KR101821609B1 - 화상독취장치 및 그 화상독취장치의 원고 이송 방법 - Google Patents

화상독취장치 및 그 화상독취장치의 원고 이송 방법 Download PDF

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Abstract

화상독취장치가 개시된다. 본 화상독취장치는 원고를 스캔하는 스캔부, BLDC(Brushless DC) 모터를 이용하여 상기 스캔부에 원고를 이송하는 원고 이송부, BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부, 스캔부의 동작을 제어하고, BLDC 모터에 대한 구동 방향에 대한 정보를 포함하는 제어 명령을 생성하는 스캔 제어부, BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부 및 생성된 제어 명령, 감지된 구동 정보 및 BLDC 모터의 구동 방향에 따른 디지털 게인값에 기초하여 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어하는 디지털 제어부를 포함한다.

Description

화상독취장치 및 그 화상독취장치의 원고 이송 방법 {IMAGE SCANNING APPARATUS AND PAPER TRANSFER METHOD OF THE IMAGE SCANNING APPARATUS}
본 발명은 화상독취장치 및 그 화상독취장치의 원고 이송 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원고를 이송하기 위하여 BLDC 모터를 이용하는 화상독취장치 및 그 화상독취장치의 원고 이송 방법에 관한 것이다.
화상 독취 장치는 문서, 그림 또는 필름 등의 원본 이미지를 스캔하여 디지털 데이터로 변환하는 장치이다. 이 경우 디지털 데이터는 컴퓨터의 모니터에 표시되거나 프린터에 의해 인쇄되어 출력 이미지로 생성될 수 있다. 이러한 화상 독취 장치의 예로는, 스캐너, 복사기, 팩시밀리 또는 이들의 기능을 하나의 장치를 통해 복합적으로 구현하는 복합기(Multi Function Peripheral: MFP) 등을 들 수 있다.
이와 같은 화상 독취 장치에서는 인쇄 용지를 이동시키거나, 인쇄 용지를 공급하는 등과 같이 다양한 기능을 수행하기 위한 모터들이 사용된다. 최근에는 화상 독취 장치에 다양한 기능을 수행하는 옵션 유닛을 화상 독취 장치에 부착할 수 있게 됨에 따라, 화상 독취 장치에서 사용될 수 있는 모터의 개수는 점점 더 증가하고 있다.
최근에는 화상 독취 장치의 구동시에 발생하는 소음을 방지하고자 BLDC 모터를 이용하고 있는 추세이다. BLDC 모터는 DC 모터에서 브러시 구조를 없애고 정류를 전자적으로 수행하는 모터로, 브러시와 정류자 간의 기계적인 마찰부가 없어지므로 고속화가 가능하고 소음이 적다.
이와 같은 BLDC 모터는 상술한 바와 같이 브러시 구조가 존재하지 않기 때문에 회전자의 위치 정보를 홀 센서 등을 이용하여 감지하고, BLDC 모터의 각 상에 전원을 순차적으로 인가하여 제어하여야 한다는 점에서, 구동 회로가 이용되었다.
종래에는 아날로그 PLL 방식의 구동 회로를 이용하여 BLDC 모터를 제어하였다.
그러나 이러한 아날로그 PLL 방식의 BLDC 모터를 화상 독취 장치에 적용하는 것은 어려움이 있다. 화상 독취 장치에서 사용되는 모터에 있어서 가장 중요한 것은 단순 100% 속도 뿐만 아니라, 확대/축소까지 커버할 수 있는 다양한 속도 대역에서 정속성이 유지되느냐 하는 점이다. 그러나 아날로그 PLL 방식의 BLDC 모터는 속도의 정속성을 유지하기 위한 구동 회로의 게인 값이 저항과 커패시터를 이용하여 외부 소자로 고정되어 있고, 한 번 고정된 게인값은 부품을 변경하지 않고서는 변경되지 않는 바, 일정한 속도 대역에서만 정속성이 유지될 수 밖에 없었다.(즉 구동 회로의 게인 값에 따라 일정한 속도 대역에서는 즉시 정속에 도달할 수 있으나, 구동 회로의 게인 값이 커버할 수 없는 속도대역에서는 오버 슛(overshoot) 또는 언더 슛(undershoot)이 발생하여, 정속에 도달하는 시간이 지연된다.) 따라서 아날로그 PLL 방식의 BLDC 모터를 화상 독취 장치에 적용할 경우 다양한 속도 대역에서 정속성을 유지할 수 없는 문제점이 있었다.
또한 종래의 아날로그 PLL 방식의 BLCD 모터는 다양한 속도 대역에서 정속성을 유지할 수 없는 바, 구동 회로의 게인 값이 커버할 수 없는 속도대역에서 오버 슛 또는 언더 슛이 발생하여 화상 독취 장치의 동작시 소음이 크고, 원고의 선단 마진이 틀리고, 원고의 스캔 화질이 왜곡되고, 양면 스캔시 원고의 밀림 거리가 길어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 BLDC 모터를 디지털 방식으로 제어하여 다양한 속도 대역에서 정속성을 유지하도록 하는 화상독취장치 및 그 화상독취장치의 원고 이송 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치는, 원고를 스캔하는 스캔부, BLDC(Brushless DC) 모터를 이용하여 상기 스캔부에 원고를 이송하는 원고 이송부, 상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부, 상기 스캔부의 동작을 제어하고, 상기 BLDC 모터에 대한 구동 방향에 대한 정보를 포함하는 제어 명령을 생성하는 스캔 제어부, 상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부, 및 상기 생성된 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터의 구동 방향에 따른 디지털 게인값에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어하는 디지털 제어부를 포함한다.
그리고, BLDC 모터의 지령 속도 및 구동 방향별 디지털 게인값을 룩업 테이블로 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 디지털 제어부는, 상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출하는 에러 검출부, 상기 산출된 디지털 에러값 및 상기 디지털 게인값을 이용하여 상기 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산하는 연산부, 및 상기 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 상기 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성하는 PWM 생성부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 에러 검출부는, 상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값을 산출하는 주파수 에러 검출부, 및 상기 수신된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 위상 에러값을 산출하는 위상 에러 검출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연산부는, 상기 산출된 주파수 에러값 및 상기 산출된 위상 에러값과 이에 대응되는 디지털 게인값에 대한 시프트(Shift) 연산을 수행함으로써 PWM 듀티비를 연산할 수 있다.
그리고, 상기 센서부는, 상기 BLDC 모터에 부착된 홀 센서로부터 전기각 정보를 수신하는 전기각 감지부, 및 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 주파수 형태로 수신하는 속도 감지부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 명령은, BLDC 모터에 대한 회전 방향을 포함하고, 속도 지령값, 회전 개시/정지, 가속/감속, 브레이크 작동 및 락 타임(lock time) 중 적어도 하나의 정보를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 디지털 제어부는, 상기 생성된 제어 명령을 저장하는 레지스터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 용지 이송부는 복수개의 BLDC를 이용하여 상기 스캔부에 원고를 이송하고, 상기 센서부, 상기 디지털 제어부 및 상기 구동 신호부는 상기 복수개의 BLDC 모터 각각에 대응되도록 복수개 구비되며, 상기 통신 인터페이스부는, 복수의 디지털 제어부 중 상기 수신된 디지털 제어 명령에 대응되는 디지털 제어부에 상기 수신된 디지털 제어 명령을 전달할 수 있다.
그리고, 상기 구동 정보는, 상기 BLDC 모터의 전기각 정보 및 상기 BLDC 모터의 회전 속도 정보 중 적어도 하나일 수 있다.
한편 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치에서의 원고 이송 방법은, 스캔 명령에 대응하여 BLDC 모터에 대한 구동 방향에 대한 정보를 포함하는 제어 명령을 생성하는 단계, 상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 단계, 상기 생성된 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터의 구동 방향에 따른 디지털 게인값에 기초하여 상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계, 및 상기 생성된 구동 신호를 상기 BLDC 모터에 제공하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 구동 신호를 생성하는 단계는, BLDC 모터의 지령 속도 및 구동 방향별 디지털 게인값을 기저장하는 룩업 테이블을 이용하여 구동 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 구동 신호를 생성하는 단계는, 상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출하는 단계, 상기 산출된 디지털 에러값 및 상기 디지털 게인값을 이용하여 상기 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산하는 단계, 및 상기 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 상기 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 디지털 에러값을 산출하는 단계는, 상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값을 산출하는 단계, 및 상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 위상 에러값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 PWM 듀티비를 연산하는 단계는, 상기 산출된 주파수 에러값 및 상기 산출된 위상 에러값과 이에 대응되는 디지털 게인값에 대한 시프트(Shift) 연산을 수행함으로써 PWM 듀티비를 연산할 수 있다.
그리고, 상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 단계는, 상기 BLDC 모터에 부착된 홀 센서로부터 전기각 정보를 수신하는 단계, 및 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 주파수 형태로 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 명령은, BLDC 모터에 대한 회전 방향을 포함하고, 속도 지령값, 회전 개시/정지, 가속/감속, 브레이크 작동 및 락 타임(lock time) 중 적어도 하나의 정보를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 구동 정보는, 상기 BLDC 모터의 전기각 정보 및 상기 BLDC 모터의 회전 속도 정보 중 적어도 하나일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터제어장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 3, 4는 BLDC 모터를 아날로그 방식으로 제어하는 경우와, 디지털 방식으로 제어하는 경우에 따른 효과를 나타내는 그래프,
도 5는 단면 스캔 방식 및 양면 스캔 방식을 설명하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치의 원고 이송 방법을 나타내는 흐름도,
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 화상독취장치(200)는 스캔부(210), 원고 이송부(220), 스캔 제어부(230), 디지털 제어부(240)를 포함한다.
스캔부(210)는 원고에 기입된 문서, 그림 등의 원본 이미지를 스캔한다.
구체적으로, 스캔부(210)는 원고로부터 반사된 광을 내부의 이미지 센서에 결상하는 렌즈부(미도시)를 포함하고, 이미지 센서에 결상된 광으로부터 원고의 화상 정보를 독취할 수 있다.
여기서 스캔부(210)의 이미지 센서는 CIS(CMOS image sensor) 또는 CCD(Charge Coupled Device)로 구현될 수 있다.
원고 이송부(220)는 화상독취장치(200)에 독취될 원고가 입력된 경우 스캔 제어부(230)의 제어에 의하여 입력된 원고를 원고 이송 경로를 따라 이송시킨다.
구체적으로 원고 이송부(220)는 적어도 한개의 BLDC 모터를 이용하여 구동되는 롤러에 의하여, 화상독취장치(200)의 급지대에 입력된 원고를 스캔부(210)을 거쳐 배지대까지 원고 이송 경로를 따라 이송시킬 수 있다.
여기서 원고 이송부(220)는 두 개의 원고 이송 경로를 포함할 수 있다. 즉 원고 이송부(220)는 단면 스캔을 위한 원고 이송 경로 및 양면 스캔을 위한 원고 이송 경로를 포함할 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
스캔 제어부(230)는 스캔과 관련된 화상독취장치(200)의 전체적인 동작을 제어한다.
구체적으로 스캔 제어부(230)는 사용자로부터 스캔 명령이 입력된 경우, 화상독취장치(200)의 급지대에 입력된 원고를 스캔부(210)로 이송하도록 원고 이송부(220)를 제어할 수 있다.
또한, 스캔 제어부(230)는 이송된 원고가 스캔부(210)에 도달한 경우, 스캔부(210)가 스캔 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
여기서 스캔 제어부(230)는 사용자로부터 입력된 스캔 명령이 단면 스캔 명령인 경우, 스캔부(210)에 의하여 스캔된 원고를 화상독취장치(200)의 배지대에 배출하도록 원고 이송부(220)를 제어할 수 있다.
또한 스캔 제어부(230)는 사용자로부터 입력된 스캔 명령이 양면 스캔 명령인 경우, 스캔부(210)에 의하여 스캔된 원고를 양면 스캔을 위한 원고 이송 경로로 이송하도록 원고 이송부(220)를 제어할 수 있다.
한편, 스캔 제어부(230)는 원고 이송부(220)를 동작시키는 BLDC 모터에 대한 제어 명령을 생성할 수 있다.
여기서 제어 명령은 BLDC 모터에 대한 회전 방향(여기서 회전 방향은 정회전방향, 역회전 방향을 포함할 수 있다.)을 포함한다. 또한 제어 명령은 속도 지령값(요구되는 BLDC 모터의 속도), 회전 개시/정지, 가속/감속, 브레이크 작동 및 락 타임(lock time)(모터가 정상상태 도달시까지의 대기 시간, 설정 시간 지난 후 모터 보호를 위한 전압 차단 시간 등) 중 적어도 하나의 정보를 더 포함할 수 있다.
디지털 제어부(240)는 BLDC 모터에 대한 구동을 제어한다.
구체적으로 디지털 제어부(240)는 스캔 제어부(230)에서 생성된 제어 명령, 후술할 센서부에서 감지된 구동 정보 및 BLDC 모터의 구동 방향 및 지령 속도 중 적어도 하나에 따른 디지털 게인값에 기초하여 후술할 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어할 수 있다.
여기서 디지털 게인값은 BLDC 모터의 지령 속도 및 구동 방향별로 다양한 게인 값이 룩업 테이블 형태로 미리 설정되어 있을 수 있다.
즉 디지털 게인값은 다음 표와 같이 룩업 테이블 형태로 미리 설정되어 있을 수 있다.
index 지령 속도(rpm) 구동 방향 gain
1 500 정방향 A
2 500 역방향 B
3 1000 정방향 C
4 1000 역방향 D
5 1500 정방향 E
6 1500 역방향 F
7 2000 정방향 G
8 2000 역방향 H
9 2500 정방향 I
10 2500 역방향 J
여기서 디지털 게인값은 저장부(미도시)에 저장되어 펌웨어 형태로 미리 설정되어 있을 수 있다.
여기서 저장부는 RAM(Random Access Memory), 플레시메모리, ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electronically Erasable and Programmable ROM), 레지스터, 하드디스크, 리무버블 디스크, 메모리 카드, USB 메모리로 구현될 수 있다.
또한 디지털 게인값은 펌웨어 형태로 제공되는바, 사용자가 원하는 게인값으로 변경할 수 있다.
상기 표에서는 게인 값을 10개로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 더 많은 개수의 게인 값이 제공될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 디지털 제어부(240)는 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어할 수 있다.
즉 디지털 제어부(240)는 스캔 제어부(230)에서 생성된 제어 명령 내의 BLDC 모터의 구동 방향 및 지령 속도 중 적어도 하나에 따른 디지털 게인값을 기초로 하여, 구동 신호부(370)에서의 출력을 제어할 수 있다. 즉 디지털 제어부(240)는 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호부(370)의 3상 구동 신호의 출력특성을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치에 의하면, BLDC 모터의 지령 속도 및 구동 방향별로 다양한 디지털 게인값을 기 저장하고 있고, 또한 디지털 게인값을 변경할 수 있는바, 다양한 속도 대역에서 정속성을 유지하도록 할 수 있다.
이하, 디지털 제어부(240)의 구체적인 동작 및 구성을 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터를 제어하는 모터제어장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 다른 모터 제어 장치(300)는 통신 인터페이스부(310), 센서부(320), 에러 검출부(330), 연산부(340), PWM 생성부(350), 구동 제어부(360), 구동 신호부(370)를 포함한다.
여기서 디지털 제어부(240)는 통신 인터페이스부(310), 에러 검출부(330), 연산부(340), PWM 생성부(350), 구동 제어부(360)를 포함한다.
또한 디지털 제어어부(240)는 통신 인터페이스부(310), 에러 검출부(330), 연산부(340), PWM 생성부(350), 구동 제어부(360)를 포함하여 하나의 ASIC칩으로 구현될 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니고, 디지털 제어부(240)는 구동 신호부(370)도 포함하여 하나의 ASIC 칩으로 구현될 수 있으며, 만약 디지털 제어부(240)의 시스템 성능이 낮은 경우, 통신 인터페이스부(310), 에러 검출부(330), 연산부(340)만으로 구성되어질 수 있다.
한편, 통신 인터페이스부(310)는 BLDC 모터에 대한 제어 명령을 수신하여 디지털 제어부(240)로 전송한다.
여기서 통신 인터페이스부(310)는 시리얼 인터페이스(미도시) 및 레지스터(미도시)로 구성될 수 있다.
시리얼 인터페이스는 BLDC 모터의 동작을 제어하기 위해 사용되는 제어 명령을 스캔 제어부(230)로부터 전달받는다. 여기서 제어 명령은 BLDC 모터에 대한 회전 방향, 속도 지령값, 회전 개시/정지, 가속/감속, 브레이크 작동 및 락 타임(lock time) 중 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.
이와 같은 제어 명령은 두 개의 장치 간의 직렬 통신으로 데이터를 교환할 수 있게 해주는 인터페이스인 SPI(Serial Peripheral Interface) 및 양방향 직렬 버스인 I2C 등의 시리얼 통신 인터페이스를 통해 스캔 제어부(240)로부터 전달받을 수 있다.
그리고, 시리얼 인터페이스는 수신된 제어 명령에서 제어 신호를 독출할 수 있다. 구체적으로, 시리얼 인터페이스는 적어도 한 개의 단자를 통해 수신된 제어 명령에서 BLDC 모터에 대한 각종 제어 신호(또는, 구동 명령(예를 들어, BLDC 모터에 대한 회전 방향, 속도 지령값 회전 개시/정지, 가속/감속, 회전방향, 회전 속도, 브레이크 작동))을 독출할 수 있다.
한편, 시리얼 인터페이스는 BLDC 모터의 상태 정보를 스캔 제어부(230) 등에 전달할 수 있다. 구체적으로, 시리얼 인터페이스는 채널별 준비 상태, 채널별 온도 및 채널별 과전류 여부 등의 정보를 스캔 제어부에 전달할 수 있다. 예를 들어, 모터 제어 동작 중에 BLDC 모터에 대해서 과전류가 감지된 경우, 이에 대한 정보를 스캔 제어부(230)에 전달하여 모터에 대한 보호 방지를 수행할 수 있다.
레지스터는 시리얼 인터페이스에서 수신된 제어 명령을 저장할 수 있다. 구체적으로, 레지스터(212)는 수신된 제어 명령 중 시리얼 인터페이스가 독출한 제어 신호에서 해당 BLDC 모터 제어에 필요한 제어 신호를 저장할 수 있다.
센서부(320)는 BLDC 모터의 구동 정보를 감지한다.
구체적으로, 센서부(320)는 전기각 감지부, 속도 감지부 및 타코 생성부를 포함할 수 있다.
전기각 감지부는 BLDC 모터에 부착되는 홀 센서로부터 전기각 정보를 수신하며, 이에 대한 정보를 디지털 제어부(240)에 전달할 수 있다.
속도 감지부는 BLDC 모터에 부착되는 속도 감지 센서로부터 BLDC 모터의 회전 속도 정보를 주파수 형태로 수신하며, 수신된 주파수 형태의 회전 속도 정보(예를 들어, FG 신호)를 디지털 제어부(240)에 전달할 수 있다.
타코 생성부는 수신된 전기각 정보를 이용하여 BLDC 모터에 대한 속도 정보를 생성한다. 구체적으로, 타코 생성부는 전기각 감지부에서 수신된 3상 전기각 정보를 속도 정보 신호로 변환할 수 있다.
에러 검출부(330)는 스캔 제어부(230)에서 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출한다. 구체적으로, 에러 검출부(330)는 주파수 에러 검출부 및 위상 에러 검출부로 구성될 수 있다.
주파수 에러 검출부는 BLDC 모터에 대한 속도 지령값 및 구동 방향과 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값을 산출한다. 구체적으로, 주파수 에러 검출부는 통신 인터페이스부(310)에서 추출된 속도 지령값 및 구동 방향과 센서부(320)에서 감지된 BLDC 모터의 속도 정보를 상호 비교하여 주파수 에러값을 산출한다.
위상 에러 검출부는 BLDC 모터에 대한 속도 지령값 및 구동 방향과 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 위상 에러값을 산출한다. 구체적으로, 위상 에러 검출부는 통신 인터페이스부(310)에서 추출된 속도 지령값 및 구동 방향과 센서부(320)에서 감지된 BLDC 모터의 속도 정보를 상호 비교하여 위상 에러값을 산출한다.
연산부(340)는 산출된 디지털 에러값과 디지털 제어부(240)의 디지털 게인값을 이용하여 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산한다.
구체적으로, 연산부(340)는 에러 검출부(330)에서 산출된 주파수 에러값 및 위상 에러값과 기 저장된 디지털 게인값을 이용하여 BLDC 모터에 대한 PWM 듀티비를 연산할 수 있다. 예를 들어, 연산부(240)는 아래의 수학식 1을 이용하여 BLDC 모터에 대한 지령 전압(또는 PWM 듀티비)을 연산할 수 있다.
Figure 112011071846046-pat00001
여기서, volt는 BLDC 모터에 대한 지령 전압, FrequencyError는 주파수 에러 검출부(231)에서 산출된 주파수 에러값, PhaseError는 위상 에러 검출부(232)에서 산출된 위상 에러값, FKP(Frquency P Gain)는 주파수에 대한 P 게인값, FKI(Frquency I Gain)는 주파수에 대한 I 게인값, PKP(Phase P Gain)는 위상에 대한 P 게인값, PKI(Phase I Gain)는 위상에 대한 I 게인값이다.
또한, 연산부(340)는 에러 검출부(300)에서 산출된 주파수 에러값을 이용하여, 속도 지령값과 BLDC 모터의 현재 구동 속도 사이의 에러 값을 알 수 있다. 연산부(340)는 속도 에러값과 기 저장된 디지털 게인값을 이용하여 BLDC 모터에 대한 PWM 듀티비를 연산할 수 있다.
또한, 본 실시 예에서는 주파수 제어(주파수 에러값을 이용하는 제어) 및 위상 제어(위상 에러값을 이용하는 제어)를 동시에 수행하는 실시예에 대해서만 설명하였지만, 구현시에는 주파수 제어만을 수행할 수도 있으며, 위상 제어만을 수행하는 형태로도 구현할 수 있다.
예를 들어, BLDC 모터에 대한 가속 제어 시에는 주파수 제어만을 수행하고, BLDC 모터가 정속에 도달하는 경우에는 위상 제어만을 수행하는 형태로 구현될 수 있다. 즉, BLDC 모터의 동작 상태에 따라 다른 제어 방식을 이용할 수 있다.
한편, 연산부(240)는 시프트(shift) 연산을 이용하여 PWM 듀티비를 연산할 수 있다. 구체적으로, 수학식 1의 Frequency Error * FKP 형태의 연산은 수학식 2와 같은 형태로 변환할 수 있다.
Figure 112011071846046-pat00002
예를 들어, FKP = 0.350인 경우, FKP의 값을 0.3496으로 근사하면 다음과 같은 수학식 3과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112011071846046-pat00003
이와 같이 본 실시예에 따른 연산부(240)는 시프트 연산을 이용하여 소수점 연산을 수행하는바, 낮은 리소스를 갖는 시스템에서 용이하게 PWM 듀티비를 계산할 수 있게 된다.
PWM 생성부(350)는 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성한다. 구체적으로, PWM 생성부(350)는 연산부(340)에서 연산된 PWM 듀티비에 따른 PWM 신호를 생성할 수 있다.
구동 제어부(360)는 생성된 PWM 신호 및 감지된 구동 정보에 기초하여 구동 신호부(370)를 제어한다. 구체적으로, 구동 제어부(360)는 PWM 생성부(350)에서 생성된 PWM 신호와 전기각 센서부에서 수신된 전기각 정보에 기초하여 후술할 구동 신호부(370)에서 생성되는 구동 신호를 제어할 수 있다.
구동 신호부(370)는 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성한다. 구체적으로, 구동 신호부(370)는 스위칭 시퀀스에 기초하여 BLDC 모터(130)를 제어하기 위한 3상 구동 신호를 생성할 수 있다.
이상과 같이 모터 제어 장치(300)는 디지털 PLL, PID 제어 방식을 이용하여 BLDC 모터에 대한 제어를 수행하는바, BLDC 모터에 대한 제어 게인값을 용이하게 변경할 수 있게 된다. 또한, 모터 제어 장치(300)는 하나의 ASIC 칩으로 구현되는바, 화상독취장치(200) 내부의 회로를 더욱 간단히 구현할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2를 설명함에 있어서, 하나의 모터 제어 장치(200)가 하나의 BLDC 모터를 스위칭 소자부(140)를 이용하여 제어하는 형태에 대해서만 설명하였으나, 하나의 모터 제어 장치가 두 개 이상의 BLDC 모터를 제어하는 형태로 구현할 수 있으며, 하나의 모터 제어 장치(200)가 BLDC 모터를 제어하면서, DC 모터를 함께 제어하는 형태로도 구현할 수 있다.
도 3, 4는 BLDC 모터를 아날로그 방식으로 제어하는 경우와, 디지털 방식으로 제어하는 경우에 따른 효과를 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 4에서 X축은 시간, Y축은 속도를 나타낸다.
<아날로그 방식으로 BLDC 모터를 제어하는 경우>
원고 이송장치를 이용하여 양면 스캔을 할 때에는 각 면을 스캔 하기 위해 BLDC모터의 회전 방향을 변경시키는 동작이 필요하다. 즉 이 동작을 위해서는 BLDC모터가 정방향 회전 - 정지 - 역방향 회전 - 정지 등을 반복한다. 이 경우 기존 아날로그 방식으로 BLDC 모터를 제어하는 경우 BLDC 모터 속도가 정속에 도달할 때 도3의 좌측 및 중간의 그림과 같이 속도의 출렁거림(overshoot(좌측), undershoot (중간))이 발생한다. 이는 아날로그 방식으로 BLDC 모터를 제어하는 경우 속도의 정속성을 유지하기 위한 구동 회로의 게인 값이 저항과 커패시터를 이용하여 외부 소자로 고정되어 있고, 한 번 고정된 게인값은 부품을 변경하지 않고서는 변경되지 않는 바, 일정한 속도 대역에서만 정속성이 유지될 수 밖에 없기 때문이다. (즉 구동 회로의 게인 값에 따라 일정한 속도 대역에서는 즉시 정속에 도달할 수 있으나, 구동 회로의 게인 값이 커버할 수 없는 속도대역에서는 오버 슛(overshoot) 또는 언더 슛(undershoot)이 발생하여, 정속에 도달하는 시간이 지연된다.) 이 과정에서 속도의 출렁임에 의해서 모터에서 이음이 발생하게 되고, 소비자에게 거슬리는 소리가 매 스캔시마다 들리게 된다.
또한, 화상독취장치는 용지의 이송을 직접적으로 볼 수 없기 때문에, 용지가 이송되는 속도에 의해서 용지의 위치를 판단하여 스캔을 수행한다. 상술한 이음과 동일한 문제로, 아날로그 방식을 이용하여 BLDC 모터를 제어하는 경우 BLDC 모터의 기동시 속도 출렁임이 크게 되면, 실제 용지의 이송량에 차이가 발생하기 때문에, 스캔된 화질에 선단 마진 달라지게 된다. 예를 들어 속도 변동이 있게 되면, 실제 화상독취장치에서는 일정시간에 정속 속도로 이동했다고 판단하고 스캔을 하는데, 실제 원고는 오버 슛 또는 언더 슛 된 만큼 더 이송되거나 또는 덜 이송 되게 된다. 따라서 선단 마진이 틀리는 문제가 발생하게 된다.
또한, 화상독취장치에서 스캔작업을 수행하는 경우 원고가 원고 이송로를 지나갈 때 부하 변동이 생기게 된다. 아날로그 방식을 이용하여 BLDC 모터를 제어하는 경우 부하 변동이 발생하면 제어 성능이 떨어져서 도 4의 좌측과 같이 정속중에 속도 출렁임이 발생하게 된다. 이러한 정속 중의 속도 출렁임에 의해서 스캔 화질의 왜곡이 생기는 문제가 발생한다.
<디지털 방식으로 BLDC 모터를 제어하는 경우>
도 3의 우측은 원고 이송장치를 이용하여 양면 스캔을 할 때, 디지털 방식으로 BLDC 모터를 제어하는 경우 시간에 따른 속도 그래프이다. 도 3의 우측을 참조하면, 오버 슛이나 언더 슛 없이 바로 정속에 도달하는 것을 알 수 있다. 이는 디지털 제어부(240)의 디지털 게인 값이, 다양한 속도 대역에 따라 다른 값으로 튜닝 되어 있는바, 다양한 속도 대역에서 정속성을 유지할 수 있기 때문이다. 따라서 속도의 출렁임이 없는바, 스캔시 소음특성이 좋음을 알 수 있다.
또한, 속도가 처음부터 정속도로 유지되기 때문에 화상독취장치에서 판단한 위치에 원고가 도달하게 되고 선단 마진 문제가 발생하지 않는다.
또한, 디지털 방식을 이용하여 BLDC 모터를 제어하는 경우 지령 속도 및 구동 방향별로 서로 다른 디지털 게인 값을 사용하는 바, 항상 제어 성능이 일정하도록 구동하여, 부하 변동에도 속도 변동이 생기지 않게 한다. 따라서 스캔 화질의 왜곡 문제를 해결할 수 있다.
도 5는 단면 스캔 방식 및 양면 스캔 방식을 설명하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치의 단면도이다.
<단면 스캔 방식>
화상독취장치(100)를 이용하여 단면 스캔을 수행하는 경우 모터의 구동 방향은 정방향으로 구동한다. 모터의 구동에 따라 롤러(110)로 원고를 픽업한다. 이 후 모터에 의하여 구동되는 롤러(110, 111a, 112a)에 의하여 원고가 이송된다. 그 후 롤러(113a)에 인입전 센서에 의하여 원고 선단이 감지되고 일정 시간후에 롤러(113a)가 제어 구동함으로써 원고가 정렬하여 진입하게 된다. 그 후 원고가 스캔부(120)를 지나면서 스캔되고 배지롤러(115a)을 통과하게 된다. 이렇게 하면 단면 스캔이 완료된다. 즉 단면 스캔 방식의 경우 원고는 150번의 통로만을 통하여 이송된다.
이때 원고의 정지제어는 특별하게 필요가 없다
<양면 스캔 방식>
화상독취장치(100)를 이용하여 양면 스캔을 수행하는 경우 원고는 단면 스캔 방식의 시퀀스와 같이 이송되면서, 140번 위치에서 멈추게 된다. 140번 위치에 왔을 때 스캔부(120)는 원고의 일면을 스캔한 상태이다. 그 후 정지위치가 140과 115a 사이에 있을 때 원고의 걸림이 없이 이송할 수 있으며 모터의 역회전에 의하여 160번의 통로를 따라서 이송된다. 160번 통로를 지나 다시 스캔부(120)을 지나면서 타면(뒷면)이 스캔된다. 그 후 원고의 순서를 위해 160번 통로를 통해 한번 더 원고를 이송하여 원래의 순서에 맞게 정렬하도록 한다.
<정지 거리와 관련하여>
양면 스캔을 하려면, 원고는 상술한 방식대로 이송되면서 정지위치가 140과 115a 사이에 있어야 한다. 그래야지만 원고의 걸림이 없이 이송할 수 있다. 이 때 BLDC 모터의 경우 모터의 관성이 크고 모터 특성상 정지 위치에 바로 정지 할 수 없다. 그러므로 기존 화상독취장치와 달리 정지 제어가 발생한 후 특정거리 이상 140의 위치가 확보되어야 한다. 즉 140번위치 + 정지밀림거리 < 롤러 18의 위치가 되어야 한다
정지밀림거리 산출은 구동 속도 대역별 모터 정지후 멈춤거리의 최대치이다.(정지후 멈춤거리는 Brake를 사용시 짧아질수 있으며, 속도가 높아질수록 커지며 방향전환을 사용하면 짧아질수 있다)
아날로그 방식을 이용하여 BLDC 모터를 제어하는 경우, 다양한 속도 대역을 커버할 수 없기 때문에, 정지 제어가 쉽지 않다. 즉 아날로그 방식의 제어기의 게인 값에 따라서, 양면 스캔시 원고의 걸림이 발생할 수 있다.
다만, 본원 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 방식을 이용하여 BLDC 모터를 제어하는 경우, 다양한 디지털 게인 값을 이용하여 다양한 속도 대역을 커버할 수 있기 때문에, 정지 제어가 용이하다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상독취장치의 원고 이송 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 먼저 입력된 스캔 명령에 대응하여 BLDC 모터에 대한 구동 방향에 대한 정보를 포함하는 제어 명령을 생성한다(S610). 그 후 BLDC 모터의 구동 정보를 감지한다(S620). 그 후 생성된 제어 명령, 감지된 구동 정보 및 BLDC 모터의 구동 방향에 따른 디지털 게인값에 기초하여 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성한다(S630). 생성된 구동 신호를 BLDC 모터에 제공한다(S640). 도 1 및 도 2에서 화상독취장치의 원고 이송 방법에 대해서 구체적으로 설명하였는바, 도 6에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, BLDC 모터를 디지털 방식으로 제어함으로써 다양한 속도 대역에서 정속성을 유지할 수 있다.
또한 다양한 속도 대역에서 정속성을 유지할 수 있는 바, 동작시 소음을 줄일 수 있고, 원고의 선단 마진 문제를 해결할 수 있고, 원고의 스캔 화질이 왜곡 문제를 해결할 수 있으며, 양면 스캔시 원고의 밀림 거리가 길어지는 문제점을 해결할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
200 : 화상독취장치 210 : 스캔부
220 : 원고 이송부 230 : 스캔 제어부
240 : 디지털 제어부 300 : 모터제어장치
310 : 통신 인터페이스부 320 : 센서부
330 : 에러 검출부 340 : 연산부
350 : PWM 생성부 360 : 구동 제어부
370 : 구동 신호부

Claims (18)

  1. 화상독취장치에 있어서,
    원고를 스캔하는 스캔부;
    BLDC(Brushless DC) 모터를 이용하여 상기 스캔부에 원고를 이송하는 원고 이송부;
    상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부;
    상기 스캔부의 동작을 제어하고, 상기 BLDC 모터에 대한 구동 방향에 대한 정보를 포함하는 제어 명령을 생성하는 스캔 제어부;
    상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부; 및
    상기 생성된 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터의 구동 방향에 따른 디지털 게인값에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어하는 디지털 제어부;를 포함하며,
    상기 디지털 제어부는 BLDC 모터의 구동 방향에 따라 다른 디지털 게인값을 이용하여 상기 구동 신호부의 동작을 제어하는 화상독취장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    BLDC 모터의 지령 속도 및 구동 방향별 디지털 게인값을 룩업 테이블로 저장하는 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 제어부는,
    상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출하는 에러 검출부;
    상기 산출된 디지털 에러값 및 상기 디지털 게인값을 이용하여 상기 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산하는 연산부; 및
    상기 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 상기 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성하는 PWM 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에러 검출부는,
    상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값을 산출하는 주파수 에러 검출부; 및
    상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 위상 에러값을 산출하는 위상 에러 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 산출된 주파수 에러값 및 상기 산출된 위상 에러값과 이에 대응되는 디지털 게인값에 대한 시프트(Shift) 연산을 수행함으로써 PWM 듀티비를 연산하는 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 BLDC 모터에 부착된 홀 센서로부터 전기각 정보를 수신하는 전기각 감지부; 및
    상기 BLDC 모터의 속도 정보를 주파수 형태로 수신하는 속도 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 명령은,
    BLDC 모터에 대한 회전 방향을 포함하고, 속도 지령값, 회전 개시/정지, 가속/감속, 브레이크 작동 및 락 타임(lock time) 중 적어도 하나의 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 제어부는,
    상기 생성된 제어 명령을 저장하는 레지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 원고 이송부는 복수개의 BLDC를 이용하여 상기 스캔부에 원고를 이송하고,
    상기 센서부, 상기 디지털 제어부 및 상기 구동 신호부는 상기 복수개의 BLDC 모터 각각에 대응되도록 복수개 구비되며,
    상기 화상독취장치는 복수의 디지털 제어부 중 상기 생성된 디지털 제어 명령에 대응되는 디지털 제어부에 상기 생성된 디지털 제어 명령을 전달하는 통신 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구동 정보는, 상기 BLDC 모터의 전기각 정보 및 상기 BLDC 모터의 회전 속도 정보 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 화상독취장치.
  11. 화상독취장치에서의 원고 이송 방법에 있어서,
    스캔 명령에 대응하여 BLDC 모터에 대한 구동 방향에 대한 정보를 포함하는 제어 명령을 생성하는 단계;
    상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 단계;
    상기 생성된 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터의 구동 방향에 따른 디지털 게인값에 기초하여 상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 구동 신호를 상기 BLDC 모터에 제공하는 단계;를 포함하며,
    상기 구동 신호를 생성하는 단계는, 상기 BLDC 모터의 구동 방향에 따라 다른 디지털 게인값을 이용하여 구동 신호를 생성하는 원고 이송 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 구동 신호를 생성하는 단계는,
    BLDC 모터의 지령 속도 및 구동 방향별 디지털 게인값을 기저장하는 룩업 테이블을 이용하여 구동 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 원고 이송 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호를 생성하는 단계는,
    상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출하는 단계;
    상기 산출된 디지털 에러값 및 상기 디지털 게인값을 이용하여 상기 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 상기 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원고 이송 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 디지털 에러값을 산출하는 단계는,
    상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값을 산출하는 단계; 및
    상기 생성된 제어 명령 내의 속도 지령값 및 구동 방향과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 위상 에러값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원고 이송 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 PWM 듀티비를 연산하는 단계는
    상기 산출된 주파수 에러값 및 상기 산출된 위상 에러값과 이에 대응되는 디지털 게인값에 대한 시프트(Shift) 연산을 수행함으로써 PWM 듀티비를 연산하는 것을 특징으로 하는 원고 이송 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 단계는,
    상기 BLDC 모터에 부착된 홀 센서로부터 전기각 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 BLDC 모터의 속도 정보를 주파수 형태로 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원고 이송 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제어 명령은,
    BLDC 모터에 대한 회전 방향을 포함하고, 속도 지령값, 회전 개시/정지, 가속/감속, 브레이크 작동 및 락 타임(lock time) 중 적어도 하나의 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원고 이송 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 구동 정보는, 상기 BLDC 모터의 전기각 정보 및 상기 BLDC 모터의 회전 속도 정보 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원고 이송 방법.




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