KR101694531B1 - 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기 - Google Patents

진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량 선별기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로드 셀에서 측정된 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호를 능동적으로 제거할 수 있는 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기는, 계량대상물을 이동시키기 위한 이송벨트 및 상기 이송벨트를 구동하기 위한 하나 이상의 진동발생부품과 모터를 포함하는 구동부; 상기 구동부의 이송벨트에 의해 이동하는 계량대상물의 중량에 대응하는 계량 신호를 출력하는 로드 셀; 상기 구동부의 모터의 회전수를 감지하여 출력하는 모터 감지부; 및 디지털 필터를 포함하고, 상기 구동부의 모터의 회전수에 기초하여 상기 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정하고, 결정된 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수를 상기 디지털 필터의 필터링 주파수로 설정하고, 설정된 상기 필터링 주파수로 상기 로드 셀에서 출력된 상기 계량 신호를 필터링하는 신호 처리부;를 포함하고, 상기 신호 처리부는, 상기 구동부의 모터의 회전수에 따른 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수 정보를 갖는 룩업 테이블을 참조하여 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정한다.

Description

진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기{VIBRATION NOISE TRACKABLE WEIGHT SORTER}
본 발명은 중량 선별기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로드 셀에서 측정된 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호를 능동적으로 제거할 수 있는 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기에 관한 것이다.
중량 선별기는 생산 중 검사 제품의 중량을 고속 전수 검사하여 정량여부를 판별하여 불량품을 선별하는 기기로서 식품, 육가공, 농수산물, 제약, 석유화학 등 자동화 생산 분야에 널리 활용되고 있는 기기이다.
중량 선별기는 중량 미달 제품을 선별하여 소비자의 손해를 미연에 방지하며, 중량 초과 제품을 선별하여 생산자의 경제적 손실을 줄여 생산성을 증대하기 위하여 사용된다.
도 1은 종래의 중량 선별기의 구동부를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 중량 선별기의 구동부는, 감속기를 갖는 모터(motor, 10), 1차 풀리(Primary pulley, 21), 2차 풀리(Secondary pully, 23), 구동 풀리(Drive pully, 25), 타이밍 벨트(30), 롤러(50, 60), 이송 벨트(70), 리니어 가이드(linear guide, 80) 및 로드 셀(미도시)로 구성될 수 있다.
로드 셀(미도시)은 외력을 받으면 물리적 변형을 일으키고, 그 물리적 변형량에 비례한 전기적 신호를 출력하는 중량 측정 센서이다.
로드 셀(미도시)은 일반적으로 이송 벨트(70) 아래에 위치하여 이송 벨트(70)를 따라 이동하는 계량대상물(load)의 중량에 대응하는 전기적인 계량 신호를 출력한다.
종래의 중량 선별기의 로드 셀(미도시)에서 중량을 이동하는 계량대상물(load)의 중량을 측정함에 있어서, 구동부의 여러 구성들, 예를 들어, 모터(10), 풀리(21, 23, 25), 롤러(50, 60), 타이밍 벨트(30), 이송 벨트(70) 등에서 발생되는 진동이 로드 셀(미도시)에 전달된다. 따라서, 로드 셀(미도시)에서 출력되는 계량 신호에는 상술한 진동에 의한 진동 잡음 신호들이 중첩되어 있기 때문에, 이러한 진동 잡음 신호들을 제거해야 계량대상물(load)의 중량을 정확히 계량할 수 있다.
종래에 중량 선별기에서는, 로드 셀(미도시)에서 출력되는 계량 신호에서 잡음 신호들을 제거하기 위해서, 아날로그 LPF(Low Pass Filter)를 하나 또는 다단으로 사용하였다. 구체적으로는, 도 2의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같은 주파수 응답 특성을 갖는 LPF(들)를 사용하여 로드 셀(미도시)에서 출력되는 계량 신호에서 잡음 신호들을 제거하였다.
그러나, LPF를 하나 또는 다단으로 사용하여 로드 셀(미도시)에서 출력되는 계량 신호에서 잡음 신호들을 제거하는 방법에는 다음과 같은 문제가 있다.
하나의 LPF를 사용하여 진동 잡음을 제거하는 방법으로는, 로드 셀(미도시)에서 출력되는 계량 신호에서 구동부의 여러 구성들에 의한 진동 잡음들을 모두 제거하기가 어렵다. 도 2의 (c)와 같이, 구동부의 여러 구성들에 의한 진동 잡음들(벨트진동, 롤러진동, 풀리진동, 감속기진동, 모터진동)이 LPF의 고정된 차단 주파수보다 큰 주파수를 갖는 경우에는, 손쉽게 하나의 LPF로 상기의 진동 잡음들을 제거할 수 있지만, 도 2의 (d)와 (e)와 같이, 구동부의 여러 구성들에 의한 진동 잡음들 중 적어도 하나 이상이 LPF의 고정된 차단 주파수보다 낮은 주파수를 갖는다면, LPF의 차단 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 해당 진동 잡음(벨트진동 또는 롤러진동)은 LPF로 제거할 수 없다.
또한, 종래의 LPF의 차단 주파수는 이송 벨트(70)의 고정된 하나의 구동 속도에 맞춰서 고정되어 있기 때문에, 상기 구동 속도 이상(또는 이하)에서는 로드 셀(미도시)에서 출력되는 계량 신호가 왜곡되어 계량정밀도가 급격히 저하되는 문제가 생길 수 있다.
다수개의 LPF를 사용하여 진동 잡음을 제거하는 방법으로는, 다단으로 구성된 LPF를 통과한 계량 신호의 위상지연으로 인해, 고속의 계량이 불가능하다.
구동부의 여러 구성들에서 발생되는 진동 잡음들을 최대한 적게 발생시키는 것이 좋겠지만, 이렇게 되면 계량대상물(load)의 속도가 너무 느려질 수 있기 때문에, 로드 셀(미도시)로부터 출력되는 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호들을 얼마나 효과적으로 제거하는가가 중량 선별기의 계량정밀도를 결정짓는 가장 중요한 요소이다.
본 발명의 일 목적은 로드 셀에서 출력되는 계량 신호에서 구동부의 진동 잡음 신호를 능동적으로 제거할 수 있는 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기를 제공한다.
또한, 구동부의 진동 잡음 신호가 계량대상물의 이동속도에 따라 달라지더라도, 로드 셀에서 출력되는 계량 신호에서 구동부의 진동 잡음 신호를 정확히 능동적으로 제거할 수 있는 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기 를 제공한다.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기는, 계량대상물을 이동시키기 위한 구동부; 상기 구동부에 의해 이동하는 계량대상물의 중량에 대응하는 계량 신호를 출력하는 로드 셀; 상기 구동부의 모터의 회전수를 감지하여 출력하는 모터 감지부; 및 디지털 필터를 포함하고, 상기 모터의 회전수에 기초하여 상기 구동부에 포함된 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정하고, 결정된 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수를 상기 디지털 필터의 필터링 주파수로 설정하고, 설정된 상기 필터링 주파수로 상기 로드 셀에서 출력된 상기 계량 신호를 필터링하는 신호 처리부;를 포함한다.
여기서, 상기 신호 처리부는, 상기 모터의 회전수에 따른 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수 정보를 갖는 룩업 테이블을 참조하여 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정할 수 있다.
여기서, 상기 룩업 테이블은, 모터진동 신호의 중심주파수, 감속기진동 신호의 중심주파수, 벨트진동 신호의 중심주파수, 롤러진동 신호의 중심주파수 및 풀리진동 신호의 중심주파수 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 디지털 필터는, 디지털 저역 통과 필터(Digital Low Pass Filter), 디지털 고역 통과 필터(Digital High Pass Filter), 디지털 대역 통과 필터(Digital Band Pass Filter) 및 디지털 대역 저지 필터(Digital Band Reject Filter) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 결정된 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수는, 모터진동 신호의 중심주파수, 감속기진동 신호의 중심주파수, 벨트진동 신호의 중심주파수, 롤러진동 신호의 중심주파수 및 풀리진동 신호의 중심주파수 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 신호 처리부는, 상기 모터진동 신호의 중심주파수를 상기 디지털 저역 통과 필터의 차단 주파수로 설정하고, 상기 감속기진동 신호의 중심주파수, 상기 벨트진동 신호의 중심주파수, 상기 롤러진동 신호의 중심주파수 및 상기 풀리진동 신호의 중심주파수 중 적어도 하나 이상은 상기 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수로 설정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기는, 계량대상물을 이동시키기 위한 구동부; 상기 구동부에 의해 이동하는 계량대상물의 중량에 대응하는 계량 신호를 출력하는 로드 셀; 상기 구동부에서 발생하는 진동 잡음 신호를 측정하여 출력하는 잡음 신호 측정부; 및 디지털 필터를 포함하고, 측정된 상기 진동 잡음 신호에 기초하여 진동 잡음 신호를 결정하고, 결정된 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수를 상기 디지털 필터의 필터링 주파수로 설정하고, 설정된 상기 필터링 주파수로 상기 로드 셀에서 출력된 상기 계량 신호를 필터링하는 신호 처리부;를 포함한다.
여기서, 상기 신호 처리부는, 측정된 상기 진동 잡음 신호 중에서 미리 결정된 기준값 이상의 크기를 갖는 신호를 상기 진동 잡음 신호로 결정할 수 있다.
여기서, 상기 디지털 필터는, 디지털 저역 통과 필터(Digital Low Pass Filter), 디지털 고역 통과 필터(Digital High Pass Filter), 디지털 대역 통과 필터(Digital Band Pass Filter) 및 디지털 대역 저지 필터(Digital Band Reject Filter) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 신호 처리부는, 결정된 상기 진동 잡음 신호 중에서, 가장 큰 주파수를 갖는 진동 잡음 신호의 중심주파수를 상기 디지털 저역 통과 필터의 차단 주파수로 설졍하고, 나머지 진동 잡음 신호의 중심주파수를 상기 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수로 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기 를 사용하면, 로드 셀에서 출력되는 계량 신호에서 구동부의 진동 잡음 신호를 효과적으로 제거할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 계량대상물의 중량을 정확히 계량할 수 있는 이점이 있다.
또한, 구동부의 진동 잡음 신호가 계량대상물의 이동속도에 따라 달라지더라도, 로드 셀에서 출력되는 계량 신호에서 구동부의 진동 잡음 신호를 정확히 능동적으로 제거할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 다양한 속도로 이동하는 계량대상물의 중량을 정확히 계량할 수 있는 이점이 있다.
또한, 계량대상물의 이동에 의한 로드 셀(미도시)의 계량속도와 계량정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 중량 선별기의 구동부를 보여주는 도면이다.
도 2는 종래의 중량 선별기에서 진동 잡음 신호를 제거하기 위해서, LPF를 사용한 경우의 주파수 응답 특성 그래프들이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기의 개략적인 블록 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기의 신호 처리부(330)가 로드 셀(310)로부터 수신된 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호들을 필터링하는 하나의 예를 설명하기 위한 주파수 응답 특성 그래프이다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기의 계량 신호 필터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기의 개략적인 블록 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기의 계량 신호 필터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기의 개략적인 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기는, 로드 셀(310), 신호 처리부(330) 및 모터 감지부(350)를 포함한다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기는, 계량대상물을 이동시키기 위한 구동부를 포함한다. 구동부는 하나 이상의 진동발생부품을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기는, 도 1에 도시된 구동부를 포함하고, 진동발생부품인, 감속기를 갖는 모터(10), 풀리(21, 23, 25), 타이밍 벨트(30), 롤러(50, 60), 이송 벨트(70) 및 리니어 가이드(80)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기는 도 1에 도시된 중량 선별기의 구동부에서 발생하는 진동 잡음 신호를 능동적으로 제거할 수 있다. 여기서, 구동부에서 발생하는 진동 잡음 신호는, 구동부에 포함된 진동발생부품의 진동 잡음 신호로서, 모터진동 신호, 감속기진동 신호, 벨트진동 신호, 롤러진동 신호 및 풀리진동 신호를 포함한다. 모터진동 신호와 감속기진동 신호는 모터(10)의 구동에 의해 발생되는 진동 잡음 신호이고, 벨트진동 신호는 이송 벨트(70) 및/또는 타이밍 벨트(30)의 구동에 의해 발생되는 진동 잡음 신호이며, 롤러진동 신호는 롤러(50, 60)의 구동에 의해 발생되는 진동 잡음 신호이며, 풀리진동 신호는 풀리(21, 23, 25)의 구동에 의해 발생되는 진동 잡음 신호이다.
각각의 모터진동 신호, 감속기진동 신호, 벨트진동 신호, 롤러진동 신호 및 풀리진동 신호들은, 설명의 편의상 하나의 중심주파수를 갖는 것으로 가정한다.
로드 셀(310)은 이송 벨트(70) 아래에 위치되고, 이송 벨트(70)를 따라 이동하는 계량대상물(Load)의 중량을 측정한다. 여기서, 로드 셀(310)이 중량을 측정한다는 것은, 이송 벨트(70)를 따라 이동하는 계량대상물(Load)에 의해 눌려 물리적인 변형이 이뤄지면, 물리적인 변형에 대응되는 전기적인 신호인, 계량 신호를 출력한다는 의미이다. 다시 말해, 로드 셀(310)은 이송 벨트(70)를 따라 이동하는 계량대상물(Load)의 중량에 대응하는 전기적인 계량 신호를 출력한다.
모터 감지부(350)는 모터(10)의 회전수를 실시간으로 측정하고, 측정되는 모터 회전수 정보를 신호 처리부(330)로 전송한다.
신호 처리부(330)는 로드 셀(310)에서 출력되는 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호를 필터링하여 필터링된 계량 신호를 출력한다.
신호 처리부(330)는 모터 감지부(350)로부터 수신된 모터 회전수에 기초하여, 구동부에 포함된 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정하고, 결정된 진동 잡음 신호의 중심주파수를 디지털 필터의 필터링 주파수로 설정하고, 설정된 필터링 주파수로 로드 셀(310)에서 출력되는 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호를 능동적으로 필터링할 수 있다.
신호 처리부(330)는 주파수 결정부(331)과 필터부(333)을 포함한다.
주파수 결정부(331)는 모터 감지부(350)로부터 수신되는 모터 회전수 정보에 대응되는 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정한다.
주파수 결정부(331)는 모터 감지부(350)로부터 수신된 모터 회전수 정보에서 모터 회전수에 대응되는 구동부에 포함된 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 중심주파수를 룩업 테이블(lookup table, LUT)을 참조하여 결정할 수 있다.
룩업 테이블은, 모터 회전수에 대응하는 구동부에 포함된 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 주파수 정보를 기록한 것일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 룩업 테이블은 모터 회전수에 따른 모터진동 신호, 감속기진동 신호, 벨트진동 신호, 롤러진동 신호 및 풀리진동 신호 각각의 주파수 정보를 포함한다. 여기서, 주파수 정보는 모터진동 신호, 감속기진동 신호, 벨트진동 신호, 롤러진동 신호 및 풀리진동 신호 각각의 중심 주파수일 수도 있고, 주파수 정보는 모터진동 신호, 감속기진동 신호, 벨트진동 신호, 롤러진동 신호 및 풀리진동 신호 각각의 주파수 대역일 수 있다.
룩업 테이블은, 주파수 결정부(331)에 미리 저장된 것일 수도 있고, 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기 내에 탑재된 소정의 메모리에 저장된 것일 수 있다.
주파수 결정부(331)는 결정된 진동 잡음 신호의 중심주파수 정보를 필터부(333)로 전송한다. 예를 들어, 모터(10)의 회전수가 A인 경우, 주파수 결정부(331)는 룩업 테이블을 참조하여, 모터(10)의 회전수 A에 대응되는 모터진동 신호의 중심주파수(f1), 감속기진동 신호의 중심주파수(f2), 풀리진동 신호의 중심주파수(f3), 롤러진동 신호의 중심주파수(f4) 및 벨트진동 신호의 중심주파수(f5) 정보를 필터부(333)로 전송할 수 있다.
필터부(333)는 주파수 결정부(331)로부터 수신되는 구동부에 포함된 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 중심주파수 정보를 기초로 하여 로드 셀(310)로부터 수신되는 계량 신호를 필터링하여 필터링된 계량 신호를 출력한다.
필터부(333)는 하나 이상의 디지털 필터(Digital Filter)를 포함한다. 예를 들어, 필터부(333)는 디지털 저역 통과 필터(Digital Low Pass Filter), 디지털 고역 통과 필터(Digital High Pass Filter), 디지털 대역 통과 필터(Digital Band Pass Filter) 및 디지털 대역 저지 필터(Digital Band Reject Filter) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 디지털 저역 통과 필터, 디지털 고역 통과 필터, 디지털 대역 통과 필터 및 디지털 대역 저지 필터 각각은 적어도 하나일 수도 있고, 다수개로 구성될 수도 있다.
디지털 필터는 입력신호를 샘플링하는 ADC(analog-to-digital converter)와 마이크로프로세서 및 필터계수와 데이터를 저장하는 메모리 같은 부품으로 이루어져 있고, DAC(digital-to-analog converter)를 통해 아날로그 출력신호를 만들어 낸다. 마이크로프로세서에서 돌아가는 소프트웨어는 ADC로부터 받은 숫자를 이용하여 필요한 수학적 연산을 수행함에 의해 디지털 필터를 구현한다.
필터부(333)는 주파수 결정부(331)로부터 수신되는 진동 잡음 신호의 중심주파수를 디지털 필터의 필터링 주파수를 설정할 수 있다. 여기서, 필터링 주파수는 디지털 필터에 따라 각각 다른 용어로 대체될 수 있다. 디지털 저역 통과 필터와 디지털 고역 통과 필터에서 필터링 주파수는 차단 주파수로, 디지털 대역 저지 필터에서 필터링 주파수는 대역 저지 주파수로, 디지털 대역 통과 필터에서 필터링 주파수는 대역 통과 주파수로 명명될 수 있다.
필터부(333)는 주파수 결정부(331)로부터 수신되는 구동부에 포함된 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 중심주파수 중에서 가장 큰 주파수를 갖는 진동 잡음 신호의 중심주파수를 디지털 저역 통과 필터의 차단 주파수로 설졍하고, 나머지 진동 잡음 신호의 중심주파수를 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수로 설정할 수 있다.
예를 들어, 주파수 결정부(331)로부터 모터진동 신호의 중심주파수(f1), 감속기진동 신호의 중심주파수(f2), 풀리진동 신호의 중심주파수(f3), 롤러진동 신호의 중심주파수(f4) 및 벨트진동 신호의 중심주파수(f5)를 포함하는 정보를 수신한 경우, 필터부(333)는 모터진동 신호의 중심주파수(f1) 이상의 신호를 제거하기 위해서 디지털 저역 통과 필터의 차단 주파수(cutoff frequency)를 모터진동 신호의 중심주파수(f1)로 설정하고, 감속기진동 신호의 중심주파수(f2)를 기준으로 소정 대역 내의 신호를 제거하기 위해서 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수를 감속기진동 신호의 중심주파수(f2)로 설정하며, 풀리진동 신호의 중심주파수(f3)를 기준으로 소정 대역 내의 신호를 제거하기 위해서 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수를 풀리진동 신호의 중심주파수(f3)로 설정하며, 롤러진동 신호의 중심주파수(f4)를 기준으로 소정 대역 내의 신호를 제거하기 위해서 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수를 롤러진동 신호의 중심주파수(f4)로 설정하며, 벨트진동 신호의 중심주파수(f5)를 기준으로 소정 대역 내의 신호를 제거하기 위해서 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수를 벨트진동 신호의 중심주파수(f5)로 설정할 수 있다.
필터부(333)는 디지털 필터의 필터링 주파수가 설정되면, 설정된 필터링 주파수를 갖는 디지털 필터를 이용하여 로드 셀(310)로부터 수신되는 계량 신호를 필터링한다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기의 신호 처리부(330)가 로드 셀(310)로부터 수신된 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호들을 필터링하는 하나의 예를 설명하기 위한 주파수 응답 특성 그래프이다.
도 4에 도시된 예를 참조하면, 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기는 로드 셀(310)에서 출력되는 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호들을 효과적으로 제거할 수 있고, 진동 잡음 신호들의 중심주파수가 모터(10)의 구동에 따라 변경되더라도, 변경된 진동 잡음 신호의 중심주파수에 대응하여 디지털 필터의 필터링 주파수를 변경하여 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호들을 실시간으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기의 계량 신호 필터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기의 계량 신호 필터링 방법은, 모터의 회전수를 측정하는 단계(S510), 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정하는 단계(S530), 디지털 필터의 필터링 주파수를 설정하는 단계(S550) 및 계량 신호를 필터링하는 단계(S570)를 포함한다.
모터의 회전수를 측정하는 단계(S510)는, 센서와 같은 모터 감지부를 이용하여 도 1에 도시된 모터(10)의 회전수를 측정하는 단계이다.
진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정하는 단계(S530)는, 룩업 테이블을 참조하여 모터의 회전수에 기초하여 구동부에 포함된 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정하는 단계이다.
디지털 필터의 필터링 주파수를 설정하는 단계(S550)는, 결정된 진동 잡음 신호의 중심주파수에 따라 디지털 필터의 필터링 주파수를 설정하는 단계이다.
계량 신호를 필터링하는 단계(S570)는 설정된 필터링 주파수를 갖는 디지털 필터를 사용하여 로드 셀(610)로부터 수신되는 계량 신호를 필터링하는 단계이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기의 개략적인 블록 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기는, 로드 셀(610), 신호 처리부(630) 및 잡음 신호 측정부(650)를 포함한다.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기는, 계량대상물을 이동시키기 위한 구동부를 포함한다. 구동부는 하나 이상의 진동발생부품을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기는, 도 1에 도시된 구동부를 포함하고, 진동발생부품인, 감속기를 갖는 모터(10), 풀리(21, 23, 25), 타이밍 벨트(30), 롤러(50, 60), 이송 벨트(70) 및 리니어 가이드(80)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기는 도 1에 도시된 중량 선별기의 구동부에서 발생하는 진동 잡음 신호를 능동적으로 제거할 수 있다. 여기서, 구동부에서 발생하는 진동 잡음 신호는, 구동부에 포함된 진동발생부품의 진동 잡음 신호로서, 모터진동 신호, 감속기진동 신호, 벨트진동 신호, 롤러진동 신호 및 풀리진동 신호를 포함한다. 모터진동 신호와 감속기진동 신호는 모터(10)의 구동에 의해 발생되는 진동 잡음 신호이고, 벨트진동 신호는 이송 벨트(70) 및/또는 타이밍 벨트(30)의 구동에 의해 발생되는 진동 잡음 신호이며, 롤러진동 신호는 롤러(50, 60)의 구동에 의해 발생되는 진동 잡음 신호이며, 풀리진동 신호는 풀리(21, 23, 25)의 구동에 의해 발생되는 진동 잡음 신호이다.
각각의 모터진동 신호, 감속기진동 신호, 벨트진동 신호, 롤러진동 신호 및 풀리진동 신호들은, 설명의 편의상 하나의 중심주파수를 갖는 것으로 가정한다.
로드 셀(610)은 이송 벨트(70) 아래에 위치되고, 이송 벨트(70)를 따라 이동하는 계량대상물(Load)의 중량을 측정한다. 여기서, 로드 셀(610)이 중량을 측정한다는 것은, 이송 벨트(70)를 따라 이동하는 계량대상물(Load)에 의해 눌려 물리적인 변형이 이뤄지면, 물리적인 변형에 대응되는 전기적인 신호인, 계량 신호를 출력한다는 의미이다. 다시 말해, 로드 셀(610)은 이송 벨트(70)를 따라 이동하는 계량대상물(Load)의 중량에 대응하는 전기적인 계량 신호를 출력한다.
잡음 신호 측정부(650)는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기의 진동 발생부에서 발생되는 진동 잡음 신호를 실시간으로 측정한다. 예를 들어, 잡음 신호 측정부(650)는 모터(10), 풀리(21, 23, 25), 타이밍 벨트(30), 롤러(50, 60), 이송 벨트(70) 및 리니어 가이드(80)에서 발생하는 진동 잡음 신호를 실시간으로 측정한다. 잡음 신호 측정부(650)는 주파수 측정 센서를 포함할 수 있다.
잡음 신호 측정부(650)는 실시간으로 측정되는 진동 잡음 신호의 정보를 신호 처리부(630)로 전송한다. 여기서, 진동 잡음 신호의 정보는 진동 잡음 신호의 중심주파수 또는 소정의 주파수 대역에 관한 정보일 수 있다.
신호 처리부(630)는 로드 셀(610)에서 출력되는 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호를 필터링하여 필터링된 계량 신호를 출력한다. 여기서, 신호 처리부(630)는 잡음 신호 측정부(650)로부터 수신된 진동 잡음 신호의 정보를 기초로 하여, 로드 셀(610)에서 출력되는 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호를 능동적으로 필터링할 수 있다.
신호 처리부(630)는 잡음 신호 결정부(631)과 필터부(633)을 포함한다.
잡음 신호 결정부(631)는 잡음 신호 측정부(650)로부터 수신되는 실시간 진동 잡음 신호의 정보를 기초로 하여, 진동 잡음 신호를 결정한다.
잡음 신호 결정부(631)는 잡음 신호 측정부(650)로부터 수신되는 실시간 진동 잡음 신호의 정보에서 미리 결정된 기준값 이상의 크기를 갖는 진동 잡음 신호를 결정한다. 모든 진동 잡음 신호를 제거하는 것은 설계상 비효율적이기 때문에, 로드 셀(610)로부터 수신된 계량 신호에서 큰 영향을 미치는 진동 잡음 신호를 제거하는 바람직하다.
잡음 신호 결정부(631)는 결정된 진동 잡음 신호의 중심주파수 정보를 필터부(633)로 전송한다. 예를 들어, 결정된 진동 잡음 신호가 모터진동 신호, 감속기진동 신호, 풀리진동 신호, 롤러진동 신호 및 벨트진동 신호인 경우, 잡음 신호 결정부(631)는 모터진동 신호의 중심주파수(f1), 감속기진동 신호의 중심주파수(f2), 풀리진동 신호의 중심주파수(f3), 롤러진동 신호의 중심주파수(f4) 및 벨트진동 신호의 중심주파수(f5) 정보를 필터부(633)로 전송할 수 있다.
필터부(633)는 잡음 신호 결정부(631)로부터 수신되는 중심주파수 정보를 기초로 하여 로드 셀(310)로부터 수신되는 계량 신호를 필터링하여 필터링된 계량 신호를 출력한다.
필터부(633)는 하나 이상의 디지털 필터(Digital Filter)를 포함한다. 예를 들어, 필터부(633)는 디지털 저역 통과 필터(Digital Low Pass Filter), 디지털 고역 통과 필터(Digital High Pass Filter), 디지털 대역 통과 필터(Digital Band Pass Filter) 및 디지털 대역 저지 필터(Digital Band Reject Filter) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 디지털 저역 통과 필터, 디지털 고역 통과 필터, 디지털 대역 통과 필터 및 디지털 대역 저지 필터 각각은 적어도 하나일 수도 있고, 다수개로 구성될 수도 있다.
디지털 필터는 입력신호를 샘플링하는 ADC(analog-to-digital converter)와 마이크로프로세서 및 필터계수와 데이터를 저장하는 메모리 같은 부품으로 이루어져 있고, DAC(digital-to-analog converter)를 통해 아날로그 출력신호를 만들어 낸다. 마이크로프로세서에서 돌아가는 소프트웨어는 ADC로부터 받은 숫자를 이용하여 필요한 수학적 연산을 수행함에 의해 디지털 필터를 구현한다.
필터부(633)는 잡음 신호 결정부(631)로부터 수신되는 중심주파수 정보를 기초로 디지털 필터의 필터링 주파수를 설정할 수 있다. 여기서, 필터링 주파수는 디지털 필터에 따라 각각 다른 용어로 대체될 수 있다. 디지털 저역 통과 필터와 디지털 고역 통과 필터에서 필터링 주파수는 차단 주파수로, 디지털 대역 저지 필터에서 필터링 주파수는 대역 저지 주파수로, 디지털 대역 통과 필터에서 필터링 주파수는 대역 통과 주파수로 명명될 수 있다.
필터부(633)는 잡음 신호 결정부(631)로부터 수신되는 중심주파수 정보 내의 진동 잡음 신호 중에서, 가장 큰 주파수를 갖는 진동 잡음 신호의 중심주파수를 디지털 저역 통과 필터의 차단 주파수로 설졍하고, 나머지 진동 잡음 신호의 중심주파수를 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수로 설정할 수 있다.
예를 들어, 잡음 신호 결정부(631)로부터 모터진동 신호의 중심주파수(f1), 감속기진동 신호의 중심주파수(f2), 풀리진동 신호의 중심주파수(f3), 롤러진동 신호의 중심주파수(f4) 및 벨트진동 신호의 중심주파수(f5) 정보를 수신한 경우, 필터부(633)는 모터진동 신호의 중심주파수(f1) 이상의 신호를 제거하기 위해서 디지털 저역 통과 필터의 차단 주파수(cutoff frequency)를 모터진동 신호의 중심주파수(f1)로 설정하고, 감속기진동 신호의 중심주파수(f2)를 기준으로 소정 대역 내의 신호를 제거하기 위해서 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수를 감속기진동 신호의 중심주파수(f2)로 설정하며, 풀리진동 신호의 중심주파수(f3)를 기준으로 소정 대역 내의 신호를 제거하기 위해서 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수를 풀리진동 신호의 중심주파수(f3)로 설정하며, 롤러진동 신호의 중심주파수(f4)를 기준으로 소정 대역 내의 신호를 제거하기 위해서 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수를 롤러진동 신호의 중심주파수(f4)로 설정하며, 벨트진동 신호의 중심주파수(f5)를 기준으로 소정 대역 내의 신호를 제거하기 위해서 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수를 벨트진동 신호의 중심주파수(f5)로 설정할 수 있다.
필터부(633)는 디지털 필터의 필터링 주파수가 설정되면, 설정된 필터링 주파수를 갖는 디지털 필터를 이용하여 로드 셀(310)로부터 수신되는 계량 신호를 필터링한다.
도 6에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 중량 선별기는 로드 셀(610)에서 출력되는 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호들을 효과적으로 제거할 수 있고, 진동 잡음 신호들의 중심주파수가 변경되더라도, 변경된 진동 잡음 신호의 중심주파수에 대응하여 디지털 필터의 필터링 주파수를 변경하여 계량 신호에 포함된 진동 잡음 신호들을 실시간으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기의 계량 신호 필터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기의 계량 신호 필터링 방법은, 진동 잡음 신호를 실시간 측정하는 단계(S710), 진동 잡음 신호를 결정하는(S730), 디지털 필터의 필터링 주파수를 설정하는 단계(S750) 및 계량 신호를 필터링하는 단계(S770)를 포함한다.
진동 잡음 신호를 실시간 측정하는 단계(S710), 주파수 측정 센서를 이용하여 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 중량 선별기에서 발생하는 진동 잡음 신호를 실시간으로 측정하는 단계이다.
진동 잡음 신호를 결정하는(S730)는, 미리 결정된 기준값 이상의 크기를 갖는 진동 잡음 신호를 결정하는 단계이다.
디지털 필터의 필터링 주파수를 설정하는 단계(S750)는, 결정된 진동 잡음 신호의 중심주파수에 따라 디지털 필터의 필터링 주파수를 설정하는 단계이다.
계량 신호를 필터링하는 단계(S770)는 설정된 필터링 주파수를 갖는 디지털 필터를 사용하여 로드 셀(610)로부터 수신되는 계량 신호를 필터링하는 단계이다.
도 3 및 도 6에 도시된 신호 처리부(330, 630)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다.
310: 로드 셀
330: 신호 처리부
350: 모터 감지부

Claims (9)

  1. 계량대상물을 이동시키기 위한 이송벨트 및 상기 이송벨트를 구동하기 위한 하나 이상의 진동발생부품과 모터를 포함하는 구동부;
    상기 구동부의 이송벨트에 의해 이동하는 계량대상물의 중량에 대응하는 계량 신호를 출력하는 로드 셀;
    상기 구동부의 모터의 회전수를 감지하여 출력하는 모터 감지부; 및
    디지털 필터를 포함하고, 상기 구동부의 모터의 회전수에 기초하여 상기 하나 이상의 진동발생부품 각각의 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정하고, 결정된 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수를 상기 디지털 필터의 필터링 주파수로 설정하고, 설정된 상기 필터링 주파수로 상기 로드 셀에서 출력된 상기 계량 신호를 필터링하는 신호 처리부;를 포함하고,
    상기 신호 처리부는, 상기 구동부의 모터의 회전수에 따른 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수 정보를 갖는 룩업 테이블을 참조하여 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수를 결정하는, 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 룩업 테이블은, 모터진동 신호의 중심주파수, 감속기진동 신호의 중심주파수, 벨트진동 신호의 중심주파수, 롤러진동 신호의 중심주파수 및 풀리진동 신호의 중심주파수 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 필터는, 디지털 저역 통과 필터(Digital Low Pass Filter), 디지털 고역 통과 필터(Digital High Pass Filter), 디지털 대역 통과 필터(Digital Band Pass Filter) 및 디지털 대역 저지 필터(Digital Band Reject Filter) 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    결정된 상기 진동 잡음 신호의 중심주파수는, 모터진동 신호의 중심주파수, 감속기진동 신호의 중심주파수, 벨트진동 신호의 중심주파수, 롤러진동 신호의 중심주파수 및 풀리진동 신호의 중심주파수 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 모터진동 신호의 중심주파수를 상기 디지털 저역 통과 필터의 차단 주파수로 설정하고,
    상기 감속기진동 신호의 중심주파수, 상기 벨트진동 신호의 중심주파수, 상기 롤러진동 신호의 중심주파수 및 상기 풀리진동 신호의 중심주파수 중 적어도 하나 이상은 상기 디지털 대역 저지 필터의 대역 저지 주파수로 설정하는, 진동잡음 추적이 가능한 중량 선별기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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