KR20220021718A - 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 장치 및 방법 - Google Patents

벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것이다. 상세하게는 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 벨트에 프린트된 라인에 대한 감지 주기를 계산하는 감지 주기 계산기, 벨트를 회전시키는 모터의 회전 정보를 기초로 라인에 대한 예상 주기를 결정하는 예상 주기 결정기 및 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기를 기초로 벨트의 투스 점핑 발생 여부를 판단하는 판단기를 포함하는 검출 장치를 제공한다.

Description

벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 장치 및 방법{detection method and apparatus for detecting tooth jumping of the belt}
본 발명의 실시예들은 벨트의 투스 점핑(tooth jumping)을 검출하는 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것이다.
벨트를 사용하는 차량의 EPS 시스템에서 모터는 모터와 연결된 모터 풀리(motor pulley)를 회전시킨다. 이때, 모터 풀리에 접촉한 벨트가 이동하면서 벨트에 접촉한 볼 너트 풀리(ball nut pulley)를 회전시킨다. 이와 같이 모터 풀리와 볼 너트 풀리를 연결하는 벨트를 이용해 볼 너트 풀리를 회전시킬 경우 벨트의 투스 점핑(tooth jumping)이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 벨트의 투스 점핑 발생을 감지할 수 있는 검출 장치 및 검출 방법을 제공할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 일 실시예는 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 장치에 있어서, 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 벨트에 프린트된 라인에 대한 감지 주기를 계산하는 감지 주기 계산기, 벨트를 회전시키는 모터의 회전 정보를 기초로 라인에 대한 예상 주기를 결정하는 예상 주기 결정기 및 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기를 기초로 벨트의 투스 점핑 발생 여부를 판단하는 판단기를 포함하는 검출 장치를 제공할 수 있다.
또한 일 실시예는 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 방법에 있어서, 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 벨트에 프린트된 라인에 대한 감지 주기를 계산하는 단계, 벨트를 회전시키는 모터의 회전 정보를 기초로 라인에 대한 예상 주기를 결정하는 단계 및 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기를 기초로 벨트의 투스 점핑 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 검츨 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 벨트의 투스 점핑을 검출할 수 있다.
도 1은 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 장치의 구성도이다.
도 2는 벨트에서 투스 점핑이 발생하는 경우를 도시한 도면이다.
도 3은 벨트에 프린트된 라인을 비전 센서를 통해 감지하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 감지 주기 계산기가 라인의 감지 주기를 계산하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 감지 주기 계산기가 라인의 감지 주기를 계산하는 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6는 벨트, 비전 센서 및 하우징의 위치의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 7는 벨트의 투스 점핑을 판단하는 동작의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 8은 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 장치(100)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 검출 장치(100)는 감지 주기 계산기(110), 예상 주기 결정기(120) 및 판단기(130)를 포함할 수 있다.
감지 주기 계산기(110)는 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 벨트에 프린트된 라인에 대한 감지 주기를 계산할 수 있다.
그리고 예상 주기 결정기(120)는 벨트를 회전시키는 모터의 회전 정보(e.g. 회전 속도/회전량)를 기초로 벨트에 프린트된 라인에 대한 예상 주기를 결정할 수 있다. 예상 주기 결정기(120)는 모터의 회전 정보를 모터에 대한 모터 위치 센서로부터 획득할 수 있다.
그리고 판단기(130)는 감지 주기 계산기(110)에서 계산한 감지 주기와 예상 주기 결정기(120)에서 결정한 예상 주기를 기초로 벨트의 투스 점핑 발생 여부를 판단할 수 잇다. 판단기(130)는 벨트에서 투스 점핑이 발생했다고 판단할 때, 투스 점핑에 대한 경보(e.g. 경보등/경보음)를 생성하도록 투스 점핑 알람 장치를 제어할 수 있다.
전술한 검출 장치(100)의 동작을 검토하기 전에 먼저 벨트에서 투스 점핑이 발생하는 경우를 설명한다.
도 2는 벨트에서 투스 점핑이 발생하는 경우를 도시한 도면이다.
투스 점핑은 벨트와 접촉한 모터 풀리에 일정한 값 이상의 토크가 작용하였을 때, 벨트가 모터 풀리의 치를 타고 넘어가는 동작을 의미한다. 벨트에 투스 점핑이 발생하면 모터 풀리가 회전한 회전량과 모터 풀리에 의해 벨트가 회전한 회전량에 차이가 발생한다. 따라서, 벨트와 접촉한 볼 너트 풀리가 회전하는 회전량이 예상 회전량과 차이가 발생할 수 있다.
따라서, 벨트가 적용되는 차량의 EPS 시스템에서 벨트에서 발생하는 투스 점핑을 감지할 필요가 있다. 특히 SBW(Steer-by-wire) 시스템에서 투스 점핑이 발생하면 치명적인 문제가 발생할 가능성이 높으므로 투스 점핑 발생을 감지할 필요성이 크다. R-EPS의 경우에는 투스 점핑이 발생해도 입력 피니언 부에 위치한 센서를 통해 랙 포지션을 예측할 수 있다. 반면, SBW 시스템에서는 모터 위치 센서를 통해 랙 포지션을 예측하는데 모터 위치 센서는 볼 너트 풀리의 회전을 감지할 수 없어 투스 점핑 발생 시에 랙 포지션을 예측할 수 없기 때문이다. 이 경우 조향 기어의 쏠림 현상이 발생할 수 있고 SBW 시스템이 조향 기어를 정밀하게 제어하는 것이 불가능할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에서는 벨트에 프린트된 라인을 비전 센서를 통해 감지하여 벨트의 투스 점핑을 검출하는 동작을 설명한다.
도 3은 벨트에 프린트된 라인을 비전 센서를 통해 감지하는 동작을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들에서는, 모터 풀리와 볼 너트 풀리를 연결하는 벨트에 라인이 프린트되어 있다.
이때, 벨트에 프린트된 라인의 방향은 벨트의 이동 방향과 수직일 수 있다. 모터 풀리에 의해 벨트가 이동할 때 비전 센서가 라인을 감지하는 시점과 비전 센서가 라인을 감지하지 못하는 시점이 명확히 구분되어야 감지 주기 계산기(110)가 라인의 감지 주기를 정확히 계산할 수 있기 때문이다.
이하, 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 감지 주기 계산기(110)가 라인의 감지 주기를 계산하는 실시예들을 도 4 내지 도 5에서 설명한다.
도 4는 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 감지 주기 계산기(110)가 라인의 감지 주기를 계산하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 감지 주기 계산기(110)는 비전 센서로부터 출력된 영상 신호에서 라인이 감지된 시점인 제1 시점과 제1 시점 이후 비전 센서로부터 출력된 영상 신호에서 라인이 다시 감지된 시점인 제2 시점 사이의 시간을 기초로 라인의 감지 주기를 계산할 수 있다.
도 4에서, 시간 0s에서 비전 센서로부터 출력된 영상 신호에서 라인이 감지되었다. 그리고 시간 0.5s, 1s에서 비전 센서로부터 출력된 영상 신호에서는 라인이 감지되지 않았다. 그리고 시간 1.5s에서 비전 센서로부터 출력된 영상 신호에서 라인이 감지되었다.
이 경우 감지 주기 계산기(110)는 제1 시점인 0s와 제2 시점인 1.5s의 차이인 1.5s마다 라인이 감지된다고 판단할 수 있다. 따라서 감지 주기 계산기(110)는 1.5s마다 라인이 감지되므로 분(60s)당 감지 주기는 60/1.5 = 40회/분이라고 계산할 수 있다. 도 4에서 설명한 방법은 라인이 감지되는 시점이 규칙적인 경우에 적용될 수 있다.
도 5는 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 감지 주기 계산기(110)가 라인의 감지 주기를 계산하는 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 감지 주기 계산기(110)는 일정한 시구간 동안 비전 센서로부터 출력된 영상 신호에서 라인이 몇 번이나 감지되었는지를 판단하여 라인의 감지 주기를 계산할 수 있다.
도 5에서, 10s의 시구간 동안 비전 센서로부터 출력된 영상 신호에서 라인이 총 4번(1s, 3.3s, 6.8s, 9.4s) 감지되었다. 이 경우 감지 주기 계산기(110)는 10s당 4번의 라인이 감지되므로 분(60s)당 감지 주기는 4*60/10 = 24회/분이라고 계산할 수 있다. 도 5에서 설명한 방법은 도 4와 달리 라인이 감지되는 시점이 불규칙적인 경우에 적용될 수 있다.
이하, 도 6에서는 라인이 프린트된 벨트와 비전 센서의 위치에 대해 설명한다.
도 6는 벨트, 비전 센서 및 하우징의 위치의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 벨트, 모터 풀리, 볼 너트 풀리는 하우징의 내부에 위치할 수 있다. 이때, 비전 센서는 벨트를 감싸는 하우징의 내부에 위치할 수 있다. 비전 센서가 벨트에 프린트된 라인을 감지하기 위해 벨트를 촬영해야 하기 때문이다.
이와 같이 비전 센서가 벨트를 감싸는 하우징의 내부에 포함될 때, 외부의 빛이 하우징에 의해 차폐되므로 하우징의 내부의 조도가 낮다. 따라서, 비전 센서는 벨트에 프린트된 라인을 촬영하기 위해 별도의 광원을 사용할 수 있다. 반면 비전 센서는 별도의 광원을 사용하는 대신에 낮은 조도에서도 벨트에 프린트된 라인을 촬영할 수 있도록 적외선을 감지하는 센서일 수 있다.
이하, 벨트의 투스 점핑을 판단하는 동작을 흐름도를 통해 설명한다.
도 7는 벨트의 투스 점핑을 판단하는 동작의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 검출 장치(100)의 감지 주기 계산기(110)는 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 입력받는다(S710).
그리고 감지 주기 계산기(110)는 벨트에 프린트된 라인에 대한 감지 주기를 계산한다(S720). 감지 주기 계산기(110)는 도 4 또는 도 5에서 설명한 방법을 기초로 라인에 대한 감지 주기를 계산할 수 있다.
그리고 검출 장치(100)의 판단기(130)는 S720 단계에서 계산된 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기를 비교한다(S730). 이때, 검출 장치(100)의 예상 주기 결정기(120)는 도 1에서 설명한 바와 같이 벨트를 회전시키는 모터의 회전 정보를 기초로 라인에 대한 예상 주기를 결정할 수 있다. 그리고 모터의 회전 정보는 모터에 대한 모터 위치 센서로부터 출력될 수 있다.
검출 장치(100)의 판단기(130)는 감지 주기와 예상 주기의 차이가 설정된 임계 오차 이상인지 여부를 판단한다(S740). 만약 감지 주기와 예상 주기의 차이가 설정된 임계 오차 이상인 경우(S740-Y), 판단기(130)는 벨트에 대한 투스 점핑이 발생하였다고 판단할 수 있다(S750). 반면 감지 주기와 예상 주기의 차이가 설정된 임계 오차 미만인 경우(S740-N), 판단기(130)는 벨트에 대한 투스 점핑이 미발생하였다고 판단할 수 있다.
예를 들어 모터 풀리의 잇수가 30산이고 모터 풀리에 접촉하는 벨트의 잇수가 300산이라고 가정한다. 예상 주기 결정기(120)는 모터 위치 센서로부터 출력된 모터의 회전 속도가 500RPM인 경우 벨트의 라인에 대한 예상 주기를 50회/분으로 결정할 수 있다. (모터 풀리의 잇수):(벨트의 잇수) = 1:10이므로 모터 풀리가 분당 500번 회전하면 벨트는 분 당 500/10 = 50번 회전하기 때문이다.
만약 설정된 임계 오차가 2회/분이라고 가정하면, 판단기(100)는 라인에 대한 감지 주기가 52회/분 이상이거나 48회/분 이하이면 벨트에 대한 투스 점핑이 발생하였다고 판단할 수 있다.
도 8은 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.
벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 방법은 비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 벨트에 프린트된 라인에 대한 감지 주기를 계산하는 단계를 포함할 수 있다(S810). S810 단계는 검출기(100)의 감지 주기 계산기(110)에 의해 실행될 수 있다.
이때, 라인의 방향은 벨트의 이동 방향과 수직일 수 있다.
그리고 비전 센서는 벨트를 감싸는 하우징의 내부에 위치할 수 있다. 비전 센서가 벨트를 감싸는 하우징의 내부에 포함될 때, 비전 센서는 적외선을 감지하는 센서일 수 있다.
그리고 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 방법은 벨트를 회전시키는 모터의 회전 정보(e.g. 모터의 회전속도/회전량)를 기초로 라인에 대한 예상 주기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다(S820). S820 단계는 검출기(100)의 예상 주기 결정기(120)에 의해 실행될 수 있다. 이때, 모터의 회전 정보는 모터에 대한 모터 위치 센서로부터 출력될 수 있다.
그리고 벨트의 투스 점핑을 검출하는 검출 방법은 S810 단계에서 계산된 감지 주기와 S820 단계에서 결정된 예상 주기를 기초로 벨트의 투스 점핑 발생 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다(S830). S830 단계는 검출기(100)의 판단기(130)에 의해 실행될 수 있다. 이때, S830 단계에서 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기의 차이가 설정된 임계 오차 이상일 때 벨트의 투스 점핑이 발생하였다고 판단할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 벨트의 투스 점핑(tooth jumping)을 검출하는 검출 장치에 있어서,
    비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 상기 벨트에 프린트된 라인에 대한 감지 주기를 계산하는 감지 주기 계산기;
    상기 벨트를 회전시키는 모터의 회전 정보를 기초로 상기 라인에 대한 예상 주기를 결정하는 예상 주기 결정기; 및
    상기 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기를 기초로 상기 벨트의 투스 점핑 발생 여부를 판단하는 판단기를 포함하는 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라인의 방향은 상기 벨트의 이동 방향과 수직인 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비전 센서는,
    상기 벨트를 감싸는 하우징의 내부에 위치하는 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비전 센서는,
    적외선을 감지하는 센서인 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 회전 정보는,
    상기 모터에 대한 모터 위치 센서로부터 출력되는 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 판단기는,
    상기 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기의 차이가 설정된 임계 오차 이상일 때 상기 벨트의 투스 점핑이 발생하였다고 판단하는 검출 장치.
  7. 벨트의 투스 점핑(tooth jumping)을 검출하는 검출 방법에 있어서,
    비전 센서로부터 출력된 영상 신호를 기초로 상기 벨트에 프린트된 라인에 대한 감지 주기를 계산하는 단계;
    상기 벨트를 회전시키는 모터의 회전 정보를 기초로 상기 라인에 대한 예상 주기를 결정하는 단계; 및
    상기 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기를 기초로 상기 벨트의 투스 점핑 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 검츨 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 라인의 방향은 상기 벨트의 이동 방향과 수직인 검출 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 비전 센서는,
    상기 벨트를 감싸는 하우징의 내부에 위치하는 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비전 센서는,
    적외선을 감지하는 센서인 검출 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 모터의 회전 정보는,
    상기 모터에 대한 모터 위치 센서로부터 출력되는 검출 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 벨트의 투스 점핑 발생 여부를 판단하는 단계는,
    상기 라인에 대한 감지 주기와 예상 주기의 차이가 설정된 임계 오차 이상일 때 상기 벨트의 투스 점핑이 발생하였다고 판단하는 검출 방법.
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