KR20080113130A

KR20080113130A - 선택적 작동 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20080113130A
Application number: KR1020087028960A
Authority: KR
Inventors: 프리드리히 쇼에르그; 에른스트 스텀프; 구엔테르 그루프; 오토 러크
Original assignee: 칼 짜이스 인두스트리엘레 메스테크니크 게엠베하
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-12-26
Also published as: DE502007003154D1; EP2010977B1; DE102006020680A1; EP2010977A1; JP2009534764A; US20090184676A1; WO2007124828A1; US8115440B2

Abstract

선택적으로 작동될 수 있으며 작업물(22)에 대하여 적어도 하나의 이동축(18)을 따라 이동되는 기계 부품(12)의 위치 정밀 트리거링을 위한 방법에 있어서, 위치 펄스(32)는 증분형 인코더(28)에 의해 발생되며, 위치 펄스 트레인(30)에서의 위치 펄스(3)의 수는 기계 부품(12)의 이동 위치를 나타낸다. 위치 펄스의 현재 수가 정의된 펄스 수에 대응하는 경우 기계 부품(12)에 대한 트리거 신호(54)가 발생된다. 바람직하게, 위치 펄스의 현재 수와 정의된 펄스 수는 보다 높은 레벨의 구동 제어 회로(38, 46)로부터 원격으로 비교된다. 위치 펄스의 현재 수와 정의된 펄스 수가 컴퓨터 유닛(36)의 인터페이스 카드(48) 상에 구성되는 비교기에서 비교되는 경우 구동 제어 회로가 컴퓨터 유닛(36)의 중앙 프로세서(38)에 의해 주기적으로 실행되는 제어기 프로그램(46)의 형태로 폐쇄 루프 제어기와 함께 구현되는 것이 특히 바람직하다.

Description

선택적 작동 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE POSITIONALLY ACCURATE TRIGGERING OF AN OPTIONALLY ACTIVATED MACHINE PART}

본 발명은, 서로 이격되어 있는 처리 위치들에서의 작업물(workpiece)의 위치 정밀(position-accurate) 처리를 가능하게 하기 위하여, 선택적으로 작동될 수 있으며 작업물에 대하여 적어도 하나의 이동축을 따라 이동되는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 방법과 이러한 장치는 예를 들어 액정 디스플레이(LCD)의 생산이나 태양 전지의 생산에 필요한 것이다. 그러나, 이들이 바람직한 응용예라고 해도, 본 발명이 이들 예시적인 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이동 가능한 기계 부품의 위치 정밀 트리거링을 위한 하나의 공지된 방법으로는 DE 101 49 828 A1에 기재되어 있다. 이 경우에, 기계 부품은 인쇄 실린더를 조각하기 위한 조각침(engraving stylus)이다. 조각침은 인쇄 실린더의 길이 축에 평행하게 진행하는 이동축을 따라 인쇄 실린더에 대하여 이동된다. 조각침에 대한 구동 수단은 펄스 트레인의 각 펄스에 응답하여 이동축을 따라 조각침의 정의된 전진 이동을 일으키는 스테핑 모터(stepping motor)이다. 따라서, 조각침의 현재 축 위치는 펄스를 카운팅함으로써 결정될 수 있다. 조각침의 높은 위치 정밀도를 보장하기 위하여, DE 101 49 828 A1은 위치 불일치(discrepancy)를 보정하기 위한 방법을 제안한다. 이 방법은 축 측정 위치가 조각 공정 전에 조각침의 전진 이동 경로에 대해 정의되는 것을 포함하고, 측정 위치에서의 위치 불일치를 결정하기 위하여 측정 장치가 사용된다. 위치 불일치는 보정 값 메모리에 보정 값으로서 제공된다. 조각 공정 동안, 조각침의 위치 불일치는 보정 값 메모리로부터의 값에 의해 보정된다.

이 공지된 방법은 보정 값이 개별적으로 기록되어야 한다. 기계 부품의 트리거링에 대한 위치 정밀도는 보정 값의 밀도에 따라 좌우된다. 복수의 보정 값을 기록하는 것은 이와 관련된 부담으로 인해 불리할 수 있다. 그러나, 공지된 방법의 경우, 위치 보정이 수행될 수 있는 속도에 의해 작업물에 대한 기계 부품의 이동 비율이 제한된다는 것이 더 문제가 될 수 있다. 보정 값이 메모리로부터 판독되어야 하고 공지된 방법으로 처리되어야 하므로, 이 공지된 방법은 신속하고 고가의 제어 컴퓨터를 필요로 하거나, 아니면 기계 부품이 다소 느리게만 전진 이동될 수 있다. 따라서, 공지된 방법은 초기에 언급한 바람직한 응용예에 대하여 최선책이 아니다.

이러한 배경에 대하여, 본 발명의 목적은 작업물에 대하여 이동되는 기계 부품을 빠르고 높은 위치 정밀도로 트리거하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한, 비용 효율적인 방식으로 본 방법 및 장치를 구현하는 것이 가능하여야 한다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 서로 이격되어 있는 처리 위치들에서의 작업물의 위치 정밀 처리를 가능하게 하기 위하여, 선택적으로 작동될 수 있으며 작업물에 대하여 적어도 하나의 이동축을 따라 이동되는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법에 의해 이러한 목적이 달성되며, 본 방법은,

- 기계 부품이 이동축을 따라 이동함에 따라 위치 펄스의 수가 증가하는 제1 펄스 트레인을 발생시키는 증분형 인코더(incremental encoder)를 제공하는 단계로서, 상기 위치 펄스의 수는 상기 기계 부품의 이동 위치를 나타내는 것인, 증분형 인코더 제공 단계,

- 상기 기계 부품에 대하여 원하는 트리거 위치를 나타내는 제1 펄스 수를 정의하는 단계,

- 상기 위치 펄스의 현재 수를 결정하기 위하여 상기 기계 부품의 이동 동안 상기 위치 펄스를 카운팅하는 단계,

- 상기 위치 펄스의 현재 수를 상기 제1 펄스 수와 비교하는 단계, 및

- 상기 위치 펄스의 현재 수가 상기 제1 펄스 수에 대응하는 경우 상기 기계 부품을 트리거하기 위하여 제1 트리거 신호를 발생시키는 단계

를 포함한다.

본 발명의 제2 양상에 따르면, 서로 이격되어 있는 처리 위치들에서의 작업물의 위치 정밀 처리를 가능하게 하기 위하여, 선택적으로 작동될 수 있으며 작업물에 대하여 적어도 하나의 이동축을 따라 이동될 수 있는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 장치에 의해 이러한 목적이 달성되며, 본 장치는, 기계 부품이 이동축을 따라 이동함에 따라 위치 펄스의 수가 증가하는 제1 펄스 트레인)을 발생시키는 증분형 인코더로서, 상기 위치 펄스의 수는 상기 기계 부품의 이동 위치를 나타내는 것인, 증분형 인코더, 상기 기계 부품의 원하는 트리거 위치를 나타내는 제1 펄스 수를 저장하는 메모리, 상기 위치 펄스의 현재 수를 결정하기 위하여 상기 기계 부품의 이동 동안 상기 위치 펄스를 카운팅하는 카운터, 상기 위치 펄스의 현재 수와 상기 제1 펄스 수를 비교하는 비교기, 및 상기 위치 펄스의 현재 수가 상기 제1 펄스 수에 대응하는 경우 상기 기계 부품을 트리거하기 위하여 제1 트리거 신호를 발생시키는 신호 발생기를 포함한다.

기계 부품을 트리거하기 위하여, 본 신규 방법 및 장치는, 한 때의 펄스 트레인에서의 펄스 수가 기준점에 대하여 기계 부품이 움직인 거리의 측정치가 되는 식으로, 이동축을 따라 기계 부품의 이동 동안 증분형 인코더에 의해 발생되는 펄스 트레인을 평가한다. 이는 기계 부품이 고정된 작업물에 대하여 이동되든지 아니면 작업물이 대안으로서 또는 추가적으로 이동되든지에 관계없다. 단순화를 위하여, 다음 설명에서는 기계 부품이 이동되는 것으로 가정하지만, 이는 이러한 구현예에 한정하는 것으로 이해하여서는 안 된다.

증분형 인코더는 "위치 펄스"의 트레인, 즉 펄스의 트레인을 발생시키는데, 이의 수는 작업물에 대한 기계 부품의 상대 위치를 나타내는 것이다. 위치 펄스의 수가 정의된 펄스 수와 비교되므로, 예를 들어 작업물의 처리를 수행하기 위하여, 기계 부품이 원하는 트리거 위치에 위치되어 있는지에 대하여 매우 신속하고 정밀한 결정이 이루어질 수 있다. 2개 수의 비교는 적은 저비용 컴포넌트로 어떤 복잡한 신호 준비 없이 특히 매우 빠르게 수행될 수 있다.

또한, 이 경우에 기계 부품이 트리거되는 위치 정밀도는 실질적으로 증분형 인코더의 정밀도에만 의존한다. 기계 부품 및/또는 작업물에 대한 구동 수단의 동기화 변동(synchronization fluctuation)이 완전히 없어진다. 또한, 높은 분해능(resolution)과 매우 정확한 세분화(subdivision)를 갖춘 증분형 인코더를 쉽게 이용할 수 있는데, 이와 같은 증분형 인코더는 기계 공구나 좌표 측정 기계의 경우와 같이 기계 부품의 위치 정밀 이동을 필요로 하는 다수의 기계에 사용되기 때문이다.

바람직한 예시적인 실시예에서, 증분형 인코더에 글래스 스케일(glass scale)이 사용되는데, 글래스 스케일은 광학적, 유도적 또는 용량적으로 판독되는 세분화를 갖는다. 또한, 바람직한 증분형 인코더는 물리적으로 제공되는 세분화 사이의 내삽(interpolation)을 가능하게 함으로써, 특히 높은 분해능과 그에 따른 정확한 트리거링을 달성하는 것을 가능하게 한다.

사실상 이 경우의 위치지정 정밀도는 증분형 인코더에만 의존하므로, 매우 높은 수준의 재현성도 달성되며, 하나의 동일한 점에서 작업물의 매우 정확한 반복 처리를 가능하게 한다.

요약해서 말하면, 따라서 본 신규 방법 및 장치는 선택적으로 작동될 수 있는 기계 부품의 빠르고 비용 효율적인 트리거링을 가능하게 하고, 매우 높은 위치지정 정밀도 및 재현성도 또한 가능하게 한다. 그에 따라 전술한 문제점이 완전히 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 개선예에 있어서, 위치 펄스의 현재 수와 제1 펄스 수는 기계 부품의 이동 동안 2개의 인접한 위치 펄스 사이의 시간 간격보다 짧은 시간 간격 내에서 서로 비교된다. 바람직한 변형예에서, 이 개선예의 인접한 위치 펄스들은 또한 글래스 스케일의 실제 위치 펄스들 사이의 내삽된 펄스일 수도 있다.

이러한 개선예는 펄스 수가 실시간으로 비교될 수 있게 해주고, 따라서 기계 부품의 특히 빠르고 정확한 트리거링을 가능하게 한다.

부가의 개선예에서, 상기 제1 트리거 신호는 기계 부품이 정의된 종료 위치에 도달할 때까지 위치 펄스의 현재 수의 함수로서 반복적으로 발생된다. 바람직하게, 종료 위치는 또한 펄스 수의 형태로 정의되며, 그리하여 종료 위치는 마찬가지로 매우 빠르고 정확하게 식별될 수 있다.

이 개선예는 증분형 인코더로부터 위치 펄스의 함수로서 기계 부품의 반복된 트리거링을 포함한다. 개선예는, 기계 부품이 트리거되는 위치가 매우 정확하게 결정되고, 예를 들어 재작업하거나 작업물의 반복 처리의 경우, 마찬가지로 정확하게 재현될 수 있다는 이점을 갖는다. 구동 수단 사이의 동기화 변동으로부터 야기되는 위치 편차가 없어진다. 하지만, 구동 수단 사이의 동기화 변동은 트리거 주파수, 즉 기계 부품이 트리거되는 시간 간격에 영향을 미칠 수 있다.

대안의 개선예에서, 따라서, 제1 트리거 신호가 다수의 연속 "시간 펄스"를 갖는 제2 트리거 신호를 발생시키는 펄스 발생기를 시동시키며, 시간 펄스가 기계 부품을 트리거하는 것이 바람직하다.

이 개선예에서, 증분형 인코더로부터의 위치 펄스는 주로 기계 부품에 의해 작업물을 처리하기 위한 시작 위치를 정의하는데 사용된다. 위치 펄스의 현재 수를 적합하게 정의된 제1 펄스 수와 비교함으로써 결정될 수 있는 이 시작 위치에 도달하면, 시간 펄스의 트레인은 바람직하게 기계 부품이 정의된 종료 위치에 도달할 때까지 기계 부품의 트리거링을 인수한다. 이 개선예에서, 시작 위치와 종료 위치 사이의 이동 영역에서의 기계 부품의 트리거링은 더 이상 기계 부품의 위치에 정확하게 의존하지 않고, 시작 위치를 가로지른 이래로 지난 시간에 의존한다.

이 개선예는, 기계 부품이 동작 주파수의 변동에 민감하게 반응하는 경우 또는 처리 위치들 사이의 상대 거리의 작은 변동이 기계 부품의 동작 주파수의 변동보다 덜 심각한 경우 유리하다. "시간 펄스"는 예를 들어, 결정 안정화된 발진기에 의해 매우 쉽고 높은 정밀도로 생성될 수 있다. 그래도, 본 발명은 상기 일반적인 형태로 설명된 이점의 이득을 얻는데, 시작 위치가 매우 간단하고 빠르게 그리고 높은 위치 정밀도로 식별되기 때문이다.

본 발명의 부가의 개선예에서, 기계 부품은 적어도 제1 트리거 신호가 발생된 후에 일정한 속도로 이동된다.

이 개선예는, 가능한 균일한 기계 부품 동작 주파수와, 작업물에 대한 처리 지점들 사이의 가능한 일정한 간격을 얻기 위하여, 본 발명의 양자의 대안에서 유리하다.

부가의 개선예에서, 상기 일정한 속도는 기계 부품의 동작 주파수의 함수로서 결정된다. 바람직하게, 상기 일정한 속도는 또한 제1 펄스 수의 함수로서 결정된다.

이 개선예는 처리를 수행하고 있는 기계 부품을 과부하시키지 않고서 작업물의 신속한 처리를 가능하게 한다.

본 발명의 부가의 개선예에서, 위치 펄스는 제1 트리거 신호가 발생되면 정의된 시작 값으로 설정되는 디지털 카운터를 사용하여 카운팅된다. 정의된 시작 값은 표로부터 얻을 수 있거나, 미리 결정된 함수로부터 계산될 수 있는데, 상기 표 및/또는 함수는 바람직하게 컴퓨터 유닛에 저장되어 있으며, 이에 의하여 디지털 카운터는 정의된 시작 값으로 설정될 수 있다.

디지털 카운터는 매우 간단하고 저가의 컴포넌트이며, 증분형 인코더의 신속한 평가를 가능하게 한다. 디지털 카운터는 제1 트리거 신호가 발생될 때마다 정의된 시작 값으로 설정되므로, 일정 또는 가변 처리 간격이 매우 용이하고 비용 효율적으로 구현될 수 있다.

부가의 개선예에서, 기계 부품은 트리거 신호가 발생되면 동작을 수행하며, 동작이 발생하지 않거나 성공하지 못한 경우 고장(fault) 신호가 발생된다. 레이저를 사용하여 작업물을 처리하는 경우, 고장 신호는 예를 들어 트리거 신호시 레이저가 성공적인 처리를 수행할 만큼 충분한 에너지를 아직 확립하지 못한 경우 생성될 수 있다.

이 개선예는 처리된 작업물에 대한 결함의 식별을 단순화하기 때문에 유리하다. 이 경우에, 결함은 작업물이 또한 처리되는 정밀도와 동일한 정밀도로 식별된다.

부가의 개선예에서, 위치 펄스의 현재 수는 고장 신호가 발생하는 경우 고장 메모리에 저장된다.

이 개선예는, 기계 부품을 또 다른 진행으로 저장된 위치 펄스의 수에 대응하는 지점으로 다시 정확하게 이동시킴으로써, 작업물에 대한 장애 지점의 정확한 재작업을 가능하게 한다. 필요하다면, 저장된 위치 펄스의 수는 임의의 가능한 부동 시간(dead time)을 고려함으로써, 이에 의해 고장 신호가 방출되면 지연되는 것이 유리하다.

부가의 개선예에서, 기계 부품은 구동 제어 회로에 의해 이동되며, 구동 제어 회로는 기계 부품의 실제 위치를 결정하기 위하여 위치 펄스의 현재 수를 수신한다. 따라서, 본 신규 장치의 바람직한 개선예는 기계 부품을 이동시키기 위한 구동 수단, 및 구동 수단을 동작시키며 기계 부품의 실제 위치에 대한 위치 펄스의 현재 수를 수신하는 폐쇄 루프 제어기를 갖는 구동 제어 회로를 포함한다.

이 개선예에서, 기계 부품은 구동 제어 회로에 의해 "종래의" 방식으로 이동된다. 이는 기계 부품의 정밀 이동을 가능하게 함으로써, 위치 정밀 트리거링을 단순화한다. 이 개선예에 따른 구동 제어 회로는 또한 위치 펄스의 현재 수도 수신하므로, 본 발명이 구현될 수 있고, 증명된 구동 제어 개념에 매우 간단하고 비용 효율적으로 통합될 수 있다.

본 장치는 또한 증분형 인코더의 접속을 위한 인터페이스 카드 및 중앙 프로세서를 포함하는 프로그램 가능한 컴퓨터 유닛을 갖는 것이 특히 바람직하며, 폐쇄 루프 제어기는 중앙 프로세서에 의해 주기적으로 실행되는 폐쇄 루프 제어기 프로그램의 형태로 구현되고, 적어도 비교기 및 신호 발생기가 인터페이스 카드 상에 구성된다.

이 개선예에서, 인터페이스 카드는 증분형 인코더로부터 공급되는 위치 펄스로부터 가상으로 직접 기계 부품에 대하여 트리거 신호를 발생시킨다. 이는 매우 빠르게 일어나고, 따라서 높은 위치 분해능 및 정밀도를 가능하게 한다. 또한, 인터페이스 카드 상에 제시되는 위치 펄스는 이 경우에 컴퓨터 소프트웨어의 형태인 보다 높은 레벨의 폐쇄 루프 제어기에 이용 가능하다. 이 개선예는 특히 비용 효율적이다. 예로써, 종래의 Pentium® PC가 컴퓨터 유닛으로서 사용하기에 적합하며, 이 경우에 트리거 신호는 신호 레벨로 직접 발생되며, 중앙 프로세서 및 그와 연관된 데이터 처리를 바이패스한다.

본 발명의 부가의 개선예에서, 구동 제어 회로는 2개의 인접한 위치 펄스 사이의 시간 간격 보다 큰 주기 시간으로 주기적으로 위치 펄스의 현재 수를 판독한다.

이 개선예는 복잡한(그리고 그에 따라 느린) 제어 알고리즘이 기계 부품 및/또는 작업물을 구동하는데 사용될 수 있게 한다. 그 결과, 기계 부품은 작업물에 대하여 높은 기본 정밀도로 이동될 수 있다. 또한, 온도, 진동 또는 이용 가능한 구동 전력과 같은 다수의 환경적 파라미터가 고려될 수 있다. 또한, 이는 장치의 제어 편의성을 향상시킨다. 그래도, 이 개선예는 상기에 더 설명된 본 발명의 일반적인 이점, 특히 기계 부품의 빠르고 정확하고 비용 효율적인 트리거링으로부터의 이득을 얻는다.

상기 언급된 특징 및 아래에 더 설명되는 것들은, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서, 각각 서술된 조합 뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 그들 자체로 사용될 수도 있다는 것은 말할 것도 없다.

다음의 상세한 설명에서 본 발명의 예시적인 실시예가 보다 상세하게 설명될 것이며, 도면에 도시된다.

도 1은 본 신규 장치의 예시적인 실시예의 단순화된 도면을 도시한다.

도 2는 본 발명의 제1 예시적인 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.

도 3은 제1 예시적인 실시예를 설명하기 위한 블록도를 도시한다.

도 4는 제2 예시적인 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.

도 5는 제2 예시적인 실시예를 설명하기 위한 블록도를 도시한다.

도 1에서, 본 신규 장치의 예시적인 실시예는 그 전체가 참조 번호 10으로 표시된다. 이 경우에, 장치(10)는 구동 수단(14)을 통하여 가이드 레일(16)에 장착되는 레이저(12)를 포함한다. 레이저(12)는, 레이저(12)의 이동축을 나타내는 것이기도 한 양방향 화살표(18)로 나타낸 바와 같이, 구동 수단(14)에 의해 가이드 레일(16)을 따라 이동될 수 있다.

참조 번호 20은 이 예시적인 실시예에서는 고정되어 있는 기계 테이블을 표시한다. 기계 테이블(20) 상에 작업물(22)이 배열되고, 작업물(22)은 상이한 처리 위치들에서 레이저(12)로부터의 레이저 빔(24)에 의해 처리된다.

이 실시예에서, 작업물(22)은 예를 들어 액정 스크린용 유리판(glass pane) 이다. 유리판은 레이저 빔(24)에 의해 복수의 처리 위치 지점에서 가열되어야 하며, 처리 위치와 처리 위치들 사이의 간격은 처리 품질에 중요한 역할을 한다. 그러나, 본 발명은 이러한 응용예에 제한되지 않고, 일반적으로 위치 정밀 처리를 가능하게 하기 위하여 기계 부품(이 경우에는 레이저(12))이 작업물(22)에 대하여 이동되어야 하는 모든 상황에 사용될 수 있다. 이 경우에, 표현 "처리"는 또한, 작업물(22)을 사진 기록하는 것과 같이, 처리 위치에서 작업물(22)에 대해 어떠한 변화를 일으키지 않는 처리도 포함한다.

여기에 설명된 예시적인 실시예에 대한 대안으로서, 기계 부품(12)은 고정될 수 있으며, 기계 테이블(20)이 이동된다. 또한, 기계 부품(12)과 기계 테이블(20)이 둘 다 서로에 대하여 이동되는 것도 가능하다.

참조 번호 26은 가이드 레일(16)에 평행하게 배열된 글래스 스케일을 표시한다. 참조 번호 28은 이동 가능한 레이저(12)에 접속되는 증분형 인코더를 표시한다. 증분형 인코더(28)는 글래스 스케일(26)을 사용하여 다수의 위치 펄스(32)를 갖는 펄스 트레인(30)을 생성하며, 위치 펄스(32)의 수는 이동축(18)에 따른 레이저(12)의 위치를 나타내는 것이다. 글래스 스케일(26)은 통상적으로 "제로 포인트(zero point)"를 나타내는 기준 마크(여기에서는 도시되지 않음)를 갖는다. 펄스 트레인(30)에서의 위치 펄스(32)는 기준 마크에 대한 레이저(12)의 위치를 나타낸다.

도 1의 실시예는 증분형 인코더(28)가 초기에 사인 및 코사인 신호를 통상적으로 생성하는 범위에서 단순화된 형태로 도시된다. 펄스 트레인(30)은 후속 처리 단계에서 2개 신호로부터 생성되고, 이 경우에 펄스 트레인(30)은 또한 내삽에 의해 얻은 중간 펄스를 포함할 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 펄스 트레인(30)은, 레이저(12)가 가이드 레일(16)을 따라 자신의 최적 작업 속도로 이동되고 있을 때, 약 50 MHz 정도 크기의 주파수에 있다. 따라서, 펄스 트레인의 2개 펄스(32) 사이의 시간 간격 d는 20 나노초 정도이다.

참조 번호 36은 프로세서(38) 및 메모리(40)를 갖는 PC를 표시한다. 바람직한 실시예에서, 이는 Pentium® PC이다. 참조 번호 42는 PC용 모니터를 표시한다. 또한, 이 실시예에서 PC(36)는 약 1 kHz의 주파수로 클록 신호를 생성하는 클록 발생기(44)를 갖는다. 클록 발생기(44)는 전술한 주파수로 인터럽트(interrupt)를 생성하는데 사용되며, 프로세서(38)가 메모리(40)에 저장된 프로그램(46)을 실행하게 한다. 프로그램(46)은 제어 알고리즘을 포함하며, 이에 의해 구동 수단(14)은 원래 공지된 방식으로 동작된다.

보다 세부적으로, 프로세서(38)는 프로그램(46)에 의해 그리고 인터페이스 카드(48)에 의해 구동 제어 신호를 발생시키며, 구동 제어 신호는 접속(50)을 통하여 구동 수단(14)에 공급된다. 이어서, 프로세서(38)는 이동축(18)에 따른 구동 수단(14)의 실제 위치에 대하여 증분형 인코더(28)로부터의 펄스 트레인(30)을 인터페이스 카드(48)로부터 수신한다. 증분형 인코더(28)와 인터페이스 카드(48)의 대응하는 접속은 참조 번호 52로 표시된다.

상기에 이미 언급한 바와 같이, 펄스 트레인(30) 대신에 하나 이상의 아날로 그 신호가 또한 접속(52)을 통해 전송될 수 있고, 인터페이스 카드(48) 상의 대응하는 신호 처리에 의해 펄스 트레인(30)이 생성된다(여기에서는 도시되지 않음). 대응하는 인터페이스 카드(48) 및 제어 알고리즘(46)은 당해 기술 분야의 숙련된 자에게 공지되어 있으며, 따라서 단순화를 위하여 여기서는 더 설명되지 않을 것이다.

그러나, 공지된 인터페이스 카드와는 대조적으로, 이 경우의 인터페이스 카드(48)는 2개의 부가 접속(54, 56)을 통하여 레이저(12)에 접속된다. 인터페이스 카드(48)는 접속(54)을 통하여 트리거 신호를 전송하고, 이 트리거 신호로 인해 레이저(12)는 레이저 빔(24)을 방출한다. 트리거 신호(54)의 제시에도 불구하고 레이저 빔(24)이 생성되지 않은 경우(예를 들어, 레이저 빔(24)을 생성할 만큼 충분한 에너지를 아직 이용할 수 없기 때문에) 또는 다른 이유로 작업물(22)의 처리가 고장이라고 추정되는 경우, 레이저(12)는 접속(56)을 통하여 고장 신호를 전송한다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 레이저(12)에 대한 트리거 신호(54)는 펄스 트레인(30)에 기초하여 직접, 즉 제어 알고리즘(46)을 바이패스하여, 생성된다. 바람직한 예시적인 실시예에서, 트리거 신호(54)는 "링크"(58)로 상징적으로 도시된 바와 같이 인터페이스 카드(48)를 통해 직접 생성된다.

도 2는 본 발명의 제1 예시적인 실시예를 도시하는 단순화된 흐름도이다. 단계 62에 따르면, 펄스 트레인(30)에 대하여 적합한 펄스 수를 정의함으로써 그리고 이것들을 인터페이스 카드(48) 상에 위치된 메모리 레지스터에 기록함으로써(이는 도 3과 관련하여 아래에 더 상세하게 설명될 것임), 작업물(22)의 레이저 처리에 대하여 먼저 시작 위치, 정지 또는 종료 위치, 및 단계폭이 정의된다.

단계 64에 따르면, 시작 위치, 정지 또는 종료 위치, 및 단계폭에 대응하는 펄스 수를 정의할 때, 장치(10)의 기계 파라미터, 특히 레이저(12)의 최적 작업 주파수 및 구동 수단(14)의 최대 이동 속도가 고려된다. 레이저 처리에 대한 단계폭을 나타내는 펄스 수는, 구동 수단(14)의 이동 속도가 최대 이동 속도보다 작도록, 그리고 선택된 이동 속도가 작업물(22)이 레이저(12)의 최적 작업 주파수에 실질적으로 대응하는 레이저(12)의 작업 주파수에서 처리될 수 있게 하도록, 선택된다.

단계 66에 따르면, 그 다음, 카운팅 레지스터(CR)는 시작 위치 및 단계폭에 대한 펄스 수 사이의 차이로부터 얻은 시작 값으로 설정된다.

단계 68에 따르면, 그 다음, 구동 수단(14)은 이동축(18)을 따라 이동되고, 펄스 트레인(30)에서의 위치 펄스(32)가 판독된다.

단계 70에 따르면, 카운팅 레지스터(CR)는 각 위치 펄스(32)로 증분되며, 즉 위치 펄스(32)의 수가 카운팅된다.

단계 72에서, 카운트 레지스터(CR)에서의 카운트가 체크된다. 카운트 레지스터(CR)가 시작 위치를 나타내는 펄스 수와 동일한 수치 값을 포함하는 경우, 레이저(12)는 선택된 단계폭에 대응하는 간격을 가로질러 이동축(18)을 따라 이동된다. 이 경우에, 단계 74에 따르면, 트리거 신호(54)가 생성되고, 레이저(12)에 전송된다. 레이저(12)는 트리거 신호(54)의 함수로서 레이저 빔(24)을 발생시킨다.

또한, 이 경우에, 단계 76에 따르면, 부가의 트리거 신호가 생성되며, 이에 의해 레이저(12)의 현재 위치를 나타내는 펄스의 현재 수가 인터페이스 카드(48) 상의 메모리 레지스터에 저장된다. 처리된 위치는 저장된 펄스 수에 의해 나중에 정확하게 되돌아올 수 있다.

카운팅 레지스터(CR)에서의 카운트가 시작 위치에 대응하는 수치 값보다 작은 한, 펄스 트레인(30)에서의 부가의 펄스(32)가 판독된다(루프 78).

또한, 단계 80에서, 레이저(12)가 의도한 정지 또는 종료 위치에 이미 도달하였는지의 여부를 판정하기 위한 체크가 수행된다. 그러한 경우, 방법은 종료한다. 그렇지 않으면, 단계 66에 따라 카운팅 레지스터(CR)는 그의 시작 값으로 재설정되고, 루프 82에 따라 새로운 진행이 수행된다.

도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 레이저(12)가 선택된 단계폭에 대응하는 간격을 따라 이동되면 레이저(12)에 대한 트리거 신호(54)가 생성되며, 레이저(12)의 위치 뿐만 아니라 선택된 단계폭은 둘 다 펄스 트레인(30)에서 위치 펄스(32)의 수로 나타난다. 위치 펄스의 현재 수가 레이저(12)의 시작 위치에 대응하는 펄스 수보다 선택된 단계폭의 배수만큼 큰 경우 레이저(12)가 트리거된다.

당해 기술 분야에서의 숙련된 자는 레이저(12)가 이동되는 전체 간격에 걸쳐 단계폭이 일정하거나 변할 수 있다는 것을 알 것이다. 마지막에 언급한 상황에서는, 카운팅 레이스터(CR)는 루프(82)를 통한 각각의 진행에 대해 상이한 시작 값으로 설정되며, 이러한 경우 단계폭에 대한 파라미터만 바꾸는 것이 충분하다. 처음 언급한 상황에서는, 카운팅 레지스터(CR)는 각각의 경우에 단계 66에서 동일한 시작 값으로 재설정된다.

도 3은 도 2에 도시된 방법을 수행하기 위하여 인터페이스 카드(48) 상에 제 공되는 주요 기능적 그룹을 갖는 블록도를 도시한다. 동일한 참조 부호는 전과 동일한 구성요소를 나타낸다.

바람직한 실시예에서, 인터페이스 카드(48)는 복수의 카운팅 레지스터를 가지며, 이는 도 3에서 Counter X, Counter Y, 및 Counter Y*으로 표시된다. 카운팅 레지스터 Counter Y와 Counter Y*는 각각 입력 신호로서 펄스 트레인(30)을 수신하고, 각각의 위치 펄스(32)로 그들 카운트를 증분한다.

카운팅 레지스터 Counter Y는 이동축(18)에 따른 레이저(12)의 실제 위치를 결정하기 위하여 사용된다. 보다 구체적으로, 카운팅 레지스터 Counter Y는 제어 알고리즘(46)에 의해 구동 수단(14)을 동작시키기 위하여 중앙 프로세서(38)에 의해 판독된다. 대조적으로, 카운팅 레지스터 Counter Y*는, 도 2에서의 단계 66과 관련하여 상기에 더 설명한 바와 같이, 정기적으로 시작 값으로 재설정된다. 이러한 목적으로, 카운팅 레지스터 Counter Y*는 도 2에서의 단계 66에 따라 카운팅 레지스터 Counter Y*에 시작 값이 기록될 수 있는 설정 레지스터(86)에 접속된다. 작업물(22)의 처리에 대한 시작 위치를 나타내는 수치 값은 이 경우에는 Compare Y*로 표시한 부가의 레지스터에 저장된다.

참조 번호 88은 도 2에서의 단계 72에 대응하여 레지스터 Counter Y*와 Compare Y*로부터의 카운트가 비교되는 비교기를 표시한다. 카운트가 동일한 경우, 비교기(88)는 이 경우에는 신호 분배기(90)에 공급되는 신호를 생성한다. 신호 분배기(90)는 레이저(12)에 대한 트리거 신호(54)를 생성하는 신호 발생기(92)를 포함한다.

도시된 실시예에서, 이는 약 15 ㎲ 정도의 펄스폭을 갖는 트리거 펄스이다. 또한, 신호 분배기(90)는 (도 2에서의 단계 76에 따라) 도 3에서 Strobe 1로 표시한 메모리 트리거를 생성한다. 메모리 트리거는 카운팅 레지스터의 현재 카운트가 저장되는 메모리 레지스터를 활성화하는데 사용된다.

또한, 신호 분배기(90)는 제어 신호(이 경우에는 K3_NIP로 표시함)를 생성하며, 이에 의해 시작 값은 (도 2의 단계 66에 따라) 설정 레지스터(86)로부터 카운팅 레지스터 Counter Y*로 전달된다. 마지막으로, 신호 분배기(90)는 프로세서(38)에 공급되는 인터럽트 요청 신호를 생성하며, 그리하여 중앙 프로세서(38)로 하여금 인터페이스 카드(48) 상의 메모리 레지스터를 판독하게 한다.

참조 번호 56은 작업물(22)의 처리가 성공적이지 못한 경우(추정되는 경우), 레이저(12)로부터 인터페이스 카드(48)로 전달되는 고장 신호를 표시한다. 신호(56)는 카운팅 레지스터 Counter Y에 현재 카운트를 임시 저장하도록 인터페이스 카드(48) 상의 메모리 레지스터를 마찬가지로 활성화하고, 그리하여 후속 처리 진행에서 고장이 발생된 위치로 다시 한 번 이동하는 것을 가능하게 한다.

도 4 및 도 5는 부가의 실시예를 도시하며, 레이저(12)에 대한 트리거 신호(54)는 위치 펄스(32)에만 기초하여 생성되는 것이 아니라, 추가로 복수의 연속 "시간 펄스"(96)(도 5)를 생성하는 펄스 발생기(94)에 의해 생성된다. 이와 별개로, 동일한 참조 부호는 전과 동일한 구성요소를 나타낸다.

단계 98에 따르면, 본 방법은 다시 시작 및 정지/종료 위치의 정의로 시작하며, 이들 위치는 다시 한 번 위치 펄스의 수의 형태로 정의된다. 단계 100에 따르 면, 카운팅 레지스터 Counter Y*가 먼저 모두 제로(zero)로 설정된다. 그 다음, 단계 102, 104에 따르면, 펄스 트레인(30)에서의 위치 펄스(32)가 판독되고, 카운팅 레지스터 CR(=Counter Y*)은 각각의 위치 펄스(32)로 증분된다.

단계 106에 따르면, 먼저 카운팅 레지스터 CR에서의 카운트가 시작 값(위치 펄스의 수의 형태)과 동일한지 판정하기 위한 체크가 수행된다. 그렇지 않다면, 방법은 루프(108)에 남아있게 된다. 비교기(88)(도 5)를 사용하여 카운팅 레지스터 CR(Counter Y*)의 시작 값과의 비교가 다시 수행된다. 신호 분배기(90)가 대응하는 전달 신호 K3_NIP를 생성하면, 시작 값은 설정 레지스터(88)로부터 비교 레지스터 Compare Y*에 기록된다(본 방법에서 단계 100).

카운팅 레지스터 Counter Y*와 비교 레지스터 Compare Y*의 카운트가 동일하다면, 단계 110에 따라 펄스 발생기(94)가 트리거된다. 펄스 발생기(94)는 레이저(12)를 반복적으로 트리거하는 시간 펄스(96)를 갖는 펄스 트레인을 생성한다.

시간 펄스 트레인(96)의 생성 동안 레이저(12)가 이동축(18)을 따라 가능한 일정한 속도로 이동된다는 것은 자명하다. 구동 수단(14)은 바람직하게, 시작 위치(비교 레지스터 Compare Y*에서의 선택된 카운트에 대응함)를 넘어 이동하며 일정한 속도에 도달하도록, 휴지(rest) 상태로부터 가속되며 구동 제어 시스템(46)에 의해 동작된다.

펄스 발생기(94)가 레이저(12)를 트리거하기 위하여 시간 펄스 트레인(96)을 생성하면서, 단계 116에 따라 작업물(22)의 처리에 대한 정지 또는 종료 위치에 도달할 때까지, 단계 112, 114에 따라 펄스 트레인(30)에서의 위치 펄스(32)는 계속 카운팅된다. 그 다음, 단계 118에 따라 펄스 발생기(94)가 정지된다.

Claims

서로 이격되어 있는 처리 위치들에서의 작업물(22)의 위치 정밀(position-accurate) 처리를 가능하게 하기 위하여, 선택적으로 작동될 수 있으며 작업물(22)에 대하여 적어도 하나의 이동축(18)을 따라 이동되는 기계 부품(12)의 위치 정밀 트리거링을 위한 방법으로서,

기계 부품(12)이 이동축(18)을 따라 이동함에 따라 위치 펄스(32)의 수가 증가하는 제1 펄스 트레인(30)을 발생시키는 증분형 인코더(28)를 제공하는 단계로서, 상기 위치 펄스(32)의 수는 상기 기계 부품(12)의 이동 위치를 나타내는 것인, 증분형 인코더(28) 제공 단계;

상기 기계 부품(12)에 대하여 원하는 트리거 위치를 나타내는 제1 펄스 수를 정의하는 단계(66, 100);

상기 위치 펄스의 현재 수를 결정하기 위하여 상기 기계 부품(12)의 이동 동안 상기 위치 펄스를 카운팅하는 단계(70, 104);

상기 위치 펄스의 현재 수를 상기 제1 펄스 수와 비교하는 단계(77, 106); 및

상기 위치 펄스의 현재 수가 상기 제1 펄스 수에 대응하는 경우 상기 기계 부품(12)을 트리거하기 위하여 제1 트리거 신호(54, Z_EQUAL)를 발생시키는 단계(74, 110)

를 포함하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 위치 펄스의 현재 수 및 상기 제1 펄스 수는 상기 기계 부품(12)의 이동 동안 2개의 인접한 위치 펄스 사이의 시간 간격(d)보다 작은 시간 간격 내에서 서로 비교되는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제1 트리거 신호(54, Z_EQUAL)는 상기 기계 부품(12)이 정의된 종료 위치에 도달할 때까지 상기 위치 펄스의 현재 수의 함수로서 반복적으로 발생되는 것(82)을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제1 트리거 신호(Z_EQUAL)는 다수의 연속 시간 펄스를 갖는 제2 트리거 신호(96)를 생성하는 펄스 발생기(94)를 시동시키며, 상기 시간 펄스가 상기 기계 부품(12)을 트리거하는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기계 부품(12)은 적어도 상기 제1 트리거 신호(54)의 발생 후에 일정한 속도로 이동되는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 5에 있어서,

상기 일정한 속도는 상기 기계 부품의 동작 주파수(64)의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위치 펄스(32)는 상기 제1 트리거 신호(Z_EQUAL)가 발생되면 정의된 시작 값으로 설정(66)되는 디지털 카운터(Counter Y*)를 사용하여 카운팅되는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기계 부품(12)은 상기 트리거 신호(54)가 발생되면 동작을 수행하며, 상기 동작이 일어나지 않거나 성공하지 못한 경우 고장 신호(56)가 생성되는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 8에 있어서,

상기 위치 펄스의 현재 수는 상기 고장 신호(56)가 발생하는 경우 고장 메모리(Latch Y*-2)에 저장되는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기계 부품(12)은 구동 제어 회로(14, 28, 38, 44, 46)에 의해 이동되며, 상기 구동 제어 회로(14, 28, 38, 44, 46)는 상기 기계 부품(12)의 실제 위치를 결정하기 위하여 상기 위치 펄스의 현재 수를 수신하는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
청구항 10에 있어서,

상기 구동 제어 회로는 2개의 인접한 위치 펄스(32) 사이의 시간 간격(d)보다 큰 주기 시간(44)으로 주기적으로 상기 위치 펄스의 현재 수를 판독하는 것을 특징으로 하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 방법.
서로 이격되어 있는 처리 위치들에서의 작업물(22)의 위치 정밀 처리를 가능하게 하기 위하여, 선택적으로 작동될 수 있으며 작업물(22)에 대하여 적어도 하나의 이동축(18)을 따라 이동될 수 있는 기계 부품(12)의 위치 정밀 트리거링을 위한 장치로서,

기계 부품(12)이 이동축(18)을 따라 이동함에 따라 위치 펄스(32)의 수가 증가하는 제1 펄스 트레인(30)을 발생시키는 증분형 인코더(28)로서, 상기 위치 펄스(32)의 수는 상기 기계 부품(12)의 이동 위치를 나타내는 것인, 증분형 인코더(28);

상기 기계 부품(12)의 원하는 트리거 위치를 나타내는 제1 펄스 수를 저장하는 메모리(86);

상기 위치 펄스의 현재 수를 결정하기 위하여 상기 기계 부품(12)의 이동 동안 상기 위치 펄스(32)를 카운팅하는 카운터(Counter Y*);

상기 위치 펄스의 현재 수와 상기 제1 펄스 수를 비교하는 비교기(88); 및

상기 위치 펄스의 현재 수가 상기 제1 펄스 수에 대응하는 경우 상기 기계 부품(12)을 트리거하기 위하여 제1 트리거 신호(54, Z_EQUAL)를 발생시키는 신호 발생기(90, 94)

를 포함하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 장치.
청구항 12에 있어서,

상기 기계 부품(12)을 이동시키는 구동 수단(14), 및 상기 구동 수단(14)을 동작시키며 상기 기계 부품(12)의 실제 위치로서 상기 위치 펄스의 현재 수를 수신하는 폐쇄 루프 제어기(46)를 갖는 구동 제어 회로를 더 포함하는 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 장치.
청구항 13에 있어서,

상기 증분형 인코더(28)를 접속시키기 위한 인터페이스 카드(48) 및 중앙 프로세서(38)를 갖는 프로그램 가능한 컴퓨터 유닛(36)을 더 포함하고, 상기 폐쇄 루프 제어기(46)는 상기 중앙 프로세서(38)에 의해 주기적으로 실행되는 제어기 프로그램의 형태로 구현되고, 적어도 상기 비교기(88) 및 상기 신호 발생기(90, 94)가 상기 인터페이스 카드(48) 상에 구성되는 것인 기계 부품의 위치 정밀 트리거링 장 치.