KR20090041269A

KR20090041269A - 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출회로

Info

Publication number: KR20090041269A
Application number: KR1020070106889A
Authority: KR
Inventors: 남윤수; 박해균
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-04-28
Also published as: KR100902147B1

Abstract

본 발명은 인크리멘탈 엔코더로부터 출력되는 2상의 펄스 신호를 감지하여 정상적인 상태 즉, 이동체가 이동하는 동안에만 정상적인 신호를 출력할 수 있고, 이동체가 이동하지 않고 진동할 경우에는 신호가 출력되지 않게 할 수 있는 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로에 관한 것이다.

본 발명은 두 센서(A, B)로부터 출력되는 펄스 신호로부터 이동체의 이동거리나 이동 여부를 감지하는 엔코더의 에러를 검출하는 회로에 있어서, 상기 센서(A, B)들의 출력신호들 중 센서(A)의 출력신호는 CLR단자에 입력되고, 트리거 역할을 하는 센서(B)의 출력신호는 CLK단자로 입력되어 상기 센서(A, B)의 신호에 따라 출력이 결정되는 두 개의 D플립플롭(F1, F2)과 ; 상기 D플립플롭(F1, F2)들의 출력신호와 센서(B)의 출력신호를 논리합하는 두 개의 OR게이트(O1, O2)와 ; 상기 OR게이트(O1, O2)의 출력신호를 논리합하는 OR게이트(O3)를 포함하는 제1진동제거부(1)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

인크리멘탈 엔코더, 에러검출,

Description

인크리멘탈 엔코더의 에러 검출회로{error detecting circuit of incremental encoder}

본 발명은 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출회로에 관한 것으로 상세하게는 인크리멘탈 엔코더로부터 출력되는 2상의 펄스 신호를 감지하여 정상적인 상태 즉, 이동체가 이동하는 동안에만 정상적인 신호를 출력할 수 있고, 이동체가 이동하지 않고 진동할 경우에는 신호가 출력되지 않게 할 수 있는 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로에 관한 것이다.

일반적으로 회전체나 직선 이송기구의 위치검출센서 중의 하나로 인크리멘탈(incremental) 엔코더가 사용되고 있다.

이 인크리멘탈 엔코더는 기준 위치에서 펄스의 카운트에 의하여 이동량을 구하는 방식으로 되어있으며, 2상 펄스 발생으로 인해 정역회전이 가능하고, 2배나 4배로 펄스수를 전자회로적으로 증가시킬 수 있다.

이러한 인크리멘탈 엔코더의 동작 원리를 도 4를 참조하여 설명한다.

인크리멘탈 엔코더는 이동체 상의 표식을 감지할 수 있도록 센서(A, B)들을 설치하되 두 센서(A, B)사이의 간격은 센서(A,B)들로부터 출력되는 신호의 위상이 90°를 이루도록 설치하여 구성되며, 이동체에 구성된 표식을 두 센서(A, B)로 인식하고, 이렇게 두 개의 센서(A, B)에서 감지된 2상의 출력신호를 90°의 위상차로 출력하여 이동체가 정방향 또는 역방향으로 이동하는 지를 감지하고, 펄스의 개수를 감지하여 이동 거리를 감지할 수 있게 구성되어 있다.

두 개의 출력신호 중 하나 센서(B)를 트리거 신호로 사용하면, 도 4 (a)와 같이 좌측으로 이동체가 이동할 때는 센서(B)의 펄스 신호가 상승할 때 센서(A)에서 출력되는 신호는 모두 로우(Low) 값이 출력되게 된다. 반대로, 도 4 (b)와 같이 우측으로 이동체가 이동할 때는 센서(B)의 펄스 신호가 상승할 때 센서(A)에서 출력되는 펄스 신호는 모두 하이(High) 값이 출력하게 된다.

이에 따라 이동체의 이동 방향에 따라 센서(B)의 트리거 시 나타나는 값이 로우(Low)나 하이(High)의 값만 출력되고, 이로부터 이동체의 방향을 정할 수 있다.

트리거 신호를 펄스 신호가 하강할 때를 사용한다면 반대의 결과가 출력된다.

그러나 이렇게 작동되는 인크리멘탈 엔코더의 경우 이동체가 이동하지 않고 진동할 때에도 출력이 발생하여 사용자가 이동체가 이동하는 것으로 오인할 수 있는 문제가 있다.

즉, 1개의 펄스 신호에 의해 감지할 수 있는 최소거리나 각도(l_m: 이하, " 최소거리"라 통칭한다.)보다 작은 진폭으로 이동체가 진동할 경우 이동체는 이동하지 않음에도 불구하고 출력 신호가 출력되어 사용자는 이동체가 이동하는 것으로 오인하게 된다.

이러한 진동은 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이 두 가지의 경우를 예로 들 수 있다.

도 5a에 도시한 바와 같이 진동이 트리거 역할을 하는 센서(B)를 기준으로 최소거리보다 작은 진동(이하, "진동1"이라 한다.)이 발생한다면, 두 센서(A, B)의 출력은 도시한 바와 같이 출력되게 된다. 즉, 트리거 신호 역할을 하는 센서(B)의 펄스 신호가 계속 출력하게 되어 센서(A)에서 출력하는 신호의 상태를 계속 체크하게 되며, 이에 따라 계측 장비에 계속적으로 이동체가 움직이고 있다는 잘못된 정보를 주게 된다.

또한 도 5b에 도시한 바와 같이 상기와는 다른 또 다른 진동(이하, "진동2"라 한다.)이 발생할 경우에도 진동하는 이동체가 이동하는 것으로 오 인식하게 된다.

즉, 도 5a에 도시한 바와 같이 진동할 때와 같은 현상으로 트리거 신호인 센서(B)의 출력 신호가 나타날 때까지 검출되는 센서(A)의 펄스 신호는 하이(High)나 로우(Low) 중 한 신호를 유지하게 된다. 하지만 도 5b의 경우에는 트리거 신호인 센서(B)의 신호처럼 검출되는 센서(A)의 신호 또한 주기적으로 바뀌게 되지만, 트리거 되는 위치에서는 같은 신호를 유지하게 되어 정/역방향으로 계속 움직이는 신호와 같은 출력을 보이게 된다.

따라서, 이렇게 변화되는 신호로부터 이동체가 이동되고 있는 것으로 인식하여 오 인식을 하게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 인크리멘탈 엔코더로부터 출력되는 2상의 펄스 신호를 감지하여 정상적인 상태 즉, 이동체가 이동하는 동안에만 정상적인 신호를 출력할 수 있고, 이동체가 이동하지 않고 진동할 경우에는 신호가 출력되지 않게 할 수 있는 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로를 제공함을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명은 두 센서(A, B)로부터 출력되는 펄스 신호로부터 이동체의 이동거리나 이동 여부를 감지하는 엔코더의 에러를 검출하는 회로에 있어서, 상기 센서(A, B)들의 출력신호들 중 센서(A)의 출력신호는 CLR단자에 입력되고, 트리거 역할을 하는 센서(B)의 출력신호는 CLK단자로 입력되어 상기 센서(A, B)의 신호에 따라 출력이 결정되는 두 개의 D플립플롭(F1, F2)과 ; 상기 D플립플롭(F1, F2)들의 출력신호와 센서(B)의 출력신호를 논리합하는 두 개의 OR게이트(O1, O2)와 ; 상기 OR게이트(O1, O2)의 출력신호를 논리합하는 OR게이트(O3)를 포함하는 제1진동제거부(1)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 엔크리멘탈 엔코더로부터 출력되는 2상의 펄스 신호를 다수의 D-플립플록(D-flip flop)과 논리회로로 구성된 에러검출회로를 통과시켜 정상적인 상태 즉, 이동체가 이동하는 동안에만 정상적인 신호를 출력할 수 있고, 이동체가 이동하지 않고 진동할 경우에는 신호가 출력되지 않게 할 수 있게 함으로서 이동체의 이동을 보다 용이하게 감지할 수 있게 한 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로를 도시한 회로도이고, 도 2는 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로의 작동을 설명하기 위한 출력신호의 그래프로서, 도 2a는 이동체가 정방향으로 이동하고 펄스신호가 정상출력시, 도 2b는 이동체가 역방향으로 이동하고 펄스신호가 정상출력시이고, 도 3a내지 도 3d는 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로의 작동을 설명하기 위한 출력신호의 그래프로서 이동체가 진동하는 경우의 출력신호를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로는 다수의 D플립플롭(F1~F4)과, 다수의 논리회로를 포함하여 구성되며, 상기에서 설명한 바와 같이 최소거리보다 작은 진폭으로 이동체가 진동하는 두 가지의 진동모드에서의 진동을 감지하여 이를 알수 있게 출력신호를 출력한다.

즉, 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로는 제1 및 제2진동감지회로(1, 2)를 포함하여 구성된다.

상기 제1진동감지회로(1)는 엔코더의 센서(A, B)들의 출력신호들 중 센서(A)의 출력신호는 CLR단자에 입력되고, 트리거 역할을 하는 센서(B)의 출력신호는 CLK단자로 입력되어 상기 센서(A, B)의 신호에 따라 출력이 결정되는 두 개의 D플립플롭(F1, F2)과 ; 상기 D플립플롭(F1, F2)들의 출력신호와 센서(B)의 출력신호를 논리합하는 두 개의 OR게이트(O1, O2)와 ; 상기 OR게이트(O1, O2)의 출력신호를 논리합하는 OR게이트(O3)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로는 상기 제1진동제거부(1)와 병렬로 제2진동제거부(2)가 더 구성되어 있다.

상기 상기 제2진동제거부(2)는 상기 센서(A, B)들의 출력신호들 중 센서(A)의 출력신호는 D단자에 입력되고, 트리거 역할을 하는 센서(B)의 출력신호는 CLK단자로 입력되어 상기 센서(A, B)의 신호에 따라 출력이 결정되는 두 개의 D플립플롭(F3, F4)과 ; 상기 D플립플롭(F3, F4)들의 출력신호를 배타적으로 논리합하는 XOR게이트(X1)와 ; 상기 XOR게이트(X1)의 출력신호를 반전시키는 NOT게이트(N3)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 상기 D플립플롭(F1, F2, F3, F4)들중 어느 일측의 D플립플롭(F2, F4)의 CLR단자에는 NOT게이트(N1, N2)가 더 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로에 있어서, 상기 D플립플롭(F1~F4)들의 동작 특성은 PR단자와 과 CLR단자의 상태에 따라서 CLK단자와 D단자의 동작에 따라 출력이 결정되는 특성을 가지고 있으며, 그 특성은 아래의 표와 같다.

위와 같이 구성된 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로에서 제1진동제거부(1)는 위의 기술분야에서 설명하고 도 5a에 도시한 바와 같이 진동1의 경우 진동을 제거하기 위한 회로이고, 제2진동제거부(2)는 도 5b에 바와 같은 진동2의 경우의 진동을 제거하기 위한 회로이다.

이렇게 구성된 본 발명의 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로는 다음의 3가지의 상태를 감지하여 출력하게 된다.

i) 최소거리(L_m)보다 큰 변위로 작동(정상작동)

ii) 최소거리(L_m)보다 작은 변위로 진동 중 진동1의 경우

iii) 최소거리(L_m)보다 작은 변위로 진동 중 진동2의 경우

먼저, 도 1에 도시한 각 부분의 신호에 대하여 설명한다.

센서(A)의 신호가 로우(Low)이면, D플립플롭(F1)의 Q단자의 출력①은 로 우(Low)가 되고, 센서(A)의 신호가 하이(High)이면, 센서(B)의 상승 모서리에서 하이(High)상태가 된다.

D플립플록(F2)의 Q단자의 출력 ②는 센서(A)의 신호가 하이(High)이면, 로우(Low)가 되고, 센서(A)의 신호가 로우(Low)이면, 센서(B)의 신호의 상승 모서리에서 하이(High)가 된다.

또한, D플립플롭(F3)의 Q단자의 출력⑥은 센서(B)의 상승 모서리에서의 센서(A)의 신호와 같은 출력을 가지고, D플립플롭(F4)의 Q단자의 출력⑦은 센서(B)의 하강 모서리에서의 센서(A)의 신호와 같은 출력을 가진다.

이하의 논리게이트들에 의한 신호의 변환은 도 2a내지 도 3d의 도표로부터 쉽게 이해될 수 있는 것으로 상세한 설명은 생략한다.

정상 작동시의 경우를 설명한다.

정상적으로 작동할 경우 즉, 이동체가 이동할 경우에는 도 2a 및 도 2b와 같이 출력신호로 센서(A, B)의 출력신호와 동일한 출력신호(A, B')를 출력하게 된다.

즉, 센서(A)의 출력신호와 동일한 출력(A)와, 센서(B)의 출력신호와 동일한 출력(B')이 이루어진다.

진동1의 경우에는 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 잘못된 트리거 신호(B)가 제거되어 출력(B')가 하이(High)상태를 유지하게 되며, 이에 따라 이동체가 이동하는 것이 아니라 진동하고 있음을 확인할 수 있게 된다.

또한, 진동2의 경우에도 도 3c 및 도 3d에 도시한 바와 같이, 잘못된 트리거 신호(B)가 제거되어 출력(B')가 하이(High)를 유지하고 있으며, 이로부터 이동체가 이동하는 것이 아니라 진동하고 있음을 확인할 수 있게 된다.

상기에서 진동의 이동체가 이동하지 않고 진동하는 경우를 진동1 및 2로 구분하였고 이렇게 구분한 기준은 신호(A)으 출력 상태에 따라서 구분되며, 진동1의 경우에는 트리거 신호(B) 후 다음 트리거 신호(B)가 출력될 때까지 신호(A)가 변화없고, 진동2의 경우에는 트리거 신호(B)가 변할 때 신호(A)도 계속 변할 경우이다.

상기에서 본 발명은 아날로그 회로를 일예로 설명하였으나 디지털회로로 구성할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로의 일예를 도시한 회로도이고,

도 2는 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로의 작동을 설명하기 위한 출력신호의 그래프로서,

도 2a는 이동체가 정방향으로 이동하고 펄스신호가 정상출력시,

도 2b는 이동체가 역방향으로 이동하고 펄스신호가 정상출력시,

도 3a내지 도 3d는 본 발명에 따른 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로의 작동을 설명하기 위한 출력신호의 그래프로서 이동체가 진동하는 경우의 출력신호를 도시한 것이고,

도 4는 통상의 인크리멘탈 엔코더의 원리를 설명하기 위한 도표이고,

도 5a 및 도 5b는 통상의 인크리멘탈 엔코더에서 에러가 발생될 때는 출력신호의 그래프이다.

Claims

두 센서(A, B)로부터 출력되는 펄스 신호로부터 이동체의 이동거리나 이동 여부를 감지하는 엔코더의 에러를 검출하는 회로에 있어서,

상기 센서(A, B)들의 출력신호들 중 센서(A)의 출력신호는 CLR단자에 입력되고, 트리거 역할을 하는 센서(B)의 출력신호는 CLK단자로 입력되어 상기 센서(A, B)의 신호에 따라 출력이 결정되는 두 개의 D플립플롭(F1, F2)과 ;

상기 D플립플롭(F1, F2)들의 출력신호와 센서(B)의 출력신호를 논리합하는 두 개의 OR게이트(O1, O2)와 ;

상기 OR게이트(O1, O2)의 출력신호를 논리합하는 OR게이트(O3)를 포함하는 제1진동제거부(1)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 제1진동제거부(1)와 병렬로 제2진동제거부(2)가 더 구성되고,

상기 제2진동제거부(2)는

상기 센서(A, B)들의 출력신호들 중 센서(A)의 출력신호는 D단자에 입력되고, 트리거 역할을 하는 센서(B)의 출력신호는 CLK단자로 입력되어 상기 센서(A, B)의 신호에 따라 출력이 결정되는 두 개의 D플립플롭(F3, F4)과 ; 상기 D플립플롭(F3, F4)들의 출력신호를 배타적으로 논리합하는 XOR게이트(X1)와 ; 상기 XOR게이트(X1)의 출력신호를 반전시키는 NOT게이트(N3)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 D플립플롭(F1, F2, F3, F4)들중 어느 일측의 D플립플롭(F2, F4)의 CLR단자에는 NOT게이트(N1, N2)가 더 구성됨을 특징으로 하는 인크리멘탈 엔코더의 에러 검출 방법.