KR20100067753A - 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템 - Google Patents

갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템은 모터와, 상기 모터의 회전축과 연동하여 회전하도록 결합되며, 입사되는 레이저빔을 입사방향과 다른 방향으로 반사시키는 미러(Mirror)를 포함하는 갈바노미터 스캐너; 상기 갈바노미터 스캐너에 설치되어 상기 미러의 회전위치를 측정할 수 있도록 상기 미러의 회전각도에 따른 전압을 출력하는 회전각 측정부; 상기 위치측정부로부터 출력된 전압을 이용하여 상기 미러의 회전위치를 분석하고, 분석된 회전위치를 토대로 상기 미러의 회전위치를 재설정하기 위한 신호를 상기 갈바노미터 스캐너에 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 측정할 수 있는 회전각 측정부를 상기 갈바노미터 스캐너와 일체로 형성되도록 설치하여 직접 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 파악함으로써 설치가 용이하며, 상기 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 측정하는 별도의 수단을 구비하지 않아도 되는 갈바노미터 스캐너의 회전각측정 시스템이 제공된다.
갈바노미터, 전위차, 전압, 포텐셔미터, 회전자

Description

갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템{System of measuring Angle of Galvano meter}
본 발명은 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미러와 모터사이에 갈바노미터 스캐너의 위치를 측정하여 피드백하는 위치측정부를 구비하여 갈바노미터 스캐너의 위치오차를 감소시킬 수 있는 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템에 관한 것이다.
일반적으로 갈바노미터 스캐너는 일정한 각도범위 내에서만 회전하도록 마련된 회전축에 미러를 장착한 것으로서, 레이저(Laser)를 이용한 장비 산업분야 등에서 광선의 경로를 컨트롤하는 수단으로 사용되고 있다.
특히, 갈바노미터 스캐너에서는 위치정보를 얻고자 할 때 부하관성 등의 영향으로 기존의 모터 등에서 널리 사용되는 타코미터(tacho meter)나 엔코더(encoder)등은 사용하기 어렵다.
도 1은 종래 기술에 의한 갈바노미터 스캐너의 회전자 위치 측정시스템의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 갈바노미터스캐너(100)는 모터(110)와 모터(110)의 회전축에 연결된 미러(Mirror)(120)을 포함하여 구성되고, 모터(110)에 의해 미 러(120)가 일정한 각도범위 내에서 회전하도록 드라이버(130)에 의해 구동된다.
또한, 미러(120)의 반사면과 마주하는 일 방향에 상기 반사면에 가공용 레이저빔(L)을 조사하는 레이저(140)가 구비되어 있다. 상기 레이저(140)에서 조사된 가공용 레이저빔(L)은 미러(120)의 반사면에 의해 반사되어 갈바노미터 스캐너(100) 아래쪽으로 반사된다.
이때, 갈바노미터 스캐너(100) 아래쪽에는 미러(120)에 의해 반사된 가공용 빔(L')이 조사되는 타겟(150)이 마련되고, 상기 타겟(150)은 그 중심이 미러(120)의 반사면을 관통하는 가상의 광축 상에 위치한다. 또한, 상기 타겟(150)으로 조사된 가공용빔(L')에 의해 가공면 상에 소정의 패턴이 형성된다.
한편, 상기 타켓(150)의 일측에 빔 리시빙센서(Beam receiving sensor)(160)가 연결되어 있다. 상기 빔 리시빙센서(160)는 광 센서 등을 이용하여 타겟(140) 상에 반사된 가공용 빔(L')이 맺히는 위치를 알아낸 후, 이를 이용하여 상기 반사된 가공용 빔(L')을 반사한 미러(120)의 회전위치, 곧 미러(120)와 동축으로 연결된 모터(110)의 회전자(rotor)(미도시)의 회전각도를 알아내기도 한다.
한편, 도시된 바와 같이, 빔 리시빙센서(160)를 구비한 것과 동일한 목적으로 빔 리시빙 센서(160) 대신 모터(110)와 연결되는 커패시터 센서(capacitor sensor)(170)를 구비할 수 있다.
상기 커패시터 센서(170)는 모터(110)의 회전자와 연결되어 회전자의 운동에 따른 용량의 변화를 측정한다. 이러한 측정으로 통해 상기 회전자가 회전된 각도를 측정하게 된다. 이것은 회전자에 연결된 미러(120)의 회전각도를 측정하는 결 과가 된다.
다른 한편으로, 빔 리시빙센서(160)나 커패시터 센서(170)와 동일한 목적으로 이들 대신에 타켓(140)의 상기 반사된 가공용 빔(L')이 조사되는 영역을 관측할 수 있도록 고체촬상소자(Charge Coupled Device)인 CCD카메라(180)가 구비될 수 있다.
상기 CCD카메라(180)는 상기 영역 상에서 빔의 궤적을 관측하여 상기 회전자의 이상을 감지한다. 이를 통해서 상기 회전자의 회전상태가 정상인지 아닌지를 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에 의한 갈바노미터의 회전자 위치측정 시스템은 미러(120)와 동축으로 연결된 회전자의 위치측정을 위해 빔 리시빙센서(160), 커패시터 센서(170) 또는 CCD카메라(180)을 별도로 구비해야만 했다.
그러나, 빔 리시빙 센서(150)을 구비하여 상기 회전자의 회전위치를 측정하고자 하는 경우, 어떤 응용장비에 대해서는 빔 리시빙센서(150)의 설치가 불가능하거나 극히 어려운 문제점이 있었다.
또한, 커패시터 센서(170)를 구비하여 상기 회전자의 회전위치를 측정하고자 하는 경우, 온도 등의 영향으로 커패시터의 커패시턴스를 정확히 담보할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, CCD카메라(180)를 구비하여 상기 회전자의 회전위치를 측정하고자 하는 경우, 온도 드리프트(drift)현상이나 2차원필드(field)의 시간에 따른 변화 등으로 측정의 정확성이 낮아지는 문제점이 있었다.
또한, 상술한 세가지 경우 모두 회전자의 회전위치를 측정하기 위한 수단들을 별도로 구비함으로써 제조비용이 비싸고, 설치 또한 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 측정할 수 있는 회전각 측정부를 설치하여 직접 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 파악할 수 있는 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템을 제공함에 있다.
또한, 회전각도를 측정하는 수단이 갈바노미터 스캐너와 일체로 형성됨으로써 설치가 용이한 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템을 제공함에 있다.
또한, 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 측정하는 별도의 수단을 구비하지 않음으로써 제조비용을 절감할 수 있는 갈바노미터 스캐너의 회전각측정 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 모터와, 상기 모터의 회전축과 연동하여 회전하도록 결합되며, 입사되는 레이저빔을 입사방향과 다른 방향으로 반사시키는 미러(Mirror)를 포함하는 갈바노미터 스캐너; 상기 갈바노미터 스캐너에 설치되어 상기 미러의 회전위치를 측정할 수 있도록 상기 미러의 회전각도에 따른 전압을 출력하는 회전각 측정부; 상기 위치측정부로부터 출력된 전압을 이용하여 상기 미러의 회전위치를 분석하고, 분석된 회전위치를 토대로 상기 미러의 회전위치를 재설정하기 위한 신호를 상기 갈바노미터 스캐너에 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 갈바노미터의 회전각측정시스템에 의해 달성된다.
여기서, 상기 위치측정부는, 상기 모터의 하우징에 설치되는 저항부와, 상기 모터의 회전축과 연동하여 회전하도록 결합되는 커플러와, 상기 커플러에 설치되어 상기 회전축의 회전각도에 따른 전압을 출력하도록 상기 저항부와 접촉하는 접촉단자를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 위치측정부의 접촉단자는 상기 회전축의 회전각도에 따른 전압을 출력하도록 상기 저항부의 두 지점과 접촉하는 제1단자와 제2단자가 이격형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 저항부는 상기 접촉단자의 제1단자와 제2단자에 각각 접촉하도록 저항막과 도전막이 형성된 것이 바람직하다.
한편, 상기 제어부는, 상기 위치측정부로부터 출력된 전압을 입력받아 피드백하는 피드백유닛과, 상기 피드백유닛으로부터 피드백된 신호에 따라 상기 회전자의 회전위치를 분석하고 분석된 정보에 따라 재설정 제어신호를 인가하는 제어유닛과, 상기 제어신호에 따라 상기 갈바노미터 스캐너의 상기 모터를 제어하는 컨트롤유닛을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 측정할 수 있는 회전각 측정부를 설치하여 직접 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 파악할 수 있는 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템이 제공된다.
또한, 회전각도를 측정하는 수단이 갈바노미터 스캐너와 일체로 형성됨으로써 설치가 용이한 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템이 제공된다.
또한, 갈바노미터 스캐너의 회전각도를 측정하는 별도의 수단을 구비하지 않음으로써 제조비용을 절감할 수 있는 갈바노미터 스캐너의 회전각측정 시스템이 제공된다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 갈바노미터 스캐너의 회전자 위치측정 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 갈바노미터 스캐너의 회전자 위치측정 시스템의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 갈바노미터 스캐너 및 위치측정부의 분해사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템(100A)은 갈바노미터 스캐너(10), 회전각 측정부(20), 레이저(30), 제어부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 갈바노미터 스캐너(10)는 모터(11)와, 상기 모터(11)의 선단부에 결합되는 미러(Mirror, 12)를 포함하며, 상기 모터(11)와 상기 미러(12)가 연동하여 회전하도록 소정의 결합수단(13)에 의해 결합된다.
상기 모터(11)는 후술할 제어부(40)로부터 제어신호를 인가받아 구동되어 미 러(13)를 주어진 범위 내에서 회전시키기 위한 구동원으로서, 외부의 하우징(11)과 회전축(rotor, 12)을 포함하여 구성된다.
또한, 미러(12)는 후술할 레이저(30)로부터 입사되는 레이저빔을 입사방향과 다른 방향 즉, 레이저빔을 조사할 가공대상이 놓인 방향으로 반사시키는 반사수단이다.
다음, 도 3을 참조하면, 상기 회전각 측정부(20)는 상술한 갈바노미터 스캐너(10)에 설치되어 상기 모터(11)에 구비된 회전축(11b)의 회전각도를 측정하는 수단으로서, 커플러(21), 접촉단자(22) 및 저항부(23)를 포함하여 구성된다.
상기 커플러(21)는 대략 중공(中空)인 원통형상으로 마련되어, 상술한 회전축(11b)과 연동하여 회전하도록 상기 회전축(11b)과 결합된다. 아울러, 커플러(21)의 모터(11)와 대향되는 측부에는 바(bar)형태의 연장부(21a)가 설치되며, 상기 하우징(11a)과 대향되는 방향으로 상기 연장부(13a)의 측부에 접촉단자(22)가 설치된다.
여기서, 상기 접촉단자(22)는 회전축(11b)의 회전각도에 따른 전압을 출력하도록 후술할 저항부(23)의 두 지점과 접촉하는 제1단자(22a)와 제2단자(22b)가 일정한 간격으로 이격되어 형성된다.
상기 저항부(23)는 모터(11)의 하우징(11a)에 설치되어 상술한 접촉단자(22)와 접촉함으로써 일정한 크기의 저항이 출력되는 부재로서, 저항부하우징(23a), 저항막(23b) 및 도전막(23c)을 포함하여 구성된다.
상기 저항부하우징(23a)은 상기 모터(11)의 하우징(11a)에 설치되는 부재이고, 그 내부에 상술한 커플러(21)에 설치되어 회전하는 두 접촉단자(22)의 회전반경과 대응되는 위치에 저항막(23b)과 도전막(23c)이 내장된다.
여기서, 저항막(23b)과 도전막(23c)은 소정의 금속재질로서 서로 다른 물성치를 가진 금속으로서 형성되는 것이 바람직하며, 서로 간의 물성차이로 인해 접촉단자(22)와 접촉시 전위차 즉, 전압이 발생될 수 있다.
도시된 바는 제1단자(22a)와 도전막(23c)가 접촉되고, 제2단자(22b)와 저항막(23b)이 접촉되도록 도시되어 있다.
즉, 상기 제1단자(22a)와 제2단자(22b)와 접촉되는 저항막(23b)과 도전막(23c)으로부터 일정한 크기의 전압이 발생되고, 상기 발생된 전압은 소정의 리드선(24)을 통해 후술할 제어부(40)로 출력된다.
다음, 도 2 및 도 3을 참조하여 레이저(30)와 제어부(40)에 대해 설명한다.
상기 레이저(30)는 직진성 및 단색성이 우수한 빔을 조사할 수 있는 광원으로써, 예를 들어 측정에 필요한 주어진 기준을 만족하는 레이저빔을 조사할 수 있는 헬륨-네온 레이저(He-Ne laser) 또는 레이저 다이오드(LD)이다.
즉, 레이저(30)를 통해 미러(14)를 향해 레이저빔이 조사되면, 미러(14)는 입사된 레이저빔을 가공해야하는 대상물로 반사하여 상기 대상물을 가공하게 되는 것이다.
상기 제어부(40)는 피드백유닛(41),제어유닛(42), 컨트롤유닛(43)을 포함하여 구성된다.
여기서, 피드백유닛(41)은 상술한 위치측정부(20)로부터 리드선(24)을 통해 출력된 전압을 입력받아 후술할 제어유닛(42)으로 피드백하도록 구성된다.
또한, 제어유닛(42)은 피드백유닛(41)으로부터 피드백된 신호에 따라 상기 회전자(13)의 회전위치를 분석하고, 분석된 정보에 따라 모터(11)의 회전각도를 재설정할 수 있는 재설정 제어신호를 후술할 컨트롤유닛(43)으로 인가하도록 구성된다.
또한, 컨트롤유닛(43)은 소정의 제어신호에 따라 직접 모터(11)를 제어하는 유닛으로서, 상술한 제어유닛(42)으로부터 인가된 재설정 제어신호에 따라 모터(11)를 제어함으로써 결과적으로 갈바노미터 스캐너(10)의 회전각도 즉, 미러(12)의 회전각이 새로이 설정될 수 있게 된다.
이와 같이, 위치측정부(20)로부터 출력되는 전압을 분석함으로써 모터(11)에 결합된 미러(12)의 현재 회전위치를 알 수 있는데, 이렇게 얻어진 상기 전압은 피드백유닛(41)을 거쳐 제어유닛(42)으로 입력되기 때문에, 상기 모터(11)에 결합된 미러(12)의 정확한 회전위치설정이 빠른 시간에 이루어질 수 있다.
이것은 갈바노미터 스캐너를 포함하는 시스템을 사용에 적합한 상태로 준비하는데 소요되는 시간 즉, 초기 셋업(setup) 시간을 줄일 수 있게 된다.
또한, 갈바노미터 스캐너(10)의 모터(11)에 회전각 측정부(20)가 설치됨으로써 회전각을 측정하기 위한 별도의 수단없이도 회전각을 측정할 수 있게 되고, 상 기 회전각 측정부(20)가 갈바노미터 스캐너(10)와 일체로 형성됨으로써 간편하게 설치가 가능하게 된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1은 종래 기술에 의한 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템의 개략도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 갈바노미터 스캐너의 회전각측정시스템의 개략도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 갈바노미터 스캐너 및 회전각 측정부의 분해사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 갈바노미터 스캐너 11 : 모터 11a : 하우징
11b : 회전축 12 : 미러 13 : 결합수단
20 : 회전각 측정부 21 : 커플러 21a : 연장부
22 : 접촉단자 22a : 제1단자 22a : 제2단자
23 : 저항부 23a : 저항부하우징 23b : 저항막
23c : 도전막 30 : 레이저 40 : 제어부

Claims (5)

  1. 모터와, 상기 모터의 회전축과 연동하여 회전하도록 결합되며, 입사되는 레이저빔을 입사방향과 다른 방향으로 반사시키는 미러(Mirror)를 포함하는 갈바노미터 스캐너;
    상기 갈바노미터 스캐너에 설치되어 상기 미러의 회전위치를 측정할 수 있도록 상기 미러의 회전각도에 따른 전압을 출력하는 회전각 측정부;
    상기 위치측정부로부터 출력된 전압을 이용하여 상기 미러의 회전위치를 분석하고, 분석된 회전위치를 토대로 상기 미러의 회전위치를 재설정하기 위한 신호를 상기 갈바노미터 스캐너에 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 갈바노미터의 회전각측정시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위치측정부는, 상기 모터의 하우징에 설치되는 저항부와, 상기 모터의 회전축과 연동하여 회전하도록 결합되는 커플러와, 상기 커플러에 설치되어 상기 회전축의 회전각도에 따른 전압을 출력하도록 상기 저항부와 접촉하는 접촉단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 갈바노미터의 회전각측정시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 위치측정부의 접촉단자는 상기 회전축의 회전각도에 따른 전압을 출력 하도록 상기 저항부의 두 지점과 접촉하는 제1단자와 제2단자가 이격형성된 것을 특징으로 하는 갈바노미터의 회전각측정시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 저항부는 상기 접촉단자의 제1단자와 제2단자에 각각 접촉하도록 저항막과 도전막이 형성된 것을 특징으로 하는 갈바노미터의 회전각측정시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 위치측정부로부터 출력된 전압을 입력받아 피드백하는 피드백유닛과,
    상기 피드백유닛으로부터 피드백된 신호에 따라 상기 회전자의 회전위치를 분석하고 분석된 정보에 따라 재설정 제어신호를 인가하는 제어유닛과,
    상기 제어신호에 따라 상기 갈바노미터 스캐너의 상기 모터를 제어하는 컨트롤유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 갈바노미터의 회전각측정시스템.
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