KR20210083748A - 서보 모터 시스템의 트리거 모듈 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보 모터 시스템의 트리거 모듈 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은 사용자가 원하는 명령을 수행하도록 위치 지령을 설정하는 제어기, 상기 제어기와 네트워크 통신하는 트리거 모듈, 상기 트리거 모듈과 네트워크 통신하는 서보 드라이브와, 상기 서보 드라이브에 의해 동작하고, 엔코더를 구비하는 서보 모터로 이루어지고,
상기 트리거 모듈은, 상기 제어기에서 네트워크를 통해 전달되는 위치 지령을 전달받는 펌웨어부; 상기 펌웨어부의 위치 지령을 저장하는 메모리부; 상기 엔코더에서 체크한 정보를 실시간으로 모니터링하고, 그 정보 값을 상기 메모리부에 저장된 위치 지령과 비교하여 두 값이 서로 매칭되는 위치에서 트리거 출력을 발생시키는 FPGA부를 포함하고,
상기 펌웨어부의 통신 주기와 관계없이 FPGA부 내부에서 실시간으로 트리거 출력 발생이 이루어지는 것이다.

Description

서보 모터 시스템의 트리거 모듈 제어 장치{Trigger Module Control Device for Servo Motor System}

본 발명은 서보 모터 시스템의 트리거 모듈 제어 장치에 관한 것이다.

서보 모터 시스템은 제어부로부터 제어 지령을 받은 서보 드라이브에서 서보 모터의 동작 제어시, 제어부에 마련된 트리거 모듈(trigger module)은 펌웨어부(firmware)를 활용하였다.

이때, 펌웨어부는 제어기에서 네트워크를 통해 전달되는 위치 지령과 설정값 등을 전달받는다. 이 경우의 위치 지령은 단일 개 지점의 트리거 펄스의 발생 위치를 의미하고, 펌웨어부가 데이터를 전달받는 주기 및 FPGA(Field Programmable Gate Array)에 데이터를 전달하는 주기가 통신 주기와 동일하다.

FPGA는 서보 모터에 장착된 엔코더에서 읽은 정보를 위치 지령과 비교하여 두 값이 서로 매칭되는 위치에서 트리거 출력을 발생시킨다.

따라서, 동작하는 서보 모터의 속도가 증가할 수록 위치 편차가 커지고, 그에 따라 트리거 출력 발생시 위치 오차 범위가 커질 수 있다.

이로 인하여 예를 들어 비젼 장비 등에서 트리거 모듈 사용시 위치 편차에 따른 불량 이미지 취득이 발생하므로, 통신 주기보다 빠르게 트리거 모듈을 제어할 수 있는 장치의 개발이 요구되었다.

대한민국 등록특허 제 10-1491034호(공고일자 : 2015년 2월 10일)

이에 본 발명은 펌웨어부의 통신 주기와 관계 없이 메모리부로부터 FPGA 내부에서 실시간으로 트리거 출력 발생이 가능하여 위치 오차 범위를 줄일 수 있는 서보 모터 시스템의 트리거 모듈 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결 수단은 사용자가 원하는 명령을 수행하도록 위치 지령을 설정하는 제어기, 상기 제어기와 네트워크 통신하는 트리거 모듈, 상기 트리거 모듈과 네트워크 통신하는 서보 드라이브와, 상기 서보 드라이브에 의해 동작하고, 엔코더를 구비하는 서보 모터로 이루어지고,

상기 트리거 모듈은,

상기 제어기에서 네트워크를 통해 전달되는 위치 지령을 전달받는 펌웨어부;

상기 펌웨어부의 위치 지령을 저장하는 메모리부;

상기 엔코더에서 체크한 정보를 실시간으로 모니터링하고, 그 정보 값을 상기 메모리부에 저장된 위치 지령과 비교하여 두 값이 서로 매칭되는 위치에서 트리거 출력을 발생시키는 FPGA부를 포함하고,

상기 펌웨어부의 통신 주기와 관계없이 FPGA부 내부에서 실시간으로 트리거 출력 발생이 이루어지는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 트리거 모듈에 펌웨어부,메모리부, FPGA부를 마련하여 서보 모터의 엔코더에서 체크한 값과 네트워크를 통해 전달되는 제어기의 위치 지령 및 설정값을 비교하여 서로 매칭되는 위치에서 FPGA에서 트리거 출력을 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 펌웨어부의 통신 주기에 관계없이 메모리부에 저장된 ㅇ위치 지령과 설정값을 통해 FPGA부에서 실시간으로 트리거 출력을 할 수 있고, 그에 따라 서보 모어의 위치 오차 편차를 현저히 줄일 수 있다.

또한, 전원이 오프되는 돌발 상황이 발생하면, 트리거 모듈이 타겟 위치와 실제 엔코더에 의한 위치가 달라져서 동기 제어가 불가능할 수 있는데, 본 발명에서는 메모리부를 통해 타겟 위치와 실제 서보 모터의 작동에 따라 엔코더에서 체크한 위치를 매칭시켜서 매칭되는 위치에서 동기 제어가 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제어 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 트리거 모듈의 개략적인 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제어 장치를 구현하기 위한 위치 결정 방법의 일례를 나타낸 2차원 수학식 모델이다.
도 4의 (a)(b)는 본 발명에 따른 제어 장치를 구현하기 위한 위치 결정 방법의 일례를 나타낸 3차원 수학식 모델이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시 도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제어 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제어 장치(1)는 제어기(10), 제어기(10)와 네트워크 통신하는 트리거 모듈(20), 트리거 모듈(20)과 네트워크 통신하는 서보 드라이브(30)와 서보 드라이브(30)에 의해 동작하는 서보 모터(40)로 이루어질 수 있다.

제어기(10)는 사용자가 원하는 명령에 따른 위치 지령을 설정할 수 있다.

서보 모터(40)에는 서보 모터(40)의 위치를 검출하여 트리거 모듈(20)에 피드백하는 엔코더가 마련될 수 있다.

도 2를 참조하면, 트리거 모듈(20)은 펌웨어부(22), 메모리부(24) 및 FPGA부(26)로 이루어질 수 있다.

펌웨어부(22)는 제어기(10)에서 네트워크를 통해 전달되는 위치 지령값 등을 전달받을 수 있다.

이 경우의 위치 지령은 복수개 지점의 트리거 펄스의 발생 위치를 의미할 수 있다.

펌웨어부(22)는 이 위치 지령값을 메모리부(24)에 저장하고, FPGA부(24)는 메모리부(24)로부터 위치 지령 및 설정값을 읽어올 수 있다.

위치 지령값이 한꺼번에 메모리부(24)에 저장되기 때문에, 펌웨어부(22)의 통신 주기와 관계없이 FPGA부(26) 내부에서 실시간으로 트리거 출력 발생이 가능해질 수 있다.

FPGA부(26)는 엔코더에서 체크한 정보를 실시간으로 모니터링하고, 그 정보 값을 메모리부(24)에 저장된 위치 지령값과 비교하여 두 값이 서로 매칭되는 위치에서 트리거 출력을 발생시킬 수 있다.

이때, 위치 지령값과 실제 엔코더에서 체크한 실제 위치 정보 값의 업데이트 주기에 따라 오차 범위가 발생할 수 있는데, 이는 통신 주기에 의한 위치 편차보다는 매우 작은 값일 수 있다.

한편, 트리거 모듈(20)의 전원이 오프되는 등의 돌발 상황이 발생하는 경우, 제어기(10)에서 내린 위치 지령 데이터는 메모리부(24)에 그대로 저장되어 있으므로, 전원 오프에 따른 트리거 모듈(20)의 초기화 현상을 방지하고 다시 제어기(10)에 의한 위치 지령과 엔코더에서 체크한 위치 값을 FPGA부(26)에서 매칭하는 단계를 거쳐서 매칭되는 위치를 트리거 출력으로 발생시킬 수 있으며, 그에 따라 오차 범위가 감소된 상태로 서보 모터(40)의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 2차원 및 3차원 트리거 모듈의 FPGA부(26)를 이용한 위치 결정 방법으로서 마름모꼴 형식의 위치 결정 방법을 통해 사용자가 내린 명령에 따른 위치 지령값과 실제 서보 모터(40)의 동작에 따른 엔코더에서 체크한 위치 정보값의 오차 범위를 최소화할 수 있다.

FPGA부를 이용한 2차원 및 3차원 트리거 모듈의 위치 결정 방법은 다음 식을 통해 구현할 수 있다.

[2차원인 경우]

도 3을 참조하면, 2차원인 경우에는 마름모꼴로서 다음 수학식 1로 구현될 수 있다.

여기서, a,b는 사용자가 설정한 위치 지령값을 의미한다. (x,y)는 위치 편차 발생에 따른 실제 트리거 출력 발생 위치를 의미할 수 있다. d는 마름모의 대각선 길이의 절반이다.

[3차원인 경우]

도 4를 참조하면, 3차원인 경우에는 정팔면체로서 다음 수학식 2,3으로 구현될 수 있다.

단, 0≤d'≤d 이다.

도 4의 (a)에서 (a,b,r)은 사용자가 설정한 위치 지령값을 의미할 수 있다. 또한, (x,y,z)는 위치 편차 발생에 따른 실제 트리거 출력 발생 위치를 의미할 수 있다. d는 평면을 이루는 마름모의 대각선 길이의 절반이다.

도 4의 (b)는 도 4의 (a)를 정면에서 본 도면으로서, d'는 r,z 값에 따라 정의된 길이이다.

도 4의 (b)에 있어서, 도면상 중심 위치가 r, 트리거 출력 발생 위치는 z,

위치 결정 알고리즘에 있어서, 가장 이상적인 알고리즘은 2차원인 경우 원, 3차원인 경우 구(ball) 방정식을 이용하는 것이라고 할 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 FPGA부(26)에서는 실수 연산을 할 경우, 원 또는 구방정식을 이용하는 경우, 부하가 커져서 처리 시간이 지체될 수 있어 용량이 큰 FPGA부(26)를 사용해야 하고, 그에 따라 비용이 증가될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 복잡한 원 방정식이 아닌 단순한 수학식 1,2,3과 같이 마름모꼴 형태의 수학식을 이용하여 사용자가 설정한 위치 지령값(도 3에서의 (a,b) 또는 도 4에서의 (a,b,r))과 트리거 출력 발생 위치(도 3에서의 (x,y) 또는 도 4에서의 (x,y,z))의 오차 범위를 줄일 수 있다.

도 5를 참조하면, 길이 d값의 설정에 따라 오차 범위를 줄일 수 있다.

본 발명은 예를 들어, 비젼 장비 등에서 트리거 모듈 사용시, 위치 편차에 따른 불량 이미지 취득을 줄일 수 있고, 디스펜서 장비에서 위치 편차에 따른 유체의 불량 도포율을 감소시킬 수 있다.

1 : 제어 장치
10 : 제어기 20 : 트리거 모듈
22 : 펌웨어부 24 : 메모리부
26 : FPGA부 30 : 서보 드라이브
32 : 서보 모터

Claims (3)

1. 사용자가 원하는 명령을 수행하도록 위치 지령을 설정하는 제어기, 상기 제어기와 네트워크 통신하는 트리거 모듈, 상기 트리거 모듈과 네트워크 통신하는 서보 드라이브와, 상기 서보 드라이브에 의해 동작하고, 엔코더를 구비하는 서보 모터로 이루어지고,
   상기 트리거 모듈은,
   상기 제어기에서 네트워크를 통해 전달되는 위치 지령을 전달받는 펌웨어부;
   상기 펌웨어부의 위치 지령을 저장하는 메모리부;
   상기 엔코더에서 체크한 정보를 실시간으로 모니터링하고, 그 정보 값을 상기 메모리부에 저장된 위치 지령과 비교하여 두 값이 서로 매칭되는 위치에서 트리거 출력을 발생시키는 FPGA부;
   를 포함하고,
   상기 펌웨어부의 통신 주기와 관계없이 FPGA부 내부에서 실시간으로 트리거 출력 발생이 이루어지는 것을 특징으로 하는 서보 모터 시스템의 트리거 모듈 제어 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 위치 지령은 복수개 지점의 트리거 펄스의 발생 위치인 것을 특징으로 하는 서보 모터 시스템의 트리거 모듈 제어 장치.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 트리거 모듈의 전원이 오프되는 경우, 상기 메모리부에 저장된 위치 지령을 FPGA부에서 그대로 이용하여 엔코더에서 체크한 위치 값과 비교하여 매칭되는 위치값을 트리거 출력으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 서보 모터 시스템의 트리거 모듈 제어 장치.

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