KR20070058258A - 아날로그 엔코더 진단장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

아날로그 엔코더 진단장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단방법은 두 개의 채널을 가진 아날로그 엔코더에서 출력된 두 개의 아날로그 정현파 파형을 디지털 데이터로 변환하는 단계; 그 정현파 파형의 분석범위의 상한값과 하한값을 설정하는 단계; 그 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 비교레벨과 그 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구하는 단계; 및 그 교점의 X좌표값을 분석하여 그 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 아날로그 정현파 파형 자체를 이용하여 상기 엔코더의 이상 여부를 판단하므로 디지털 변환장치의 사양에 독립적으로 엔코더의 이상 여부를 판단할 수 있다.

Description

아날로그 엔코더 진단장치 및 방법{Apparatus and method for diagnosis of analog encoder}

도 1a는 2채널 아날로그 엔코더의 바람직한 출력 파형을 도시한 일 실시예이다.

도 1b는 도 1a의 아날로그 엔코더의 출력 파형을 디지털파형으로 변환한 일 실시예이다.

도 2는 일반적인 아날로그 엔코더 진단장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단방법을 흐름도로 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단방법의 일 실시예를 도시한 것이다.

본 발명은 아날로그 엔코더에 관한 것으로서, 특히 아날로그 엔코더 진단장 치 및 방법에 관한 것이다.

도 1a는 2채널 아날로그 엔코더의 바람직한 출력 파형을 도시한 일 실시예이며 도 1b는 아날로그 엔코더의 출력 파형을 디지털파형으로 변환한 일 실시예이다.아날로그 엔코더는 제어 시스템의 위치 센서로서 아날로그 엔코더를 이용하기 위해서는 도 1a의 2채널 아날로그 엔코더의 출력파형을 다양한 방법을 통하여 디지털파형으로 변환하였을 때 도 1b의 디지털파형과 같이 두 정현파의 위상차가 이상적으로 90도를 유지하여야 한다. 아날로그 엔코더는 도 1b의 디지털파형과 같은 시퀀스(Sequence)를 만족하지 않으면 위치 오차가 발생하여 제어성능에 영향을 주게 된다.

도 2는 일반적인 아날로그 엔코더 진단장치의 구성을 나타내는 블록도이다.아날로그 엔코더가 정상적으로 작동하고 있는지를 판단하는 아날로그 엔코더의 진단장치는 인버터 또는 비교기(220) 및 디지털파형 분석부(240)를 포함하여 이루어진다. 아날로그 인코더(200)는 2개의 채널을 통하여 두 개의 아날로그 정현파를 출력한다. 인버터 또는 비교기(220)는 정현파 파형을 디지털파형으로 변환하고 디지털파형 분석부(240)는 디지털파형을 이용하여 엔코더에서 출력된 두 정현파의 위상의 이상 여부를 판단한다.

그런데 상기와 같이 디지털파형을 이용하여 엔코더의 이상 여부를 판단하는 경우에, 엔코더의 이상 여부의 판단 결과가 디지털파형 변환장치의 성능에 의존하는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 디지털 변환장치의 사양에 의존하지 않고 엔코더가 출력하는 아날로그 정현파의 파형 자체를 이용하여 엔코더의 이상 여부를 판단할 수 있는 아날로그 엔코더 진단장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단방법은 (a) 두 개의 채널을 가진 아날로그 엔코더에서 출력된 두 개의 아날로그 정현파 파형을 디지털 데이터로 변환하는 단계; (b) 상기 정현파 파형의 분석범위의 상한값과 하한값을 설정하는 단계; (c) 상기 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 비교레벨과 상기 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구하는 단계; 및 (d) 상기 교점의 X좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (c)단계는 상기 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 복수의 비교레벨 각각에 대하여 상기 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구하는 것을 특징으로 하고, 상기 (d)단계는 상기 복수의 비교레벨 각각에 대하여 교점의 X좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하는 것이 바람직하다.

상기 (c)단계에서의 교점은 상기 비교레벨과 먼저 만나는 채널을 제 1채널이라 할 때 제 1채널의 정현파가 상기 비교레벨과 만나는 교점은 먼저 만나는 순서대로 A점은 제 1채널의 정현파가 상기 비교레벨과 상승하면서 만나는 점, C점은 상기 제 1채널의 정현파가 상기 비교레벨과 하강하면서 만나는 점 및 E점은 상기 제 1채널의 정현파가 상기 비교레벨과 상승하면서 만나는 점으로 정의하고 제 2채널의 정 현파가 상기 비교레벨과 만나는 교점은 먼저 만나는 순서대로 B점은 제 2채널의 정현파가 상기 비교레벨과 상승하면서 만나는 점 및 D점은 상기 제 2채널의 정현파가 상기 비교레벨과 하강하면서 만나는 점으로 정의할 때, 상기 (d)단계는 상기 교점의 X좌표값을 입력으로 받아 수학식 1과 같이 계산하여 위상차( S1 내지 S4)가 모두 0보다 큰 경우에는 상기 엔코더는 정상적인 위상차를 가지는 것으로 판단하고, 상기 위상차(S1 내지 S4) 중 어느 하나가 0보다 작은 경우에는 상기 엔코더가 비정상적인 위상차를 가지는 것으로 판단하는 것이 바람직하다.

[수학식 1]

S1=B(x)-A(x)

S2=C(x)-B(x)

S3=D(x)-C(x)

S4=E(x)-D(x)

(여기서, A(x), B(x), C(x), D(x) 및 E(x)는 상기 각 교점의 X좌표값을 의미하며 단위는 각도의 단위인 도 또는 라디안임)

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단장치는 두 개의 채널을 가진 아날로그 엔코더에서 출력된 두 개의 아날로그 정현파 파형을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환부; 상기 정현파 파형의 분석범위의 상한값과 하한값을 설정하는 분석범위 설정부; 상기 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 비교레벨과 상기 두 개의 정현파와의 교점의 X 좌표값을 구하는 교점 추출부; 및 상기 교점의 X 좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지를 판단하는 위상차 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 교점 추출부는 상기 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 복수의 비교레벨 각각에 대하여 상기 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구하며, 상기 위상차 판단부는 상기 복수의 비교레벨 각각에 대하여 교점의 X좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 아날로그 엔코더 진단장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다. 도 4는 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단방법을 흐름도로 도시한 것이다. 도 5는 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단방법의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 아날로그 엔코더 진단장치를 도 4에 도시된 아날로그 엔코더 진단방법과 함께 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 아날로그 엔코더 진단장치(320)는 아날로그 디지털 변환부(322), 분석범위 설정부(324), 교점 추출부(326) 및 위상차 판단부(328)를 포함하여 이루어진다.

아날로그 디지털 변환부(322)는 아날로그 엔코더(300)의 두 개의 채널에서 출력된 두 개의 정현파 파형을 디지털 데이터로 변환한다(400단계). 즉, 정현파 파형의 좌표값들을 모두 디지털 값으로 변환한다. 디지털 변환부(322)는 ADC(Analog to Digital Converter)로 구현될 수 있다.

분석범위 설정부(324)는 두 개의 정현파 파형에 대하여 엔코더의 이상 여부를 판단하기 위한 분석범위를 설정한다(420단계). 도 5에 도시된 바와 같이 분석범 위 설정부(324)는 정현파 파형의 출력 전압을 기준으로 엔코더 및 모터의 스펙(Specification)에 따라 상한값과 하한값을 정한다.

교점 추출부(326)는 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 비교레벨과 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구한다(440단계). 비교레벨은 분석범위의 상한값과 하한값 사이의 전압값을 의미한다. 교점 추출부(326)는 상기 아날로그 디지털 변환부(322)의 디지털 데이터를 이용하여 비교레벨과 정현파와의 교점의 X좌표값을 구한다. 도 5에는 비교레벨과 두 개의 정현파와의 교점인 A, B, C, D 및 E가 도시되어 있다. 비교레벨과 먼저 만나는 정현파를 제 1채널의 정현파로 정의하며 도 5에 도시된 바와 같이 A점은 제 1채널의 정현파가 비교레벨과 상승하면서 만나는 점, C점은 제 1채널의 정현파가 비교레벨과 하강하면서 만나는 점 및 E점은 상기 제 1채널의 정현파가 비교레벨과 상승하면서 만나는 점이며 제 2채널의 정현파가 비교레벨과 만나는 교점은 먼저 만나는 순서대로 B점은 제 2채널의 정현파가 비교레벨과 상승하면서 만나는 점 및 D점은 상기 제 2채널의 정현파가 비교레벨과 하강하면서 만나는 점이 된다. 도 5에는 교점을 구하기 위한 교점의 X좌표의 위상의 범위를 0도에서 360도로 하고 있으나 다섯 개의 교점을 구하기 위하여 교점의 X좌표의 위상의 범위를 더 넓게 정할 수 있다(예를 들어 0도에서 450도까지).

위상차 판단부(328)는 교점의 X좌표값을 분석하여 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하여 엔코더의 이상 여부를 판단한다(460단계). 위상차 판단부(328)는 교점 추출부(326)로부터 구한 교점의 X좌표값을 입력으로 받아 수학식 1과 같이 계산하여 위상차(S1 내지 S4)를 구한다.

S1=B(x)-A(x)

S2=C(x)-B(x)

S3=D(x)-C(x)

S4=E(x)-D(x)

(여기서, A(x), B(x), C(x), D(x) 및 E(x)는 상기 각 교점의 X좌표값을 의미하며 단위는 각도의 단위인 도 또는 라디안임)

S1내지 S4가 모두 0보다 큰 값을 갖는 경우에는 두 정현파는 정상적인 위상차를 가지고 엔코더에서 출력되므로 엔코더는 정상적으로 작동한다. 반면에, 상기 S1내지 S4 중에서 어느 하나가 0보다 작은 값을 갖는 경우에는 두 정현파는 0보다 작은 값을 가지는 위상영역에서 비정상적인 위상차를 가지고 출력되므로 엔코더는 비정상적으로 작동한다. 상기와 같이 S1 내지 S4 의 값이 0보다 큰 값을 가지는지 판단하여 엔코더의 이상여부를 판단한다. 도 5에 도시된 S1 내지 S4는 모두 0보다 큰 값을 가지며 두 정현파는 정상적인 위상차를 가지고 엔코더에서 출력되므로 엔코더는 정상적으로 작동하는 것으로 판단된다.

교점 추출부(326)는 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 복수의 비교레벨에 대하여 각각 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구하며, 위상차 판단부(328)는 상기 복수의 비교레벨 각각에 대해 교점의 X좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하는 것이 바람직하다. 예를 들어 분석범위의 상한값이 5V이고 하한값이 1V라고 할 때 5V와 1V 사이의 전압을 0.1V의 차이로 구분 하여 비교레벨(1.1V,1.2V,1.3V.....,4.9V 및 5V로 함)을 복수로 하고 각각의 비교레벨에 대하여 440단계와 460단계를 거쳐 엔코더의 이상 여부를 판단한다. 비교레벨의 개수는 많을수록 두 정현파의 분석범위 내에서 두 정현파가 정상적으로 동작하는지 세밀하게 분석하게 되므로 엔코더의 정상 작동 여부에 대한 진단 결과의 신뢰성이 향상된다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술할 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 예컨대 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등과 같은 마그네틱 저장매체, 예컨대 씨디롬, 디브이디 등과 같은 광학적 판독매체, 및 예컨대 인터넷을 통한 전송과 같은 캐리어 웨이브와 같은 저장매체를 포함한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 아날로그 엔코더 진단장치 및 방법에 의하면, 아날로그 정현파 파형 자체를 이용하여 상기 엔코더의 이상 여부를 판단하므로 디지털 변환장치의 사양에 독립적으로 엔코더의 이상 여부를 판단할 수 있다.

Claims (5)

1. (a) 두 개의 채널을 가진 아날로그 엔코더에서 출력된 두 개의 아날로그 정현파 파형을 디지털 데이터로 변환하는 단계;

   (b) 상기 정현파 파형의 분석범위의 상한값과 하한값을 설정하는 단계;

   (c) 상기 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 비교레벨과 상기 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구하는 단계; 및

   (d) 상기 교점의 X좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 엔코더의 진단 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기(c)단계는

   상기 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 복수의 비교레벨 각각에 대하여 상기 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구하는 것을 특징으로 하고,

   상기(d)단계는

   상기 복수의 비교레벨 각각에 대해 교점의 X좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하는 것을 특징으로 하는 아날로그 엔코더의 진단방법.
3. 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 (c)단계에서의 교점은

   상기 비교레벨과 먼저 만나는 채널을 제 1채널이라 할 때 제 1채널의 정현파가 상기 비교레벨과 만나는 교점은 먼저 만나는 순서대로 A점은 제 1채널의 정현파가 상기 비교레벨과 상승하면서 만나는 점, C점은 상기 제 1채널의 정현파가 상기 비교레벨과 하강하면서 만나는 점 및 E점은 상기 제 1채널의 정현파가 상기 비교레벨과 상승하면서 만나는 점으로 정의하고 제 2채널의 정현파가 상기 비교레벨과 만나는 교점은 먼저 만나는 순서대로 B점은 제 2채널의 정현파가 상기 비교레벨과 상승하면서 만나는 점 및 D점은 상기 제 2채널의 정현파가 상기 비교레벨과 하강하면서 만나는 점으로 정의할 때,

   상기 (d)단계는

   상기 교점의 X좌표값을 입력으로 받아 수학식 1과 같이 계산하여 위상차( S1 내지 S4)가 모두 0보다 큰 경우에는 상기 엔코더는 정상적인 위상차를 가지는 것으로 판단하고, 상기 위상차(S1 내지 S4) 중 어느 하나가 0보다 작은 경우에는 상기 엔코더가 비정상적인 위상차를 가지는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 아날로그 엔코더 진단 방법.

   [수학식 1]

   S1=B(x)-A(x)

   S2=C(x)-B(x)

   S3=D(x)-C(x)

   S4=E(x)-D(x)

   (여기서, A(x), B(x), C(x), D(x) 및 E(x)는 상기 각 교점의 X좌표값을 의미 하며 단위는 각도의 단위인 도 또는 라디안임)
4. 두 개의 채널을 가진 아날로그 엔코더에서 출력된 두 개의 아날로그 정현파 파형을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환부;

   상기 정현파 파형의 분석범위의 상한값과 하한값을 설정하는 분석범위 설정부;

   상기 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 비교레벨과 상기 두 개의 정현파와의 교점의 X 좌표값을 구하는 교점 추출부; 및

   상기 교점의 X 좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지를 판단하는 위상차 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 엔코더 진단장치.
5. 상기 제 4항에 있어서, 상기 교점 추출부는

   상기 상한값과 하한값 사이의 값을 갖는 복수의 비교레벨 각각에 대하여 상기 두 개의 정현파와의 교점의 X좌표값을 구하며,

   상기 위상차 판단부는

   상기 복수의 비교레벨 각각에 대해 교점의 X좌표값을 분석하여 상기 두 정현파가 정상적인 위상차를 가지는지 판단하는 것을 특징으로 하는 아날로그 엔코더의 진단장치.

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