.17.공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 모터 드라이버에 의해 구동되는 망원경 마운트의 움직임에 따라 상기 모터 드라이버를 제어하는 서보 제어기를 포함하는 망원경 마운트 제어 시스템에 있어서, 마운트의 위치센서로 사용되는 엔코더의 이상 동작에 의한 마운트의 물리적인 손상을 방지하도록 엔코더 외에 마운트의 위치센서로 레졸브를 더 채택한 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템을 제공하려는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 모터 드라이버에 의해 구동되는 망원경 마운트의 움직임에 따라 상기 모터 드라이버를 제어하는 서보 제어기를 포함하는 망원경 마운트 제어 시스템에 있어서, 서보 제어기의 이상 동작에 의한 마운트의 물리적인 손상을 방지하도록 엔코더 외에 마운트의 위치센서로 레졸브를 더 채택하고, 상기 서보 제어기와는 별도로 레졸브로부터 이상 속도가 감지되면 모터 드라이버를 정지하는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템을 제공하려는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 모터 드라이버에 의해 구동되는 망원경 마운트의 움직임에 따라 상기 모터 드라이버를 제어하는 서보 제어기를 포함하는 망원경 마운트 제어 시스템에 있어서,
상기 마운트의 움직임을 측정하는 엔코더와 레졸버; 및
상기 엔코더의 측정값을 기초로 모터 드라이버를 제어하는 서보 제어부와, 상기 엔코더 및 레졸버의 마운트 움직임에 대한 측정값 중 마운트의 회전속도를 추출하여 서로 비교하고 두 회전속도의 차이가 기 설정된 오차범위를 초과하거나, 두 회전속도 중 어느 하나의 회전속도가 기 설정된 회전속도 한계치를 초과하면 모터 드라이버의 구동을 정지시키는 보호 제어부를 포함하는 서보 제어기;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 엔코더 외에도 마운트의 이상 속도를 감지하는 레졸버의 채택으로 마운트의 안정성이 향상된다.
또한, 레졸버를 채택함에 있어 기어의 설치 오차, 가공 오차, 회전축의 편심 등으로 인해 발생하는 백래쉬에 의한 스파이크(spike)형태의 노이즈(noise)성 속도를 무시하는 로우 패스 필터(Low pass filter)의 채택으로 마운트의 회전축의 회전속도를 그대로 반영할 수 있어 마운트의 이상 속도를 정밀하게 감시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 망원경 마운트 제어 시스템을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 고도 마운트부의 주요부를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 방위 마운트부의 주요부를 나타낸 도면,
도 4는 엔코더 하나를 이용한 망원경 마운트 제어 시스템의 제어관계를 나타낸 도면,
도 5 및 도 6은 엔코더와 레졸버를 이용한 망원경 마운트 제어 시스템의 제어관계를 나타낸 도면,
도 7은 엔코더와 레졸버 및 회전속도감시기를 이용한 망원경 마운트 제어 시스템의 제어관계를 나타낸 도면,
도 8은 도 7의 구성에서 로우 패스 필터를 더 구비한 상태에서의 제어관계를 나타낸 도면.
본 발명은 모터 드라이버에 의해 구동되는 망원경 마운트의 움직임에 따라 상기 모터 드라이버를 제어하는 서보 제어기를 포함하는 망원경 마운트 제어 시스템에 있어서,
엔코더, 또는 엔코더 및 레졸버를 이용한 마운트의 속도감시,
그리고 엔코더 및 레졸버와 상기 레졸버의 신호를 서보 제어기가 아닌 추가적인 회전속도감시기를 이용한 마운트의 속도감시를 통해 엔코더와 서보 제어기의 이상동작에 따른 마운트의 손상을 방지하는 보호기능을 추가로 갖게 되는 망원경 마운트 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서의 레졸버는 마운트 구동부의 회전축에 설치된 기어와 레졸버 회전축에 설치된 기어가 맞물려 회전함으로써 위치를 파악한다. 기어 회전에는 설치 오차, 가공 오차, 회전축의 편심 등으로 인해 백래쉬가 존재하는데, 이로 인해 회전축의 회전속도가 그대로 레졸버에 전달되지 않는다.
특히 회전축의 가감속 동작시에는 레졸버로 부터 전달된 신호로부터 계산된 속도는 백래쉬에 의해 순간적으로 실제 회전속도보다 큰 스파이크(spike)형태로 나타날 수 있다.
따라서, 백래쉬에 의한 스파이크(spike)형태의 노이즈(noise)성 속도를 무시하기 위해 로우 패스 필터(Low pass filter)를 설치하였다.
한편, 본 발명은 엔코더나 레졸버 신호로부터 체크된 속도가 임의의 상한치를 넘어서면 모터드라이버의 전류차단 및 정지로직을 동작시키는 구성으로 요약할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 망원경 마운트 제어 시스템은 도 1에 도시한 바와 같은 망원경(10), 고도 마운트부(20), 방위 마운트부(30)를 갖춘 장치에서 엔코더와 서보제어기의 이상 동작에 의한 고도 마운트부(20) 및 방위 마운트부(30)의 물리적 손상을 최소화하기 위한 것으로, 엔코더(34)와 레졸버(23,33)와, 서보 제어기(40)와 모터 드라이버(50)를 포함한다.
엔코더(34)와 레졸버(23,33)는 마운트의 움직임을 측정한다. 그리고 서보 제어기(40)를 이루는 구성 중 서보 제어부(41)는 엔코더(34)의 측정값을 기초로 모터 드라이버(50)를 제어한다. 또한 서보 제어기(40)를 이루는 구성 중 보호 제어부(42)는 엔코더(34) 및 레졸버의 마운트 움직임에 대한 측정값 중 마운트의 회전속도를 추출하여 서로 비교하고 두 회전속도의 차이가 기 설정된 오차범위를 초과하거나, 두 회전속도 중 어느 하나의 회전속도가 기 설정된 회전속도를 초과하면 모터 드라이버(50)의 구동을 정지시킨다.
여기서, 마운트는 방위 마운트부(30)와, 고도 마운트부(20)를 의미하고, 상기 엔코더(34)와 레졸버(23,33)는 방위 마운트부(30)와 고도 마운트부(20)에 각각 구비되며, 서보 제어기(40)는 방위 마운트부(30)와 고도 마운트부(20)를 각각 제어한다.
그리고 보호 제어부(42)는 상기 레졸버의 노이즈 속도를 무시하기 위한 로우 패스 필터(Low pass filter)(43)가 더 구비된다.
레졸브(23,33)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 고도 마운트부(20)의 고도 회전축(21)에 장착되어 고도 회전축(21)의 회전과 연동되는 고도 기어(22)와, 방위 마운트부(30)의 방위 회전축(31)에 장착되어 방위 회전축(31)의 회전과 연동되는 방위 기어(32)의 회전을 체크하도록 되어 있다.
한편, 본 발명은 위와 같은 구성에 더하여 레졸버(33)의 마운트 움직임에 대한 측정값 중 마운트의 회전속도를 추출하여 마운트의 회전속도를 감시하는 회전속도감시기(60)가 구비된다.
이러한 회전속도감시기(60)는 마운트가 기 설정된 회전속도를 초과하면 상기 서보 제어기(40)의 제어를 무시하고, 모터 드라이버(50)의 구동을 정지시키며, 레졸버(23,33)의 노이즈 속도를 무시하기 위한 로우 패스 필터(Low pass filter)(63)가 더 구비된다.
<실시예1>
도 4의 마운트 제어 시스템은 마운트, 엔코더(34), 서보 제어기(40), 모터 드라이버(50)를 포함한 것이고,
동작관계는 엔코더(34)가 마운트의 회전을 감시하고 서보 제어기(40)는 엔코더(34)의 신호를 기초로 위치 및 속도 등을 계산하여 기 설정된 회전속도를 초과하는지 여부에 따라 모터 드라이버(50)를 구동하거나 정지한다.
이와 같은 마운트 제어 시스템은 엔코더(34) 및 서보 제어기(40)를 신뢰하기 때문에 엔코더(34) 또는 서보 제어기(40)가 이상 동작을 하면 마운트의 물리적 손상이 야기된다.
<실시예2>
도 5의 마운트 제어 시스템은 마운트, 엔코더(34), 레졸버(23,33), 서보 제어기(40), 모터 드라이버(50)를 포함한 것이고,
동작관계는 엔코더(34) 또는 레졸버(23,33)가 마운트의 회전을 감시하고 서보 제어기(40)는 엔코더(34) 또는 레졸버(23,33)의 신호를 기초로 기 설정된 회전속도를 초과하는지 여부에 따라 모터 드라이버(50)를 구동하거나 정지한다.
이와 같은 마운트 제어 시스템은 엔코더(34) 외에도 레졸버(23,33)의 구성이 더 추가되어 있어, 엔코더(34)가 이상동작을 하거나, 레졸버(23,33)가 이상 동작을 해도 하나의 구성이 회전속도를 감시하기 때문에 실시예1에 비해 안정적이다.
그러나 서보 제어기(40)가 이상이 발생하면 마운트의 물리적 손상을 피하기 어렵다.
<실시예3>
도 7의 마운트 제어 시스템은 마운트, 엔코더(34), 레졸버(23,33), 서보 제어기(40), 모터 드라이버(50), 회전속도감시기(60)를 포함한 것이고,
동작관계는 엔코더(34) 또는 레졸버(23,33)가 마운트의 회전을 감시하고 서보 제어기(40)는 엔코더(34) 또는 레졸버(23,33)의 신호를 기초로 기 설정된 회전속도를 초과하는지 여부에 따라 모터 드라이버(50)를 구동하거나 정지한다.
또는 회전속도감시기(60)가 레졸버(23,33)의 신호를 기초로 기 설정된 회전속도를 초과하는지 여부에 따라 모터 드라이버(50)를 구동하거나 정지한다.
이와 같은 마운트 제어 시스템은 엔코더(34) 외에도 레졸버(23,33)의 구성이 더 추가되어 있어, 엔코더(34)가 이상동작을 하거나, 레졸버(23,33)가 이상 동작을 해도 하나의 구성이 회전속도를 감시하기 때문에 실시예1에 비해 안정적이다.
또한, 서보 제어기(40)가 이상이 발생하더라도 회전속도감시기(60)가 레졸버(23,33)의 신호를 기초로 기 설정된 회전속도를 초과하면 모터 드라이버(50)를 정지시킬 수 있어, 실시예2에 비해 안정적이다.
그러나 레졸버(23,33)는 전술한 바와 같이 백래쉬에 의한 스파이크(spike)형태의 노이즈(noise)성 속도가 있을 수 있기 때문에 마운트의 움직임을 그대로 반영하지 못하는 문제가 있다. 이와 같은 문제는 실시예2에도 적용된다.
<실시예4>
도 8의 마운트 제어 시스템은 마운트, 엔코더(34), 레졸버(23,33), 서보 제어기(40), 모터 드라이버(50), 회전속도감시기(60) 및 서보 제어기(40)의 보호 제어부(42)와 회전속도감시기(60)에 로우 패스 필터(43,63)를 포함한 것이다.
동작관계는 실시예3와 동일하고 다만 로우 패스 필터(43,63)가 적용됨에 따라 백래쉬에 의한 스파이크(spike)형태의 노이즈(noise)성 속도를 필터링 할 수 있기 때문에 마운트의 움직임을 실시예2,3에 비해 잘 반영하는 특성이 있다.
이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 망원경 20: 고도 마운트부
30: 방위 마운트부 21: 고도 회전축
22: 고도 기어 23,33: 레졸브
31: 방위 회전축 32: 방위 기어
34: 엔코더 40: 서보 제어기
50: 모터 드라이버 60: 회전속도감시기

Claims (6)

  1. 망원경 마운트 제어 시스템에 있어서,
    상기 마운트의 움직임을 측정하는 엔코더(34)와 레졸버; 및
    상기 엔코더(34)의 측정값을 기초로 모터 드라이버(50)를 제어하는 서보 제어부(41)와, 상기 엔코더(34) 및 레졸버의 마운트 움직임에 대한 측정값 중 마운트의 회전속도를 추출하여 엔코더(34)로 측정된 마운트의 회전속도와 레졸버로 측정된 마운트의 회전속도를 비교하고 두 회전속도의 차이가 기 설정된 오차범위를 초과하거나, 두 회전속도 중 어느 하나의 회전속도가 기 설정된 회전속도를 초과하면 모터 드라이버(50)의 구동을 정지시키는 보호 제어부(42)를 포함하는 서보 제어기(40);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레졸버의 마운트 움직임에 대한 측정값 중 마운트의 회전속도를 추출하여 마운트의 회전속도를 감시하는 회전속도감시기(60);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 회전속도감시기(60)는 마운트가 기 설정된 회전속도를 초과하면 상기 서보 제어기(40)의 제어를 무시하고, 모터 드라이버(50)의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보호 제어부(42)는 상기 레졸버의 노이즈 속도를 무시하기 위한 로우 패스 필터(Low pass filter)(43)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 회전속도감시기(60)는 상기 레졸버의 노이즈 속도를 무시하기 위한 로우 패스 필터(Low pass filter)(63)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마운트는 방위 마운트부(30)와, 고도 마운트부(20)를 포함하고,
    상기 엔코더와 레졸버는 상기 방위 마운트부(30)와 고도 마운트부(20)에 각각 구비되며,
    상기 서보 제어기(40)는 상기 방위 마운트부(30)와 고도 마운트부(20)를 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 마운트 보호기능이 강화된 망원경 마운트 제어 시스템.
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