KR20100062304A - 리니어 스케일 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동화 물류 창고에서 사용되는 스태커 크레인, 무인 대차 또는 R.G.V(Rail Guided Vehicle) 등과 같은 직선 이동체의 위치 및 속도를 더욱 정밀하게 감지하여 제어하기 위한 다단 리니어 스케일 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다단 리니어 스케일 장치는, 이동체가 전후로 이동하는 베이스 프레임 상에 상기 이동체의 동선을 따라 고정 설치되고, 길이방향을 따라 일렬로 관통 형성된 복수의 인덱스홀이 상하 다단으로 배치된 복수의 인덱스부가 구비된 리니어 스케일과, 상기 이동체에 고정 설치되어 상기 리니어 스케일에 다단으로 구비된 인덱스부를 각각 센싱하는 복수의 광센서가 구비된 센싱헤드와, 상기 광센서 각각으로부터 신호를 전송받아 상기 이동체의 위치 및 속도를 계산 및 처리하는 마이콤을 포함하여 이루어진다.
다단 리니어 스케일, 센싱헤드, 인덱스, 광센서

Description

리니어 스케일 장치{LINEAR SCALE APPARATUS}
본 발명은 자동화 물류 창고에서 사용되는 스태커 크레인, 무인대차 또는 R.G.V(Rail Guided Vehicle) 등과 같은 직선 이동체의 위치 및 속도를 보다 정확하게 감지하여 제어하기 위한 다단 리니어 스케일 장치에 관한 것이다.
일반적으로 리니어 스케일 장치는 리니어 엔코더(linear encoder)라고 하며, 스케일 및 센싱헤드로 이루어져 직선 이동체의 위치 및 속도를 감지하여 제어하기 위해 사용된다. 보통 자동화 물류 창고에서 사용되는 스태커 크레인, 무인대차 또는 R.G.V 등과 같은 직선 이동체에 센싱헤드가 설치되고, 상기 이동체의 동선을 따라 스케일이 설치되어 상기 센싱헤드가 상기 이동체의 이동과 함께 상기 스케일에 형성된 인덱스를 감지하여 이동체의 위치 및 속도를 알아내는 것이다.
즉, 스케일은 장방형의 띠 형상으로 유리 또는 스틸이나 합성수지로 견고하게 제작되고, 일정한 간격으로 인덱스가 형성된다. 상기 스케일에 형성된 인덱스를 센싱헤드가 지나가면서 센싱헤드에 구비된 센서를 통해 상기 인덱스를 센싱하여 이를 직선거리로 환산하고, 그에 따라 이동체의 이동 거리를 알려준다. 바꿔 말하자면, 리니어 스케일 장치는 현재 이동체의 위치를 감지하여 아날로그 신호인 위치감지 신호를 발생시키며, 상기 신호를 A/D변환 후 디지털신호로 수신하여 마이콤에서 상기 이동체의 위치 및 속도 등을 계산 및 처리하게 되는 것이다.
종래부터 리니어 스케일 장치는 센싱헤드가 최적의 흔들림 없는 직선 상태로 스케일을 따라다니도록 하기 위하여 각 제조사마다 다양한 방법을 채택하고 있으며, 이동체의 이동 중 발생하는 진동을 흡수하여 흔들림이 있는 경우에도 스케일과 헤드 사이의 간격을 최적의 상태로 유지시킬 수 있도록 하고 있다.
이러한 리니어 스케일 장치는 사용되는 기계의 기종, 설치면적, 이동거리, 사용온도 등 사용환경과 속도, 요구되는 정밀도, 분해능 등 여러 가지 인자들을 고려하여 선택한다. 보통 리니어 스케일 장치는 개방형, 즉 센싱헤드와 스케일 분리형을 사용하며, 정밀 제어를 위하여 발열 상태나 분진 발생 등 주변 환경과 가속도 및 속도 등 사용 조건을 집중적으로 고려하여야 한다.
종래기술에 따른 리니어 스케일 장치는, 스케일 상에 일단의 인덱스만을 형성하므로 이동체의 운전 속도에 적합하게 인덱스를 형성해야 하는 문제점이 있고, 이동체의 저속 운전에 맞게 인덱스를 형성하는 경우에는 이동체의 고속 운전시 감지 정밀도가 상당히 떨어지고, 정밀도를 높이기 위하여 고가의 소프트웨어나 마이콤 등을 사용해야 하는 문제점이 있다. 반대로, 이동체의 고속 운전에 맞게 인덱스를 형성하는 경우에는 이동체의 저속 운전시 이동체의 정밀한 위치 및 속도 제어가 어렵다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 간단한 구성을 통하여 직선 이동체의 저속 운전 및 고속 운전의 어떠한 경우에도 이동체의 위치 및 속도를 보다 정확하게 감지하여 제어하기 위한 다단 리니어 스케일 장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다단 리니어 스케일 장치는, 이동체가 전후로 이동하는 베이스 프레임 상에 상기 이동체의 동선을 따라 고정 설치되고, 길이방향을 따라 일렬로 관통 형성된 복수의 인덱스홀이 상하 다단으로 배치된 복수의 인덱스부가 구비된 리니어 스케일과, 상기 이동체에 고정 설치되어 상 기 리니어 스케일에 다단으로 구비된 인덱스부를 각각 센싱하는 복수의 광센서가 구비된 센싱헤드와, 상기 광센서 각각으로부터 신호를 전송받아 상기 이동체의 위치 및 속도를 계산 및 처리하는 마이콤을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 다단 리니어 스케일 장치에 있어서, 상기 리니어 스케일은 상방에서 하방으로 각각 제1단 및 제2단 인덱스부가 구비되고, 상기 센싱헤드는 상기 제1단 및 제2단 인덱스부에 각각 대응되도록 제1단 및 제2단 광센서가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1단 인덱스부는 복수의 제1단 인덱스홀이 일정한 간격으로 길이방향을 따라 일렬로 형성되고, 상기 제2단 인덱스부는 상기 제2단 인덱스부는 복수의 제2단 인덱스홀이 상기 복수의 제1단 인덱스홀 보다 더 넓은 간격으로 일정하게 길이방향을 따라 일렬로 형성되고, 상기 제1단 광센서는 상기 이동체의 저속 운전시 상기 제1단 인덱스부를 센싱하고, 상기 제2단 광센서는 상기 이동체의 고속 운전시 상기 제2단 인덱스부를 센싱하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1단 인덱스부는 상기 리니어 스케일에 상기 이동체의 저속 운전 구간에만 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광센서 각각은 광을 조사하는 발광소자 및 상기 발광소자로부터 조사된 광을 수신하는 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다단 리니어 스케일 장치는, 리니어 스케일에 상하 다단으로 배치된 복수의 인덱스부 및 상기 인덱스부 각각을 센싱하는 복수의 광센서를 통하여 직선 이동체의 저속 운전 및 고속 운전의 어떤 경우에도 이동체의 위치 및 속도를 보다 정확하게 감지하여 제어할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 다단 리니어 스케일 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다단 리니어 스케일 장치의 바람직한 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예 중 리니어 스케일 및 센싱헤드의 제1 실시예를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 실시예 중 리니어 스케일을 도시한 정면도이고, 도 4는 도 1의 실시예 중 리니어 스케일 및 센싱헤드의 제2 실시예를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 4의 실시예 중 리니어 스케일을 도시한 정면도이다.
본 발명에 따른 다단 리니어 스케일 장치는, 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 베이스 프레임(10) 상에 전후로 이동하는 이동체(20)에 고정 설치된 리니어 스케일(100)과, 센싱헤드(200) 및 마이콤(미도시)을 포함하여 이루어진다. 상기 리니어 스케일(100)은 복수의 인덱스홀(H)이 상하 다단으로 배치된 복수의 인덱스부(I)가 구비되고, 상기 센싱헤드(200) 역시 상기 인덱스부(I)에 각각 대응되는 복수의 광센서(S)가 구비된다.
이동체(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 프레임(10) 상에 전후로 직 선 이동하는 것으로, 보통 자동화 물류 창고에서 사용되는 스태커 크레인, 무인대차 또는 R.G.V 등과 같이 물품을 수송하여 스토커(stocker)에 상기 물품을 입출고하는 이동 장치이다. 상기와 같은 이동체(20)는 베이스 프레임(10)에 설치된 가이드 레일(R)을 따라서 이동하며, 상기 베이스 프레임(10)의 가이드 레일(R)에 대응하는 가이드슈 또는 구동롤러 등이 구비되어 상기 베이스 프레임(10) 상에 전후로 이동한다.
리니어 스케일(100)은 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 상기 이동체(20)의 동선을 따라 상기 베이스 프레임(10) 상에 고정 설치되고, 길이방향을 따라 일렬로 복수의 인덱스홀(H)이 관통 형성된다. 또한, 리니어 스케일(100)은 상기 복수의 인덱스홀(H)이 상하 다단으로 배치된 복수의 인덱스부(I)가 구비된다.
센싱헤드(200)는 상기 이동체(20)에 고정 설치되어 상기 리니어 스케일(100)에 다단으로 구비된 인덱스부(I)를 각각 센싱하는 복수의 광센서(S)가 구비된다. 광센서(S)는 광을 조사하는 발광소자(EL, Emission of Light) 및 상기 발광소자로부터 조사된 광을 수신하는 수광소자(RL, Receive of Light)를 포함한다. 즉, 상기 리니어 스케일(100)에 다단으로 구비된 인덱스부(I)는 각각이 관통 형성된 복수의 인덱스홀(H)을 구비하므로 상기 복수의 인덱스홀(H)을 따라 발광소자(EL)가 광을 조사하고, 수광소자(RL)가 광을 수신하여 복수의 인덱스홀(H)을 지나친 갯수를 파악하여 상기 이동체(20)의 위치 및 속도를 감지할 수 있는 것이다. 특히, 상기 광센서(S)는 고속, 고분해능의 광파이버 센서를 사용함으로써, 좁은 공간에서도 용이하게 설치할 수 있는 장점이 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 베이스 프레임(10) 상에 리니어 스케일(100)이 고정 설치되고, 상기 이동체(20)에 센싱헤드(200)가 고정 설치되어 상기 이동체(20)의 전후 이동에 따라 상기 센싱헤드(200)에 구비된 복수의 광센서(S)가 상기 리니어 스케일(100)에 구비된 각각의 인덱스부(I)를 센싱한다. 이때, 도면에는 도시되어 있지 않으나 이동체(20)에 설치된 마이콤이 상기 광센서(S) 각각으로부터 신호를 전송받아 상기 이동체(20)의 위치 및 속도를 계산 및 처리한다. 결국, 마이콤에 의해 상기 이동체(20)의 위치 및 속도가 계산 및 처리되어 사용자에게 표시되고, 사용자는 원하고자 하는 곳에 정확하게 상기 이동체(20)를 위치시키거나 속도를 제어할 수 있는 것이다. 상기와 같은 마이콤의 기능 및 역할은 종래 기술로부터 구현 가능하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 리니어 스케일(100)에 형성된 인덱스부(I)는 제1단 내지 제n단까지 구비될 수 있고, 상기 센싱헤드(200) 역시 상기 인덱스부(I)에 대응되도록 제1단 내지 제n단까지 구비될 수 있다. 예컨대, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 상기 리니어 스케일(100)은 상방에서 하방으로 각각 제1단 인덱스부(I1) 및 제2단 인덱스부(I2)가 구비될 수 있고, 상기 센싱헤드(200)는 상기 제1단 인덱스부(I1) 및 제2단 인덱스부(I2)에 각각 대응되도록 제1단 광센서(S1) 및 제2단 광센서(S2)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1단 인덱스부(I1)는 복수의 제1단 인덱스홀(H1)이 일정한 간격으로 길이방향을 따라 일렬로 형성되고, 상기 제2단 인덱스부(I2)는 복수의 제2단 인덱스홀(H2)이 상기 복수의 제1단 인덱스홀(H1) 보다 더 넓은 간격으로 일정하게 길이방향을 따라 일렬로 형성된다. 그에 따라, 상기 제1단 광센서(S1)는 상기 이동체(20)의 저속 운전시 상기 제1단 인덱스부(I1)를 센싱하고, 제2단 광센서(S2)는 상기 이동체(20)의 고속 운전시 상기 제2단 인덱스부(I2)를 센싱한다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 인덱스부(I)를 제1단 내지 제3단 까지 형성할 수 있고, 이때 이동체(20)의 저속, 중속, 고속 운전으로 나누어 센싱할 수 있으며, 보다 많은 단을 상정하더라도 저속, 중저속, 중속, 중고속, 고속 운정 등 다양하게 나누어 센싱할 수도 있다. 이는 센싱헤드(200)에 구비되는 광센서(S)의 단수 역시 마찬가지이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 다단 리니어 스케일 장치는, 직선 이동체(20)의 저속 운전 및 고속 운전의 어떠한 경우에도 이동체(20)의 위치 및 속도를 보다 정확하게 감지하여 제어할 수 있는 것이다. 즉, 좁은 간격으로만 형성된 제1단 인덱스부(I1)를 감지하기 위해서는 이동체(20)의 속도가 저속인 경우에 정밀도가 높아지고, 고속인 경우에는 오차 또는 오류로 인해 센서와 신호를 주고받는 소프트 웨어나 마이콤 등의 처리속도가 빠른 고가의 장비를 사용할 수 밖에 없어 이동체(20)를 고속 운전하기 어려워 작업 속도가 느릴 수 밖에 없다. 반대로, 넓은 간격으로만 형성된 제2단 인덱스부(I2)를 감지할 경우에는 이동체(20)의 속도가 고속이더라도 정확한 센싱이 가능하지만, 정밀한 위치 및 속도를 제어하기는 어려울 수 밖에 없다. 따라서, 다단으로 형성된 인덱스부(I)를 통해 이동체(20)의 저속 및 고속 운전시 작업속도의 향상과 정밀한 위치 및 속도 제어를 함께 이루어낼 수 있는 것이다.
한편, 이동체(20)가 베이스 프레임(10) 상을 전후로 이동할 때, 작업구간 및 이동구간으로 나눌 수 있으며, 이동체(20)의 이동구간에서는 저속 운전보다는 고속 운전이 요구되지만, 작업구간에서는 정밀한 위치 및 속도 제어를 위해 저속 운전이 요구된다. 따라서, 리니어 스케일(100)에 관통 형성되는 제1단 인덱스부(I1)를 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 상기 이동체(20)의 저속 운전 구간에만 형성함으로써, 단가 및 작업공수 절감과 함께 더욱 신속한 처리능력을 이루어낼 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다단 리니어 스케일 장치의 바람직한 실시예를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예 중 리니어 스케일 및 센싱헤드의 제1 실시예를 도시한 사시도이며,
도 3은 도 2의 실시예 중 리니어 스케일을 도시한 정면도이고,
도 4는 도 1의 실시예 중 리니어 스케일 및 센싱헤드의 제2 실시예를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4의 실시예 중 리니어 스케일을 도시한 정면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 베이스 프레임 20 : 이동체
100 : 리니어 스케일
200 : 센싱헤드
I : 인덱스부
I1 : 제1단 인덱스부 I2 : 제2단 인덱스부
H : 인덱스홀
H1 : 제1단 인덱스홀 H2 : 제2단 인덱스홀
S : 광센서
S1 : 제1단 광센서 S2 : 제2단 광센서
EL : 발광소자 RL : 수광소자

Claims (5)

  1. 이동체가 전후로 이동하는 베이스 프레임 상에 상기 이동체의 동선을 따라 고정 설치되고, 길이방향을 따라 일렬로 관통 형성된 복수의 인덱스홀이 상하 다단으로 배치된 복수의 인덱스부가 구비된 리니어 스케일과,
    상기 이동체에 고정 설치되어 상기 리니어 스케일에 다단으로 구비된 인덱스부를 각각 센싱하는 복수의 광센서가 구비된 센싱헤드와,
    상기 광센서 각각으로부터 신호를 전송받아 상기 이동체의 위치 및 속도를 계산 및 처리하는 마이콤을 포함하여 이루어진 다단 리니어 스케일 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리니어 스케일은 상방에서 하방으로 각각 제1단 및 제2단 인덱스부가 구비되고,
    상기 센싱헤드는 상기 제1단 및 제2단 인덱스부에 각각 대응되도록 제1단 및 제2단 광센서가 구비된 것을 특징으로 하는 다단 리니어 스케일 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1단 인덱스부는 복수의 제1단 인덱스홀이 일정한 간격으로 길이방향 을 따라 일렬로 형성되고,
    상기 제2단 인덱스부는 복수의 제2단 인덱스홀이 상기 복수의 제1단 인덱스홀 보다 더 넓은 간격으로 일정하게 길이방향을 따라 일렬로 형성되고,
    상기 제1단 광센서는 상기 이동체의 저속 운전시 상기 제1단 인덱스부를 센싱하고,
    상기 제2단 광센서는 상기 이동체의 고속 운전시 상기 제2단 인덱스부를 센싱하는 것을 특징으로 하는 다단 리니어 스케일 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1단 인덱스부는 상기 리니어 스케일에 상기 이동체의 저속 운전 구간에만 형성된 것을 특징으로 하는 다단 리니어 스케일 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광센서 각각은 광을 조사하는 발광소자 및 상기 발광소자로부터 조사된 광을 수신하는 수광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 리니어 스케일 장치.
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