KR20190033039A - 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법 및 장치 - Google Patents

자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 복수의 자석부들 및 복수의 센서부들을 포함하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법은, 상기 복수의 자석부들 각각은 주기적으로 N극과 S극이 번갈아 반복되고, 상기 복수의 센서부들 각각은 복수의 자기장 센서들을 포함하며, 기준 자기장 센서를 이용하여 상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계, 및 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법 및 장치 {Method and apparatus for error correction in linear position sensing system using magnetic sensors}
본 발명은 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법 및 장치에 관한 것이다.
리니어 모터 시스템에서 이동자의 위치를 검출하기 위해 통상적으로 고정자에 엔코더 스케일을 부착하고 이동자에 엔코더 헤드를 부착하여 엔코더 헤드가 광학식 또는 자기식으로 엔코더 스케일의 눈금을 읽는 방식을 사용한다. 리니어 모터에는 고정자나 이동자에 N극과 S극이 번갈아 반복되도록 자석들이 부착돼 있으므로, 위치 검출의 정밀도가 높을 필요가 없는 경우 자기장 센서를 이용하여 자석들의 자기장 크기를 읽어 위치를 검출하는 방식을 사용할 수 있다. 이 경우 위치 검출에 모터를 구동하는 자석들을 그대로 이용하기 때문에 검출 오차가 클 수 있으며, 이동자가 복수인 경우 오차 보정을 위한 데이터가 많이 필요하게 된다.
본 발명은 보정을 위한 데이터의 양이 적은 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법은, 복수의 자석부들 및 복수의 센서부들을 포함하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법에 있어서, 상기 복수의 자석부들 각각은 주기적으로 N극과 S극이 번갈아 반복되고, 상기 복수의 센서부들 각각은 복수의 자기장 센서들을 포함하며, 기준 자기장 센서를 이용하여 상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계, 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 기준 자기장 센서는, 상기 복수의 센서부들 중 하나의 복수의 자기장 센서들 중 하나인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는, 상기 위치 추정 함수들 중 하나에 기초하여 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 위치 추정 함수들 중 하나는, 상기 위치 추정 함수들 중 가장 균질한 것임을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법은,
일 실시예에서, 상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는, 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 측정된 상기 복수의 자석부들 중 하나의 자석부에 대한 기준 위치 정보를 획득하는 단계, 상기 기준 위치 정보에 기초하여, 상기 기준 자기장 센서를 이용하여 측정된 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 획득하는 단계, 및 상기 기준 위치 정보와 상기 추정 위치 정보에 기초하여 상기 하나의 자석부에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 기준 위치 정보는, 상기 하나의 자석부의 제1 위치에 대한 기준 위치값 및 제2 위치에 대한 기준 위치값를 포함하고, 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 획득하는 단계는, 상기 기준 자기장 센서를 이용하여 검출된 상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 기초하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 위치에 대한 기준 위치값과 상기 제2 위치에 대한 기준 위치값의 차이는 상기 하나의 자석부의 자기장 주기의 1/4이며, 상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 기초하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 산출하는 단계는, 상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 acrtan 함수를 적용하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 위치는 상기 하나의 자석부의 자기장의 제로 크로싱 점의 일측에 있고, 상기 제2 위치는 상기 제로 크로싱 점의 타측에 있으며, 상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 기초하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 산출하는 단계는, 상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 선형 보간을 적용하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간의 간격은, 상기 복수의 센서부들 각각의 자기장 센서들 간의 간격과 같은 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는, 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 측정된 상기 복수의 자석부들 중 하나의 자석부에 대한 기준 위치 정보를 획득하는 단계, 상기 복수의 센서부들 중 하나의 센서부를 이용하여 측정된 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 획득하는 단계, 및 상기 하나의 자석부에 대한 위치 추정 함수, 상기 하나의 자석부에 대한 기준 위치 정보, 및 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보에 기초하여 상기 하나의 센서부에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 자기장 센서들은 3개 이상이고, 상기 하나의 센서부에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는, 상기 하나의 자석부에 대한 위치 추정 함수, 상기 하나의 자석부에 대한 기준 위치 정보, 상기 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보, 및 상기 하나의 센서부의 복수의 자기장 센서들 간의 기준 간격에 기초하여 상기 하나의 센서부의 복수의 자기장 센서들 각각의 위치 오차를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 복수의 자석부들 및 복수의 센서부들을 포함하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법에 있어서, 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는, 머신 비전을 통해 상기 복수의 센서부들 각각의 복수의 자기장 센서들의 해당 센서부상의 위치를 검출하는 단계, 및 상기 검출된 상기 복수의 센서부들 각각의 복수의 자기장 센서들의 위치에 기초하여 해당 센서부에 대한 자기장 센서들의 위치 오차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법은, 저장부로부터 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 독출하는 단계, 및 상기 복수의 센서부들 중 하나가 검출한 상기 복수의 자석부들 중 하나의 위치에 대해, 해당 센서부의 위치 추정 함수 및 해당 자석부의 위치 추정 함수에 기초하여 오차 보정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치는, 복수의 자석부들 및 복수의 센서부들을 포함하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치에 있어서, 상기 복수의 자석부들 각각은 주기적으로 N극과 S극이 번갈아 반복되고, 상기 복수의 센서부들 각각은 복수의 자기장 센서들을 포함하며, 기준 자기장 센서를 이용하여 상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하고, 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 보정부, 및 상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치는, 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 저장하는 저장부, 및 저장부로부터 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 독출하고, 상기 복수의 센서부들 중 하나가 검출한 상기 복수의 자석부들 중 하나의 위치에 대해, 해당 센서부의 위치 추정 함수 및 해당 자석부의 위치 추정 함수에 기초하여 오차 보정을 수행하는 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.
본 발명에 의하면, 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 보정에 필요한 데이터의 양을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 종래의 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 자기장 센서들에 의해 검출되는 자기장이 클램핑되도록 한 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해 12비트 ADC를 사용하는 경우 검출되는 자기장 값의 예를 도시한 도면이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 서로 다른 실시예들에 의해 L/8 간격으로 배열된 자기장 센서들을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템
도 1은 종래의 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템은 자석에 의한 자기장이 정현파에 가깝게 되는 거리에서 자기장 센서로 자기장을 검출하되, 자기장의 주기 L의 1/4인 L/4 간격으로 2개의 자기장 센서를 배치하여 90도 위상차로 자기장을 검출한 후 arctan 연산을 통하여 위상을 산출하여 위치를 결정하는 방식을 사용한다.
이때, 자기장 센서에 의해 검출되는 자기장이 정현파에 가깝게 되고, 이러한 정현파 자기장의 크기가 자기장 센서의 인식 범위 내에 포함되려면 자기장 센서를 자석으로부터 멀리 떨어뜨려야 한다. 이렇게 자기장 센서를 자석으로부터 멀리 떨어뜨리면 자기장의 세기가 약해져서 신호대잡음비가 낮아지게 된다. 한편, L=30mm이고 요구되는 위치 검출 해상도가 1um인 경우, 두 자기장 센서의 검출값을 ADC로 획득하여 MCU(microcontroller)에서 arctan 연산하여 1/30000의 해상도를 얻기 위해서는 노이즈가 없더라도 15비트 급의 ADC가 필요하다. 노이즈를 고려하고 자기장 센서의 인식 범위 내에 정현파 자기장의 크기를 맞출 때 여유를 주려면 16비트 급 이상의 ADC가 필요하게 된다. 이와 같이 높은 성능의 ADC를 이용하면 시스템의 원가가 높아지게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템은 자석부(100)와 센서부(200)를 포함한다. 리니어 모터에서 자석부(100)가 이동자에 부착되고 센서부(200)가 고정자에 부착될 수도 있고, 반대로 센서부(200)가 이동자에 부착되고 자석부(100)가 고정자에 부착될 수도 있다.
자석부(100)는 자석(110)들이 부착되어 있어 거리 L을 주기로 N극과 S극이 번갈아 반복된다. 센서부(200)는 거리 d를 간격으로 복수의 자기장 센서(210)들이 나열돼 있으며, 자기장 센서들은 3개 이상이다. 자기장 센서들은 거리 L/2 이상을 커버하도록 배치된다. 즉, 자기장 센서들 중 첫 번째 자기장 센서와 마지막 자기장 센서 간의 거리는 L/2 이상이다. 스티칭을 위해 L/2 기준으로 5~10% 마진을 둘 수 있다.
예를 들어, L이 30mm인 경우, 자기장 센서를 2mm 간격으로 9개 배치하면 첫 번째 자기장 센서와 마지막 자기장 센서 간의 거리가 16mm이므로 L/2 이상이 되는데, 스티칭을 위해 자기장 센서를 하나 더 두어 총 10개를 배치할 수 있다. 자기장 센서로는 홀 센서를 사용할 수 있다. 자석부(100)의 자석들과 센서부(200)의 자기장 센서들은 통상 일직선의 형태로 배열되지만, 반드시 그럴 필요는 없다.
자기장 센서들은 자석의 이동경로에 가깝게 배치하여, 자기장 센서들에 의해 검출되는 자석부의 자기장 값이 클램핑 되고 제로 크로싱(zero crossing)하는 부분이 부각되도록 할 수 있다. 이렇게 하면 센싱되는 자기장의 값은 정현파가 아닌 사다리꼴의 형태를 띠게 된다. 본 발명의 일 실시예에 의해 자기장 센서들에 의해 검출되는 자기장이 클램핑되도록 한 것이 도 3에 도시되어 있다.
이렇게 함으로써 제로 크로싱 점 부근의 자기장 센서들에 의해 자석부의 위치 정보를 획득하고, 이 자기장 센서들에서 신호대잡음비를 대폭 높일 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면 저가의 센서와 ADC를 사용할 수 있게 되며, 종래기술과 같이 90도 위상 차로 두 개의 자기장 센서를 배치하는 경우보다 원가를 대폭 절감할 수 있게 된다. 위의 예와 같이 센서를 9개 이상 사용함으로써 필요한 ADC의 해상도를 3비트 이상 낮출 수 있고, 신호대잡음비가 높으므로 ADC 성능이 낮더라도 안정적으로 위치 센싱이 가능하다. 자기장 센서는 ADC를 포함할 수 있다. 이와 같이 ADC가 포함된 자기장 센서를 사용하면 시스템을 더 단순하게 하고 비용을 더 낮출 수 있다.
자석부(100)가 이동자에 부착되는 리니어 모터(Long stator motor(LSM) 또는 Moving magnet motor 등으로 불린다.)의 경우 고정자에 다수의 센서부(200)가 부착되어야 하므로 센서부(200)의 원가절감 필요성이 크며, 따라서 본 발명은 자석부(100)가 이동자에 부착되는 리니어 모터에서 특히 유용하다.
이하 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템에서 자기장 센서들에 의해 검출된 자기장 값으로부터 자석부(100)의 위치를 산출하는 방법을 설명한다. 전술하였듯이 자석부(100)가 이동자에 부착될 수도 있고 고정자에 부착될 수도 있는바, 여기서 자석부(100)의 위치는 센서부(200)에서 바라본 자석부(100)의 위치, 즉 자석부(100)와 센서부(200) 간의 상대적 위치를 의미할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해 12비트 ADC를 사용하는 경우 검출되는 자기장 값의 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 자기장 센서들에 의해 검출된 자기장 값은 ADC(미도시)에 의해 디지털 데이터로 변환되며, 프로세서(미도시)가 ADC로부터 자기장 값을 수신하고(S410), 수신된 자기장 값에서 제로 크로싱이 일어나는 지점의 위치를 검출하여 자석부(100)의 위치를 산출한다(S420). 즉, 프로세서는 자기장 센서들에 의해 검출된 자기장 값이 양에서 음으로 바뀌거나 음에서 양으로 바뀌는 위치를 검출한다. 도 5의 예에서는 4번 센서와 5번 센서 사이에서 양에서 음으로 제로 크로싱이 일어난다. 즉 프로세서는 자기장 센서들 중 자기장 검출값의 부호가 서로 다른 인접한 두 자기장 센서의 자기장 검출값에 기초하여 자석부(100)의 위치를 산출할 수 있다.
제로 크로싱 부근의 자기장은 선형에 가까우므로, 프로세서는 제로 크로싱 직전의 자기장 검출값과 제로 크로싱 직후의 자기장 검출값을 선형 보간하여 자석부(100)의 위치를 산출할 수 있다. 도 5의 예에서는 4번 센서의 검출값이 1000이고, 5번 센서의 검출값이 -800이므로, 두 자기장 센서 간의 간격이 2mm인 경우 4번 센서의 위치로부터 (2mm * 1000/1800)의 위치에 제로 크로싱 점이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 자석의 위상 값을 0번 센서로부터 자기장이 양에서 음으로 제로 크로싱하는 점까지의 거리로 설정하면, 이 경우 자석의 위상 값은 (4 * 2mm + 2mm * 1000/1800)이 된다. 만일 자기장 검출값에서 음에서 양으로 제로 크로싱하는 위치가 검출되면, 위상 값을 L/2인 15mm를 이동시켜 사용할 수 있다. 프로세서는 산출된 위상 값을 누적하여 자석부(100)의 위치를 산출할 수 있다. 즉, 프로세서는 자기장을 빠르게(예: 5kHz) 샘플링하여 위상값이 한 주기 밖으로 넘어가면 한 주기인 L=30mm씩 가감하여 자석부(100)의 위치를 산출할 수 있다.
이와 같이 제로 크로싱 전후의 두 자기장 센서에서 검출된 자기장 값을 보간하여 자석부(100)의 위치를 산출하려면 제로 크로싱 전후의 두 자기장 센서에서 검출되는 자기장 값이 클램핑되지 않도록 해야 하며, 따라서 제로 크로싱 부근에서 자기장이 클램핑되지 않는 연속 구간의 길이가 자기장 센서들 간 거리의 두 배 이상, 즉 2*d 이상이 되도록 해야 한다.
도 6 내지 8은 본 발명의 서로 다른 실시예들에 의해 L/8 간격으로 배열된 자기장 센서들을 도시한 도면이다. 도 6에서는 자기장 센서들을 1열로 나란히 배열하였는데, 자기장 센서의 크기가 커서 원하는 간격(L/8)으로 나란히 배열하기 어려운 경우 등 필요에 따라 도 7과 같이 자기장 센서를 2열로 배치하거나, 기타 다른 방식으로 센서를 배치하여 연속되는 두 자기장 센서 간의 간격이 원하는 간격(L/8)이 되도록 할 수 있으며, 이렇게 배치된 자기장 센서들은 도 6과 같이 1열로 배열된 자기장 센서들과 균등한 것으로 이해될 수 있다. 또한, 도 8과 같이 코깅 방지 등을 위해 자석이 기울어지게 배치된 경우, 센서의 배열 역시 자석과 같이 기울어질 수 있으며, 자석과의 상대 거리로 판단했을 때 각 센서 간 거리가 원하는 간격(L/8)이라고 볼 수 있으므로 이렇게 배치된 자기장 센서들 역시 도 6과 같이 1열로 배열된 자기장 센서들과 균등한 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 본 발명은 상기 세 도면에 도시된 자기장 센서들에 동일한 방법으로 적용될 수 있다.
이제 본 발명에 의한 리니어 위치 검출 시스템을 설계하는 방법을 구체적인 예를 들어 설명한다.
ADC에서 출력되는 최종 자기장 검출값은 자기장 센서의 출력 범위와 ADC의 입력 범위 중 작은 값에 의해 클램핑되는데, 이하 ADC의 입력 범위가 자기장 센서의 출력 범위와 같거나 작은 경우를 중심으로 설명한다. 즉, 자기장 검출값은 ADC의 출력값의 전 범위의 값을 가질 수 있다.
위치 검출 해상도는 위치제어 성능의 1/5에서 1/10 이하로 설정할 수 있다. 예를 들어, +/-10um의 위치제어 성능이 요구되는 경우 위치 검출 해상도 r=1um로 설정할 수 있다.
자석부(100)의 자석의 주기가 L, 자기장 센서 간 거리가 d, 자기장 센서의 개수가 n일 때, 자기장 센서들이 거리 L/2 이상을 커버하려면 다음 식이 만족되어야 한다.
[수학식 1]
d*(n-1)≥(L/2)
예를 들어 L=30mm이고 d=2mm인 경우 n≥8.5가 되어야 한다.
제로 크로싱 부근에서 자기장이 클램핑되지 않는 연속 구간의 길이가 k일 때, 연속된 두 자기장 센서에서 검출되는 자기장 값이 클램핑되지 않도록 하려면 다음 식이 만족되어야 한다.
[수학식 2]
k≥(2*d)
전 구간 중 비클램핑 구간의 비 p=k/(L/2)=2k/L가 커질수록 클램핑되지 않는 연속 구간의 선형성이 낮아지므로, 비선형성에 의한 오차를 고려하여 k를 낮게 설계해야 한다. 예를 들어 p=4/15인 경우 선형성에 의한 오차는 최대 0.7% 정도가 될 수 있다.
클램핑되지 않는 연속 구간의 자기장을 선형으로 간주하면, 제로 크로싱 전후의 두 자기장 센서에 의한 자기장 검출값의 차이는 ADC의 출력값 범위에 d/k를 곱한 값이 된다. 따라서 N비트 ADC를 사용하는 경우 두 자기장 센서에 의한 자기장 검출값의 차이는 2N*(d/k)가 되며, 두 자기장 센서 사이에서 인식할 수 있는 위치의 해상도 r은 다음 식과 같이 된다.
[수학식 3]
r=d/{2N*(d/k)}=k/2N
k=2d이면 해상도 r=2d/2N=d/2N-1이 되고, d가 2mm이고 N이 12이면 해상도 r은 1um가 된다. 요구되는 해상도 r과 k값에 따른 선형성 오차를 고려하여 수학식 3을 고려하여 ADC의 비트 수를 선택할 수 있다.
설계에 따라, 노이즈나 ADC의 성능에 따라서 하위 비트들 중 일부는 믿을 수 없을 수도 있는데, 이는 전술한 것과 같이 해상도를 위치제어 성능의 1/5 ~ 1/10 정도로 설정하고 내부에서 필터를 이용하는 등으로 처리할 수 있다.
ADC의 비트 수는 비용을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들어, 12비트 ADC가 저렴한 수준일 경우, 12비트 ADC를 선정할 수 있다. 기술이 발면하여 더 높은 해상도의 ADC가 낮은 가격으로 출시되면 더 높은 해상도의 ADC를 선정할 수 있다.
자석의 주기 L, 요구되는 해상도 r, ADC의 비트 수 N이 결정되면, 수학식 2를 고려하여 자기장 센서 간 거리 d를 결정하고, 수학식 1을 고려하여 자기장 센서의 수 n을 결정할 수 있다. 제로 크로싱 전후의 두 자기장 센서에서 검출된 자기장 값을 보간할 때 검출된 자기장 값이 ADC 출력값의 경계에서 안쪽으로 들어오도록 하기 위해 k를 2*d보다 약간 크게 할 수 있다. 예를 들어 k를 2.5*d 이하로 하거나, 3*d 이하로 할 수 있다. 자기장 센서의 수를 늘리고 ADC 해상도를 늘리면 더 세밀한 위치 해상도를 얻을 수 있지만, 비용 효율적인 지점을 선택할 필요가 있다.
보다 구체적으로, 다음과 같이 리니어 위치 검출 시스템을 설계할 수 있다.
위치제어 성능을 +/-10um으로 요구 받은 경우, 위치제어 해상도 r을 1~2um로 하겠다고 결정할 수 있다.
저렴한 ADC가 12비트 정도일 때, N=12, r=1um, k=2*d로 하면 수학식 3에 따라 d=2mm가 된다. 보다 구체적으로, N=12, r=1um일 때 비클램핑 구간의 길이 k=4mm가 되는데, 이 경우 p=2k/L=4/15가 충분히 작아 제로 크로싱 부근의 선형성 오차를 고려해도 r=1~2um를 만족시킬 수 있다. k=2*d로 하면 자기장 센서 간 거리 d=2mm로 결정할 수 있다. 마진을 두어 k 값이 5~6mm 정도가 되도록 자석부(100)와 센서부(200) 간 거리를 조정하여도 여전히 r=1~2um를 만족시킬 수 있다.
d=2mm일 때 L/2=15mm를 커버하려면 자기장 센서의 수는 적어도 9개이어야 하는데, 스티칭을 위해 자기장 센서의 수를 10개로 결정할 수 있다.
한편, 반 주기(L/2) 이내의 센서의 수를 n이라 하고, 전 구간 중 비클램핑 구간의 비 p라고 하면, 비클램핑 구간이 센서 간 거리의 2배 이상이어야 하므로, (L/2)*p≥2*(L/2)/(n-1) 에서 p≥2/(n-1)가 된다. 센서의 수는 n≥(2/p)+1를 만족시켜야 한다.
비클램핑 구간이 전 구간의 반이라면 p=1/2이고 n≥5이므로, 반 주기 이내의 센서의 수는 5 이상이어야 한다. 만일 반 주기 이내의 센서의 수를 9로 하고자 하면, N=9일 때 p≥0.5이므로 비클램핑 구간이 전 구간의 25% 이상이 되도록 해야 한다. 한 주기가 30mm이고 자기장 센서 간 간격이 2mm라면 반 주기 이내의 센서의 수 n=8.5라고 볼 수 있고, 이 경우 p≥4/15이므로 비클램핑 구간이 전 구간의 약 27% 이상이어야 한다.
자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법 및 장치
자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템에서는, 정현파 자기장을 이용하는 경우 자기장이 얼마나 정현파에 가까운지, 클램핑된 자기장을 이용하는 경우 제로 크로싱 부근의 자기장이 얼마나 선형인지, 자석이 얼마나 정확한 위치에 부착되었는지, 자석의 세기가 얼마나 균일한지, 자기장 센서가 얼마나 정확한 위치에 부착되었는지 등에 따라 위치 검출 오차가 발생할 수 있다.
실제 위치를 p라 하고, 리니어 위치 검출 시스템에 의해 추정된 위치를 p_est라고 하면, p_est는 다음과 같이 p에 대한 함수로 나타낼 수 있다.
p_est = f_est(p)
이러한 f_est를 위치 추정 함수라 부르기로 한다. 이상적인 경우 위치 추정 함수 f_est는 항등 함수(identity function)가 될 것이다. 즉, f_est(p) = I(p) = p가 된다. 그러나 실제로는 위치 추정 함수는 항등 함수가 되지 못하고 약간 일그러진 형태의 함수가 된다. 본 발명에서 함수는 테이블이나 수식으로 특정될 수 있으며, 기타 함수의 특징을 나타내는 파라미터들에 의해 특정될 수 있다.
위치 추정 함수 f_est를 구하면, 이의 역함수 f_est_reverse를 이용하여 위치 검출 오류를 보정할 수 있다. 즉, p_compenstated = f_est_reverse(p_est) = f_est_reverse( f_est (p) ) = p 와 같이 정밀한 위치를 획득할 수 있게 된다.
본 발명의 자기장 센서를 이용한 리니어 위치 검출 시스템의 경우, 위치 센서만을 위해서 별도로 세밀하게 자화시킨 자기장 패턴을 이용하는 것이 아니라 모터를 구동하는 자석들을 그대로 위치 검출에 이용하기 때문에 자기장의 주기가 길고(예: 30mm) 정밀도가 떨어지며, 센서부(200)의 자기장 센서들의 배치도 반도체 공정보다 정밀도가 떨어지는 PCB 위의 SMT 공정으로 이루어지므로 검출 오차가 더 커질 수 있다.
이에 반하여 통상 모션 스테이지에서 많이 사용되는 엔코더를 이용한 위치 검출 방식의 경우, 반도체 공정의 에칭 공법 등을 이용하여 비교적 정밀하고 세밀하게 엔코더 스케일에 반복 패턴을 새기고, 반복 패턴의 주기가 수십 um에서 1um 이하이므로 위치 검출 정확도가 매우 높다(통상 100nm ~ 250nm 수준의 해상도). 따라서 본 발명의 일 실시예에서는 엔코더를 이용하여 검출한 위치를 기준 위치로 사용하여 f_est 함수를 구할 수 있다. 즉, 리니어 모터의 고정자와 이동자 중 하나에 엔코더 스케일을 부착하고 다른 하나에 엔코더 헤드를 부착하여 기준 위치 p를 측정할 수 있다.
따라서, 리니어 모터의 이동자를 이동시키면서 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 측정한 기준 위치 p와, 자석부(100) 및 센서부(200)를 이용하여 측정한 추정 위치 p_est를 테이블로 작성하여 위치 추정 함수 f_est를 구하고, 이 테이블 값을 역으로 이용하여 f_est_reverse를 구할 수 있다. 위치 추정 함수를 구하기 위해 리니어 위치 검출 시스템을 그대로 이용하거나, 별도의 지그를 이용할 수 있다.
그런데, 이동자가 복수인 리니어 모터 시스템에서는 자석부와 센서부가 복수개 존재하여, 모든 자석부와 모든 센서부의 조합에 대해 위치 추정 함수를 구할 필요가 있다. 즉, 자석부의 개수가 i이고 센서부의 개수가 j이면 총 i*j개의 위치 추정 함수를 구해야 한다. 따라서 매우 많은 보정 데이터를 측정하고 저장해야 한다는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 다음과 같이 위치 추정 함수를 자석부에 대한 위치 추정 함수와 센서부에 대한 위치 추정 함수로 분해하여 이러한 문제를 해결한다.
f_est(p) = f_est_magnet(p) + f_est_sensor(p)
여기서 f_est_magnet은 센서부의 오차와 무관하게 각 자석부에 의한 오차를 반영한 함수이며, f_est_sensor는 자석부의 오차와 무관하게 각 센서부에 의한 오차를 반영한 함수이다. 이 경우 자석부의 개수가 i이고 센서부의 개수가 j이면 i+j개의 위치 추정 함수만 구하면 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치(300)는 보정부(310) 및 저장부(320)을 포함할 수 있다. 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치(300)는 리니어 위치 검출 시스템에 포함될 수도 있고 별도의 장치일 수도 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다. 여기서 리니어 위치 검출 시스템은 복수의 자석부들 및 복수의 센서부들을 포함하며, 상기 복수의 자석부들 각각은 주기적으로 N극과 S극이 번갈아 반복되고, 복수의 센서부들 각각은 복수의 자기장 센서들을 포함한다. 물론 자석부의 N극과 S극의 반복 주기는 오차를 포함하므로 자기장이 완벽하게 주기적인 것은 아니다. 각 센서부에 포함된 자기장 센서들은, 정현파 방식의 경우 2개이고, 클램핑 방식의 경우 3개 이상이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법은, 보정부(310)가 기준 자기장 센서를 이용하여 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계(S1010) 및 보정부(310)가 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계(S1020)를 포함한다. 여기서 기준 자기장 센서로 복수의 센서부들 중 하나의 복수의 자기장 센서들 중 하나를 사용할 수 있다. 보정부(310)는 결정된 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 저장부(320)에 저장할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법은, 보정부(310)가 저장부(320)로부터 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 독출하는 단계(S1110) 및 보정부(310)가 복수의 센서부들 중 하나가 검출한 복수의 자석부들 중 하나의 위치에 대해, 해당 센서부의 위치 추정 함수 및 해당 자석부의 위치 추정 함수에 기초하여 오차 보정을 수행하는 단계(S1120)를 포함한다.
실시예에 따라 보정부(310)와 저장부(320)는 여러 장치로 분리될 수 있다. 예를 들어 보정부(310) 중 위치 추정 함수를 결정하는 부분과 오차 보정을 수행하는 부분이 분리되어, 전자는 별도의 지그에 연결되고, 후자는 리니어 위치 검출 시스템에 연결될 수 있다. 저장부(320)도 보정부(310)가 위치 추정 함수를 결정하여 저장할 때 사용하는 부분과 이와 보정부(310)가 오차 보정을 수행하기 위하여 위치 추정 함수를 독출할 때 사용하는 부분이 분리되어, 전자는 별도의 지그에 연결되고, 후자는 리니어 위치 검출 시스템에 연결될 수 있다. 또한, 저장부(320) 중 각 센서부에 대한 위치 추정 함수를 저장하는 부분 및/또는 보정부(310) 중 각 센서부에 대한 오차 보정을 수행하는 부분은 센서부별로 분리되어 해당 센서부에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 센서부에 연결된 보정부는 저장부로부터 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 해당 센서부에 대한 위치 추정 함수를 독출한 후, 해당 센서부가 검출한 복수의 자석부들 중 하나의 위치에 대해, 해당 센서부의 위치 추정 함수 및 해당 자석부의 위치 추정 함수에 기초하여 오차 보정을 수행할 수 있다.
기준 자기장 센서를 이용하여 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계(S1010)에 대한 보다 구체적인 실시예를 살펴본다.
보정부(310)는 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 복수의 자석부들 중 하나의 자석부를 이동시키면서 기준 위치 정보를 획득한다. 보정부(310)는 기준 위치 정보에 기초하여, 기준 자기장 센서를 이용하여 측정된 위 자석부에 대한 추정 위치 정보를 획득한다. 구체적으로, 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 획득한 기준 위치 정보는, 위 자석부의 제1 위치에 대한 기준 위치값 및 제2 위치에 대한 기준 위치값를 포함하고, 보정부(310)는 기준 자기장 센서를 이용하여 검출된 제1 위치에 대한 자기장 값 및 제2 위치에 대한 자기장 값에 기초하여 위 자석부에 대한 추정 위치값을 산출할 수 있다. 위 자석부에 대한 추정 위치값은 제1 위치에 대한 추정 위치값일 수 있다. 보정부(310)는 기준 위치 정보와 추정 위치 정보에 기초하여 해당 자석부에 대한 위치 추정 함수를 결정한다. , 보정부(310)는 추정 위치 정보와 기준 위치 정보의 관계를 해당 자석부에 대한 위치 추정 함수로 결정할 수 있다.
도 1과 같이 정현파 자기장을 이용하는 경우, 센서부에 L/4의 간격으로 배치되어 90도 위상차를 갖는 두 개의 센서 Ha, Hb가 구비된다. 이 중 하나의 센서, 이를테면 Ha를 기준 자기장 센서로 이용하여 L/4의 간격으로 자기장 값을 검출한 후 acrtan 연산을 통하여 위상을 산출하여 추정 위치 정보를 얻는다. 이때 L/4의 간격으로 자기장을 검출하기 위해 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 얻은 기준 위치 정보를 이용한다. 자석부에 대한 위치 추정 함수 f_est_magnet와 Ha를 이용하여 L/4의 간격으로 검출한 자기장 값 Ha(p) 및 Ha(p-L/4)의 관계는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
f_est_magent(p) = atan2( Ha(p), Ha(p-L/4) )/(2π)*L
도 2와 같이 클램핑된 자기장을 이용하는 경우, 센서부에 구비된 복수의 센서들 중 하나의 센서, 이를테면 H0를 기준 자기장 센서로 이용하여 자기장의 제로 크로싱 점의 전후 두 위치에서 자기장 값을 검출한 후 이를 이용해 추정 위치 정보를 얻는다. 이때 두 위치 간 간격을 구하기 위해 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 얻은 기준 위치 정보를 이용한다.
예를 들어, 자기장 센서들 간의 간격이 d이고, 자석의 위상 값을 0번 센서로부터 자기장이 제로 크로싱하는 점까지의 거리로 설정하면, 0부터 d까지의 위상(또는 위치) p에 대하여 p에서의 자기장 값 H0(p)와 p-d에서의 자기장 값 H0(p-d)를 구하여 다음 식과 같이 선형 보간에 의해 f_est_magnet을 구할 수 있다.
f_est_magnet(p) = H0(p) / {H0(p)-H0(p-d)} * d
d부터 L/2까지의 위상(또는 위치)에 대하여는 위 0부터 d까지의 위상에 대해 구한 f_est_magnet을 반복하여 사용할 수 있다. L/2 이후의 위상 및 위치, 즉 다른 제로 크로싱 점들에 대하여는 d부터 L/2까지의 위상에 대하여 구한 f_est_magnet을 반복하여 사용하거나, 보다 정확한 오차 보정을 위해 각 제로 크로싱 점들에 대해 위 과정을 반복하여 f_est_magnet을 구할 수 있다. 물론 실제 자기장 센서들 간의 간격에는 오차가 있으므로, 여기서 d는 원래 의도한 자기장 센서들 간의 간격을 의미하며, 예를 들면 2mm일 수 있다.
다른 예로, 자기장 센서들 중 하나를 기준 자기장 센서로 이용하여 제로 크로싱점 p_zero_crossing의 주변부에 대한 자기장 패턴을 추출한다. 이 자기장 패턴이 얼마나 직선에 가까운지가 오차를 결정하게 되므로 다음 식에 의해 f_est_magnet을 구할 수 있다.
f_est_magnet(p) = H0(p-p_zero_crossing)x{H0(p_zero_crossing+d)-H0(p_zero_crossing-d)}
이렇게 구한 f_est_magnet을 제로 크로싱 주변부 외의 부분에 대하여도 공통으로 사용한다. 각 제로 크로싱 점들에 대해 위 과정을 반복하여 f_est_magnet을 구할 수 있다. 제로 크로싱 점이 여러 곳이므로 어느 제로 크로싱 점인지 추적하여 테이블을 적용하여야 한다.
다른 예로, 다음 식에 의해 f_est_magnet을 구할 수 있다.
Figure pat00001
지금까지 설명한 방법에 의해 모든 자석부에 대해 위치 추정 함수를 결정하면, 보정부(310)는 각 센서부에 대한 위치 추정 함수를 결정한다.
보정부(310)는 각 센서부에 대한 위치 추정 함수를 결정할 때, 앞에서 구한 자석부들의 위치 추정 함수들 중 하나를 이용할 수 있다. 즉, 보정부(310)는 자석부들 중 하나를 사용해 센서부의 위치 추정 함수를 구하는데, 이때 사용되는 자석부의 위치 추정 함수 f_est_magent를 이용하여 다음 식에 의해 센서부의 위치 추정 함수 f_est_sensor를 구할 수 있다.
f_est_sensor(p) = f_est(p) - f_est_magent(p)
여기서 p는 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 얻은 자석부의 기준 위치 값이고, f_est(p)는 센서부를 이용하여 측정한 자석부의 추정 위치 값이다. 다시 말해, 보정부(310)는 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 측정한 자석부에 대한 기준 위치 정보를 획득하고, 센서부를 이용하여 측정한 자석부에 대한 추정 위치 정보를 획득한 후, 자석부에 대한 위치 추정 함수, 자석부에 대한 기준 위치 정보, 및 센서부를 이용해 측정한 자석부에 대한 추정 위치 정보에 기초하여 센서부에 대한 위치 추정 함수를 결정할 수 있다.
모든 센서부에 대해 반드시 동일한 자석부를 사용해야 하는 것은 아니지만, 가능하면 가장 균질한 위치 추정 함수를 가진 자석부를 하나 선정하여 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 위치 추정 함수가 가장 균질하다는 것은 오차가 가장 적다는 것을 의미한다. 오차가 가장 적은 위치 추정 함수는 최소제곱법 등을 이용해 구할 수 있다. 가장 균질한 위치 추정 함수는 항등 함수에 가장 가까운 위치 추정 함수일 수 있다.
도 1과 같이 정현파 자기장을 이용하는 경우, 센서부를 이용하여 자석부에 대한 추정 위치 정보를 구할 때 다음 식을 사용할 수 있다.
f_est(p) = atan2( Ha(p), Hb(p) )/(2π)*L
도 2와 같이 클램핑된 자기장을 이용하는 경우, 센서부를 이용하여 자석부에 대한 추정 위치 정보를 구할 때 0과 L/2 사이의 위상(또는 위치) p는 다음 식으로 구할 수 있다.
f_est(p) = k*d + Hk(p) / {Hk(p)-Hk +1(p-d)} * d
L/2과 L 사이의 위상(또는 위치)는 위 식에 L/2을 더하여 구할 수 있고, L 이후의 위치는 위상에 L씩 더하여 구할 수 있다.
지금까지 엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 모든 자석부와 모든 센서부 간의 모든 조합에 대해 보정할 수 있도록 하면서 자석부에 대한 보정 데이터와 센서부에 대한 보정 데이터를 분리함으로써 보정 데이터 량을 줄이는 방법을 설명하였다.
추가적으로, 데이터 량을 더 줄이기 위해 자석부에 대한 위치 추정 함수 및/또는 센서부에 대한 위치 추정 함수를 테이블로 나타내지 않고 커브 피팅을 통하여 보다 단순한 형태의 함수로 치환할 수 있다. 이 경우 보정의 정확도는 약간 떨어질 수 있다.
나아가, 보정 데이터 량을 더 줄이는 방법을 제안한다. 자기장을 이용한 리니어 위치 검출 시스템에서 가장 중요한 오차 요소는 자기장 센서들이 배치되는 위치의 오차이다. 예를 들어 자기장 센서들이 2mm 간격으로 배치될 것으로 가정하고 알고리즘을 수행할 때 실제 자기장 센서가 100um 틀어진 위치에 납땜이 되면 그 만큼의 위치 에러가 발생하게 된다. 따라서 f_est 함수의 변곡점을 추정해보면 대략 2mm 주기로 틀어지는 부분이 보이고, 이 변곡점이 실제 자기장 센서가 배치되는 위치의 오차를 반영하게 된다. 따라서 커브 피팅할 때 이 변곡점의 위치로부터 자기장 센서의 위치 오차를 추정하고 이 데이터를 알고리즘에 직접 반영하면 대용량의 데이터를 저장하지 않고도 간단하게 위치 보정을 이루어낼 수 있게 된다.
보정부(310)는 자석부에 대한 위치 추정 함수, 자석부에 대한 기준 위치 정보, 센서부를 이용하여 측정한 자석부에 대한 추정 위치 정보, 및 센서부의 복수의 자기장 센서들 간의 기준 간격 d에 기초하여 센서부의 복수의 자기장 센서들 각각의 위치 오차를 추정할 수 있고, 이렇게 추정된 복수의 자기장 센서들 각각의 위치 오차 정보로 센서부에 대한 위치 추정 함수를 나타낼 수 있다. 여기서 기준 간격 d는 원래 의도한 자기장 센서들 간의 간격을 의미한다.
보정부(310)는 머신 비전을 이용하여 센서부의 복수의 자기장 센서들 각각의 위치 오차를 결정할 수도 있다. 즉, 보정부(310)는 머신 비전을 통해 복수의 센서부 각각의 복수의 자기장 센서들의 해당 센서부상의 위치를 검출하고, 검출된 복수의 자기장 센서들의 위치에 기초하여 해당 센서부에 대한 자기장 센서들의 위치 오차를 결정할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체, 광학적 판독 매체 등 모든 저장매체를 포함한다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (18)

  1. 복수의 자석부들 및 복수의 센서부들을 포함하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법에 있어서,
    상기 복수의 자석부들 각각은 주기적으로 N극과 S극이 번갈아 반복되고,
    상기 복수의 센서부들 각각은 복수의 자기장 센서들을 포함하며,
    기준 자기장 센서를 이용하여 상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계;
    상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 자기장 센서는,
    상기 복수의 센서부들 중 하나의 복수의 자기장 센서들 중 하나인 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는,
    상기 위치 추정 함수들 중 하나에 기초하여 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 추정 함수들 중 하나는,
    상기 위치 추정 함수들 중 가장 균질한 것임을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는,
    엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 측정된 상기 복수의 자석부들 중 하나의 자석부에 대한 기준 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 기준 위치 정보에 기초하여, 상기 기준 자기장 센서를 이용하여 측정된 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 기준 위치 정보와 상기 추정 위치 정보에 기초하여 상기 하나의 자석부에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기준 위치 정보는, 상기 하나의 자석부의 제1 위치에 대한 기준 위치값 및 제2 위치에 대한 기준 위치값를 포함하고,
    상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 획득하는 단계는,
    상기 기준 자기장 센서를 이용하여 검출된 상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 기초하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 위치에 대한 기준 위치값과 상기 제2 위치에 대한 기준 위치값의 차이는 상기 하나의 자석부의 자기장 주기의 1/4이며,
    상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 기초하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 산출하는 단계는,
    상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 acrtan 함수를 적용하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 위치는 상기 하나의 자석부의 자기장의 제로 크로싱 점의 일측에 있고, 상기 제2 위치는 상기 제로 크로싱 점의 타측에 있으며,
    상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 기초하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 산출하는 단계는,
    상기 제1 위치에 대한 자기장 값 및 상기 제2 위치에 대한 자기장 값에 선형 보간을 적용하여 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간의 간격은, 상기 복수의 센서부들 각각의 자기장 센서들 간의 간격과 같은 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는,
    엔코더 스케일 및 엔코더 헤드를 이용하여 측정된 상기 복수의 자석부들 중 하나의 자석부에 대한 기준 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 복수의 센서부들 중 하나의 센서부를 이용하여 측정된 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 하나의 자석부에 대한 위치 추정 함수, 상기 하나의 자석부에 대한 기준 위치 정보, 및 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보에 기초하여 상기 하나의 센서부에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 자기장 센서들은 3개 이상이고,
    상기 하나의 센서부에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는,
    상기 하나의 자석부에 대한 위치 추정 함수, 상기 하나의 자석부에 대한 기준 위치 정보, 상기 상기 하나의 자석부에 대한 추정 위치 정보, 및 상기 하나의 센서부의 복수의 자기장 센서들 간의 기준 간격에 기초하여 상기 하나의 센서부의 복수의 자기장 센서들 각각의 위치 오차를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    복수의 자석부들 및 복수의 센서부들을 포함하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법에 있어서,
    상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 단계는,
    머신 비전을 통해 상기 복수의 센서부들 각각의 복수의 자기장 센서들의 해당 센서부상의 위치를 검출하는 단계, 및
    상기 검출된 상기 복수의 센서부들 각각의 복수의 자기장 센서들의 위치에 기초하여 해당 센서부에 대한 자기장 센서들의 위치 오차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  13. 저장부로부터 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 독출하는 단계; 및
    상기 복수의 센서부들 중 하나가 검출한 상기 복수의 자석부들 중 하나의 위치에 대해, 해당 센서부의 위치 추정 함수 및 해당 자석부의 위치 추정 함수에 기초하여 오차 보정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수는 제1항의 방법에 의해 결정된 것임을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 방법.
  15. 복수의 자석부들 및 복수의 센서부들을 포함하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치에 있어서,
    상기 복수의 자석부들 각각은 주기적으로 N극과 S극이 번갈아 반복되고,
    상기 복수의 센서부들 각각은 복수의 자기장 센서들을 포함하며,
    기준 자기장 센서를 이용하여 상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하고, 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 결정하는 보정부; 및
    상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치.
  16. 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 저장하는 저장부; 및
    저장부로부터 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수를 독출하고, 상기 복수의 센서부들 중 하나가 검출한 상기 복수의 자석부들 중 하나의 위치에 대해, 해당 센서부의 위치 추정 함수 및 해당 자석부의 위치 추정 함수에 기초하여 오차 보정을 수행하는 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 자석부들 각각에 대한 위치 추정 함수 및 상기 복수의 센서부들 각각에 대한 위치 추정 함수는 제1항의 방법에 의해 결정된 것임을 특징으로 하는 리니어 위치 검출 시스템의 보정 장치.
  18. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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