KR101244145B1 - 위치 제어 엔코딩 장치에서의 위치 제어 엔코딩 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로그램이 가능한 위치 제어 엔코더(encoder)에 있어서, 기존의 로터리 엔코더에 시퀀스제어(Sequential Control)기능이 결합된 새로운 기능의 엔코더에 관한 것이다.
즉, 각각의 위치를 나타내는 절대 위치 코드인 2진수의 조합으로 구성된 어드레스 코드(address code)를 구비하는 회전 디스크, 상기 2진 어드레스 코드를 검출하기 위한 광센서, 상기 광센서의 출력신호를 증폭하기 위한 신호 증폭부 및 상기 신호 증폭부에서 출력된 신호를 이용하여 디지털 신호를 출력하는 제어 회로 보드를 포함한다. 본 발명에 의하면, 소프트웨어적인 분해능의 구성으로 분할 각, 또는 위치 제어 코드의 변환이 가능하며, 기존 로터리 엔코더에 시퀀스 제어 기능의 결합으로 작업 효율성을 극대화할 수 있다는 효과가 있다.

Description

위치 제어 엔코딩 장치에서의 위치 제어 엔코딩 방법 {Encoding method for controlling position in encoding apparatus for controlling position}
기존의 앱솔루트 로타리 엔코더는 분할각에 대응하는 2진수로 조합된 코드를 회전 원판에 설계한 후, 1대1로 대응하여 반응하는 광센서의 출력을 이용하여 ON/OFF 신호나 구형파를 검출하는 단순한 하드웨어적인 방법이라면, 본 발명은 앱솔루트 로타리 엔코더의 회전디스크상의 절대 위치데이터를 기준으로 각도, 또는 위치 분할을 소프트웨어로 구성하여 기존의 로터리엔코더에 시퀀스제어(Sequential Control)기능을 결합한 새로운 기능의 엔코더에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 앱솔루트 로타리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)에서 360도에 대응하는 2진 절대 위치 코드로 기록된 회전 원판, 그리고 이 회전원판에서 2진수 BCD코드로 센서에 의해 입력된 각각의 주소데이터를 기준으로 각각의 위치를 제어하는 프로그램, 그리고 프로그램을 실행하는 원 칩 마이콤(One chip Micom)과 제어회로로 구성된 프로그램이 가능한 앱솔루트 로타리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)에 관한 것이다.
기존의 앱솔루트 로타리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)는 각도 분할 제어를 위한 간단한 스위칭 회로를 회전디스크에 디자인하여 구성한다. 즉 각도 분할 제어 코드를 회전 디스크 상에 2진수 코드로 하드웨어적으로 구성한 후 센서를 이용하여 ON/OFF신호나 구형파를 검출 한다.
로타리 엔코더(Rotary Encoder)란 회전 방향의 기계적 변위량과, 회전각의 위치 변위량을 디지털 양으로 변환 검출하기 위한 위치 센서로서, 크게 회전 방향의 위치를 검출하는 로터리 엔코더(Rotary Encoder)와 직선변위를 측정하는 리니어(Linear) 스케일로 구분할 수 있다.
엔코더를 동작 원리상으로 분류하면, 광전식 엔코더, 자기식 엔코더, 전자 유도식 엔코더, 정전 용량식 엔코더 등이 있다. 이러한 엔코더는 위치 제어를 위한 공작기계나 수치제어 공작기계(CNC) 등에서 광범위하게 사용되고 있다.
엔코더에서의 광 검출 방식은 앱솔루트 방식(Absolute Type:절대방식)과 인크리멘탈방식(lncremental Type: 증분방식)이 있다.
인크리멘탈 방식은 회전축의 회전 각도에 비례한 펄스를 출력하는 방식으로, 신호가 개별적으로 식별되지 않기 때문에 입력신호에 대한 회전수를 알기 위해서는 그 위치로부터 펄스 수를 세어 누적 가산한다. 인크리멘탈 방식은 회전 디스크의 스케일에 기준위치를 할당하여 기준점을 시작으로 회전량의 측정이 무한히 가능하나, 전원을 차단 후 전원을 재투입 시 반드시 다시 기준 원점을 잡아 주어야 하는 불편함이 있다.
앱솔루트 방식은 회전각도에 따른 절대위치 값을 회전디스크에 할당하여 회전 디스크의 변위에 대응하는 고유의 위치 신호가 디지털 모드로 출력되도록 한 것으로서, 회전각도 검출용으로 사용되며, 전원을 차단하여도 회전 디스크에 위치데이터가 저장되어 있어 원점을 잡을 필요 없이 바로 위치데이터를 검출할 수 있다.
도 6은 일반적인 로터리 엔코더의 회전디스크를 보여주는 도면으로서, 일반적인 로터리 엔코더는 하드웨어적으로 구성되어 있다.
도 2는 로터리 엔코더의 기본적인 구조를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 로터리 엔코더의 기본적인 구조는 회전축과, 회전축을 지지하는 베어링(101), 회전축을 고정하는 본체(111), 회전축에 고정된 회전디스크 (151), 빛을 조사하는 발광부(121)와 조사된 빛을 받는 수광부(131), 빛의 조도의 변화를 디지털 신호로 변환하는 전자 회로(141)로 구성되어 있다.
도 4를 참조하면, 일반적인 로터리 엔코더의 작동 원리는 신호를 발신하는 발광부(D)에서 광원을 발산하면, 신호를 제어하는 회전디스크(Ba)가 운동을 하는 회전축에 연결되어 회전하게 된다. 이때 회전 디스크(Ba)에는 도 6에 도시된 바와 같은 흑백의 패턴(Pattern)이 할당되어 있는데, 고정슬릿(C)을 통과한 빛은 회전 디스크를 통과하거나 차단된다. 이때 통과한 빛을 수신하는 수광부 센서(F)에 의해 2진 위치데이터(32)가 검출되어 구형파(33)나 온/오프(On/Off) 신호로 출력된다.
도 6에서 보는 바와 같이, 기존의 위치 제어 엔코더는 회전 디스크에 물리적으로 분해능이 구성되어 있고, 각각의 분해능에 맞추어 하드웨어적으로 회전디스크를 설계한다. 예를 들어, 분해능이 6이면 6개의 위치코드가 있는 회전 디스크를 설계하고, 분해능이 24면 24개의 위치코드가 있는 회전디스크를 설계하는 식이다.
이와 같이 종래에는 분해능이 n이면 n개의 위치코드가 있는 회전디스크를 제작하여 앱솔루트 로터리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)를 구성한다. 분해능이란 분할하려는 각도를 의미하는데 분해능이 8이면 360°를 8등분하여 8개의 위치데이터를 출력할 수 있게 만들어져 있다.
출력 방식에 따라 n분할 엔코더일 경우 n개의 On/Off스위치 접점을 출력하는 방식과 2진BCD코드를 출력하는 방식, 그리고 기타 2진 그레이코드를 출력하는 방식이 있는데, 이들 로터리 엔코더는 스케일에 각인되거나, 펀칭된 형태에 따라 정 논리와 부 논리로 구분되며, 각각의 제품은 특성이 다르기 때문에 서로 호환이 될 수 없고, 사용범위가 극히 한정되어 있으며 응용의 폭이 극히 좁다. 그래서, 고장이 발생하면 특성상 입출력이 동일한 제품을 구해야 하며, 조달이 어려울 경우 무기한 장비를 세워 두어야하는 문제점이 발생할 수 있다.
그리고, 종래에는 회전 디스크상의 분할 제어 코드 설계 시 하드웨어적인 설계로 인하여 인위적인 분해능의 변경이 불가능하고, 다양한 제품을 생산할 경우 각각의 분해능에 맞는 회전 디스크와 제어 회로가 필요하기 때문에 개발에서 생산까지 많은 공정과 설비가 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전 디스크상에서 360°에 대응하는 2진수 코드의 조합으로 추출된 절대위치 데이터와 마이컴을 이용하여 분해능을 자유자재로 구성할 수 있으며, 입출력에서 비트연산을 사용하여 회로를 구성할 수 있어 응용할 수 있는 범위가 무한하며, 제품생산시 360도에 대응하는 2진 BCD 어드레스(Address)와 컴파일러 프로그램을 이용하여 다양한 분해능의 제품을 구성할 수 있어 생산 공정을 대폭 줄일 수 있으며, 사용자가 소스프로그램을 이용하여 자유자재로 분해능을 구성하여 손쉽게 사용할 수 있고, 특수한 앱솔루트 로터리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)도 컴파일러를 이용하여 손쉽게 제작이 가능하며, 컴파일 프로그램을 이용하여 다양한 형태의 구형파를 출력할 수 있는 로터리 엔코더를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 현장의 조건에 맞추어 분할 각의 수정 및 변환이 가능하며, 주변 마이콤 및 CPU와 연동이 가능하여 다양한 기능의 제품을 만들 수 있으며, 다양한 위치 신호를 만들 수 있어 생산성 및 작업성을 향상시키고 회로의 구성을 간단하게 할 수 있도록 하는데 그 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 360도를 분할하여 2진수로 조합된 코드로 절대 위치 데이터를 구성한 회전디스크, 상기 회전 디스크의 2진 절대 위치코드를 검출하는 센서, 2진수로 조합된 코드를 입력받아 논리적으로 분할 및 제어하는 마이콤, 상기 센서에서 검출된 신호를 증폭하기 위한 신호 증폭부를 포함하는 위치 제어 엔코딩 장치에서의 위치 제어 엔코딩 방법에 있어서, 위치를 검출하기 위한 위치 검출 장치로부터 절대 위치 데이터를 입력받으면, 상기 위치 제어 엔코딩 장치는 상기 절대 위치 데이터를 정해진 값으로 논리적 분할하는 단계 및 상기 위치 제어 엔코딩 장치는 상기 논리적 분할값에 따른 제어신호를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 위치 검출 장치는 회전각을 검출하기 위한 앱솔루트 로타리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)이고, 상기 앱솔루트 로타리 엔코더는 회전각의 변화량에 대응하는 절대 위치 데이터를 출력하고, 상기 위치 제어 엔코딩 장치는 상기 절대 위치 데이터를 정해진 값으로 논리적 분할할 수 있다.
상기 위치 검출 장치는 직선 스케일의 위치를 검출하기 위한 앱솔루트 선형 엔코더(Absolute Linear Encoder)이고, 상기 앱솔루트 선형 엔코더는 길이의 변화량에 대응하는 절대 위치 데이터를 출력하고, 상기 위치 제어 엔코딩 장치는 상기 절대 위치 데이터를 정해진 값으로 논리적 분할할 수 있다.
상기 앱솔루트 로타리 엔코더는 2진수로 조합된 다양한 디지털 신호를 출력할 수 있다.
상기 앱솔루트 선형 엔코더는 2진수로 조합된 다양한 디지털 신호를 출력할 수 있다.
상기 위치 제어 엔코딩 장치는 구형파 또는 온/오프(on/off) 신호를 출력할 수 있다.
2대 이상의 위치 검출 장치가 상기 위치 제어 엔코딩 장치에 연결될 수 있다.
상기 위치 검출 장치는 2진 그레이 코드(gray code)를 출력하는 로터리 엔코더(Rotary encoder)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 소프트웨어적인 분해능의 구성으로 분할 각, 또는 위치 제어 코드의 변환이 가능하여 작업 효율성을 극대화할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 소프트웨어를 이용하여 출력 신호의 증감 및 수정, 변형 등 다양한 기능을 연출할 수 있으며, 소프트웨어적인 부호 판의 구성으로 하드웨어적으로 구성하기 어려운 다양한 형태의 부호 판을 구성할 수 있고, 다양한 제품을 생산할 수 있으며 개발 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 2진수로 조합된 코드를 출력하는(36°X10ⁿ)의 고 분해능 앱솔루트 로터리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)와 결합하여 새로운 앱솔루트 로터리 엔코더나 인크리멘탈 로터리 엔코더(Incremental Rotary Encoder)를 제작할 수 있다.
본 발명에 의하면 위치 제어 엔코더에서 센서에 대응하는 회전 원판이나 직선 스케일의 2진 부호 판의 패턴(Pattern)의 구성을 분해능에 맞추어 하드웨어적으로 구성하지 않고, 절대 위치 데이터와 프로그램을 이용하여 소프트웨어적으로 구성하는 것으로서, 외장형 CPU 제어 PCB를 이용하여 다축의 위치제어를 간단하게 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 CPU에 컴파일러를 이용하여 분해능을 프로그램한 후 360°의 어드레스 카운트(Address Count)를 이용하여 소프트웨어로 분해능을 구성하기 때문에, 다양한 제품을 손쉽게 제작할 수 있다.
그리고, 마이컴의 CPU를 사용하기 때문에 응용할 수 있는 범위가 무한하고 Absolute Type과 Incremental Type의 설계가 가능하며 마이콤을 이용한 다양한 형태의 원하는 출력신호를 얻을 수 있다. 기존 Absolute Rotary Encoder는 회전 디스크에 물리적으로 분해능을 구성한 단순한 하드웨어적인 설계로 1회전 당 분해능이 절대 위치 값으로 정해져 있어 특정 분야에 한정되어 사용되고 있다. 그러나, 본 발명은 360도의 Address Count와 마이컴을 이용하여 1회전 당 분해능을 자유자재로 구성할 수 있으며, 입출력에서 비트연산을 사용하여 회로를 구성할 수 있어 응용할 수 있는 범위가 무한하다.
또한, 본 발명에 의하면 제품생산 시 360도에 대응하는 2진수의 조합으로 이루어진 디지털 데이터와 컴파일러 프로그램을 이용하여 다양한 분해능의 제품을 구성할 수 있어 생산 공정을 대폭 줄일 수 있으며, 사용자가 소스프로그램을 이용하여 자유자재로 분해능을 구성하여 시퀀스 제어를 할 수 있다.
또한, 특수한 Absolute Rotary Encoder도 컴파일러를 이용하여 손쉽게 제작이 가능하며, 컴파일 프로그램을 이용하여 다양한 형태의 출력을 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램이 가능한 앱솔루트 로터리 엔코더(Programmable Absolute Rotary Encoder)의 전체적인 원리도이다.
도 2는 CPU 제어 PCB 내장형 과 CPU 제어 PCB외장형의 구조와 구성도 이다.
도 3은 외장형 제어 PCB를 이용한 다축 위치 제어 구성도이다.
도 4는 하드웨어(Hardware)구성의 엔코더(Encoder)와 소프트웨어(Software)구성의 엔코더(Encoder)의 비교 모형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 앱솔루트(Absolute) 로터리 엔코더와 360분할 위치제어용 외장형 CPU 보드(Board)를 보여주는 도면이다.
도 6은 제어코드를 하드웨어적으로 구성한 로터리 엔코더의 회전디스크를 보여주는 도면이다.
도 7은 360분할 앱솔루트 로터리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)의 회전 디스크의 2진 절대 위치 코드의 상세도이다.
도 8은 직선 스케일의 2진 절대위치 데이터와 대응하는 십진수의 예이다.
본 발명은 앱솔루트 로타리 엔코더의 회전디스크상의 절대 위치데이터를 기준으로 각도 분할 제어 코드를 소프트웨어로 구성하는 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 앱솔루트 로타리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)에서 360도X10ⁿ분할의 2진 절대 위치 코드로 기록된 회전 원판, 그리고 이 회전 원판에서 2진수로 조합된 다양한 코드로 센서에 의해 입력된 각각의 주소데이터를 기준으로 각각의 위치를 제어하는 프로그램, 그리고 프로그램을 실행하는 원 칩 마이콤(One chip Micom)과 제어회로로 구성된 프로그램이 가능한 앱솔루트 로타리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 프로그램이 가능한 앱솔루트 로터리 엔코더(Programmable Absolute Rotary Encoder)는 360°에 대응하는 2진 Address code(360*10ⁿ)를 갖는 회전디스크, 2진 Address code를 검출하는 n개의 광센서를 구비한 본체, 검출된 신호를 증폭하는 신호 증폭 회로 및 마이콤 CPU가 부착된 인쇄 회로기판을 포함한다.
본 발명은 로터리 엔코더와, 직선 엔코더에서 프로그램이 가능한 다기능 위치제어 엔코더를 제안하며, 다기능 위치제어 엔코더는 스케일의 절대위치 값에 대응하는 2진 Address code를 갖는 회전디스크, 2진 Address code를 검출하는 n개의 광센서를 구비한 본체, 그리고 검출된 신호를 증폭하는 신호 증폭 회로와, 원 칩 마이콤(One Chip Micom) CPU가 부착된 인쇄 회로기판으로 구성되어 있다.
본 발명은 다음의 2가지 요소를 이용하여 새로운 형태의 엔코더를 구상한다. 첫번째는 절대 위치(주소) 데이터이고, 두 번째는 원 칩 마이콤이다. 이 두 가지를 이용하여 소프트웨어로 분할패턴을 구성하고 변환하며, 다양한 출력을 구현할 수 있다.
먼저, 절대 위치데이터란 기존 엔코더처럼 회전 디스크나 리니어(Linear)스케일에 2진 절대위치코드를 할당해서 하드웨어적인 구성을 하여 취득하는 주소값이다.
본 발명은 위치 데이터를 입력받아 위치 제어 신호를 출력하는 위치 제어 엔코딩 장치에서의 위치 제어 엔코딩 방법에 있어서, 위치를 검출하기 위한 위치 검출 장치로부터 절대 위치 데이터를 입력받으면, 위치 제어 엔코딩 장치는 절대 위치 데이터를 정해진 값으로 논리적 분할하는 단계 및 위치 제어 엔코딩 장치는 논리적 분할값에 따른 제어신호를 출력하는 단계를 포함한다.
위치 검출 장치는 회전각을 검출하기 위한 앱솔루트 로타리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)이고, 앱솔루트 로타리 엔코더는 회전각의 변화량에 대응하는 절대 위치 데이터를 출력하고, 위치 제어 엔코딩 장치는 상기 절대 위치 데이터를 정해진 값으로 논리적 분할할 수 있다.
위치 검출 장치는 직선 스케일의 위치를 검출하기 위한 앱솔루트 선형 엔코더(Absolute Linear Encoder)이고, 앱솔루트 선형 엔코더는 길이의 변화량에 대응하는 절대 위치 데이터를 출력하고, 위치 제어 엔코딩 장치는 절대 위치 데이터를 정해진 값으로 논리적 분할할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 앱솔루트 로타리 엔코더는 2진 BCD 코드를 출력할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 앱솔루트 선형 엔코더는 2진 BCD 코드를 출력할 수 있다.
위치 제어 엔코딩 장치는 구형파 또는 온/오프(on/off) 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 2대 이상의 위치 검출 장치가 위치 제어 엔코딩 장치에 연결될 수 있다.
위치 검출 장치는 2진 그레이 코드(gray code)를 출력하는 인크리멘탈 엔코더(Incremental encoder)를 포함할 수 있다.
도 5는 광전식 로터리 엔코더의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 발광센서부(210)에서 광원(22)이 출력되며, 광원(22) 중에서 회전 디스크(23)를 통과한 빛은 수광센서(24)에 도달하게 된다. 수광센서(24)에서는 포토 다이오드의 전기적인 특성에 의해 빛이 감지되면 하이(high)레벨의 신호를 출력한다.
도 5에서는 앱솔루트 로터리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)의 여러 개의 수광센서(24)에서 검출된 2진 어드레스 데이터(Address Data)(25)가 도시되어 있으며, 이 데이터는 2진 BCD코드로 변환하여 십진수로 나타내면 73이라는 절대 위치 데이터가 산출된다.
도 7은 360 펄스(Pulse)의 2진 어드레스 코드를 절단하여 이해하기 쉽도록 도시한 도면이다. 도 7의 Address Data(46)를 읽으면, 아래 부분이 최상위 Bit이므로 ‘1010000011’이 된다. 여기에서 맨 우측의 1은 TIP의 정위치를 나타내는 데이터이므로 1을 제외한 ‘101000001’이 되고, 이를 십진수로 변환하면 321이 된다. 즉, 현재의 위치는 321°임을 알 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 절대 위치 데이터는 다른 방법으로 취득할 수 있는데 2진 BCD나 2진 그레이(Gray)코드를 출력하는 엔코더에서 절대 위치데이터를 입력 받아 소프트웨어로 구성한 2진 분할 패턴으로 위치를 제어할 수 있다. 즉, CPU 제어부를 외장형으로 별도로 분리하여 2진 BCD코드, 또는 2진 Gray코드를 출력하는 앱솔로트 엔코더(Absolute Encoder)와 결합하여 사용할 수 있다.
또한, 도 3과 같이 여러 개의 절대 위치 엔코더와 조합하여 간단하게 다축의 위치 제어도 구현할 수 있다. 예를 들면 먼저 2진 BCD 출력을 하는 3개의 엔코더(E1, E2, E3)를 외장형 CPU보드(B1)에 연결하고, 제1축은 Port A, B에 연결하고, 제2축은 Port B, C에 연결하고, 제3축은 Port C, D에 연결하고, 출력 포트를 D, F, G로 구성하면 3개의 축을 연동하여 위치를 제어할 수 있다.
도 1을 참조하여 본 발명에서 프로그램이 가능한 다기능 위치제어 엔코더의 구성과 원리를 설명하면, 절대 어드레스 코드(12)에서 360분할의 Address Code Disk는 회전 원판에 음과 양의 다수개의 2진 코드로 이루어져 있다.
본 발명에서 2진 코드는 여러 개의 센서(13)에서 1과 0의 데이터를 만드는데, 도 5의 예시에서처럼 센서를 작동하는 매체(22)를 통과하면 ‘1’이 되고, 차단되면 ‘0’이 되는 원리로 각각의 센서에서 만들어진 데이터를 조합하면 2진 BCD코드(25)가 완성된다.
센서에서 만들어진 신호는 검출신호증폭(14)되어 마이컴(15)의 입력포트에 전달되고, 소프트웨어로 2진 어드레스 분할 패턴 구성 및 입출(10)에 의해 출력포트를 통해 출력(16)된다.
소프트웨어로 2진 어드레스 분할 패턴 구성 및 입출(10)에서 360°를 원하는 분할로 등분하고, 입력조건과 출력조건을 설정한 후 컴파일 소프트웨어를 이용하여(11) 플래시 메모리(Flash Memory)에 입력한다.
도 8의 표(50)는 CPU로 입력되는 360개의 위치코드(가로)와 여러 개의 2진 코드(세로)를 나타낸다.
도 8에서 어두운 흑색 부분은 1이고, 백색 부분은 0이 되며, 이런식으로 360까지 2진 절대 위치코드를 갖는다. 2진 절대 위치코드란 도 6과 같이 다수 개의 2진 데이터로 이루어진 위치 코드를 말한다.
표 1은 360분할 앱솔루트 로터리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)의 2진 절대위치 값과 360°대응 십진수이다.
360분할을 8분할로 논리적 분할 예
p/n(분할) K A(분할 각) K B(분할범위) K C( 정위치 값) K P( 제3정위치 ) KIP( 제2정위치 )
1/8 45 1~45 22.5 21~24 18~27
2/8 90 46~90 47.5 66~69 63~72
3/8 135 91~135 72.5 111~114 108~117
4/8 180 136~180 97.5 156~159 153~162
5/8 225 181~225 122.5 201~204 198~207
6/8 270 226~270 147.5 246~249 243~252
7/8 315 271~315 172.5 291~294 288~297
8/8 360 316~360 197.5 336~339 333~342
표 2는 360°의 2진 절대위치 값이다.
＼ 1° 2° 3° ~ 101° 102° 103° ~ 249° 250° 251° 252° ~ 356° 357° 358° 359° 360°
TP0 1 1 1 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1 1 ~ 1 1 1 1 1
2° 1 0 1 ~ 1 1 1 ~ 1 0 1 0 ~ 0 1 0 1 0
2¹ 0 1 1 ~ 0 1 1 ~ 0 1 1 0 ~ 0 0 1 1 0
2² 0 0 0 ~ 1 0 1 ~ 0 0 0 1 ~ 1 1 1 1 0
2³ 0 0 0 ~ 0 0 0 ~ 1 1 1 1 ~ 0 0 0 0 1
2°x10 0 0 0 ~ 0 0 0 ~ 1 1 1 1 ~ 0 0 0 0 0
2¹x10 0 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1 1 ~ 1 1 1 1 1
2²x10 0 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1 1 ~ 1 1 1 1 1
2³x10 0 0 0 ~ 0 0 0 ~ 1 1 1 1 ~ 0 0 0 0 0
2°x100 0 0 0 ~ 0 0 0 ~ 0 0 0 0 ~ 1 1 1 1 1
표 3은 3600°의 2진 절대위치 값이다.
＼ 1° 2° ~ 1011° 1012° 1013° ~ 2419° 2420° 2421° 2422° ~ 3598° 3599° 3600°
TP0 1 1 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1 1 ~ 1 1 1
2° 1 0 ~ 1 0 1 ~ 1 0 1 0 ~ 0 1 0
2¹ 0 1 ~ 1 0 0 ~ 1 0 0 1 ~ 1 1 0
2² 0 0 ~ 0 1 1 ~ 0 1 1 1 ~ 1 1 0
2³ 0 0 ~ 0 0 0 ~ 0 0 0 0 ~ 1 1 0
2°x10 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1 1 ~ 0 0 1
2¹x10 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1 1 ~ 0 0 0
2²x10 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1 1 ~ 0 0 0
2³x10 0 0 ~ 1 1 1 ~ 0 0 0 0 ~ 0 0 0
2°x100 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1 1 ~ 0 0 0
2¹x100 0 0 ~ 1 1 1 ~ 0 0 0 0 ~ 1 1 1
2²x100 0 0 ~ 0 0 0 ~ 0 0 0 0 ~ 1 1 1
2³x100 0 0 ~ 0 0 0 ~ 1 1 1 1 ~ 1 1 1
표 4는 36000°의 2진 절대위치 값이다.
＼ 1° 2° ~ 1031° 1032° ~ 23250° 23251° 23252° ~ 35998° 35999° 36000°
TP0 1 1 ~ 1 1 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1
2° 1 0 ~ 1 0 ~ 0 1 0 ~ 0 1 0
2¹ 0 1 ~ 1 0 ~ 1 1 0 ~ 1 1 0
2² 0 0 ~ 1 0 ~ 0 0 1 ~ 1 1 0
2³ 0 0 ~ 0 1 ~ 0 0 0 ~ 1 1 0
2°x10 0 0 ~ 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 0
2¹x10 0 0 ~ 0 0 ~ 0 0 0 ~ 0 0 1
2²x10 0 0 ~ 0 0 ~ 1 1 1 ~ 0 0 0
2³x10 0 0 ~ 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1
2°x100 0 0 ~ 0 0 ~ 0 0 0 ~ 0 0 0
2¹x100 0 0 ~ 0 0 ~ 1 1 1 ~ 0 0 0
2²x100 0 0 ~ 1 1 ~ 0 0 0 ~ 1 1 1
2³x100 0 0 ~ 0 0 ~ 1 1 1 ~ 1 1 1
2°x1000 0 0 ~ 0 0 ~ 1 1 1 ~ 0 0 0
2¹x1000 0 0 ~ 0 0 ~ 0 0 0 ~ 0 0 0
2²x1000 0 0 ~ 0 0 ~ 1 1 1 ~ 0 0 0
2³x1000 0 0 ~ 0 0 ~ 0 0 0 ~ 1 1 1
표 3은는 3600분할의 2진 절대 위치코드이며, 표 4는 36000분할의 절대위치코드를 나타낸 표이다.
360°를 1도 단위로 분할하면 9비트로 이루어진 360개의 절대위치데이터가 나온다.
표 2는 360개의 2진 절대 위치데이터를 나타낸 표이다.
360°의 2진 절대위치 데이터를 이용하여 일정한 범위로 분할하고, 일정 분할의 범위가 참이면 1, 거짓이면 0을 출력하는 프로그램을 작성하면 위치 제어가 가능해진다.
즉, 360°를 1도 단위로 분할할 때 나누고자 하는 최소각도를 N이라 하면 N≤360이며, 0.1°단위의 분할은 3600 Pulse를 이용하고, 0.01°의 분할은 36000Pulse, 0.001°의 분할은 360000 Pulse를 이용하면 분할이 가능하다. 즉 최소 분할 각 N= 1/(36도X10ⁿ)이 된다.
표 3과 표 4는 각각 3600°, 36000°일 때, 최소 분할각의 2진 절대 위치데이터를 나타낸 표이다.
도 5를 참조하면, 발광소자(21)로부터 조사된 빛은 회전 디스크 와 고정 슬리트를 투과하여 수광소자(24)에 도달된다. 회전디스크와 샤프트는 고정되어 회전하므로 수광부에 조사된 빛의 조도를 변화시킨다.
수광소자(24)는 광의 조도 변화에 따른 정현파 신호를 출력하고, 이 정현파를 구형파로 변환하여 출력한다.
광 검출방식 로터리 엔코더는 회전 원판에 도 4와 같이 2진 Address Code가 빛을 차단하거나 투과시킴으로써 일정한 위치에 도달했을 때, 1 또는 0의 위치신호를 받아 도 2와 같이 이를 증폭하여 원하는 데이터를 출력시킨다.
도 4의 Rotary Encoder에서 (A)는 (B)와 (C), (D), (F) 로 구성되며, (D)는 포토다이오드의 발광부, (B)는 회전 디스크, (C)는 빛이 투과되는 양을 제어하는 스케일, (F)는 빛을 받는 수광부로 이루어져 있다.
(D)에서 투과된 빛은 (B)의 회전디스크의 2진 코드를 통과하고, 통과된 빛을 이용하여 정현파가 만들어진다. 즉, 빛이 (F)에 도달하면 하이(High) 신호가 출력되고, 도달하지 못하면 로우(Low) 신호가 출력된다.
도 6을 참조하면, 2진 절대 위치코드란 다수 개의 2진 데이터로 이루어진 위치 코드를 말하며, 도 4와 같이 2진 데이터는 빛이 통과하면 1이 되고, 빛이 차단되면 0이 되는 원리로 이루어진다.
표 2는 360분할의 2진 절대 위치코드를 나타낸 표이다.
표 3은 3600분할의 2진 절대 위치코드이며, 표 4는 36000분할의 절대위치코드를 나타낸 표이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 회전디스크를 예로 로터리 엔코더의 회전축이 회전 또는 정지 시에 광센서가 위치하는 곳의 Address Data가 ‘001001001’ 이 된다. 이 2진수를 십진수로 변환하면 73이 된다. 즉, 360°의 회전 디스크에서 현재의 위치가 73°임을 알 수 있다.
도 7의 Address Data(46)를 읽으면 아래 부분이 최상위 Bit 이므로‘1010000011’이 된다. 여기에서 우측의 1은 TIP의 위치데이터이므로 1을 뺀‘101000001’이 되고 십진수로 변환하면 321이 된다. 즉, 현재의 위치는 321°임을 알 수 있다.
도 8은 센서에서 2진 Address 신호를 검출하는 도면이다.
표 2를 참조하면, 360분할의 회전 디스크는 (TPO), (20), (2¹), (2²), (2³), (2°x10), (2¹x10), (2²x10), (2³x10), (2°x100)의 9개의 2진 Address Code와 1개의 위치신호(TP0), 그리고 이에 대응하는 10개의 센서로 구성되어 있다.
도 6에서 360°의 Address Data를 이용하여 현재의 위치를 알 수 있다면 프로그램을 이용하여 분해능을 논리적으로 구성할 수 있다. 먼저 360°를 8분할하면, [표 1]과 같은 자료를 얻을 수 있다.
표 1에서 KA는 360을 8로 나눈 값이며, KB는 분할각의 범위이고, KC는 분할각의 정 위치값이다. KP와 KIP는 정위치의 위치 값을 각각 나타낸다.
표 2를 참조하면, 360분할의 회전 디스크는 (TP0), (20), (2¹), (2²), (2³), (2°x10), (2¹x10), (2²x10), (2³x10), (2°x100), (2¹x100), (2²x100), (2³x100), (2°x1000), (2¹x1000), (2²x1000), (2³x1000)의 2진 Address Code와 이에 대응하는 센서로 구성된다.
표 3을 참조하면, 3600분할의 회전 디스크는 (TP0), (20), (2¹), (2²), (2³), (2°x10), (2¹x10), (2²x10), (2³x10), (2°x100), (2¹x100), (2²x100), (2³x100), (2°x1000), (2¹x1000), (2²x1000), (2³x1000)의 2진 Address Code와 이에 대응하는 센서로 구성된다.
표 4를 참조하면, 36000분할의 회전 디스크에는 (TP0), (20), (2¹), (2²), (2³), (2°x10), (2¹x10), (2²x10), (2³x10), (2°x100), (2¹x100), (2²x100), (2³x100), (2°x1000), (2¹x1000), (2²x1000), (2³x1000)의 2진 Address Code와 이에 대응하는 센서로 구성된다.
즉, 본 발명의 로터리 회전 디스크는 (36°x10ⁿ)=N일 때, 36°에 10ⁿ을 곱한 N분할의 회전 디스크에는 TP0(정위치 2진 데이터)와 2진 Address Code, 그리고 이에 대응하는 n개의 센서로 구성된다.
센서에서 검출된 n개의 신호는 BCD코드화되어 절대 위치데이터를 나타낸다.
현재 로터리 엔코더의 회전 원판의 위치데이터는 마이컴 제어부에 프로그램 된 위치데이터와 일치할 때의 결과 값을 나타낸다. 예를 들어 0°~ 45°구간을 k1이라 정하고 2ⁿ~2ⁿX10ⁿ을 bcd1이라 할 때,
if문을 이용하여 분할하면,
{if((bcd1 >0)&&(bcd1<=45)) {OUTa=1 ; OUTb=1; OUTc=0}}
‘110’이 출력된다.
이와 같이 N분할의 회전 디스크와 n개의 센서에서 검출된 위치데이터는 마이컴에 프로그램된 위치데이터와 비교하여 일치하면, 이에 대응하는 on/off신호나 구형파를 출력하게 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명에서 다수의 센서를 이용하여 만들어진 2진 BCD코드화된 각 개별 위치데이터(정밀 주소 Data)를 마이컴에서 입력받아, 소프트웨어로 구성된 입출력 조건에 대응하여 단일 또는 다중의 구형파나 on/off 신호를 발생하게 된다. 이때 절대위치 값에 대응하는 센서의 수는 2진 Address Code를 만드는 비트의 수와 일치하게 구성한다.
예를 들어, 360분할의 앱솔루트 로터리(Absolute Rotary) 회전 디스크를 이용하여 BCD코드를 입력 받을 때, 9비트의 위치데이터가 필요하다. 경우에 따라서 보조 위치검출을 위한 추가적인 2비트의 위치데이터가 필요시, 즉 11비트의 위치데이터를 원한다면 11개의 센서를 필요로 하게 된다.
본 발명에서 사용하는 절대 위치데이터는 2진 BCD코드를 이용해 만들며 36000 펄스(Pulse)의 절대 위치 데이터를 만들기 위해서는 16개의 센서로 16bit의 2진 BCD코드의 데이터(표4)를 필요로 한다.
본 발명에서 정밀하고 미세한 위치제어를 위하여 분해능이 큰 앱솔루트 로터리 엔코더(Absolute Rotary Encoder)를 구성함에 있어 하나의 회전디스크에 여러 개의 센서가 대응하면 복잡한 구성이 되어 회전디스크를 2개, 또는 3개로 축 방향으로 나누어 구성하는 것이 바람직하다.
그리고, 필요에 따라서 인크리멘탈(Incremental) 엔코더를 이용하여 소프트웨어 2진 부호판을 구성할 수도 있다. 즉, 인크리멘탈 엔코더의 기준 원점을 스캔한 후, 최소단위 Pulse를 2진 Gray Code로 입력받아 Up 카운트 또는 Down 카운트하여 전체적인 스케일을 구성한 후, 단일 또는 다중의 구형파를 제어할 수 있다.
도 2는 CPU 제어 PCB 내장형 엔코더(a)와, CPU 제어 PCB 외장형 엔코더(b)의 실시예가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 필요로 하는 절대 주소인 2진 어드레스 데이터(Address Data)를 2진 BCD코드로 얻기 위하여, 앱솔루트 로터리(Absolute Rotary) 회전 디스크와 CPU PCB에서 CPU제어 보드(141)를 결합하거나 또는, CPU PCB(141)가 분리되어 2진 BCD코드를 출력하는 앱솔루트 엔코더(Absolute Encoder)와 결합하여, 앱솔루트 로터리(Absolute Rotary) 회전 디스크 또는 직선 스케일의 2진 위치데이터가 미리 프로그램된 논리적인 분할 각에 대응할 때(위치할 때) On/Off 신호나 구형파를 출력할 수 있도록 한다.
본 발명은 소프트웨어를 이용하여 입력에 대한 원하는 출력 조건(회전디스크의 2진 부호패턴, Absolute 리니어 스케일의 2진 부호패턴)을 논리적으로 설계하고, 360°에 대응하는 2진 절대 위치코드(2진 Address Code) 또는 2진 BCD, 2진 바이너리 데이터(binary Data)를 입력받아 엔코더의 직선 축과 회전축이 논리적인 분할 위치에 대응할 때(위치 할 때), On/Off 신호나 구형파를 출력할 수 있도록 한
프로그램 가능한 다기능 엔코더(Programmable Multi-functional Encoder)에 관한 것이다. 본 발명의 엔코더는 Absolute 엔코더에서 2진 BCD코드를 입력받고, 인크리멘탈(Incremental) 엔코더에서 2진Gray코드를 입력받는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 위치 제어 엔코딩 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다.
또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
101 베어링 111 본체
151 회전디스크 121 발광부
131 수광부 141 전자회로

Claims (11)

  1. 360도의 절대위치 데이터를 구성하는 회전디스크, 상기 회전디스크의 절대위치코드를 검출하는 센서, 절대 위치 코드를 입력받아 논리적으로 분할 및 제어하는 마이콤, 상기 센서에서 검출된 신호를 증폭하기 위한 신호 증폭부를 포함하는 위치 제어 엔코딩 장치에서의 위치 제어 엔코딩 방법에 있어서,
    위치를 검출하기 위한 위치 검출 장치로부터 절대 위치 데이터를 입력받으면, 상기 위치 제어 엔코딩 장치는 상기 절대 위치 데이터를 정해진 값으로 논리적 분할하는 단계; 및
    상기 위치 제어 엔코딩 장치는 상기 논리적 분할값에 따른 제어신호를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 위치 검출 장치는 직선 스케일의 위치를 검출하기 위한 앱솔루트 선형 엔코더(Absolute Linear Encoder)이고,
    상기 앱솔루트 선형 엔코더는 길이의 변화량에 대응하는 절대 위치 데이터를 출력하고,
    상기 위치 제어 엔코딩 장치는 상기 절대 위치 데이터를 정해진 값으로 논리적 분할하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 엔코딩 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 앱솔루트 선형 엔코더는 2진수의 조합으로 구성된 디지털 코드를 출력하는 것임을 특징으로 하는 위치 제어 엔코딩 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위치 제어 엔코딩 장치는 구형파 또는 온/오프(on/off) 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 엔코딩 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    2대 이상의 위치 검출 장치가 상기 위치 제어 엔코딩 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 위치 제어 엔코딩 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전디스크는 2진수의 조합으로 구성된 디지털코드(Digital Code)로 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 제어 엔코딩 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전 디스크는 기준 원점을 가지는 인크리멘탈(Incremental)형이며 원점을 검출한후 카운트하여 절대위치데이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 엔코딩 방법.
  10. 제1항에 있어서 ,
    상기 위치 검출 장치는 기준 원점을 가지는 인크리멘탈(Incremental)형이며, 원점을 검출한 후 카운트하여 절대 위치 데이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 엔코딩 방법.
  11. 제1항, 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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