KR101341074B1 - 인코더 - Google Patents

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KR101341074B1
KR101341074B1 KR1020120002842A KR20120002842A KR101341074B1 KR 101341074 B1 KR101341074 B1 KR 101341074B1 KR 1020120002842 A KR1020120002842 A KR 1020120002842A KR 20120002842 A KR20120002842 A KR 20120002842A KR 101341074 B1 KR101341074 B1 KR 101341074B1
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Abstract

본 발명의 인코더는 제1 부재에 대한 제2 부재의 상대 이동을 나타내는 제1 신호를 전달하는 커넥터부 및 상기 상대 이동을 상기 제1 신호보다 낮은 분해능으로 나타내는 제2 신호를 생성하는 감지부를 포함함으로써, 분해능이 다른 두개의 전기적 신호를 함께 획득할 수 있다.

Description

인코더{ENCODER}
본 발명은 인코더에 관한 것으로서, 상세하게는 회전각, 이동 거리 등의 상대 이동량을 고분해능과 저분해능으로 함께 획득할 수 있는 인코더에 관한 것이다.
인코더는 폭넓은 다양한 환경에서 사용되어 임의의 기준에 대한 물체의 이동 또는 위치를 결정한다.
인코더는 광학 센서 및 인코더 패턴이 적용된 광학 센서를 포함한다. 광학 센서는 인코더 패턴의 표면에 포커싱된다. 광학 센서가 인코더 패턴을 기준으로 이동하거나 인코더 패턴이 광학 센서를 기준으로 이동할 때, 광학 센서는 인코더 패턴을 통과하거나 인코더 패턴에서 반사된 광 패턴을 판독하여 이동 또는 위치를 검출한다.
한국공개특허공보 제2007-0026137호에는 위치 결정시 기준이 되는 인덱스를 검출하는 수단 없이도 인덱스 채널을 검출하는 광학적 인코더가 제공되고 있다. 그러나, 회전각(위치)과 회전수(이동 거리)를 함께 제공하지 못하는 문제가 있다.
한국공개특허공보 제2007-0026137호
본 발명은 회전각, 이동 거리 등의 상대 이동량을 고분해능과 저분해능으로 함께 획득할 수 있는 인코더를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 인코더는 제1 부재에 대한 제2 부재의 상대 이동을 나타내는 제1 신호를 전달하는 커넥터부 및 상기 상대 이동을 상기 제1 신호보다 낮은 분해능으로 나타내는 제2 신호를 생성하는 감지부를 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 인코더는 제1 분해능보다 낮은 제2 분해능의 출력 신호를 생성하는 감지부를 커넥터부에 포함시킴으로써 제2 분해능의 신호를 용이하게 획득할 수 있다.
이에 따라, 제1 분해능의 출력 신호를 생성하는 인코더에서 제2 분해능의 출력 신호를 추가로 요구하는 경우, 감지부가 설치된 커넥터부를 교체하거나 기설치된 커넥터부에 감지부를 부가함으로써 용이하게 제1 분해능과 함께 제2 분해능의 출력 신호를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 인코더를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인코더를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 인코더를 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인코더에서 수광부가 설치되는 기판과 커넥터를 나타낸 개략도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 인코더에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 인코더를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 인코더는 인코더의 일예로 광학 인코더(100)를 나타낸다. 광학 인코더(100)는 광원(110), 스케일(120), 수광부(140) 및 수광부(140)에 접속되는 연산부(160)를 포함한다.
광원(110)으로서, 예컨대 LED나 LD 등이 사용 가능하다.
스케일(120)은 광원(110)과 수광부(140) 사이에 배치되고, 측정 대상인 회전축(150)에 부착될 수 있다. 스케일과 수광부는 상대 이동하면 되므로 회전축에는 스케일 대신 수광부가 부착될 수도 있다. 스케일에는 광원(110)으로부터의 광속을 변조하는 제1 패턴(130)이 원주를 따라 마련되어 있다. 제1 패턴(130)은 회전축(150)의 회전각에 대응하여 패터닝되어 있다. 도 1에서 스케일은 회전축에 적합한 원판형 스케일로 나타내었으나 리니어 인코더에 적용 가능한 판형 스케일일 수도 있다.
수광부(140)는 제1 패턴(130)으로부터의 광속을 수광하여 전기 신호로 변환해서 연산부(160)로 출력한다. 구체적으로 수광부(140)는 제2 패턴(141)으로 형성된 하나 이상의 수광 소자를 포함한다. 이때 각 수광 소자는 광속이 수광되면 전기적 신호를 생성하여 연산부로 출력한다.
연산부(160)는 스케일(120) 즉 회전축(150)의 회전 각도 또는 회전 위치를 연산하여 출력한다.
도 1의 광학 인코더(100)는 로터리 인코더(rotary encoder)의 경우를 예로 하였으나, 여기에 한정되지 않고, 리니어 인코더(linear encoder) 등에 대해서도 적용 가능하다. 또한, 도 1에서 수광부(140)는 패턴(130)을 투과한 광원(110)의 광속을 검출하는 것으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 반사광을 검출하도록 구성하여도 좋다.
이상의 인코더에서는 스케일의 제1 패턴을 투과한 광속이 투영되는 수광부의 제2 패턴에서 생성되는 전기적 신호를 이용하여 스케일의 회전각을 획득한다. 이때, 스케일의 회전수를 획득하기 위해서는 별도의 회전수 획득 수단이 필요하다.
이러한 회전수 획득 수단으로는 홀 센서를 이용하는 방식 등이 있다.
구체적으로 스케일(120) 또는 회전축(150)에 제1 기어를 형성하고, 제1 기어의 이빨수보다 많은 이빨수를 갖는 하나 이상의 제2 기어로 구성된 감속기를 마련한다. 감속기에 마그네트를 형성한 후 별도로 마련된 홀 센서에서 마그네트에 의해 생성된 자기장을 감지하여 회전수를 획득한다.
다른 방식으로 제1 패턴보다 적은 개수의 제3 패턴을 스케일에 형성한 후 제3 패턴으로부터 회전수를 획득할 수도 있다.
정리하면, 회전수를 획득하기 위해서는 회전각을 획득하기 위한 분해능보다 낮은 분해능의 데이터를 획득하여야 한다. 이와 같이 회전각 등의 원 목적을 달성하기 위한 데이터의 분해능보다 낮은 분해능으로 획득된 데이터는 회전수 등과 같이 다양한 부가 목적을 달성하기 위해 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인코더를 나타낸 개략도이다.
도 2에 도시된 인코더는 제2 부재(240)에 대한 제1 부재(220)의 상대 이동을 나타내는 제1 신호를 전달하는 커넥터부(270) 및 상기 상대 이동을 상기 제1 신호보다 낮은 분해능으로 나타내는 제2 신호를 생성하는 감지부(280)를 포함할 수 있다.
커넥터부(270)는 제1 신호를 외부 기기(300)로 전달한다. 제1 신호는 제2 부재(240)에 대한 제1 부재(220)의 상대 이동을 나타내는 전기적 신호이다. 제2 신호는 제2 부재에 대한 제1 부재의 상대 이동을 제1 신호보다 낮은 분해능으로 나타낸 전기적 신호이다. 즉, 인코더에 대해 두개의 서로 다른 분해능의 전기적 신호가 함께 요구될 때 분해능이 높은 전기적 신호가 제1 신호가 되고, 분해능이 낮은 전기적 신호가 제2 신호가 된다.
제1 부재(220)는 회전 이동(또는 직선 이동)하는 스케일이거나 고정된 수광부, 또는 스케일이 설비되는 회전축(250), 기판(260), 직선 이동시 스케일을 가이드하는 가이드, 스케일에 설치되어 직선 이동시 스케일을 보호하는 보호재 등일 수 있다. 이에 대응하여 제2 부재는 수광부이거나 스케일, 또는 회전축, 기판, 가이드, 보호재 등일 수 있다. 상대 이동은 제1 부재와 제2 부재가 다른 속도로 이동하면 된다. 즉, 제1 부재가 고정되고, 제2 부재가 이동하는 경우가 가능하다. 또한 제2 부재가 고정되고, 제1 부재가 이동하는 경우도 가능하다. 또한 제1 부재와 제2 부재가 다른 속도로 이동되는 경우도 가능하다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 스케일을 제1 부재(220)로 나타내었으나 회전축(250)도 제1 부재가 될 수 있다. 마찬가지로 수광부를 제2 부재(240)로 나타내었으나 수광부가 설치되는 기판(260)도 제2 부재가 될 수 있다. 이 경우 제1 신호는 수광부로부터 획득된 전기적 신호 또는 기판에 설비된 연산부(160)에서 수광부로부터 획득된 전기적 신호를 처리한 결과 신호이다.
커넥터부(270)에는 외부 기기(300)까지 연장되는 데이터선(290)이 연결될 수 있다. 외부 기기(300)는 커넥터부를 통해 전달받은 제1 신호를 처리한다. 제1 신호는 기판(260)에 설비된 연산부(160)에서 처리된 가공 데이터이거나 수광부에서 출력된 원시 데이터일 수 있다. 전자의 경우 외부 기기는 가공 데이터를 입력으로 하는 제어부나 가공 데이터를 표시하는 표시부 등일 수 있다. 후자의 경우 외부 기기는 원시 데이터를 처리하여 제어부 등에서 사용되는 가공 데이터를 생성하는 수단, 즉 도 1의 연산부(160)를 포함할 수 있다.
감지부(280)는 제2 신호를 생성한다. 제2 신호는 앞에서 설명한 바와 같이 제1 부재에 대한 제2 부재의 상대 이동을 제1 신호보다 낮은 분해능으로 나타내는 전기적 신호이다.
감지부(280)는 또한 커넥터부(270)에 형성될 수 있다. 연산부가 설비된 기판(260)에 데이터선(290)을 직접 연결할 수도 있으나 별도의 커넥터부(270)를 마련하는 것은 인코더 제조 공정을 간소화하고 또한 원활한 유지 보수를 제공하기 위함이다. 기판(260)에 착탈되는 커넥터부에 감지부를 설치함으로써 감지부 역시 커넥터와 함께 용이하게 착탈될 수 있다. 이에 따라 사용자는 감지부가 설치된 커넥터와 감지부가 설치되지 않은 커넥터를 선택하여 기판에 장착시킬 수 있다.
감지부(280)는 또한 커넥터부(270) 자체에 착탈될 수 있다. 이를 위해 커넥터(270)에는 제1 감합부(271)가 형성될 수 있다. 제1 감합부(271)에 대응하여 감지부(280)에는 제1 감합부(271)에 감합되는 제2 감합부(281)가 형성될 수 있다. 이때 각 감합부는 예를 들어 감합시 감지부에서 획득된 제2 신호를 커넥터부(270)로 전달하는 리드를 포함한다. 감지부를 커넥터부에 착탈되도록 함으로써 감지부가 설치된 커넥터부와 감지부가 설치되지 않은 커넥터부를 별도로 제조할 필요없이 제1 감합부(271)가 형성된 통일된 규격의 커넥터부를 제조하면 된다. 이후, 제2 신호의 필요 여부에 따라 감지부(280)를 커넥터부(270)에 착탈시키면 된다.
제2 신호는 감지부에 포함된 홀 센서 등의 이동 측정 수단으로부터 획득된 원시 신호(상대 이동의 감지 신호)이거나 원시 신호를 처리하여 생성된 가공 신호일 수 있다. 후자의 경우 감지부는 원시 신호를 처리하여 가공 신호를 생성하는 부(副)연산부를 포함할 수 있다. 전자의 경우 부연산부(273)는 커넥터부(270)에 설치될 수 있다. 또한, 부연산부는 연산부(160) 또는 외부 기기(300)에 설비될 수도 있다. 제1 부재와 제2 부재의 상대 이동이 회전 이동인 경우 가공 신호는 회전 이동의 회전수를 나타내는 신호일 수 있다. 상대 이동이 회전 이동 또는 직선 운동인 경우 가공 신호는 현재 회전각 또는 현재 위치를 포함하는 범위 구간을 나타내는 전기적 신호일 수 있다.
생산성을 개선하기 위해 부연산부(273)는 감지부(280)에 포함되는 것이 좋다. 이에 따르면 커넥터부, 연산부, 외부 기기에는 부연산부가 설치되지 않아도 되므로, 제2 신호를 요구하지 않는 인코더 시스템에 무의미한 부연산부가 포함되지 않는다.
또한, 커넥터부는 보조 전원부를 포함할 수 있다. 보조 전원부는 주전원 차단시 제1 신호를 생성하는 수단 및 감지부 중 적어도 하나에 전력을 공급한다. 예를 들어 회전하는 모터의 각도와 회전수를 산출하고자 하는 경우 모터와 인코더에 대한 주전원의 공급이 차단된 직후에도 모터는 관성 등에 의해 일정 시간동안 회전이 계속된다. 이렇게 계속된 회전의 회전수를 파악하기 위해 사용되는 전력은 보조 전원부에서 공급될 수 있다. 이외에도 예상치 못한 정전 등에 의해 주전원이 차단된 경우에 제1 신호를 생성하는데에도 보조 전원부가 이용될 수 있다. 이때 제1 신호를 생성하는 수단은 연산부(160) 또는 수광부(140)를 포함할 수 있다. 보조 전원부는 배터리인 것이 바람직하며, 슈퍼 커패시터 등의 커패시터(미도시)를 포함하여 구성함으로써 회로 구성을 간소화시킬 수 있다.
커넥터부 대신 감지부에 보조 전원부를 형성할 수도 있다. 감지부를 커넥터부에 대해 착탈식으로 형성하는 경우 감지부를 장착하는 것으로 보조 전원부를 형성할 수 있으므로 사용자에게 다양한 옵션을 제공할 수 있다. 즉, 감지부를 추가 장착하는 것으로 인코더는 제2 분해능의 제2 신호와 보조 전력이 획득된다.
한편, 커넥터부는 제1 신호 및 제2 신호를 함께 외부 기기로 전달할 수 있다. 또한, 외부 전원으로부터의 전력을 전달받아 감지부, 기판에 공급할 수 있다. 커넥터부에 부연산부가 설비된 경우 일부 전력은 커넥터부에서 소비된다.
부연산부는 연산부(160)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 커넥터부와 감지부에 별도의 부연산부를 형성하지 않고 연산부에 부연산부를 포함시킬 수 있다. 실질적으로 부연산부의 기능을 프로그래밍해 넣은 것으로 작업은 완료된다. 이때 커넥터부는 감지부에서 생성된 제2 신호(원시 신호)를 기판(260)에 설치된 연산부(160)로 전달하고 연산부에서 처리된 제2 신호(가공 신호)를 전달받아 외부 기기로 전송할 수 있다. 이때, 커넥터부는 연산부에서 처리된 제1 신호(가공 신호)도 함께 전달받아 외부 기기로 전송할 수 있다.
홀 센서 방식을 적용하면 도 2에 도시된 인코더는 제1 부재(220)에 형성된 마그네트(251), 제1 부재(220)에 대한 제2 부재(240)의 상대 이동을 나타내는 제1 신호를 전송하는 데이터선(290)이 연결된 커넥터부(270) 및 커넥터부(270)에 설치되어 마그네트(251)의 상대 이동을 나타내는 제2 신호를 감지하는 홀 센서부(280)를 포함한다.
마그네트(251)는 홀 센서부(280)의 홀 센서(283)에서 감지할 수 있는 자기장을 형성한다.
커넥터부(270)는 홀 센서부(280)에 형성된 제2 감합부(281)와 감합되는 제1 감합부(271)를 포함한다. 이때, 제1 감합부(271)는 홀 센서부(280)가 마그네트(251)에 의해 생성된 자기장을 감지할 수 있는 범위 내의 위치에 형성된다. 경우에 따라 커넥터부는 부연산부(273)를 포함한다. 커넥터부에 감합된 홀 센서부(280)의 홀 센서(283)는 마그네트에 대향하여 설치된다. 예를 들어 마그네트가 회전축의 단부에 형성된 경우 홀 센서(283)는 회전축의 중심선 상에 배치되거나 회전축의 측면에 배치된다. 또는 마그네트로부터 위 또는 아래 대각선 방향에 위치된다.
한편, 커넥터부(270)는 제1 부재(220) 및 제2 부재(240) 중 고정된 부재에 착탈될 수 있다. 도 2에서는 제1 부재가 회전하고, 제2 부재가 고정되므로 제2 부재에 착탈된다. 수광부의 경우 커넥터부가 연결되는 연결 단자(261)가 형성되기 어렵다. 따라서 수광부가 설치되어 함께 고정되는 다른 제2 부재인 기판(261)에 연결 단자(261)를 형성하고, 연결 단자(261)에 커넥터부를 연결시킬 수 있다. 이와 같이 고정된 부재에 커넥터부를 형성하게 되면 데이터선이 상대 이동에 의해 꼬이지 않는다.
홀 센서부(280)는 자기장을 감지하는 트랜지스터인 홀 센서(283)를 포함한다. 또한 커넥터부에 착탈되도록 하는 제2 감합부(281)를 포함할 수 있다. 경우에 따라 부연산부(미도시)가 포함될 수 있다.
이상에서 살펴본 구성에 따라 회전수를 측정하는 인코더는 일예로 다음과 같이 구성된다.
스케일의 회전 운동에 연동하는 마그네트(251), 스케일의 회전각 데이터를 생성하는 기판(260) 및 마그네트(251)에 의해 생성된 자기장을 감지하여 스케일의 회전수 데이터를 출력하는 감지부(280)가 구비되고, 기판(260)에 설치되어 회전각 데이터와 회전수 데이터를 함께 외부 기기(300)로 전달하는 커넥터부(270)를 포함한다. 이때, 커넥터부(270)는 기판(260)에 착탈된다.
도 3은 본 발명의 인코더를 나타낸 블럭도이다.
도 3에 도시된 인코더는, 광원(110), 스케일(120), 수광부(140), 연산부(160), 홀 센서(380), 부연산부(283) 및 커넥터부(370)를 포함한다.
이때, 홀 센서와 부연산부는 제2 신호를 생성하는 제2 신호부(390)를 형성한다. 제2 신호부(390)는 기판에 형성되거나 인코더 외부에 형성될 수도 있으나, 커넥터에 형성되는 것이 바람직하다. 제2 신호(390)가 인코더 외부의 외부 기기 등에 형성되는 경우 외부 기기는 제2 신호부를 구성하는 부연산부만 포함한다. 홀 센서는 인코더 내부에 형성되어야 하기 때문이다.
홀 센서(280)는 커넥터부(370)에 형성되는 것이 바람직하다. 이때 홀 센서(280)는 커넥터부에 착탈되는 구조를 가질 수 있다.
부연산부(283)는 홀 센서에 대해 커넥터부에 착탈되는 구조를 제공하는 홀 센서부 또는 커넥터부에 형성되거나, 연산부(160)에 일체로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인코더에서 수광부가 설치되는 기판과 커넥터를 나타낸 개략도이다.
기판(260)에는 커넥터가 연결되는 연결 단자(261)가 다양한 형태와 위치로 형성되어 있다.
커넥터(270)는 연결 단자(261)에 연결되어 전력 또는 회전각 데이터를 포함하는 제1 신호를 전달한다. 전력은 외부 전원으로부터 공급되고, 회전각 데이터는 기판(260)으로부터 공급된다.
한편, 다른 커넥터(270)는 제1 신호와 함께 스케일의 회전수 데이터를 포함하는 제2 신호를 전달하기 위해 제2 신호를 생성하는 감지부(280)를 포함할 수 있다.
이에 따르면 기판의 연결 단자에는 제1 커넥터 및 제2 커넥터 중 하나가 선택적으로 체결될 수 있다. 이때, 제1 커넥터는 전력 또는 회전각 데이터를 포함하는 제1 신호를 전달하며, 제2 커넥터는 스케일의 회전수 데이터를 포함하는 제2 신호 및 상기 제1 신호를 함께 전달한다.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
인코더에 적용할 수 있다.
특히, 회전각과 회전수를 동시에 요구하는 인코더와 같이 분해능이 다른 상대 이동량을 함께 요구하는 인코더에 적용하는 것이 유리하다.
110, 210...광원 120...스케일
130...제1 패턴 140...수광부
141...제2 패턴 150, 250...회전축
160...연산부 220...제1 부재
240...제2 부재 251...마그네트
260...기판 261...연결 단자
270, 370...커넥터부 271...제1 감합부
273, 383...부연산부 280...감지부
281...제2 감합부 283, 380...홀 센서
290...데이터선 300...외부 기기
390...제2 신호부

Claims (14)

  1. 제1 부재에 대한 제2 부재의 상대 이동을 나타내는 제1 신호를 전달하는 커넥터부; 및
    상기 상대 이동을 상기 제1 신호보다 낮은 분해능으로 나타내는 제2 신호를 생성하는 감지부;를 포함하고,
    상기 감지부는 상기 커넥터부에 착탈되는 인코더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 커넥터부에 형성되는 인코더.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥터부는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 함께 전달하는 인코더.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 신호는 상기 상대 이동의 감지 신호를 처리하여 생성된 가공 신호인 인코더.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상대 이동은 회전 이동이고,
    상기 제2 신호는 상기 회전 이동의 회전수를 나타내는 인코더.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부는 주전원 차단시 상기 제1 신호를 생성하는 수단 및 상기 감지부 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 보조 전원부를 포함하는 인코더.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥터부는 주전원 차단시 상기 제1 신호를 생성하는 수단 및 상기 감지부 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 보조 전원부를 포함하는 인코더.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 부재에는 마그네트가 형성되고,
    상기 감지부에는 상기 커넥터부에 설치되어 상기 마그네트의 상대 이동을 나타내는 상기 제2 신호를 감지하는 홀 센서부가 마련되는 인코더.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 커넥터부는 상기 홀 센서부와 감합되는 감합부를 포함하고,
    상기 감합부는 상기 홀 센서부가 상기 마그네트에 의해 생성된 자기장을 감지할 수 있는 위치에 형성되는 인코더.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥터부는 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재 중 고정된 부재에 착탈되는 인코더.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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