KR101468766B1 - 광학 영상 센서를 사용하는 유압 실린더 내 피스톤 위치 감지 장치 및 그 방법 - Google Patents
광학 영상 센서를 사용하는 유압 실린더 내 피스톤 위치 감지 장치 및 그 방법 Download PDFInfo
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Abstract
유압 또는 공압 실린더 배럴(001)내에서 이동하는 피스톤(002)의 선형 위치를 측정하는 장치 및 그 방법이 설명된다. 상기 측정 장치는 상기 실린더 헤드에 장치된 광학 감지 장치(011)를 포함한다. 상기 광학 감지 장치(011)는 상기 실린더(001)의 내측 또는 외측에 위치할 수 있다. 상기 감지 장치(011) 는 전형적인 광학 감지 장치를 사용하며, 절대 변위를 결정하기 위한 선택적 기능 모듈을 사용하며, 그리고 통신 모듈을 사용한다. 절대 변위를 측정하기 위해 사용된 눈금 교정 위치는 눈금 교정 영상 또는 이들의 존재를 나타내는 분리된 센서에 의해 결정된다.
Description
본 발명은 피스톤, 회전자, 조인트 또는 기타 기계 장치들의 위치와 관련하여, 광학 포토 센서의 반복된 눈금 교정(calibration)으로 상기 피스톤, 회전자, 조인트 또는 기타 기계 장치들의 기계적 이동을 측정하기 위해, 광학 포토 센서를 사용함에 대한 것이다.
실린더에 대한 피스톤의 절대 위치를 측정하는 것은 기계 장치 동작을 제어하는 데 필수적인 것이다. 따라서, 산업계에서는 이동하는 피스톤 또는 회전자의 즉각적인 위치를 결정하기 위해 기계적, 자성적, 음향적 및 광학적 기술들을 사용하는 다양한 위치 감지 장치들을 생산하고 있다
피스톤 위치감지 기술들 중의 한 종류는 자기장 센서를 기반으로 한다. 미국 특허 제 6989669 B2는 피스톤 봉상에 한 자성의 층을 형성하고, 그 층에서 기록된 자기 패턴을 판독하기 위해 센서를 사용한다. 그러나 상기 피스톤 봉은 그 위에서 강한 자성의 층을 형성하기 위해 복제되어야 하며, 열악한 환경으로 인해 상기 자기 패턴이 지워지거나 자기 패턴이 변경되어 측정이 정확하지 않게 될 수 있다. 미국 특허 제 6690160 B2 는 실린더의 하우징에 홈을 파고, 그 같은 실린더 하우징에 두개의 자성 맴버들을 장치한다. 다음에 자기장 센서가 두 자성 멤버들 사이 상대적인 거리를 나타내는 신호를 발생시킨다. 그에 따라 피스톤의 위치가 결정된다. 이 같은 발명은 실린더 하우징에 홈을 내야 하는 데, 이는 구성요소의 제조와 교체를 어렵게 만든다. 미국 특허 제 5201838 는 홀 효과 트렌지스터를 사용하여 영구자석이 발생시키는 자기장을 감지하도록 한다. 상기 감지된 신호는 피스톤의 위치를 결정하기 위해 사용된다. 위치 측정의 정확도는 사용되고 있는 자기장 센서의 성능에 따라 결정되지만, 이 같은 위치 감지 기술은 강한 자성 환경에 취약하다.
종래의 몇몇 기술 발명은 다양한 센서를 사용하여 피스톤의 위치를 간접적으로 측정한다. 가령, 미국 특허 제 6817252 B2는 양-방향성 유동 센서를 사용하고; 미국 특허 제 3970034는 공동 협력하는 압력 센서 쌍들을 사용하며; 미국 특허 제 6848323 B2는 차압유량계를 사용하여 위치를 측정한다. 미국 특허 제 6549873 B1는 초음파 속도를 감지하고, 시간을 기록한다. 미국 특허 제 4523514에서는, 전기 잡음에 영향을 받지 않는 전위차 위치 정함 감지 변환기가 사용된다. 이들 센서들은 쉽게 구입 가능하다. 그러나, 정확한 측정을 위해서는 복잡한 검사기 장치가 필요하다. 또한, 정확한 측정을 위해 요구되는 눈금 교정 작업은 추가의 센서 또는 장치를 필요로 하며, 이는 추가의 비용을 발생시킨다. 복잡한 센서들이 추가됨에도 불구하고, 이들 감지 방법들의 정확성은 매우 제한된다.
공진주파수 기술이 미국 특허 제 5471147, 미국 특허 제 5438274, 미국 특허 제 4936143, 미국 특허 제 5617034와 같은 특허 발명에서 사용되었다. 이 같이 공진 주파수를 이용하는 위치측정 방법의 일반적인 특징은 RF송수신 섹션이 사용되어 피스톤 위치를 가리키는 공동의 공진주파수를 결정하도록 한다는 것이다. 사용되고 있는 RF 신호들로 라디오 주파수 신호, 교류 압력 신호, 그리고 전자파를 포함한다. 불행히도, 오일은 RF에너지의 효과적인 흡수제이기 때문에, 결국 전송된 RF에너지의 상당 부분이 가열된 오일에 의해 손실된다.
기계 또는 전자기계 센서를 기반으로 하는 피스톤 위치 감지 기술들이 고안되었다. 예를 들어, 미국 특허 제 5438261은 피스톤의 왕복 운동으로서 위치 신호를 발생시키는 코일과 오실레이터를 사용한다. 미국 특허 제 6234061 B1 와 미국 특허 제 6694861 B2 모두 피스톤의 위치와 운동에 비례하는 출력신호를 제공하기 위해 비접촉 전자기계 변환기를 사용한다. 그러나, 이들 발명들은 실린더 속에 측정 장치들을 설치 해야 하는 데, 이는 생산과 유지 관리를 어렵게 한다. 더욱이, 신호를 송수신 하기 위해 전력이 추가로 필요하다.
미국 특허 제 5977778 및 미국 특허 제 6722260 B1은 실린더내의 피스톤 위치를 측정하기 위해 신호의 반사를 이용한다. 이 같은 장치에서 사용되는 신호로는 전자기 버스트와 극 초단파 펄스를 포함한다. 연장 길이 측정은 송수신기에 직접적으로 의존한다. 그러나, 더욱 정확한 측정을 하기 위해서는, 송수신 신호를 위해 더 많은 전력이 필요하다. 더욱이, 전자기 버스트 또는 극 초단파 펄스의 노출은 주변환경에 해롭고, 센서 어셈블리를 수용하기 위해 실린더가 상당히 변경될 필요가 있는 데, 이는 상대적으로 매우 복잡하면서 비용이 많이들 뿐만 아니라 상대적으로 신뢰성, 견고성 및 정확성이 낮도록 하는 문제가 있다.
더욱이, 미국 특허 제 4814553 및 7268341는 표면에서의 한 지점 절대 위치, 또는 평판(table), 스케일 또는 오버레이(overlay)에서의 한 경로를 따라난 절대위치, 그리고 이동하는 마우스 형 커서의 절대 위치를 결정하기 위한 광학 장치를 제공한다. 상기 광학장치는 이동하는 피스톤 또는 회전자의 표면에 부착된 표시에 의존한다. 이 광학 표시들은 만드는데 비용이 많이 들고 급속히 닳아 없어 진다.
컴퓨터 광학 마우스에서 사용되는 것들과 같은 표준 상업 포토 광학 영상 감지 장치들은 가격이 저렴하며 신뢰할 만 하고 전력 소모가 적다. 이런 포토 영상 센서들은 매우 다양한 표면 위에서의 수평 상대 변위를 측정할 수 있다. 포토 영상 센서들은 극도로 높은 충격 부하와 다양한 기온을 견딜 수 있다. 포토 영상 센서와 관련된 이러한 특성들은 포토 영상 센서의 가격이 저렴하다는 특성과 결합하여, 결과적으로 회전 구동기 또는 피스톤에 사용되는 종래의 위치 센서에 대한 매력적인 대안이 되고 있다.
그러나 상기 설명한 포토 영상 센서들은 포토 영상 센서에 의해 결정되는 광학 영상 품질에 영향을 주는 표면과 공기중의 오염물질에 의해 쉽게 영향을 받는다. 이 같은 한계는 보호 하우징 내부에 포토 영상 센서를 장착함으로써 극복된다. 상기 보호 하우징은 이동하는 피스톤 또는 회전자 표면과 떨어져 밀봉된다. 이 같은 방식으로 공기중의 그리고 표면의 오염물질이 포토 영상 센서를 수용하고 있는 보호 공간에 들어 가는 것을 막는다. 이 같은 보호 하우징은 또한 포토 영상 센서가 산업 환경에서 기계적으로 손상 받는 것을 막는다. 포토 영상 센서가 작아서 피스톤이나 회전 액추에이터를 크게 변경하지 않고 보호 하우징이 장착될 수 있다. 예를 들어, 피스톤 액추에이터에서, 포토 영상 센서를 포함하는 상기 보호 하우징이 손쉽게 실린더 바디 내측 또는 실린더 바디 외측 실린더 헤드에 장착 될 수 있다.
고 해상도의 표준 상업 포토 영상 센서들은 인치당 1600개 또는 그 이상의 해상도로 이용가능 하다. 측정된 오차 거리는 해상도 수치로 매우 작다. 포토 영상 센서들의 가격이 저렴하고 6400개 중 5개 미만의 오차 거리를 가진 센서들이 일반적으로 사용된다. 그러나, 만약 피스톤 또는 회전자의 절대 변위 측정이 올바르지 않다면, 오차들이 점점 누적 될 것이다. 이 한계는 누적된 오차를 줄인 눈금 교정 위치들을 통합시킴으로써 극복된다. 이들 눈금 교정 위치에서, 절대 변위 측정이 수정되어 누적된 오차 거리를 0으로 만들도록 한다. 포토 영상 센서의 높은 정확도가 누적된 오차 거리를 0으로 만듦으로써 유지 된다. 결국, 현재 대량생산으로 만들어지는 포토 영상 센서들이 훨씬 더 많이 산업용으로 쓰여지는 것을 막는 한계가 극복 된다.
따라서, 실린더 내 피스톤과 같은 표면에서 평면적인(2차원) 이동을 측정하기 위한 장치는 실린더 헤드에 고정된 포토 영상 감지 장치를 포함한다. 이같이 고안된 포토 영상 감지 장치는 전형적인 광학 감지 장치 및 절대 변위, 이동 경로 거리 그리고 통신을 결정 하기 위한 선택적인 기능 모듈을 사용한다. 절대 변위 측정을 얻기 위해 사용되는 눈금 교정 위치들은 눈금 교정 영상 또는 이들 눈금 교정 영상의 존재를 나타내는 분리된 센서들에 의해 결정 된다.
하기에서는 첨부 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다. 동일한 도면 부호가 동일한 부분에 대하여 여러 도면에서 사용된다.
도 1은 도 6의 A-A 선 유압 실린더 단면을 도시한 도면으로서, 포토 영상 센서가 장치되어 있음을 도시한 도면이다.
도 2는 포토 영상 감지 장치의 블록 도이다.
도 3A는 기록된 눈금 교정 패턴을 갖는 피스톤 봉 측면도이다.
도 3B는 암호화된 눈금 교정 패턴을 갖는 피스톤 봉 측면도이다.
도 3C는 세 위치에서 각기 다른 눈금 교정 패턴을 갖는 피스톤 봉 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 주요 제어 루프 흐름도이다.
도 5는 도 4의 주요 제어 루프에 의해 호출되는 바의 위치 측정 서브루틴 흐름도이다.
도 6은 포토 영상 센서가 장치된 유압 실린더와 크기가 같은 도면이다.
도면 부호 설명
001 유압 실린더 베럴
002 피스톤
003 피스톤 봉
004 베이스 정지부
005 헤드 부 정지부
006 실린더 내 시일
007 유압 실린더 헤드 챔버
008 유압 실린더 베이스 챔버
010 감지 장치 하우징
011 포토 영상 감지 장치
012 감지 장치를 위한 시일
018 베이스 접촉압 센서
019 헤드부 접촉압 센서
030 센서 보드
031 마이크로프로세서
032 EPROM
033 SRAM/Flash
034 RAM
035 전지
036 영상 센서
037 발광 다이오드 또는 레이저
038 라이트 오프닝
039 USB 인터페이스
040 CAN 버스 인터페이스
051 기록된 눈금 교정 패턴
052 암호화된 눈금 교정 패턴
053 위치 1에서의 눈금 교정 패턴
054 위치 2에서의 눈금 교정 패턴
055 위칭 3에서의 눈금 교정 패턴
060 리셋 타이머
062 초기화, 유효화, 그리고 통신
064 주요 동작 상태를 판독
066 동작 또는 눈금 교정 상태 결정
068 눈금 교정 상태
070 위치 측정 동작 상태
072 통신 서비스
080 판독 픽셀 영상
082 현재 위치 픽셀 영상 및 이전 위치 픽셀 영상 사이 패턴 매치
084 상대적 변위 측정
085 예측된 절대 변위
086 현재 위치 픽셀 영상 및 이전 위치 픽셀 영상 사이 패턴 매치
088 매치된 눈금 교정 영상 결정
090 현재 위치와 눈금 교정 위치 사이 절대 변위 측정
091 통계적 분석
092 이전의 절대 변위와 상대적 변위로부터 절대 변위를 평가
093 신뢰도 분석
094 접촉 레지스터 판독
096 접촉이 없다는 결정
098 동작이 없음
100 베이스 접촉 결정
102 절대 변위를 최소로 리셋
104 헤드 접촉 결정
106 절대 변위를 최대로 리셋
108 에러 보고
도 1은 도 6의 A-A 선 유압 실린더 단면을 도시한 도면으로서, 포토 영상 센서가 장치되어 있음을 도시한 도면이다.
도 2는 포토 영상 감지 장치의 블록 도이다.
도 3A는 기록된 눈금 교정 패턴을 갖는 피스톤 봉 측면도이다.
도 3B는 암호화된 눈금 교정 패턴을 갖는 피스톤 봉 측면도이다.
도 3C는 세 위치에서 각기 다른 눈금 교정 패턴을 갖는 피스톤 봉 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 주요 제어 루프 흐름도이다.
도 5는 도 4의 주요 제어 루프에 의해 호출되는 바의 위치 측정 서브루틴 흐름도이다.
도 6은 포토 영상 센서가 장치된 유압 실린더와 크기가 같은 도면이다.
도면 부호 설명
001 유압 실린더 베럴
002 피스톤
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004 베이스 정지부
005 헤드 부 정지부
006 실린더 내 시일
007 유압 실린더 헤드 챔버
008 유압 실린더 베이스 챔버
010 감지 장치 하우징
011 포토 영상 감지 장치
012 감지 장치를 위한 시일
018 베이스 접촉압 센서
019 헤드부 접촉압 센서
030 센서 보드
031 마이크로프로세서
032 EPROM
033 SRAM/Flash
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035 전지
036 영상 센서
037 발광 다이오드 또는 레이저
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040 CAN 버스 인터페이스
051 기록된 눈금 교정 패턴
052 암호화된 눈금 교정 패턴
053 위치 1에서의 눈금 교정 패턴
054 위치 2에서의 눈금 교정 패턴
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064 주요 동작 상태를 판독
066 동작 또는 눈금 교정 상태 결정
068 눈금 교정 상태
070 위치 측정 동작 상태
072 통신 서비스
080 판독 픽셀 영상
082 현재 위치 픽셀 영상 및 이전 위치 픽셀 영상 사이 패턴 매치
084 상대적 변위 측정
085 예측된 절대 변위
086 현재 위치 픽셀 영상 및 이전 위치 픽셀 영상 사이 패턴 매치
088 매치된 눈금 교정 영상 결정
090 현재 위치와 눈금 교정 위치 사이 절대 변위 측정
091 통계적 분석
092 이전의 절대 변위와 상대적 변위로부터 절대 변위를 평가
093 신뢰도 분석
094 접촉 레지스터 판독
096 접촉이 없다는 결정
098 동작이 없음
100 베이스 접촉 결정
102 절대 변위를 최소로 리셋
104 헤드 접촉 결정
106 절대 변위를 최대로 리셋
108 에러 보고
도 6은 포토 영상 센서가 장치된 유압 실린더와 크기가 같은 도면이며, 도 1에서 도시된 단면을 얻기 위해 사용된 A-A선을 도시한다.
도 1은 포토 영상 감지 장치(011)가 있는 유압 실린더 어셈블리 단면을 도시한다. 상기 유압 실린더 어셈블리는 실린더 배럴(001) 및 감지 장치 하우징(010)을 포함한다. 피스톤(002)이 실린더 배럴(001)내에 배치되어 유압 유체에 응답하여 축을 따라 왕복운동을 하도록 된다. 상기 피스톤(002)은 실린더 배럴(001)을 두 챔버(007)(008) 부분으로 분리시킨다. 하우징(010)이 상기 실린더 배럴(001)에 단단히 장착된다.
피스톤 봉(003)의 한 단부는 피스톤(002)에 고정되며, 이동 축을 따라 연장된다. 피스톤 봉(003)의 다른 한 단부는 하우징(010)으로부터 밖으로 연장된다. 상기 실린더 베이스 및 피스톤 봉(003)의 바깥 측 단부는 머신 컴포넌트에 직접 또는 간접 연결된다.
실린더 배럴(001)은 피스톤(002)을 이동시키기 위해 상기 챔버(007)(008)내로 그리고 챔버 밖으로 오일 또는 물과 같은 유체 통로를 위한 두 개의 오프닝을 갖는다. 상기 실린더 배럴(001)내 시일(006)은 상기 피스톤 봉(003)의 표면과 같은 높이에 놓이도록 배치되며 따라서 유체가 상기 챔버(007)로부터 이탈됨을 막도록 한다.
상기 하우징(010)은 상기 피스톤 봉(003)의 즉각적인 위치를 결정하도록 사용되는 포토 영상 감지 장치를 둘러싼다. 상기 하우징(010) 내 시일은 피스톤 봉(003)의 표면을 청결하게 하도록 배치되며, 따라서 유체 또는 이 물질이 상기 감지 장치(011)를 오염시키지 않도록 한다. 상기 하우징(010)은 주변 환경으로부터 포토 영상 감지 장치(011)를 보호하도록 하며, 상기 감지 유닛을 용이하게 교체할 수 있도록 한다. 상기 포토 영상 감지 장치(011)는 피스톤 봉 표면 가까이 상기 하우징 내에 장치되어 피스톤 봉(003)의 이동을 읽을 수 있도록 한다.
헤드 접촉 압력 센서(019)는 실린더 배럴의 헤드 정지 부(005)에 장치된다. 베이스 접촉압 센서(018)는 실린더 배럴(001)의 베이스 정지부(004)에 장치된다. 이들 두 접촉 센서는 함께 2 비트 디지털 신호를 제공하여, 상기 피스톤(002)이 헤드 정지부(005) 또는 베이스 정지부(004)에 도달하는 지 또는 이들 중 어는 곳에도 도달하지 않는 지를 나타내도록 한다. 피스톤(002)이 상기 헤드 정지부(005) 또는 베이스 정지부(004)에 도달하는 때, 저장된 절대 변위 정보가 조정되고 갱신된다.
동작 시, 시간에 따른 가변 압력에 따라, 상기 챔버(007, 008) 내로 들어가거나 그로부터 제거된 유체는 피스톤(002) 그리고 따라서 피스톤 봉(003)이 상기 포토 영상 센서(011)를 기준으로 전후로 슬라이드 하도록 한다. 상기 포토 영상 센서(011)는 피스톤 봉(003)의 상대적 변위를 판독하고, 해당하는 디지털 신호를 발생시킨다. 센서 판(030) 상의 마이크로프로세서가 눈금 교정 패턴을 매치시키고 상기 상대적 변위를 사용함으로 써 피스톤 봉(003)의 절대 변위를 계산한다. 이와 같이 하여 얻어진 절대 변위는 상기 피스톤 봉(003)과 피스톤(002)의 실제 위치를 나타낸다.
도 2는 발광 다이오드 또는 레이저(037), 픽셀 영상 센서(037), 마이크로프로세서(031), 그리고 주변 전자 회로를 포함하는 레이저 포토 광학 감지 장치(011) 도식적 도면이다. 발광 다이오드(037) 는 빛을 방출시키고, 피스톤 봉(003) 표면으로부터 반사된 광선을 방출시키며, 그리고 상기 영상 센서(036)가 반사된 영상을 받는다. 다음에 영상 센서(036)가 수신된 픽셀 영상을 마이크로프로세서(031)로 전달한다. 상기 마이크로프로세서(031)는 현재 수신된 픽셀 영상을 저장된 픽셀 영상과 비교함으로써 상대적 변위와 절대 변위를 계산한다.
SRAM 또는 플래시 메모리(033)가 특정 위치에서 상기 피스톤 봉(003)의 기록된 눈금 교정 패턴(052)을 저장하며, 그리고 EPROM(032)이 특정 위치에서 피스톤 봉(003)의 암호화된 눈금 교정 패턴 그리고 상기 마이크로프로세서(031)에 의해 사용된 프로그램을 저장한다. 한 전지(035)가 상기 감지 장치(011)로 전원을 공급하도록 사용된다. 센서 보드(030)가 통신 인터페이스를 제공하며, 그 하나가 USB 인터페이스(039)이고 다른 하나가 CAN 버스 인터페이스(040)이다. 상기 USB 인터페이스(039)는 상기 실린더 배럴(001)내 접촉 압력 센서와 통신하도록 사용되며, 상기 CAN 버스 인터페이스(040)는 머신에 있는 다른 장치들과 통신하도록 사용된다. 센서 보드(030)는 광학 마우스 내 전자 보드와 매우 유사하다. 다른 기능 모듈들이 추가되어 추가의 눈금 교정 및 통신 기능을 달성하도록 한다.
도 3A 및 3B는 각기 다른 눈금 교정 패턴을 갖는 두 피스톤 봉(003)의 개략적 도면이다. 도 3A에서, 피스톤 봉(003)에서의 패턴(051)은 특정 위치에서 피스톤 봉(003)의 고유한 특징(inherent feature)이다. 도 3B에서, 피스톤 봉(003)의 패턴은 상기 피스톤 봉 상의 특정 위치에서 본을 뜬(stenciled) 암호화된 특징을 나타낸다. 도 3B에서 도시된 패턴은 피스톤 봉(003) 위치를 고유하게 식별할 많은 가능한 선택 예 가운데 하나이다. 암호화된 패턴의 목적은 상기 절대 변위를 손쉽게 눈금 교정 하는 것이다. 이들 두 눈금 교정 패턴은 상기 피스톤 봉(003)의 절대 위치를 계산하기 위해 사용될 수 있다.
도 3C는 세 개의 눈금 교정 위치에서 세 개의 각기 다른 눈금 교정 패턴(053, 054, 055)을 갖는 피스톤 봉(003)에 대한 도면이다. 상기 눈금 교정 패턴의 수는 세 개로 한정되지 않는다. 눈금 교정 패턴의 수와 위치는 적용 요구 조건에 의해 결정된다. 다수의 눈금 교정 패턴은 절대 변위에 대한 더욱 빈번한 계산을 가능하게 하여, 측정된 절대 변위가 실제 절대 변위와 더욱 가까워 지도록 한다. 이와 같은 고유한 눈금 교정 패턴은 그 패턴을 바탕으로 하여 어느 것이 현재의 눈금 교정 위치인가를 결정하는 것을 가능하게 한다.
다수의 눈금 교정 위치는 다음과 같이 피스톤 절대 변위를 평가하는 데 사용된다. 불 필요한 비교를 없애기 위해, 피스톤의 현재 절대 변위가 사용되어, 절대 위치 경계의 두 눈금 교정 위치를 결정하도록 한다. 모든 눈금 교정 위치가 피스톤의 일 측에 있을 경우, 제 1 눈금 교정 위치만이 고려될 필요가 있다. 가령, 피스톤이 눈금 교정 위치 1 및 2 사이에 위치한다면, 그러면, 관찰된 표면 절대 변위만이 눈금 교정 패턴(053, 054)과 비교될 필요가 있다.
상기 피스톤 봉의 표면 품질 또는 평균 픽셀 음영이 레이저 영상 센서에 의해 측정된다. 표면 품질 또는 평균 픽셀 음영에서의 갑작스런 변경이 한 눈금 교정 위치를 나타내도록 사용된다. 눈금 교정 위치 각각에서의 표면 품질 또는 평균 픽셀 음영은 이들의 고유한 표면 품질이 서로 구분되도록 다르다. 각 눈금 교정 위치의 고유한 표면 품질 또는 픽셀 음영은 상기 절대 변위 측정을 눈금 교정하기 위해 필요하지 않다. 상기 고유의 눈금 교정 위치는 하나의 눈금 교정 위치가 다른 위치로 착오되지 않도록 한다. 상기 이웃 눈금 교정 위치는 피스톤의 현재 평가된 절대 변위에 의해 결정된다. 눈금 교정 위치가 갑자기 변경된 표면 품질/평균 픽셀 음영에 의해 또는 그 특정 표면 품질/평균 픽셀 음영을 인식함으로써 검사되는 때, 상기 평가된 피스톤 절대 이동이 눈금 교정된다. 모든 눈금 교정 위치에서의 상기 표면 품질 또는 픽셀 음영이 플래시 메모리(033) 또는 EPROM( 032)에 사전에 저장된다.
도 4는 레이저 포토 광 감지 장치(011)의 주요 제어 논리에 대한 것이다. 제어 블록(060)에서, 타이머가 리셋된다. 타이머는 종래 디자인의 타이머이고, 마이크로프로세서(031)가 디자인된 제어 논리를 수행하지 않는 가를 검사하도록 사용된다. 타이머의 사용은 종래 기술에서 잘 알려져 있으며 따라서 본 명세서에서 상세히 설명되지 않는다.
상기 제어 블록(062)에서, 상기 시스템이 초기화된다. 초기화 루틴은 하드웨어 및 소프트웨어 매개변수의 유효화 그리고 통신 채널 시험을 포함한다. 이 같은 초기화 과정 중 감지되는 모든 오류들은 심한 정도에 따라 보고된다. 이 같은 초기화 과정이 완료되는 것을 막거나, 감지 장치(011)의 정상 동작을 막을지도 모르는 심각한 오류들은 마이크로프로세서(031)가 오류 경고를 보고하게 하거나 마이크로프로세서(031)가 심각한 오류로 인해 종료되게 한다.
제어 블록064에서 감지 장치(011)의 상태가 확인된다. 상기 감지장치(011)는 두 가지 기능적 상태를 가지는데, 하나는 동작 다른 하나는 눈금 교정이다.
만약 상기 상태가 눈금 교정상태라면, 상기 제어 흐름은 제어블록(068)으로 진행된다. 만약 동작상태라면, 상기 제어 흐름은 제어블록(070)으로 진행된다.
제어 블록(068)에서, 기록된 눈금 교정 패턴의 위치가 정확하게 측정되고, 그 같은 위치와 패턴 정보가 SRAM(033)에 저장된다.
제어 블록(070)에서, 서브루틴 GETPP가 호출된다. 아래에 설명된 것처럼, GETPP서브루틴은 피스톤 봉(003)의 절대 변위와 예측된 절대 변위의 신뢰 구간을 결정한다.
제어블록(072)에서 시스템 통신이 제공된다. 이 같은 통신에 의해 SRAM/Flash(033)로부터 절대 변위를 읽고, 전송 목적을 위해 체크섬(checksum)을 계산하고, 데이터를 센서 장치(011)로부터 다른 제어장치로 전송하며, 그리고 센서 장치(011)의 신뢰성 표시함을 포함한다.
도5는 피스톤 봉(003)의 절대 변위를 계산하는 서브루틴 GETPP의 동작을 설명한다.
제어 블록(080)에서, 상기 포토 영상 센서(036)가 피스톤 봉(003) 표면에서 반사된 광선의 픽셀 영상을 읽는다. 그 다음 마이크로 프로세서(031)로 상기 픽셀 영상을 보낸다.
제어 블록(082)에서, 마이크로 프로세서(031)가 RAM(034)으로부터 이전의 픽셀 영상을 읽고, 이 같은 정보를 포토 영상 센서(036)에서 받은 현재 픽셀 영상과 비교한다. 다음에 마이크로 프로세서(031)가 피스톤 봉(003)의 상대 변위를 계산하고 그것을 RAM(034)에 저장한다. 이동 수치(movement count)가 사용되어 눈금 교정 위치에서의 이전의 절대 변위 측정 이후로 측정된 상대 변위 수치를 기록하도록 한다. 이동 수치는 하나씩 증가하며 SRAM/FLASH(033)에 저장된다.
제어 블록(084)에서, 마이크로 프로세서(031)는 SRAM/FLASH(033)로 부터 평균 절대 변위 에러와 이동 수치를 읽는다. 그리고 RAM(034)으로부터 피스톤의 상대 변위를 읽는다. 그 다음에 마이크로 프로세서(031)는 이 같은 정보를 사용하여 상대 변위를 수정하도록 하고, 이 같이 수정된 상대 변위를 RAM(034)에 저장한다.
제어 블록(085)에서, 수정된 절대 변위는 이전의 수정된 절대 변위에 가장 최근에 수정된 상대 변위를 더함으로써 계산된다. 이 같이 계산된 수정 절대 변위는 예측된 절대 변위로서 명명되며, SRAM/FLASH(033)에 저장된다.
제어 블록(086)에서, 상기 마이크로프로세서(031)는 현재의 픽셀 영상을 EPROM (032) 또는 SRAM/FLASH(033)에 저장된 눈금 교정 패턴들과 각기 비교한다.
제어 블록(088)에서, 만약 현재 픽셀 영상이 눈금 교정 패턴(051) 또는 (052)와 매치된다면 제어 흐름은 제어 블록(090)으로 간다. 그렇지 않다면 제어 흐름은 제어 블록(092)로 가게 된다.
제어 블록(090)에서, 절대 변위는 눈금 교정 패턴(051) 또는 (052)의 정확한 위치로부터 직접적으로 얻어진다. 상기 절대 변위는 현재의 픽셀 영상을 저장된 눈금 교정 패턴(051) 또는 (052)와의 패턴 매칭을 통해 얻어진다. 새로운 절대 변위는 SRAM/FLASH(033)에 저장된다.
제어 블록(091)에서, 통계 분석이 이루어 진다. 절대 변위 측정 에러, 이동 수치, 이동한 경로 거리가 처음으로 계산되고 SRAM/FLASH(033)에 저장된다. 상기 절대 변위 측정 에러는 다음의 가상 코드를 이용해서 계산된다.
절대 변위 예측 = 가장 최근 수치의 절대 변위 + 상대 변위 측정
그러므로 절대 변위 측정 에러는 다음의 코드 식을 이용해서 계산된다.
절대 변위 측정 에러 = 눈금 교정 위치의 절대 변위 - 눈금 교정 위치의 측정된 절대 변위
이동한 거리 길이는 다음의 코드 식을 이용해서 계산된다.
이동한 경로 거리 = 이전의 모든 상대 변위들의 절대 값의 합
그 다음에, 마이크로프로세서(031)는 움직임 수치와 관련, 절대 변위 에러의 평균과 변화 량을 계산한다. 에러 평균과 변화 량은 이동 수치가 증가함에 따라 증가할 것이다.
절대 변위 에러의 평균과 변화 량은 제어 블록(084)에서 상대 변위 수정을 위해 SRAM/FLASH (033)에 저장된다. 마지막으로, 이동 수치가 0으로 리셋 된다.
제어 블록(092)에서, 절대 변위는 예측된 절대 변위인 것으로 정해진다.
제어 블록(093)에서, 절대 변위 예측 치에 대한 신뢰도를 분석한다. 절대 변위 측정 에러와 피스톤 봉(003)의 이동 경로 거리 사이의 관계가 결정되며, 상기 절대 변위 측정 에러는 상기 이동 경로 거리와 함수관계를 갖는 것으로 설명된다. 기본적으로 절대 변위 측정 에러는 이동한 경로 거리가 증가할수록 증가한다. 따라서, 이 같은 함수 관계가 사용되어 피스톤 봉이 이동하는 신뢰 할 만한 경로 거리를 결정할 수 있다.
또한, 마이크로프로세서(031)는 예측된 절대 변위의 신뢰구간을 확률밀도 함수와 이동 수치를 이용해서 계산한다. 예측된 절대 변위 신뢰도가 지나치게 낮은 것은 기계적 변위를 측정하는 광학 장치가 충분히 정확하게 작용하고 있지 않으며, 눈금 교정(수정) 조치가 요구됨을 표시한다.
또한, 절대 변위 및/또는 이동 경로 거리에 대한 절대 변위 측정 오류의 확률 밀도 분포가 계산된다. 확률 밀도 분포 함수는 눈금 교정 패턴의 수와 위치 분포를 최적으로 결정하는 데에 사용되는데, 이는 절대 변위 측정 에러를 가급적 가장 최소화 시킨다.
제어 블록(094)에서, 마이크로 프로세서(031)는 실린더 배럴(001)내 두 개의 접촉압 센서 (018, 019)의 상태를 나타내는 레지스터를 읽는다.
제어 블록(096)에서, 만약 레지스터 값이 00이면, 피스톤(003)이 베이스 정지부(004)나 헤드 부 정지부(005)에 모두 도달 하지 않은 것이다, 그렇다면 제어 흐름은 제어 블록 (098)으로 진행된다. 만약 그렇지 않다면 제어 흐름은 (100)으로 진행된다.
제어 블록(098)에서, 아무런 동작도 발생되지 않으며, 제어 흐름은 주 제어 루프로 돌아간다.
제어 블록(100)에서, 만약 레지스터 값이 01이고, 피스톤(002)이 베이스 정지부(004)에 도달 하였다면, 그러면 제어 흐름은 제어 블록(102)으로 간다. 그렇지 않다면 제어 흐름은 제어 블록(104)으로 진행된다.
제어 블록(102)에서, 절대 변위 값은 최소가 되고 제어 흐름은 주 제어 루프로 돌아간다.
제어 블록(104)에서, 만약 레지스터 값이 10이고, 피스톤(002)이 헤드 정지부(005)에 도달 하였다면, 제어 흐름은 제어 블록(106)으로 간다. 만약 그렇지 않다면, 제어 흐름은 제어 블록(108)으로 진행된다.
제어 블록(106)에서, 절대 변위 값은 최대로 되고 제어 흐름은 주 제어 루프로 돌아간다.
제어 블록(108)에서, 레지스터 값은 11또는 확정되지 않은 값이어야 하며, 이것은 에러가 발생되었다는 것을 의미한다. 이 경우에, 에러가 보고되고 제어 흐름은 주 제어 루프로 돌아간다.
본 발명이 구체적인 예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 대한 세부사항의 수정이 다음 특허 청구범위에서 정의된 바와 같이 본원 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능한 것이다. 예를 들어, 하우징(010)이 피스톤(002)의 왕복운동 길이가 짧아지는 것을 막기 위해 실린더 배럴(001)내에 장치될 수 있다. 그리고 비록 본 발명 실시 예 설명이 주로 피스톤의 직선 또는 회전 운동 측정과 관련되어있지만, 본 발명 원리는 피스톤 봉(003)의 회전 방향과 각도를 결정하는데 사용될 수 있다. 센서 장치(011) 역시 회전 장치의 회전하고 있는 표면이나 축에 부착 될 수 있다. 센서 장치(011)의 적용은 본원 발명 실시 예에서와 같은 피스톤의 직선 또는 회전 운동을 측정하기 위한 실시로 국한 될 필요는 없는 것이다. 마이크로 렌즈 같은 선택적인 광학 렌즈가 사용되어 센서 장치(011)와 동 센서 장치(011)가 이동을 측정하는 표면 사이의 작업 거리를 수정할 수 있다.
센서 장치(011)는 또한 힌지, 회전 고리, 슬라이딩, 구형 조인트(spherical joints)의 이동 표면을 관측하여 그 이동을 측정할 수 있다. 연결 장치의 일부분으로서 적절한 표면이 존재하지 않을 때에는, 적절한 표면이 있는 구성 요소를 장치에 부착할 수 있다. 추가의 구성 요소(들)를 연결 장치에 추가함으로써, 센서 장치(011)는 다른 위치에 장착될 수 있고, 추가된 구성 요소 표면과 관련하여 변위를 측정할 수 있다.
종래 기술의 위치 센서와 비교하여, 본 발명에 포함된 센서 장치(011) 장점은 가격이 싸고, 신뢰할 수 있으며 저 전력 사용 센서라는 점이다. 이 같은 센서 장치(011)는 종래 기술의 위치 센서들보다 다양한 연결(조인트) 장치에 좀 더 쉽게 설치될 수 있다. 그리고 센서 장치에 의해 제공된 위치 및 경로 길이 측정은 디지털 전자 제어 시스템과 용이하게 통합된다.
따라서 본 발명의 보호 범위는 명세서 상세한 설명 실시 예에 의해 결정될 것이 아니며, 첨부된 특허 청구 및 그 균등 발명에 의해 결정되어야 한다.
Claims (20)
- 작동기계, 조인트, 또는 서로 이동하는 기계적 부분을 갖는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치에 있어서,
a. 상기 기계적 장치의 제 2 부분을 상기 기계적 장치의 제 1 부분에 대한 상대적 변위를 측정하는 광학적 수단으로서, 상기 광학적 수단이 상기 기계적 장치의 제 2 부분에 고정되고 그리고 상기 제 2 부분이 상기 기계적 장치의 부분들 중 어느 한 부분이어서, 상대적 변위를 측정하는 상기 광학적 수단이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면을 향하고, 상기 제 1 부분이 상기 기계적 장치의 다른 부분들 중 어느 한 부분 이도록 하며, 상대적 변위를 측정하는 상기 광학적 수단이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면의 상대적 변위 거리를 검사할 수 있도록 하고, 그리고 상기 표면에서 자연적인 광학적 패턴으로부터 두드러지도록 하기 위해, 상대적 변위를 측정하는 광학적 수단에 의해 상기 표면에 표시가 발생될 필요가 없도록 하는 상대적 변위 측정 광학 수단,
b. 하나 또는 둘 이상의 눈금 교정 위치들로서, 상기 눈금 교정 위치에서의 상기 기계적 장치 제 1 부분의 절대 변위가 알려지도록 하는 하나 또는 둘 이상의 눈금 교정 위치,
c. 눈금 교정 위치 정렬을 검사하는 수단으로서, 상기 기계적 장치의 제 1 부분 그리고 상기 기계적 장치의 제 2 부분이 상기 눈금 교정 위치에서 정렬되도록 하는 눈금 교정 위치 정렬 검사 수단,
d. 검사된 상기 눈금 교정 위치 정렬 그리고 검사된 눈금 교정 위치 정렬에서 알려진 절대 변위가
상기 기계적 장치의 상기 제 1 부분 그리고 상기 기계적 장치의 제 2 부분이 상기 검사된 눈금 교정 위치에서 정렬된 때 평가된 절대 변위가 상기 알려진 절대 변위와 같도록, 그리고
하나 또는 둘 이상의 눈금 교정 멀티플라이어(correction multipliers)가 이용되면, 하나 또는 둘 이상의 상기 눈금 교정 멀티플라이어가 네트 상대적 변위 누적(cumulative net relative displacement)에 포함된 상대적 변위를 측정하는 광학적 수단에 의해 얻어진 상기 네트 상대적 변위 누적 또는 개별 상대적 변위 측정에 적용되도록,
상대적 변위를 측정하는 상기 광학적 수단에 의해 얻어진 네트 상대적 변위 누적에 의한, 평가된 절대 변위를 포함하며,
이에 의해 상기 기계적 장치의 제 1 부분에 대하여 측정된 절대 변위가 상기 눈금 교정 위치에서 눈금 교정되고, 상기 눈금 교정 위치에 인접할 것을 필요로 하지 않으며,
이에 의해 상기 기계적 장치의 제 1부분에 대한 절대 변위가 상대적 변위 측정 광학적 수단에 의해 정확하게 그리고 정밀하게 평가되며 상기 눈금 교정 위치 수를 크게 줄이도록 하고,
이에 의해 필요한 눈금 교정 위치 수를 줄여서 상기 장치 비용이 줄어들도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치. - 제 1항에 있어서, 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면으로부터 얻어진 현재 광학 패턴을 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면으로부터 얻어진 이전의 광학 패턴과 연관시키고, 이에 의해 상대적 변위가 광학 마우스에 의해 사용된 대량 생산 센서 컴포넌트로 측정됨을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상대적 변위를 측정하는 광학적 수단이 기준과 측정 브랜치(measurement branch) 사이에서 분할된 단일 파장 간섭 광선을 갖는 간섭계를 포함하며, 상기 측정 브랜치 내 광선이 그 부호와 크기가 각각 속도의 방향과 크기와 일치하는 도플러 주파수 천이의 적용을 받으며, 상기 측정 간격으로 광학적으로 측정된 속도가 사용되어 상대적 변위를 측정할 수 있도록 하고, 이에 의해 상대적 변위가 광학적 마우스에 의해 사용된 대량 생산 센서 컴포넌트로 측정됨을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 눈금 교정 위치 정렬을 검사하는 수단이
a. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 또는 제 2 부분에 고정된 하나 또는 둘 이상의 근접 표적으로서 이 같은 근접 표적의 위치가 상기 눈금 교정 위치와 일치하도록 하며,
b. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 또는 제 2 부분에 고정된 하나 또는 둘 이상의 근접 센서로서 이 같은 근접 센서가 상기 근접 표적을 검사하기 위해 장치되어,
이에 의해 상기 눈금 교정 위치가 상기 근접 표적에 의해 표시되며, 이 같은 근접 표적이 상기 근접 센서에 의한 용량적, 광전자적, 또는 자기적 검사에 적합하고, 이에 의해 상기 측정된 절대 변위가 상기 근접 표적을 검사하는 상기 근접 센서에 의해 눈금 교정됨을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치. - 제 1 항에 있어서, 눈금 교정 위치 정렬을 검사하는 상기 수단이
a. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면에서 하나 또는 둘 이상의 저장된 광학적 패턴으로서, 상기 하나 또는 둘 이상의 저장된 광학적 패턴 위치가 상기 눈금 교정 위치와 일치하도록 하는 광학적 패턴,
b. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 제 1 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 현재 광학적 패턴을 하나 또는 둘 이상의 저장된 광학적 패턴과 상관시키는 광학적 수단으로서, 상기 눈금 교정 위치 정렬이, 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학 패턴이 상기 눈금 교정 위치와 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 상관 관계가 있는 때 발생하도록 하고, 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학적 패턴이 인접하거나 겹쳐지도록 하며, 그리고 상기 눈금 교정 위치와 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴이 인접하거나 겹쳐지도록 하는 광학적 수단을 포함함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치. - 제 5항에 있어서, 상기 기계적 장치의 제 1부분 표면의 저장된 광학적 패턴이 상기 표면에서의 자연적인 패턴으로부터 구별되도록 하기 위해 발생된 표시이며, 이에 의해 상기 기계적 장치 제 1 부분 표면에서의 자연적인 광학적 패턴으로부터 구분 되도록 발생된 상기 표시가 간단히 상기 기계적 장치 제 1 부분 표면으로부터 얻어진 상기 현재 광학적 패턴을 상기 눈금 교정과 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 신뢰할 수 있도록 상관시키도록 하고,
이에 의해 상기 저장된 광학적 패턴이 작은 양의 정보 저장 공간만을 필요로 하며, 이에 의해
상기 기계적 장치 제 1 부분 표면에서의 자연적인 광학적 패턴으로부터 구분 되도록 발생된 상기 표시가 발생되어 사전에 정해진 상기 저장된 광학적 패턴과 일치하도록 할 수 있으며, 상기 표시와 일치하는 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 광학적 패턴이 나중의 상관관계를 위해 저장될 필요가 없도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치. - 제 5항에 있어서, 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면의 저장된 광학적 패턴이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면으로부터 기록된 광학적 패턴이며, 기록된 상기 광학적 패턴의 위치가 상기 눈금 교정 위치와 관련이 있도록 하고, 이에 의해 기록된 상기 광학적 패턴이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면에서 발생된 표시 없이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 발생되도록 하며, 이에 의해 장치 제조 비용 또는 유지 비용이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면에서 발생된 표시에 의해 증가되지 않도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 눈금 교정 위치 정렬 검사 수단이
a. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면상에 저장된 하나 또는 둘 이상의 광학적 패턴으로서, 저장된 상기 하나 또는 둘 이상의 광학적 패턴의 위치가 상기 눈금 교정 위치와 일치하도록 하는 광학적 패턴,
b. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 제 1 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 현재 광학적 패턴을 하나 또는 둘 이상의 저장된 광학적 패턴과 상관시키는 광학적 수단으로서, 상기 눈금 교정 위치 정렬이, 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학 패턴이 상기 눈금 교정 위치와 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 상관 관계가 있는 때 발생하도록 하고, 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학적 패턴이 인접하거나 겹쳐지도록 하며, 그리고 상기 눈금 교정 위치와 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴이 인접하거나 겹쳐지도록 하고, 그리고
상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학적 패턴을 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 상관시키는 상기 광학적 수단이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 현재의 광학적 패턴을 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 이전의 광학적 패턴과 상관시키는 상대적 변위를 측정하는 광학적 수단과 같은 것 이도록 하는 광학적 수단을 포함하며,
이에 의해 상기 현재 광학적 패턴을 상기 이전의 광학적 패턴과 상관시키고 하나 또는 둘 이상의 현재 광학적 패턴을 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 상관시키는 상대적 변위를 측정하는 광학적 수단을 다시 사용함으로써 비용이 더욱 줄어들도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치. - 제 1항에 있어서, 하나 또는 둘 이상의 상기 눈금 교정 위치가 국지적으로 또는 전체적으로 구분이 되며, 상기 눈금 교정 위치에서의 상기 기계적 장치 제 1 부분 절대변위가 눈금 교정 위치 정렬을 검사하는 상기 수단에 의해 한 번 또는 두 번 이상의 실패가 있는 때 알려지도록 하여, 이에 의해 상기 눈금 교정 위치 정렬을 검사하는 상기 수단에 의한 한 번 또는 두 번 이상의 상기 실패가 최악의 경우에도 절대 기계적 변위 측정의 정확도를 낮출 뿐, 절대 변위 측정을 막지는 않도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 평가된 절대 변위 측정을 더욱 포함하며,
a. 상기 눈금 교정 위치에서 얻어진 상기 알려진 절대 변위 및 상기 평가된 절대 변위 데이터 쌍의 수집으로서,
상기 기계적 장치의 제 1 부분 알려진 절대 변위가 상기 눈금 교정 위치 정렬에 있도록 하며,
상기 평가된 절대 변위가 동일한 눈금 교정 위치 정렬에서 얻어지도록 하며, 이전에 검사된 상기 눈금 교정 위치 정렬과 상기 동일한 이전 검사된 눈금 교정 위치 정렬에서 알려진 상기 절대 변위 때문에 상대적 변위를 측정한 광학적 수단에 의해 얻어진 네트 상대적 변위 누적에 따르는 절대 변위 데이터 쌍 수집,
b. 하나 또는 둘 이상의 상기 눈금 교정 멀티플라이어로서,
상기 눈금 교정 멀티플라이어가 상기 알려진 절대 변위 및 상기 평가된 절대 변위 데이터 쌍의 수집을 회기하여 맞추어 보아(regression fitting) 결정되도록 하며,
상기 눈금 교정 멀티플라이어가 상기 네트 상대적 변위 누적에 포함된 상대적 변위를 측정하는 광학적 수단에 의해 얻어진 상기 네트 상대적 변위 누적 또는 개별 상대적 변이 측정에 적용되어, 상기 눈금 교정 위치에서 얻어진 상기 알려진 절대 변위와 상기 평가된 절대 변위 데이터 쌍 사이의 차이를 줄이도록 하고, 그리고
회기하여 맞추기(regression fitting)의 상관 관계 계수가 상기 평가된 절대 변위에 대한 신뢰할 수 있는 측정을 제공하도록 하는 눈금 교정 멀티플라이어,
c. 상기 평가된 절대 변위에 대한 하나 또는 둘 이상의 수신기로서, 상기 평가된 절대 변위가 신뢰할 수 있도록 측정되면, 상기 수신기가 상기 신뢰 측정을 모니터하고, 따라서 상기 평가된 절대 변위를 신뢰 하도록 하며,
이에 의해 상기 알려진 절대 변위와 상기 평가된 절대 변위 사이 에러가 최소로 되며, 상기 평가된 절대 변위 측정의 정확도를 개선시키도록 하고,
이에 의해 상기 평가된 절대 변위의 하나 또는 둘 이상의 상기 수신기가 신뢰할 수 있는 측정으로 절대 변위를 측정하기 위한 상기 광학적 장치가 오작동하는 때를 결정하며, 이는 매운 낮은 신뢰도 측정에 의해 표시되도록 하는 수신기를 포함함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하기 위한 광학적 장치. - 작동기계, 조인트, 또는 서로 이동하는 기계적 부분을 갖는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법에 있어서,
a. 상기 기계적 장치의 제 2 부분을 상기 기계적 장치의 제 1 부분에 대한 상대적 변위를 광학적 측정하는 단계로서, 상기 광학적으로 측정하는 수단이 상기 기계적 장치의 제 2 부분에 고정되고 그리고 상기 제 2 부분이 상기 기계적 장치의 부분들 중 어느 한 부분이어서, 상대적 변위를 측정하는 상기 광학적 측정 방법 수단이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면을 향하고, 상기 제 1 부분이 상기 기계적 장치의 다른 부분들 중 어느 한 부분 이도록 하며, 그리고 상기 표면에서 자연적인 광학적 패턴으로부터 두드러지도록 하기 위해, 상대적 변위를 광학적으로 측정하기 위해 상기 표면에 표시가 발생될 필요가 없도록 하는 상대적 변위를 광학적으로 측정하도록 하는 단계,
b. 눈금 교정 위치에서의 상기 기계적 장치 제 1 부분의 절대 변위가 알려져서, 상기 눈금 교정 위치 각각이 알려진 절대 변위를 갖도록 하는 한 눈금 교정 위치에서의 정렬을 검사하는 단계,
c. 눈금 교정 위치에서의 검사된 정렬 그리고 동일한 눈금 교정 위치에서 상기 검사된 정렬에서 알려진 절대 변위가
하나 또는 둘 이상의 눈금 교정 멀티플라이어가 이용되면, 하나 또는 둘 이상의 상기 눈금 교정 멀티플라이어를 네트 상대적 변위 누적에 포함된 상대적 변위를 측정하는 광학적 수단에 의해 얻어진 상기 네트 상대적 변위 누적 또는 개별 상대적 변위 측정에 적용하도록
상기 광학적으로 측정된 네트 상대적 변위 누적에 의해 절대 변위를 평가하는 단계를 포함하며,
이에 의해 상기 기계적 장치의 제 1 부분에 대한 측정된 절대 변위가 상기 눈금 교정 위치에서 눈금 교정되고, 상기 눈금 교정 위치에 인접할 것을 필요로 하지 않으며,
이에 의해 상기 기계적 장치의 제 1부분에 대한 절대 변위가 상대적 변위 측정 광학적 수단에 의해 정확하게 그리고 정밀하게 평가되며 상기 눈금 교정 위치 수를 크게 줄이도록 하고,
이에 의해 필요한 눈금 교정 위치 수를 줄여서 상기 장치 비용이 줄어들도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법. - 제 11항에 있어서, 상대적 변위를 광학적으로 측정하는 방법이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면으로부터 얻어진 현재 광학 패턴을 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면으로부터 얻어진 이전의 광학 패턴과 연관시키고, 이에 의해 상대적 변위가 광학 마우스에 의해 사용된 대량 생산 센서 컴포넌트로 측정하는 것임을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법.
- 제 11항에 있어서, 상대적 변위를 광학적으로 측정하는 방법이
a. 간섭계의 기준과 측정 브랜치 사이에서 단일 파장 간섭 광선을 분할시키며,
b. 상기 측정 브랜치 내 광선이, 도플러 주파수 천이의 부호와 크기가 각각 광학적으로 측정된 속도의 방향과 크기와 일치하도록 하며, 상기 측정 간격으로 광학적으로 측정된 속도가 사용되어 상대적 변위를 측정할 수 있도록 하고, 이에 의해 상대적 변위가 광학적 마우스에 의해 사용된 대량 생산 센서 컴포넌트로 측정되도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법. - 제 11 항에 있어서, 상기 눈금 교정 위치 정렬을 검사하는 방법이
a. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 또는 제 2 부분에 하나 또는 둘 이상의 근접 표적을 고정시키고, 이 같은 근접 표적의 위치가 상기 눈금 교정 위치와 일치하도록 하며,
b. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 또는 제 2 부분에 하나 또는 둘 이상의 근접 센서를 장착함으로써, 이 같은 근접 센서가 상기 근접 표적을 검사하도록 하며,
이에 의해 상기 눈금 교정 위치가 상기 근접 표적에 의해 표시되며, 이 같은 근접 표적이 상기 근접 센서에 의한 용량적, 광전자적, 또는 자기적 검사에 적합하고, 이에 의해 상기 측정된 절대 변위가 상기 근접 표적을 검사하는 상기 근접 센서에 의해 눈금 교정됨을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법. - 제 11 항에 있어서, 눈금 교정 위치 정렬을 검사하는 방법이
a. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면 위치를 위한 광학적 패턴을 저장하며, 상기 기계적 장치의 제 1 부분의 표면 위치가 상기 눈금 교정 위치와 일치하도록 하고,
b. 상기 기계적 장치의 제 1 부분 제 1 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 현재 광학적 패턴을 하나 또는 둘 이상의 저장된 광학적 패턴과 광학적으로 상관시키도록 하며, 상기 눈금 교정 위치 정렬이, 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학 패턴이 상기 눈금 교정 위치와 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 상관 관계가 있는 때 발생하도록 하고, 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학적 패턴이 인접하거나 겹쳐지도록 하며, 그리고 상기 눈금 교정 위치와 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴이 인접하거나 겹쳐지도록 함을 포함함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법. - 제 15항에 있어서, 광학적 패턴을 저장하는 방법이, 상기 눈금 교정 위치에 일치하는 위치에서 상기 표면에서의 자연적인 패턴으로부터 구별되도록 하기 위해 상기 표면을 표시함을 포함하며,
이에 의해 상기 기계적 장치 제 1 부분 표면에서의 자연적인 광학적 패턴으로부터 구분 되도록 발생된 상기 표시가 간단히 상기 기계적 장치 제 1 부분 표면으로부터 얻어진 현재 광학적 패턴을 상기 눈금 교정과 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 신뢰할 수 있도록 상관시키도록 하고,
이에 의해 상기 저장된 광학적 패턴이 작은 양의 정보 저장 공간만을 필요로 하며, 이에 의해
상기 기계적 장치 제 1 부분 표면에서의 자연적인 광학적 패턴으로부터 구분 되도록 발생된 표시가 발생되어 사전에 정해진 상기 저장된 광학적 패턴과 일치하도록 할 수 있으며, 상기 표시와 일치하는 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 광학적 패턴이 나중의 상관관계를 위해 저장될 필요가 없도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법. - 제 15항에 있어서, 상기 광학적 패턴을 저장하는 방법이
상기 눈금 교정 위치에 일치하는 위치에서 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면으로부터 얻어진 광학적 패턴을 기록하며,
이에 의해 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면에 저장된 광학적 패턴이, 상기 기계적 장치 제 1 부분 표면으로부터 기록된 광학적 패턴이고, 기록된 상기 광학적 패턴의 위치가 상기 눈금 교정 위치와 관련되도록 하고,
이에 의해 기록된 상기 광학적 패턴이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 표면에서 발생된 표시 없이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 발생되도록 하며,
이에 의해 장치 제조 비용 또는 유지 비용이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면에서 발생된 표시에 의해 증가되지 않도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법. - 제 12항에 있어서,
상기 눈금 교정 위치 정렬 검사 방법이
a. 상기 눈금 교정 위치와 일치하도록 하는 상기 기계적 장치 제 1 부분 상기 표면 위치에 대한 광학적 패턴을 저장하고,
b. 상기 눈금 교정 위치 정렬이, 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 현재 광학 패턴이 상기 눈금 교정 위치와 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 상관 관계가 있는 때 발생하도록 하고, 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학적 패턴이 인접하거나 겹쳐지도록 하며, 그리고 상기 눈금 교정 위치와 일치하는 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴이 인접하거나 겹쳐지도록 하고, 그리고
상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 상기 현재 광학적 패턴을 하나 또는 둘 이상의 상기 저장된 광학적 패턴과 광학적으로 상관시키는 방법이 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 현재의 광학적 패턴을 상기 기계적 장치의 제 1 부분 상기 표면으로부터 얻어진 이전의 광학적 패턴과 광학적으로 상관시키는 방법과 같도록,
상기 기계적 장치의 제 1 부분 제 1 표면으로부터 얻어진 하나 또는 둘 이상의 현재 광학적 패턴을 하나 또는 둘 이상의 저장된 광학적 패턴과 광학적으로 상관시키도록 하며,
이에 의해 상기 기계적 장치의 제 1 부분 측정된 절대 변위가 상기 눈금 교정 위치에서 눈금 교정되고 인접하여 있는 상기 눈금 교정 위치를 필요로 하지 않게 되며,
이에 의해 상기 기계적 장치 제 1 부분 절대 변위가 상대적 변위를 측정하는 상기 광학적 수단에 의해 충분히 정확하고 정밀하게 평가되며, 상기 눈금 교정 위치의 수를 크게 줄일 수 있도록 하고,
이에 의해 상기 눈금 교정 위치의 필요한 수를 줄여서 상기 장치 생산 비용이 절감되도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법. - 제 11항에 있어서, 하나 또는 둘 이상의 상기 눈금 교정 위치가 국지적으로 또는 전체적으로 구분이 되며,
상기 눈금 교정 위치에서의 상기 기계적 장치 제 1 부분 절대변위가 알려져서,
하나 또는 둘 이상의 눈금 교정 위치에서 정렬 검사가 한 번 또는 두 번 이상의 실패가 있다 하더라도 검사된 상기 눈금 교정 위치에서 절대 변위가 알려지도록 하여,
이에 의해 상기 눈금 교정 위치 정렬을 검사하는 상기 수단에 의한 한 번 또는 두 번 이상의 상기 실패가 최악의 경우에도 절대 변위 측정의 정확도를 낮출 뿐, 절대 변위 측정을 막지는 않도록 함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법. - 제 11항에 있어서, 절대 변위를 평가하는 개선된 방법을 더욱 포함하며,
a. 상기 알려진 절대 변위를 사용하여 그리고 광학 측정 네트 상대적 변위를 누적하여 절대 변위를 평가함으로써 상기 눈금 교정 위치에서 데이터 쌍을 수집하고, 이는 이전에 검사된 상기 눈금 교정 위치 정렬과 상기 동일한 이전 검사된 눈금 교정 위치 정렬에서 알려진 상기 절대 변위 때문에 가능해지며,
b. 하나 또는 둘 이상의 상기 눈금 교정 멀티플라이어(correction multipliers)를 얻을 수 있도록, 상기 눈금 교정 위치에서 수집된 데이터 쌍들을 회귀하여 맞추며(regression fitting),
상기 네트 상대적 변위 누적에 포함된 상대적 변위를 광학적으로 측정하는 방법에 의해 얻어진 상기 네트 상대적 변위 누적 또는 개별 상대적 변이 측정에 하나 또는 둘 이상의 상기 눈금 교정 멀티플라이어를 적용시킴에 의해, 상기 눈금 교정 위치에서 수집된 데이터 쌍 사이 차이가 줄도록 하고, 그리고
회기 하여 맞추기(regression fitting)의 상관 관계 계수가 상기 평가된 절대 변위에 대한 신뢰할 수 있는 측정을 제공하도록 하며,
c. 상기 평가된 절대 변위가 신뢰할 수 있도록 측정되면, 수신기가 상기 신뢰 측정을 모니터하고, 따라서 상기 평가된 절대 변위를 신뢰 하도록, 상기 평가된 절대 변위에 대한 하나 또는 둘 이상의 수신기에 의해 상기 평가된 절대 변위의 신뢰 측정을 모니터하고,
이에 의해 상기 알려진 절대 변위와 상기 평가된 절대 변위 사이 에러가 최소로 되며, 상기 평가된 절대 변위 측정의 정확도를 개선시키도록 하고,
이에 의해 상기 평가된 절대 변위의 하나 또는 둘 이상의 수신기가 절대 변위를 측정하기 위한 상기 광학적 장치가 오작동하는 때를 결정하며, 신뢰도 측정에 의해 표시되도록 하는 수신기를 포함함을 특징으로 하는 기계적 장치 절대 변위를 측정하는 광학적 방법
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