KR101720793B1 - Apparatus for measuring rotation angle and method for operating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예는 코드 휠의 표면에 표시한 식별점의 위치를 파악하여 회전각 측정 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 다수의 식별점이 표면상에 표시된 코드 휠과, 상기 코드 휠의 특정 영역을 포커스 영역으로 하여 촬영하는 카메라센서와, 상기 코드 휠의 회전 전과 회전 후에 상기 카메라센서에 의해 촬영된 포커스 영역 내의 식별점 위치를 파악하여, 상기 코드 휠의 회전각을 산출하는 회전각 산출부를 포함하며, 상기 다수의 식별점은 원점으로부터의 거리 및 기준축과의 각도를 각각 달리한다.An embodiment of the present invention relates to a rotation angle measuring apparatus and a method of operating the same by grasping the position of an identification point displayed on the surface of a code wheel and includes a code wheel having a plurality of identification points displayed on a surface thereof, And a rotation angle calculating unit for calculating a rotation angle of the code wheel by grasping an identification point position in a focus area photographed by the camera sensor before and after the rotation of the code wheel And the plurality of identification points have different distances from the origin and angles with respect to the reference axis, respectively.
코드 휠, 회전, 각도, 카메라 Code wheel, rotation, angle, camera
Description
본 발명의 실시 예는 회전각 측정 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. An embodiment of the present invention relates to a rotation angle measuring apparatus and an operation method thereof.
회전각 측정 장치는 광범위한 상황에서 소정의 기준에 대한 대상의 움직임 또는 위치를 결정하는데 사용된다. 특히, 광학 인코딩을 통한 회전각 측정 장치는 장치의 회전 움직임을 측정 및 트랙킹하는데, 스티어링 제어(steering control), 밸브 제어(valve control), 엔진 제어(engine control), 스캐너(scanner), 프린터(printer) 등에서 사용되는 기술이다. A rotation angle measuring device is used to determine the motion or position of an object with respect to a predetermined reference in a wide range of situations. Particularly, the optical rotation angle measuring device measures and tracks the rotational movement of the device, and includes a steering control, a valve control, an engine control, a scanner, a printer, ) And the like.
도 1은 광학 인코딩을 통한 회전각 측정 장치를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an apparatus for measuring a rotation angle through optical encoding.
회전각 측정 장치는 샤프트를 축으로 하는 코드 휠(100;code wheel)을 구비하고 있는데, 이러한 코드 휠에는 인코드 패턴(101)을 가진다.The rotation angle measuring device has a
코드 휠의 상부에는 빛을 비추는 광원수단 역할을 하는 LED(110)가 구비되며, 코드 휠의 하부에는 검출회로(130)가 구비된다. LED(110)와 인코드 패턴(101) 사이에는 투영 광을 특정 경로 또는 패턴으로 지향하도록 LED와 정렬되는 렌즈(120)를 포함할 수 있다.An
상기 LED(110)는 도 2에 도시한 바와 같이 구동 신호(Vinput) 및 전류 제한 저항(RL)에 의해 구동된다. 검출회로(130)는 포토 다이오드(131) 등과 같이 하나 이상의 광 검출기들을 포함하며, 광검출기에서 검출된 신호는 채널 신호처리된 후 디코더(132)에 의해 복조된다.The
상기와 같은 구성을 이루는 회전각 측정 장치는, 코드 휠(100)의 회전각을 검출할 수 있게 된다. 사용자 조작 등에 의해 샤프트의 회전이 이루어지고, 샤프트 회전에 의하여 코드 휠(100)의 회전이 이루어지면, 회전하는 코드 휠(100)의 인코드 패턴(101)을 통과하는 광을 검출하여 이를 복호화하여 회전각을 검출하게 된다.The rotation angle measuring device having the above-described configuration can detect the rotation angle of the
그런데, 상기와 같은 회전각 측정 장치를 구현하고자 하는 경우, 코드 휠(100)에 다수의 홀로 이루어지는 인코드 패턴(101)을 구현해야 하는 불편이 있다.However, when the above-described rotation angle measuring apparatus is to be implemented, it is inconvenient to embody a plurality of holes in the
즉, 광이 통과하는 다수의 인코드 패턴을 코드 휠(100)에 형성하기 위해서는, 인코드 패턴을 코드 휠에 정교하게 형성해야 하는 불편이 있다.That is, in order to form a plurality of encoded patterns through which the light passes through the
또한, 이러한 정교한 인코드 패턴을 형성할수록 코드 휠 제작 비용이 상승하여, 전체적으로 회전각 측정 장치의 제작 비용이 상승하는 문제가 있다.In addition, the cost of producing a code wheel increases with the formation of such a sophisticated encode pattern, which raises a problem that manufacturing cost of the rotation angle measuring apparatus as a whole increases.
본 발명의 실시 예는 코드 휠에 인코드 패턴 형성 없이도 코드 휠의 회전각을 측정할 수 있도록 하는 코드 휠의 회전각 측정 장치 및 방법을 제안한다.An embodiment of the present invention proposes an apparatus and method for measuring the rotation angle of a code wheel, which enables the rotation angle of a code wheel to be measured without forming an encoding pattern on the code wheel.
본 발명의 실시 예는 다수의 식별점이 표면상에 표시된 코드 휠과, 상기 코드 휠의 특정 영역을 포커스 영역으로 하여 촬영하는 카메라센서와, 상기 코드 휠의 회전 전과 회전 후에 상기 카메라센서에 의해 촬영된 포커스 영역 내의 식별점 위치를 파악하여, 상기 코드 휠의 회전각을 산출하는 회전각 산출부를 포함한다.An embodiment of the present invention is a camera system comprising a camera wheel for photographing a code wheel having a plurality of identification points displayed on a surface thereof and a specific area of the code wheel as a focus area, And a rotation angle calculating unit for calculating a rotation angle of the code wheel by grasping an identification point position within the focus area.
상기 다수의 식별점은 원점으로부터의 거리 및 기준축과의 각도를 각각 달리한다.The plurality of identification points have different distances from the origin and angles with respect to the reference axis.
상기 포커스 영역은 상기 코드 휠의 전체 영역을 동일한 크기로 다수개 구획할 때 그 중 하나의 영역으로 한다.The focus area is one of the plurality of areas when the entire area of the code wheel is divided into the same size.
상기 회전각 산출부는, 코드 휠 회전 전에 식별점들 각각의 기준축과의 각도를 최초 각도로서 파악한 상태에서, 코드 휠 회전이 이루어지고 난 후 촬상된 포커스 영역에 위치하는 식별점에 대한 기준축과의 각도를 현재 각도로서 파악한 후 상기 현재 각도와 상기 최초 각도와의 차이를, 상기 코드 휠의 회전각으로서 산출한다.The rotation angle calculator calculates the rotation angle of the code wheel based on the reference axis for the identification point located in the captured focus area after the code wheel is rotated, And then calculates the difference between the current angle and the initial angle as the rotation angle of the code wheel.
또한, 본 발명의 실시 예는, 원점과의 거리를 각각 달리하는 식별점들이 기준축과 이루는 각도를, 코드 휠 회전 전의 최초 각도로서 각각 파악하는 제1과정 과, 코드 휠 회전이 이루어지면, 코드 휠의 특정 영역을 포커스 영역으로 하여 촬영하는 제2과정과, 상기 촬영된 영상을 분석하여, 상기 포커스 영역에 위치하는 식별점의 고유넘버 및 기준축과의 현재 각도를 산출하는 제3과정과, 포커스 영역에 위치한 식별점에 대한 회전 전의 최초 각도 및 회전 후의 현재 각도간의 차이를 코드 휠의 회전각으로서 산출하는 제4과정을 포함한다.The first aspect of the present invention is characterized in that a first step of grasping the angle formed by the identification points having different distances from the origin with respect to the reference axis as the initial angle before the rotation of the code wheel, A third step of analyzing the photographed image to calculate a current angle with respect to a reference number and an intrinsic number of an identification point located in the focus area; And a fourth step of calculating a difference between the initial angle before the rotation and the current angle after the rotation with respect to the identification point located in the focus area as the rotation angle of the code wheel.
본 발명의 실시 예는 코드 휠의 표면에 표시된 식별점의 회전 위치를 파악하여 코드 휠의 회전각을 검출함으로써, 종래에 코드 휠에 인코드 패턴을 형성하여야 하는 불편을 해결하였다. 또한, 인코드 패턴 형성없이 식별점을 이용하여 회전각을 측정할 수 있기 때문에, 제조 비용 절감의 효과를 가질 수 있다.The embodiment of the present invention solves the inconvenience of conventionally forming an encoding pattern on the code wheel by detecting the rotation position of the code wheel by grasping the rotation position of the identification point displayed on the surface of the code wheel. Further, since the rotation angle can be measured using the identification point without forming an encode pattern, the manufacturing cost can be reduced.
이하, 본 발명의 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, a detailed description of embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same reference numerals are used to denote the same or similar components in the drawings.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 회전각 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a configuration of a rotation angle measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시 예는 회전하는 코드 휠(100)의 표면을 촬영하여 촬영된 코드 휠의 영상으로부터 회전각을 측정하는 방식이다.In the embodiment of the present invention, the surface of the rotating
사용자 조작 등에 의해 회전축인 샤프트(151)의 회전이 이루어지면, 샤프 트(151)의 기어(150)에 연결된 코드 휠(100)도 회전하게 된다. 카메라센서(140)는 회전이 이루어지는 동안 짧은 주기로서 지속적으로 코드 휠의 전체 영역 또는 특정 영역을 촬영하며, 촬영한 코드 휠(100)의 영상으로부터 회전각을 측정한다.The
코드 휠의 촬영되는 영역(이하, '포커스 영역'이라 함)에 LED 등의 광원수단(110)으로서 빛을 제공함으로써, 해상도 높은 코드 휠의 영상을 얻을 수 있다.By providing light as the light source means 110 such as an LED to a region to be photographed by the code wheel (hereinafter referred to as a 'focus region'), an image of a code wheel with a high resolution can be obtained.
코드 휠(100)의 전체 면에는 복수개의 식별점이 찍혀 있다. 이러한 식별점은 코드 휠의 바탕색과 구별되도록 하기 위하여 되도록이면 높은 해상도를 가지는 색상 및 모양(예컨대, 흰색 바탕에 검은 사각점, 검은 원형점 등)을 가지도록 한다.A plurality of identification points are stamped on the entire surface of the
도 4는 코드 휠(100)의 표면에 식별점이 찍혀 있는 모습을 도시한 것으로서, 각 식별점은 원점으로부터 거리 및 기준축(X축)과의 각도를 각각 달리한다. 이는 코드 휠 회전이 이루어질 때 찍히는 영상을 통해 각 식별점을 구별하기 위함이다.4 shows a state in which an identification point is marked on the surface of the
코드 휠에 찍히는 식별점의 개수는 카메라센서의 촬상 영역에 따라 그 개수를 달리한다.The number of identification points to be photographed on the code wheel varies depending on the imaging region of the camera sensor.
카메라센서는 코드 휠의 전체 영역이나 특정 영역을 포커스 영역으로 하여 촬영한다. 촬영되는 포커스 영역에는 하나 이상의 식별점이 항상 존재하도록 해야하기 때문에, 식별점의 최소 개수는 촬상되는 포커스 영역에 따라 그 개수를 달리한다. 따라서, 식별점의 최소 개수는 포커스 영역의 개수보다 하나 더 많도록 한다. The camera sensor takes the entire area of the code wheel or a specific area as a focus area. Since at least one identification point must always exist in the focus area to be photographed, the minimum number of identification points varies in accordance with the focus area to be photographed. Therefore, the minimum number of identification points is one more than the number of focus areas.
즉, 코드 휠에 표시되는 식별점의 개수는, 코드 휠의 전체 영역을 동일한 크기로 다수개로 구획할 때의 갯수보다 적어도 하나 이상 많은 갯수이어야 한다.That is, the number of identification points displayed on the code wheel should be at least one more than the number of the same when dividing the entire area of the code wheel into a plurality of equal sizes.
예컨대, 도 4를 참조하면, 촬상되는 포커스 영역이 코드 휠 전체에서 1사분면(Q1)에 위치할 때, 코드 휠 회전이 이루어질 때 적어도 하나 이상의 식별점이 1사분면 내에 존재해야 한다. 따라서, 최소한 5개의 식별점이 코드 휠에 존재해야한다.For example, referring to FIG. 4, when the focused focus area is located in the first quadrant Q1 of the code wheel, at least one of the identification points must be present in the first quadrant when the code wheel rotates. Thus, at least five identification points must be present in the code wheel.
코드 휠에 5개 이상의 식별점이 존재하지 않고, 만약, 4개의 식별점만 존재한다면 1사분면 내에 식별점이 감지 안 될 수 있기 때문이다. 즉, 0°, 90°, 180°, 270°의 경계축에 4개의 식별점(M1,M2,M3,M4)만 존재한다면, 코드 휠 회전이 이루어질 때 촬영이 이루어지는 포커스 영역인 1사분면(Q1) 내에 식별점이 존재하지 않을 수도 있다. 만약, 1사분면에 식별점이 존재하지 않으면 회전각 계산이 이루어질 수 없기 때문이다.There are no more than five identification points on the code wheel, and if there are only four identification points, the identification point may not be detected in the first quadrant. That is, if there are only four identification points M1, M2, M3, and M4 on the boundary axis of 0 DEG, 90 DEG, 180 DEG, and 270 DEG, the first quadrant Q1 ) May not be present. This is because the rotation angle calculation can not be performed if there is no discrimination point in the first quadrant.
따라서, 식별점의 최소 개수는 포커스 영역의 개수보다 하나 더 많도록 해야 하는데, 이를 식으로 표시하면 다음과 같다.Therefore, the minimum number of identification points should be one more than the number of focus areas.
식별점의 최소 개수 = 코드 휠의 회전판 영역(circle area)/분할된 포커스 영역(focus area) + 1Minimum number of identification points = code area circle area / divided focus area + 1
따라서, 포커스 영역이 1사분면에 이루어져 촬영이 이루어진다면, 필요한 최소한의 식별점 개수는 다음과 같다.Therefore, if the focus area is formed in the first quadrant and the photographing is performed, the minimum number of identification points required is as follows.
식별점의 최소 개수 = 1/(1/4) + 1 = 5개Minimum number of identification points = 1 / (1/4) + 1 = 5
한편, 코드 휠 회전이 이루어질 때 찍히는 영상을 통해 각 식별점을 구별하기 위하여 각 식별점은 원점으로부터 거리 및 기준축과의 각도를 각각 달리하는데, 식별점의 거리는 도 4에 도시한 바와 같이 d1>d2>d3>d4>d5와 같이 각 식별점의 원점에서부터의 거리를 각각 달리한다. In order to distinguish each identification point from the image taken when the code wheel is rotated, the respective distances from the origin to the reference point are different from each other, and the distances of the identification points are d1 > d2> d3> d4> d5, respectively.
즉, M1의 좌표가 x1,y1이며, M2의 좌표가 x2,y2이며, M3의 좌표가 x3,y3이며, M4의 좌표가 x4,y4이며, M5의 좌표가 x5,y5라고 할 때, root{(x1)2+(y1)2} > root{(x2)2+(y2)2} > root{(x3)2+(y3)2} > root{(x4)2+(y4)2} > root{(x5)2+(y5)2} 와 같이 각 거리를 달리한다.That is, the coordinates of the M1 x 1, y 1, and the coordinates of M2 x 2, y 2, and the coordinate of the M3 x 3, y 3, and the coordinates of the M4 x 4, y 4, the coordinates of M5 x 5, when the said y 5, root {(x 1 ) 2 + (y 1) 2}> root {(x 2) 2 + (y 2) 2}> root {(x 3) 2 + (y 3 ) 2 }> root {(x 4 ) 2 + (y 4 ) 2 }> root {(x 5 ) 2 + (y 5 ) 2 }.
또한, 각 식별점은 기준축과의 각도를 달리하는데, 도 4과 같이 5개의 식별점인 M1,M2,M3,M4,M5이 존재한다고 가정할 경우, 각 식별점은 기준축인 X축과의 각도를 각각 0°, 72°, 144°, 216°, 288°로서 가진다.Assuming that there are five identification points M1, M2, M3, M4, and M5 as shown in FIG. 4, each identification point has an angle with respect to the reference axis. 72 °, 144 °, 216 ° and 288 °, respectively.
또한, 각 식별점들의 사잇각은 일정하게 72°의 각도차를 가진다. 즉, 각 식별점의 각도는 전체 360°를 5개의 식별점의 갯수로 나누어 산출된 각도차를 가진다. 즉, 식별점 각도차 = 360°÷ 5 = 72°이다.Further, the angle of each of the identification points has a constant angular difference of 72 degrees. That is, the angle of each identification point has an angular difference calculated by dividing the total 360 degrees by the number of the five identification points. That is, the discrimination point angle difference = 360 占 5 占 72 占.
한편, 상기에서 코드 휠 회전이 이루어질 때 찍히는 영상을 통해 각 식별점을 구별하기 위하여 각 식별점은 원점으로부터 거리 및 기준축과의 각도를 각각 달리하였는데, 본 발명의 다른 실시 예로서, 상기 다수의 식별점들의 형태 모양 및 기준축과의 각도가 각각 달리하도록 할 수 있다.In the meantime, in order to distinguish each identification point from the image taken when the code wheel is rotated, the distances from the origin and angles with respect to the reference axis are different for each identification point. In another embodiment of the present invention, The shape of the identification points and the angle with respect to the reference axis may be different from each other.
즉, 각 식별점들의 원점에서부터의 거리를 동일하게 한 상태에서, 각 식별점들의 형태 모양을 제각기 다르게 구현하면, 각 식별점들을 구별할 수 있다. 예컨 대, 제1식별점은 사각형, 제2식별점은 원형, 제3식별점은 삼각형, 제4식별점은 육각형, 제5식별점은 별모양으로 형성함으로써, 각 식별점들을 구별할 수 있다. That is, if the shape of each of the identification points is differently implemented with the distances from the origin of each identification point being the same, each identification point can be distinguished. For example, the first identification point may be a rectangle, the second identification point may be circular, the third identification point may be a triangle, the fourth identification point may be a hexagon, and the fifth identification point may be a star, .
회전각 산출부(160)는 카메라센서에서 촬영되는 코드 휠 상의 식별점의 회전 위치를 파악하여, 회전각을 산출하는 기능을 수행한다.The rotation
코드 휠의 회전이 있을 경우 코드 휠의 표면에 표식된 식별점 역시 회전되어 위치가 달라지게 되며, 카메라센서에 촬영된 영상을 통해 회전각 산출부가 식별점의 회전각을 계산함으로써, 코드 휠의 회전각을 산출하는 것이다.When the code wheel is rotated, the identification point marked on the surface of the code wheel is also rotated and the position is changed. By calculating the rotation angle of the identification point by the rotation angle calculating unit through the image captured by the camera sensor, To calculate the angle.
즉, 회전각 산출부(160)는, 코드 휠 회전 전에 식별점들 각각의 기준축과의 각도를 최초 각도로서 파악한 상태에서, 코드 휠 회전이 이루어지고 난 후 촬상된 포커스 영역에 위치하는 식별점에 대한 기준축과의 각도를 현재 각도로서 파악한 후 상기 현재 각도와 상기 최초 각도와의 차이를, 상기 코드 휠의 회전각으로서 산출한다. 이러한 회전각 산출 예시를 도 6의 플로차트와 함께 상술한다.In other words, the rotation
이하, 회전각을 산출하는 설명에서는 원형의 코드 휠을 4등분하여 1사분면이 촬상되는 영역으로 설정하고 코드 휠에 찍히는 식별점은 최소 개수인 5개 존재하는 도 4의 예를 들어 설명하겠으나, 다른 실시 예로서, 코드 휠을 5,6,7,8등분 등과 같이 다수개로 등분하여 그중의 하나의 영역을 포커스 영역으로 설정거나 코드 휠 전체 영역을 포커스 영역으로 설정하여 본 발명을 구현할 수 있다. 따라서 분할되는 포커스 영역의 개수에 따라 찍혀야 하는 식별점의 최소 개수 역시 달라짐은 자 명할 것이다.Hereinafter, in the explanation for calculating the rotation angle, an example of FIG. 4 will be described in which the circular code wheel is divided into quarters so as to set the quadrant of the quadrant as an area to be imaged, and the minimum number of identification points to be imaged on the code wheel is 5. However, As an embodiment, the present invention can be implemented by equally dividing the code wheel into a number of parts such as 5, 6, 7, 8, etc. and setting one of them as a focus area or setting the entire code wheel as a focus area. Therefore, the minimum number of discrimination points to be photographed according to the number of divided focus areas will also be changed.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 회전각을 측정하는 과정을 도시한 플로차트이다.5 is a flowchart illustrating a process of measuring a rotation angle according to an embodiment of the present invention.
우선, 원점과의 거리를 각각 달리하는 식별점들의 기준축과 이루는 각도를, 코어휠 회전 전의 최초 각도로서 각각 파악하는 과정(S51)을 가진다.First, a step (S51) of grasping, as an initial angle before the rotation of the core wheel, the angle formed with the reference axis of the identification points having different distances from the origin, respectively.
예컨대, 원형의 코드 휠을 4등분하여 1사분면이 촬상되는 영역으로 설정되어 있으며 코드 휠에 찍히는 식별점은 5개라고 가정할 때, d1,d2,d3,d4,d5의 거리를 가지는 각 식별점이 기준축과 이루는 각도를 파악하고 있어야 한다.For example, assuming that a circular code wheel is divided into quarters so as to set an area in which a quadrant is captured, and the number of discrimination points to be imaged on the code wheel is five, each discrimination point having distances of d1, d2, d3, d4 and d5 And the angle formed with the reference axis.
이러한 회전 전의 각 식별점의 거리 및 각도 파악은 다양한 방식으로 이루어질 수 있는데, 회전 전의 포커스 영역을 촬영하여 각 식별점의 거리 및 각도를 파악할 수 있다.The distances and angles of the respective identification points before the rotation can be determined in various ways. The distance and angle of each identification point can be grasped by photographing the focus area before the rotation.
회전 전의 포커스 영역을 촬영하여 각 식별점의 거리 및 각도를 파악하는 경우에, 우선, 코드 휠의 회전이 이루어지기 전에 코드 휠 내의 포커스 영역인 1사분면(0°~ 89°;Q1)을 촬영한다.When the focus area before rotation is photographed and the distances and angles of the respective identification points are grasped, first, the first quadrant (0 DEG to 89 DEG; Q1) of the focus area in the code wheel is photographed before the rotation of the code wheel is performed .
코드 휠의 회전이 이루어지기 전에 위치하는 식별점의 위치가 도 6(a)와 같다고 가정할 경우, M1은 0°, M2는 72°, M3는 144°, M4는 216°, M5는 288°에 위치하며, 각각의 식별점이 원점으로부터 d1>d2>d3>d4>d5의 거리를 가진다.Assuming that the position of the discrimination point located before the rotation of the code wheel is as shown in Fig. 6 (a), M 1 is 0 °, M 2 is 72 °, M 3 is 144 °, M 4 is 216 °, M 5 is 288 ° , And each identification point has a distance d1> d2> d3> d4> d5 from the origin.
따라서 카메라센서에서 촬영된 1사분면의 포커스 영역에는 M1, M2의 식별점이 관측된다. 각 식별점의 거리(d1,d2,d3,d4,d5)는 이미 알고 있기 때문에, M1의 거리(d1)= root{(x1)2+(y1)2}, M2의 거리(d2)=root{(x2)2+(y2)2}를 계산함으로써, d1, d2를 가지는 식별점인 M1, M2가 1사분면(Q1)에 위치함을 알 수 있다.Therefore, the identification points of M1 and M2 are observed in the focus area of the first quadrant photographed by the camera sensor. The distance (d1, d2, d3, d4, d5) of each identified point is because it is already known, the distance M1 (d1) = root {( x 1) 2 + (y 1) 2}, the distance M2 (d2) it can be seen that the = root {(x 2) 2 + (y 2) 2} is calculated by a, d1, identified points of M1, M2 with d2 located in the first quadrant (Q1).
또한, 각 식별점은 72°의 차이를 가지고 있음을 미리 알고 있기 때문에 M1, M2가 기준축(X축)과 이루는 각도를 계산하면, 나머지 M3, M4, M5의 각도를 알아 낼수 있다. 따라서, 전체의 식별점의 위치로서 M1은 0°, M2는 72°, M3는 144°, M4는 216°, M5는 288°에 위치하고 있음을 파악할 수 있다.In addition, since each identification point has a difference of 72 degrees, it is possible to calculate the angles of the remaining M3, M4, and M5 by calculating the angles M1 and M2 make with the reference axis (X axis). Therefore, it can be understood that M1 is located at 0 °, M2 is 72 °, M3 is 144 °, M4 is at 216 °, and M5 is at 288 ° as the positions of the entire identification points.
한편, 사용자의 조작에 의하여 코드 휠이 회전(S52)이 이루어지면, 포커스 영역을 촬영(S53)하여 식별점을 파악(S54)하여 회전각을 측정(S55)할 수 있다.On the other hand, if the code wheel is rotated (S52) by the user's operation, the focus area is photographed (S53) to identify the identification point (S54) and the rotation angle can be measured (S55).
상술하면, 도 6(a)의 상태에서, 사용자의 조작에 의하여 코드 휠이 100°회전(S52)하게 되어, 도 6(b)의 상태로서 회전되었다고 가정하면, 100°회전에 따라 M1은 100°, M2는 172°, M3는 244°, M4는 316°, M5는 28°에 위치하게 된다. 따라서, 회전이 이루어지고 난 후 도 6(b)와 같이 1사분면(Q1)에는 28°에 위치한 M5의 식별점만 존재하게 된다.6 (a), assuming that the code wheel is rotated 100 degrees (S52) by the user's operation and rotated as the state shown in Fig. 6 (b), M1 is 100 °, M2 is 172 °, M3 is 244 °, M4 is 316 °, and M5 is 28 °. Therefore, after the rotation is performed, only the identification point of M5 located at 28 degrees exists in the first quadrant (Q1) as shown in Fig. 6 (b).
회전이 이루어진 후 카메라센서를 통해 포커스 영역인 1사분면(Q1)을 촬영(S53)하여, 촬영된 1사분면(Q1)에는 28°에 위치한 M5의 식별점만 관측될 수 있다.After the rotation, the first quadrant (Q1) as the focus area is photographed (S53) through the camera sensor, and only the identification point of M5 located at 28 degrees can be observed in the first quadrant (Q1).
이러한 관측된 식별점에 대하여 원점까지의 거리(root{(x5)2+(y5)2}=d5를 계 산함으로써, d5의 거리를 갖는 식별점의 고유넘버인 M5를 파악할 수 있다. 즉, 원점까지의 거리를 계산하면 d5를 가짐을 알 수 있고, 이를 통해 M5의 식별점이 1사분면에 위치하고 있음을 알 수 있다.By such a distance from the origin with respect to the observed identification points (root and hold the {(x 5) 2 + ( y 5) 2} = d5 acid, it can grasp the unique number of M5 of the identification points with a distance d5. That is, it can be seen that calculating the distance to the origin has d5, which shows that the identification point of M5 is located in the first quadrant.
또한, 파악된 M5 식별점의 현재 각도를 산출(S54)한다.Further, the current angle of the identified M5 identification point is calculated (S54).
M5의 식별점의 현재 각도는 삼각함수 공식에 의해 tan-1(y5/x5)에 의해 산출될 수 있다. tan-1(y5/x5)의 산출각도에 의해 M5가 28°에 위치하고 있음을 알 수 있다.The current angle of the identification point of M5 can be calculated by tan -1 (y 5 / x 5 ) by the trigonometric formula. It can be seen that M5 is located at 28 ° by the calculation angle of tan -1 (y 5 / x 5 ).
상기와 같이 M5 식별점의 현재 각도를 산출(S54)한 후, 이를 이용하여 코드 휠의 회전각을 산출(S55)한다. 즉, 포커스 영역에 위치한 식별점의 회전 전의 최초 각도 및 회전 후의 현재 각도간의 차이를 코드 휠의 회전각으로서 산출할 수 있다.After calculating the current angle of the M5 discrimination point as described above (S54), the rotation angle of the code wheel is calculated using this (S55). That is, the difference between the initial angle before the rotation of the identification point located in the focus area and the current angle after rotation can be calculated as the rotation angle of the code wheel.
이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.This can be expressed as follows.
회전각Rotation angle
= 360°+ (포커스 영역에 존재하는 식별점의 현재 각도 - 포커스 영역에 존재하는 식별점의 최초 각도) = 360 ° + (the current angle of the identification point present in the focus area - the first angle of the identification point present in the focus area)
= 360°+ (M5의 현재 각도 - M5의 최초 각도)= 360 ° + (the current angle of M5 - the first angle of M5)
= 360°+ (28°- 288°) = 360°- 260°= 100°= 360 ° + (28 ° - 288 °) = 360 ° - 260 ° = 100 °
따라서, 코드 휠이 100°회전되었음을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the code wheel has been rotated 100 degrees.
한편, 코드 휠이 360°이상 회전되는 경우도 고려하여야 하는 시스템인 경우에는, 코드 휠의 360°, 720°등과 같이 이상 회전될 때마다 1회 회전, 2회 회전같이 기록해놓은 후, 회전이 완료된 후 상기 방식으로 회전각을 계산한 후, 계산된 회전각에 회전된 횟수에 따라 360°, 720°등을 더하여 줌으로써, 최종 회전각을 계산할 수 있다.On the other hand, in the case of a system in which the code wheel is rotated by 360 degrees or more, the code wheel is rotated once or twice for every abnormal rotation such as 360 ° and 720 °, After calculating the rotation angle in the above manner, the final rotation angle can be calculated by adding 360 ° or 720 ° according to the calculated rotation angle.
한편, 상기와 같이 코드 휠의 1사분면 영역만을 포커스 영역으로 하여 촬영하기 위하여 1개의 카메라센서를 필요로 하는데, 멀티턴(multi-turn) 회전의 경우에도 1개의 카메라센서만 가지고서 구현할 수 있어 제조 비용 효과를 가질 수 있다.On the other hand, in order to photograph only the first quadrant area of the code wheel as a focus area as described above, one camera sensor is required. In case of multi-turn rotation, the camera sensor can be implemented with only one camera sensor, Effect.
일반적으로 여러개의 코드 휠의 멀티턴 회전각 측정을 위해서는 다수개의 센서를 두어야만 한다. 그러나, 본 발명과 같이 특정 포커스 영역만을 촬영하여 회전각을 측정할 수 있는 경우에는, 도 7과 같이 멀티턴 구조에서도 하나의 카메라센서만을 두어, 제1코드 휠(100a)의 1사분면(Q1)과 제2코드 휠(100b)의 3사분면(Q3)을 동시에 촬영하여, 각각의 회전각을 계산해 냄으로써, 제작 비용 절감 효과를 가질 수 있다. Generally, a plurality of sensors must be provided for multi-turn rotation measurement of multiple code wheels. However, in the case of photographing only a specific focus area and measuring the rotation angle as in the present invention, only one camera sensor is provided in the multi-turn structure as shown in Fig. 7, so that the first quadrant Q1 of the
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Accordingly, the scope of the patent of the present invention is not limited by the above-described embodiments, and it will be obvious that the patent scope covers not only the claims but also the equivalents.
도 1은 광학 인코딩을 통한 회전각 측정 장치를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an apparatus for measuring a rotation angle through optical encoding.
도 2는 종래의 회전각 측정 장치에서의 광검출회로를 도시한 그림이다.2 is a diagram showing an optical detection circuit in a conventional rotation angle measuring apparatus.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 회전각 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a configuration of a rotation angle measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 코드 휠의 표면에 있는 식별점들을 도시한 그림이다.4 is a view showing identification points on the surface of a code wheel according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 회전각을 측정하는 과정을 도시한 플로차트이다.5 is a flowchart illustrating a process of measuring a rotation angle according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 코드 휠의 표면에 있는 식별점들의 회전 전의 모습과 회전 후의 모습을 도시한 그림이다.FIG. 6 is a view showing the state before and after the rotation of the identification points on the surface of the code wheel according to the embodiment of the present invention. FIG.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 하나의 카메라센서를 이용하여 멀티 턴의 회전각을 측정하는 모습을 도시한 그림이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a method of measuring a rotation angle of a multi-turn using one camera sensor according to an embodiment of the present invention.
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