KR20240003261A - 멀티 센서 위치측정 시스템 - Google Patents

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KR20240003261A
KR20240003261A KR1020220080503A KR20220080503A KR20240003261A KR 20240003261 A KR20240003261 A KR 20240003261A KR 1020220080503 A KR1020220080503 A KR 1020220080503A KR 20220080503 A KR20220080503 A KR 20220080503A KR 20240003261 A KR20240003261 A KR 20240003261A
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미카일 티아프킨
올레그 톨스티크
겐나디 타이프킨
알렉산드르 발코보이
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하이윈 마이크로시스템 코포레이션
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Abstract

본 발명은 주요로 베이스, 캐리어 및 모듈화 어셈블리를 포함하되, 상기 캐리어 상에는 제1 신호 어레이 및 제2 신호 어레이가 설치되어 있는 멀티 센서 위치측정 시스템을 개시한다. 상기 모듈화 어셈블리는 상기 베이스에 설치되고, 상기 제1 신호 어레이의 자기장 변화를 감지하기 위한 2개의 홀 센서, 상기 제2 신호 어레이의 자기장 변화를 감지하기 위한 2개의 자기 저항 센서, 및 상기 캐리어 상에 설치되는 마크유닛 및 상기 베이스 상에 설치되어 상기 마크유닛에 의해 발생된 신호를 감지하기 위한 감응 소자를 구비하고, 후속 참조신호 생성, 기타 센서 사이와의 측량결과 연결, 호밍방향 식별 등 용도로 사용되는 제1 상태센서를 포함한다.

Description

멀티 센서 위치측정 시스템 {MULTI-SENSOR POSITION MEASURING SYSTEM}
본 발명은 위치측정 기술에 관한 것으로, 특히 멀티 센서 위치측정 시스템에 관한 것이다.
종래의 위치측량 시스템에 따르면 일반적으로 홀 센서로 탐지하지만, 정확도가 약 ±0.25 mm로 낮고 해상도가 높지 않아 고정밀도 산업분야에서의 홀 센서의 적용이 제한되는 단점이 있다.
또한, 측정위치의 정확성을 확보하기 위해 일반적으로 초기화를 수행하는데, 센서와 캐리어의 수가 너무 많으면 초기화 과정이 상당히 복잡해진다.
따라서, 측량 시스템의 비용을 절감하면서도 어떻게 초기화 과정을 단순화하고 정밀도를 향상시키느냐가 당업자가 고민해야 할 현안이다.
따라서, 본 발명은 캐리어의 위치를 정확하게 측량할 수 있는 멀티 센서 위치측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 센서 위치측정 시스템은, 주로 모듈화 어셈블리를 구비하며, 모듈화 어셈블리는 2개의 1차 센서(primary sensor) 및 2개의 2차（secondary） 고정밀도 센서를 포함하고, 1차 센서와 2차 고정밀도 센서 사이의 분할 전환（Segmented switching） 탐지를 통해 고정밀도 검출효과를 달성한다.
구체적으로, 상기 시스템은 베이스, 캐리어, 제1 신호 어레이 및 제2 신호 어레이를 더 포함하되, 상기 캐리어는 상기 베이스에 대하여 이동가능하다. 각 상기 신호 어레이는 서로 이격되도록 상기 캐리어 상에 설치되고, 각각 차례로 배열된 복수의 신호 소스 요소를 포함하며, 상기 제2 신호 어레이의 신호주기는 상기 제1 신호 어레이의 신호주기보다 작음으로써, 측정 정밀도를 향상시킨다.
여기서, 모듈화 어셈블리는, 상기 센서들에 의해 탐지된 신호를 수신하여 상기 캐리어의 위치를 산출하는 처리유닛, 및 참조신호 생성, 기타 센서와의 측량결과 연결, 호밍방향 식별 등 기능을 하는 제1 상태센서를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 제1 센서와 제2 센서는 홀 센서와 같은 1차 센서로서 위치를 피드백하고, 제3 센서와 제4 센서는 이방성 자기 저항센서와 같은 2차 고정밀도 센서로서 1차 센서에 의해 측량된 위치를 수정하고 모터 전류 정류 위상(Current commutation phase을 결정한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 상태센서가 활성화될 때, 상기 제1 센서의 측량범위의 말단에 위치하고, 상기 제2 센서의 진폭신호는 소정의 임계값보다 높다.
일 실시예에 있어서, 상기 처리유닛은 가중함수로 상기 센서들의 측량결과를 각각 계산하여 참조신호를 획득한다.
일 실시예에 있어서, 상기 처리유닛은 상기 참조신호에 의하여 각 상기 홀 센서들의 진폭신호와 소정의 임계값을 비교하고, 상기 상태센서의 상태를 분석하여, 상기 캐리어의 이동방향을 추정하는 근거로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 측정 모듈은, 상기 측정 모듈의 측량범위의 말단에 위치하고, 상기 캐리어 상에 설치되는 마크유닛 및 상기 베이스 상에 설치되어 상기 마크유닛에 의해 발생된 신호를 감지하기 위한 감응 소자를 구비하는 제2 상태센서를 더 포함한다.
여기서, 상기 제2 상태센서가 활성화될 때, 상기 제2 센서의 측량범위의 말단에 위치하고, 상기 제1 센서의 진폭신호는 소정의 임계값보다 낮다.
일 실시예에 있어서, 상기 캐리어 상의 상기 제1 신호 어레이 및 상기 제2 신호 어레이 사이의 위상변화로 신호주기와 관련된 기계적 변위를 규정하여 상기 처리유닛이 캐리어를 식별하는 데 사용한다.
일 실시예에 있어서, 초기위치를 기준으로 상기 측정 모듈의 측량범위를 양의 호밍영역 및 음의 호밍영역으로 구분하고, 상기 센서들의 측량결과에 의하여 상기 캐리어의 자동 호밍방향을 추정한다.
일 실시예에 있어서, 상기 모듈화 어셈블리는 고정자를 더 포함하고, 상기 2개의 홀 센서 및 상기 2개의 자기 저항 센서는 각각 고정자의 양측에 위치하며, 상기 제1 신호 어레이가 상기 고정자 상측에 위치할 때, 상기 처리유닛이 호밍연산을 시작한다.
위와 같이 본 발명은 모듈화 어셈블리를 사용하여 종래의 측량시스템에 있어서 정밀도가 낮고 캐리어 분별이 어려우며 초기화 계산이 복잡하는 등 문제를 해결하였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 모식도이다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예의 각 구성요소의 구체적 위치관계의 상면도, 측면도 및 정면도이다.
도 2는 홀 센서 내부 소자의 모식도이다.
도 3은 자기 저항 센서 내부 소자의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 각 센서에 의해 감지된 신호의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 초기화 프로세스 관련 신호 및 위치의 모식도이다.
도 6은 도 5에 계속하여 절대영역을 더 규정한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예로서 모듈화 어셈블리의 수가 2개인 것을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예의 상면도, 측면도 및 정면도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예의 모식도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예의 제2 상태센서에 대한 코딩원리 모식도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예의 모식도로서 스텝길이를 추가한 형태를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예의 2개의 모듈화 어셈블리 사이의호밍 분별에 대한 모식도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예의 캐리어 식별원리 모식도이다.
우선 설명해야 할 것은 본원에 기재된 제1, 제2와 같이 배열순서를 나타내는 용어는 각 구성요소를 구별하도록 하는 것으로 기술적 의미가 없으며, 구별할 필요가 없을 경우에는 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 센서 위치측정 시스템은 주로 베이스, 운동부 및 모듈화 어셈블리(60)를 포함한다.
베이스는 길이방향을 따라 기타 구성요소가 구축되는 기초로서, 선형모터를 예로 들 때, 상기 베이스는 선형모터의 고정자 시트(Stator seat)이다.
운동부는 제1 신호 어레이(10), 캐리어(11) 및 제2 신호 어레이(12)를 구비하되, 캐리어(11)는 길이를 구비하여 베이스의 일측에 유동가능하게 위치되고, 각 신호 어레이(10), (12)는 서로 상호 이격되도록 캐리어(11) 상에 설치되며; 본 실시예에서는 선형모터를 예로 하여, 제1 신호 어레이(10)는 회전자 상의 자석 어레이로서, 고정자 중 코일에 의해 발생된 자기장과 인터랙티브작용을 하여 운동부가 직선 변위되도록 하는 외에, 자석을 신호 소스 요소로 하고; 제2 신호 어레이(12)는 자기학, 전기학 또는 광학적인 비접촉성 신호 소스 요소가 규칙적으로 배열된 자기 눈금자 또는 광학 눈금자와 같이 널리 알려진 것으로, 본 실시예에서는 자석과 같은 다수의 자성 소자 (101)로 구성된 자기 눈금자로 이루어짐으로써; 각 신호 어레이(10), (12)가 각각 자기 주기(T1), (T2)를 가지고, 캐리어(11)의 장축방향을 따라 연장되어 각각 소정의 길이(L1), (L2)를 갖도록 한다. 또한 T2＜T1로 하여 검출 정밀도를 향상시키고 L1가 적어도 2개의 T2의 배수가 되도록 한다.
또한, 각 신호 어레이(10), (12) 사이는 간격(DHA)을 두어 자기장의 상호 영향을 감소하며, 상기 DHA는 60 mm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
모듈화 어셈블리(60)는 미리 소정의 폭을 스텝길이(DM)로 설정하고, 측정 모듈(20), 처리유닛(30), 구동유닛(40) 및 고정자(50)를 포함하되, 고정자(50)는 베이스 상에 설치되어 제1 신호 어레이(10)의 자기장과 상호작용을 하여 캐리어(11)가 베이스에 대해 변위되도록 구동한다. 처리유닛(30)이 측정 모듈(20)에 의해 감지된 메시지를 수신하고 연산을 거쳐 캐리어(11)에 대한 위치정보를 획득한 다음 구동유닛(40)으로 피드백하면, 구동유닛(40)이 고정자(50)에 대해 전류 정류와 같은 전력공급 제어를 수행한다.
측정 모듈(20)은 제1 센서(21), 제2 센서(22), 제3 센서(23), 제4 센서(24) 및 제1 상태센서(25)를 구비하되, 각 제1 , 제2 센서는 각각 홀 센서(21), (22)로서 1차 센서이고, 각각 베이스의 장축방향 양단에 위치되고, 고정자(50)를 상기 홀 센서(21), (22) 사이에 개재시키며, 제1 신호 어레이(10)의 자기장 변화를 감지하여 캐리어(11) 위치 피드백 근거로 하며, 각 홀 센서(21), (22)의 간격(DH)은 자기 주기(T1)의 정수배이다.
여기서, 각 홀 센서(21), (22)는 각각 도2에 도시된 바와 같이 T1/4로 X축을 따라 설치되는 적어도 2개의 감응 소자(H1), (H2)를 구비한다. 캐리어(11)가 X축을 따라 이동할 때, 각 감응 소자에 의해 출력된 신호는 각각 코사인 및 사인 미분 신호Cos1+, Sin1+에 비례하며, 즉 UCos1 = U ampl 1cos(α1), USin1 = U ampl 1sin(α1)이며, 여기서, α1 는 신호위상이고, U ampl 1은 진폭신호이며, 부사이클 위치(x1)는 처리유닛(30)에 의해 공식 1에 따라 계산된다.
x1 = (T1/360°)α1 = (T1/360°) ·atan2(USin1+,UCos1+), (공식 1)
여기서, atan2(y, x)는 4사분면((Four-quadrant) 아크탄젠트 함수이다.
고정자(50)에 대한 홀 센서(21), (22)의 위치는 알려진 것이기 때문에, 전류 정류 후에는 구동유닛(40)에 의한 현재 정류 위상을 찾는 어떠한 동작도 필요 없이 다른 한 세트의 고정밀도 측량센서로 직접 전환할 수 있어 상당히 편리하다.
제3 및 제4 센서(23), (24)는 자기 저항 센서로서 이방성 자기 저항 센서(Anisotropic Magneto-Resistive sensors)와 같은 2차 고정밀도 센서이며, 시스템 초기화 기간의 모터 전류 정류를 탐지하고 제2 신호 어레이(12)의 자기장 변화를 감지하기 위한 것이다. 각 자기 저항 센서(23), (24)는 각각 베이스 장축방향 양단에 위치되고, 고정자(50)를 상기 자기 저항 센서(23), (24) 사이에 개재시킨다.
여기서, 각 자기 저항 센서(23), (24)는 각각T2/8로 X축을 따라 설치되는 적어도 4개의 감응 소자(S1, S2, S3 및 S4)를 각각 포함한다. 캐리어(11)가 X축을 따라 이동할 때, 각 감응 소자에 의해 출력된 신호는 각각 미분 사인 및 코사인 신호 Cos2+, Sin2+, Cos2-, Sin2- 의 반주기(半週期)에 비례 즉 이방성 자기 저항 효과(Anisotropic Magneto-Resistive effect)를 나타낸다.
U Cos2+ = U ampl 2cos(α2),
U Sin2+= U ampl 2sin(α2),
U Cos2- = -U ampl 2cos(α2),
U Sin2- = -U ampl 2sin(α2),
여기서, α2는 신호위상이고 , U ampl 2은 신호폭이다.
처리유닛(30)은 아크탄젠트 삼각 함수(arctangent trigonometric function)를 사용하여 반 자기 주기(T2) 중의 부사이클 위치(x2)를 추측한다.
x2 = (T2/720 °) ·α2 = (T2/720 °) ·atan2(USin2+- USin2-),(UCos2+- UCos2-) (공식 2)
또한, 본 발명은 다음과 같은 조건, 즉 자기 저항 센서(23), (24)의 간격(DA)을 자기 주기(T1)의 정수배로 하여 각 신호 어레이(10), (12) 간의 프로세스 전환을 단순화한다. T1=30mm, T2=10mm와 같이 T1은 T2의 정수배이다. L1은 T1의 정수배이며 스텝길이(DM)와 같도록 한다. 아래 관계식과 같이 L2는 적어도 2개의 T2이다.
L2 = L1 + 2·T2 (공식 3)
도 4에 도시된 바와 같이, 제3 센서(23)의 부사이클 위상(231)과 제1 센서(21)의 위상(211)의 위치는 동기화되어, 예를 들어 위상(211)이 0일 때, 위상(231)도 0이다. 이 외에, 도 6에서는 해당 위치의 각 센서의 상태를 알 수 있도록 캐리어(11)의 현재 위치를 라벨(13)로 표기하였다.
제1 센서(21)의 신호폭(212)이 소정의 임계값(213)보다 높을 때, 제1 센서(21)는 활성화 상태가 되고, 임계값(213)은 최대 신호폭(212)의 절반이다.
캐리어(11)가 X축을 따라 이동할 때, 제2 신호 어레이(12)의 길이(L2)가 제1 신호 어레이(10)의 길이(L1)보다 크므로 제3 센서(23)는 제1 센서(21)보더 더 일찍 캐리어(11)를 탐지할 수 있다.
각 홀 센서(21), (22)에 의해 각각 측정된 신호(A1), (A2)의 신호폭(212), (222)은 다음과 같이 계산된다.
（공식 4）
도 4에서, 신호폭(212)은 위치(214), (215)에서 임계값(213)과 같고, 두 위치(214), (215)의 간격은 제1 센서(21)의 측량범위(270)가 된다.
각 자기 저항 센서(23), (24)에 의해 각각 측정된 신호(A3), (A4)의 신호폭(232), (242)은 다음과 같이 계산된다.
（공식 5）
제3 센서(23)의 신호폭(232)이 소정의 임계값(233)보다 높고 제1 센서(21)의 신호폭(212)이 임계값(213)보다 높을 때, 제3 센서(23)를 활성화(active) 상태로 전환시키고, 초기위치(272)를 제1 신호 어레이(10)와 제2 신호 어레이(12)의 위치를 동기화시키는 근거로 한다.
상기 위치를 동기화시키는 것은, 제1 신호 어레이(10)를 제2 신호 어레이(12)로 전환시키는 동안 공식 6에 따라 새로운 부사이클 위치(x2')를 산출하여 모터 전류 정류 및 고정밀도 위치 피드백에 사용하는 것을 말한다.
x2’ = (T2/2) ·round(x1/x2) + x2, (공식 6)
여기서, round(x)는 작은 정수를 찾는 함수이다.
도 4에서는, 신호폭(222)은 위치(224), (225)에서 임계값(223)과 같고, 두 위치(224), (225)의 간격을 제2 센서(22) 및 제4 센서(24)의 측량범위(271)로 하며, 측정 모듈(20)의 측량범위(292)를 위치(214), (225) 사이에 개재시킨다.
캐리어(11)가 각 홀 센서(21), (22)의 측량범위(270), (271)로 들어가거나 나갈 때, 자기장 변화에 의한 엔드 효과(end effects) 및 감응 소자(H1), (H2)가 제1 신호 어레이(10)에 의해 완전히 커버되지 않아, 신호 왜곡이 발생된다. 따라서, 캐리어(11)의 위치를 연속적이고 원활하게 측량하기 위하여, 각 홀 센서(21), (22) 사이의 측량범위가 중첩영역(291)을 가지도록 하고, 중첩영역(291)을 상기 위치(215), (224) 사이에 개재시키며, 그 범위는 적어도 1개의 자기 주기(T1)가 되도록 한다.
엔드 효과의 영향을 더욱 감소하기 위하여, 본 발명은 또 디지털 접합법(digital joining method)으로 접합영역(290)을 규정하며, 공식 7과 같이 캐리어(11)가 접합영역(290)에 위치할 때, 디지털 접합법은 제1 가중함수(280) 및 제2 가중함수(281)를 사용하여 각 홀 센서(21), (22)의 위상(211), (221)을 각각 합산한다.
이 외에, 각 홀 센서(21), (22)의 위상(211), (221)이 연결되는 타이밍은 시스템이 제2 신호 어레이(12)로 전환되기 이전이고, 각 자기 저항 센서(23), (24)의 위상(231), (241)이 연결되는 타이밍은 시스템이 제2 신호 어레이(12)로 전환된 후이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 센서(22)의 위상(221)은 접합위상 임계값(226), (227)을 사용하여 접합영역(290)을 추측하고, 각 접합위상 임계값(226), (227)은 각각 60° 및 120°이며, 위치(2261), (2271)를 각각 접합영역(290)의 시작점 및 종점으로 한다.
접합영역(290)에서, 디지털 접속 위상(282)을 계산하는 방식은 다음과 같다.
α1join = α121·W1(α122) + α122·W2(α122), （공식 7）
여기서, α1join은 각 홀 센서(21), (22)의 디지털 접속 위상(282)이고, α121은 제1 센서(21)의 위상(211)이며, α122는 제2 센서(22)의 위상(221)이고, W1(α122)은 제1 가중함수(280), W2(α122)는 제2 가중함수(281)이며, 예를 들어, 가중함수는 도 4의 접합영역(290)에서의 선형 역함수이다.
이어서 공식 8로 자기 저항 센서(23), (24)의 디지털 접속 위상(283)을 계산한다.
α2join = α223·W1(α122) + α224·W2(α122), （공식 8）
여기서, α2join은 각 자기 저항 센서(23), (24)의 디지털 접속 위상(283)이고, α223은 제3 센서(23)의 위상(231)이며, α224는 제4 센서(24)의 위상(241)이다.
제1 상태센서(25)는 참조신호 생성, 기타 센서와의 측량결과 연결 및 호밍방향 식별과 같은 위치 추측을 위한 광 스위치 센서(optical switch sensor)일 수 있고, 마크유닛(251) 및 감응 소자(253)를 구비하되, 마크유닛(251)은 제1 신호 어레이(10)에 인접하여 캐리어(11) 상에 설치되고, 그 길이(L3)는 반드시 위치(2261), (2271) 사이의 거리보다 커야 한다. 감응 소자(253)는 베이스 상에 설치되어 마크유닛(251)에 의해 발생된 신호를 감지하기 위한 것이다. 캐리어(11)가 제1 상태센서(25)의 탐지범위에 들어설 때, 특히 위치(2261), (2271) 사이에 위치할 때, 감응 소자(253)와 마크유닛(251) 사이의 위치관계와 결합하여 제1 상태센서(25)가 활성화 상태가 되도록 할 수 있다.
위에 기재된 센서의 배치방식에 따라, 또한 상태신호(252), 위상(221), 접합위상 임계값(226), (227) 및 임계값(213), (223)에 의하여 접합영역(290)을 규정한다.
이어서, 증분 절대 측량 시스템을 설정하기 위해 축 초기화 실행(axis initialization run) 이라고도 하는 호밍 프로세스(homing process)를 수행해야 하는데, 이동경로 상에 초기위치(272)를 설치하여 전환을 트리거하기 위한 참조 근거로 하고, 구동유닛(40)에 의해 캐리어(11)가 초기위치(272) 상으로 이동하도록 구동하여, 캐리어(11)의 절대 위치를 결정하고 참조신호를 획득한다.
도 4에서는, 각 홀 센서(21), (22)의 임계값(213), (223) 및 제2 센서(22)의 초기위치 임계값(228)에 의하여 초기위치(272)를 획득한다. 여기서, 초기위치 임계값(228)은 150°이다.
제1 상태센서(25)와 접합영역(290) 및 초기위치(272) 사이의 위치관계를 고려하면, 마크유닛(251)의 길이(L3)는 반드시 위치(2261)와 초기위치(272) 사이의 거리보다 커야 한다.
또한, 모듈화 어셈블리(60)의 스텝길이(DM)의 유일성을 확보하기 위하여, 제1 상태센서(25)는 제1 센서(21)의 마지막 한 주기(2111)에서만 활성화되고, 도 6에 도시된 것과 같이, 주기(2111)는 캐리어(11)가 이동하는 과정에서 신호(A1)가 임계값(213)에서 보다 작은 것을 말한다.
다음으로, 제1 센서(21)의 위상(221)이 0°와 60°사이에 있을 때, 상태신호(252)는 활성화 상태가 된다.
주기(2111)의 유일성을 확보하도록 마크유닛(251)의 길이(L3)는 자기 주기(T1)와 같다.
도 5에서는, 초기위치(272)를 기준으로 측량범위(292)를 양의 호밍영역(293) 및 음의 호밍영역(294)으로 구분하고, 제1 상태센서(25) 및 각 홀 센서(21), (22)의 상태에 따라 자동 호밍 방향 (automatic homing direction)을 결정한다. 여기서, 캐리어(11)가 초기위치(272)에 위치하고, 제2 센서(22)의 위상(221)이 초기위치 임계값(228)과 같을 때, 상태신호(252)는 활성화 상태에 처하여 호밍할 필요가 없다.
캐리어(11)가 양의 호밍영역(293)에 위치할 때, 반드시 X축의 양의 방향으로 영점 보정을 수행하여야 하며 다음 조건을 충족시켜야 한다. 상태신호(252)가 활성화 상태이고, 위상(221)이 예를 들어30° 내지 150°사이인 것과 같이 위상(221)이 초기위치 임계값(228)보다 낮으며, 신호(A1)가 진폭 임계값(213)보다 높거나; 또는 상태신호(252)가 비활성화 상태이고, 신호(A1)가 진폭 임계값(213)보다 높아야 한다.
캐리어(11)가 음의 호밍영역(294)에 위치할 때, 호밍은 반드시 X축의 음의 방향으로 수행하여야 한다.
도 4에서, 처리유닛(30)은 디지털 접속 위상(282), (283)을 증가 또는 감소시킴으로써 호밍방향을 결정한다. 여기서, 호밍방향이 양이면 디지털 접속 위상(282)에서 2개의 자기 주기(T1)를 차감, 즉 -720°하고; 호밍방향이 음이면 디지털 접속 위상(282)에 2개의 자기 주기(T1)를 추가, 즉 +720°한다. 이어서, 구동유닛(40)이 처리유닛(30)에 의해 산출된 교정위상(285)을 수신할 때, 위치가 디코딩되고 호밍 방향이 추측된다.
또한, 마크유닛(251)의 길이(L3)가 2개의 자기 주기(T1)보다 작고 상태신호(252)가 활성화 상태에 있을 때, 본 발명은 호밍보정을 하지 않은 상태에서 절대위치를 추측할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상태신호(252) 중의 활성화범위로 측량범위(292) 내에서 절대영역(295)을 더 구분해내여 절대 위치 및 자동 호밍방향을 산출하도록 한다.
여기서, 캐리어(11)가 절대영역(295)에 위치하고 상태신호(252)가 활성화 상태에 있으면, 호밍할 필요가 없고 절대 위치는 다음과 같이 계산한다.
신호(A1)가 임계값(213)보다 높을 경우:
xabs = (T1/360°)(α1join - αhome) (공식 9)
여기서, xabs는 표준 절대위상(286)이고, αhome은 초기위치 임계값(228) 예를 들어 αhome=150°이다.
신호(A1)가 임계값(213)이하일 경우:
xabs = (T1/360°)(α1join - αhome) + T1 （공식 10）
캐리어(11)가 양의 호밍영역(293)에 위치하고 상태신호(252)가 비활성화에 있으며 신호(A1)가 임계값(213)보다 높을 경우, 반드시 X 축의 양의 방향으로 영점 보정을 수행하여야 한다.
캐리어(11)가 음의 호밍영역(294)에 위치할 경우, 호밍은 반드시 X축의 음의 방향으로 수행하여야 한다.
또한, 본 발명은 불연속 고정자 영구자석 선형 동기 모터에 의해 구동되며, 모더가 캐리어에 충분한 구동력을 제공할 수 없는 것을 방지하기 위하여 제1 신호 어레이(10)가 고정자(50) 상측에 위치하고 둘의 중첩영역이 적어도 하나의 자기 주기(T1)일 때에만 자동 호밍방향 연산을 수행한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 캐리어(11)의 위치를 연속적으로 측량하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예는 캐리어(11) 이동경로를 따라 더욱 많은 모듈화 어셈블리(60)를 설치할 수 있고, 인접한 두 모듈화 어셈블리(60) 사이의 초기위치(272)의 간격은 단일 모듈화 어셈블리(60)의 스텝길이(DM)와 같고, 둘 사이는 서로 중첩한 측정영역을 구비하며, 필드버스(71)로 인접한 두 모듈화 어셈블리(60)를 전기적으로 연결시키고, 운동 제어기(70) 상에 연결시켜, 캐리어 운동을 제어하는 데 사용한다.
운동 제어기(70)는 수신된 인접한 모듈화 어셈블리(60)의 표준 절대위상(287)을 분석하여 모듈화 어셈블리(60) 중 하나로 호밍 연산을 수행한다. 이어서, 수신된 표준 절대위상(287)이 4개의 자기 주기(T1)보다 낮을 경우, 즉 +1440°일 경우, X축에서 앞에 배열된 모듈화 어셈블리(60)를 선택하고; 그렇지 않을 경우 X축에서 뒤에 배열된 모듈화 어셈블리(60)를 선택한다.
캐리어(11)가 인접한 두 모듈화 어셈블리(60) 사이에 있을 때, 아래 두가지 경우가 발생할 수 있는데 그 중 하나는 두 모듈화 어셈블리(60)가 모두 호밍을 수행할 수 있으나 양자의 호밍 방향은 상반되고, 다른 하나는 중첩면적이 부족하여 캐리어(11)를 이동시킬 수 없는 것이다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예와 제1 실시예의 주요 차이점은 제2 상태센서(26)를 추가로 설치하는 것인데, 제2 상태센서(26)는 광학 스위치 센서일 수 있고, 마크유닛(251) 또는 다른 독립적인 마크유닛(261)을 감지하기 위한 감응 소자(263)를 구비하고, 측량범위(292)의 말단에 위치하여 처리유닛(30)이 측량범위(292)가 곧 끝남을 알 수 있도록 하며, 상태신호(262) 중의 활성화범위로 측량범위(292) 내에서 말단영역(296)을 구분해낸다.
캐리어(11)가 말단영역(296)에 위치할 때, 제2 상태센서(26)의 상태신호(262)는 활성화된 것으로, 처리유닛(30)는 4개의 자기 주기(T1), 즉 +1440°를 디지털 접속 위상(282)에 추가하여 교정하여 표준 절대위상(287)를 획득하고 구동유닛(40)으로 송신하며, 다시 필드버스(71)로 운동 제어기(70)에 전송한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예와 제1 실시예의 주요 차이점은 제1 신호 어레이(10)에 자석(101) 세트를 추가하여 스텝길이(DM)를 변경시키는 것으로, 중첩영역(291) 또한 따라서 변화되며, 본 발명은 제1 상태센서(25)를 보조적으로 사용하여 중첩영역(291)의 유일성을 확보한다.
도 12에 도시된 제5 실시예는 제4 실시예에 대해 추가로 2개의 모듈화 어셈블리(60)로 자동 호밍 방향을 식별하고, 뒤에 배열된 모듈화 어셈블리(60)는 반드시 X축의 양의 방향으로 영점 보정을 수행하여야 한다.
호밍 과정 중, 본 발명은 센서 중복 기술로 상이한 캐리어(11)를 자동 식별하며, 도 13에서는, 각 신호 어레이(10), (12) 사이의 위상변화로 기계적 변위(mechanical shift, d12)를 확정한다. 공식 6의 계산결과에 영향을 주지 않기 위해, 기계적 변위(d12)는 0.5 mm이고, 상이한 캐리어의 기계적 변위(d12)는 반드시 0.05 mm 차이를 가져 식별성을 구비하여야 한다. 제2 센서(22) 또는 제4 센서(24)는 기계적 변위(d12)를 측량할 수 있고, 운동 제어기(70)에는 전체 캐리어(11)의 기계적 변위(d12)가 보존되어 디코딩을 수행한다.
본 실시예에서는, 호밍 프로세스에서의 초기위치(272)와 결합하여, 초기위치(272)를 캐리어를 분별하기 위한 측정위치로 사용하여, 상이한 기준위치로 인한 상이한 측량결과 발생으로 인해 정밀도가 저하되는 문제를 방지한다.
10: 제1 신호 어레이
101: 자석
11: 캐리어
12: 제2 신호 어레이
T1, T2: 자기 주기
L1, L2, L3: 길이
20: 측정 모듈
21: 제1 센서
22: 제2 센서
211, 221, 231, 241: 위상
2111: 주기
212, 222: 신호폭
213, 223, 233: 임계값
226, 227: 접합위상 임계값
214, 215, 224, 225, 232, 242, 2261, 2271: 위치
228: 초기위치 임계값
H1, H2, S1, S2, S3, S4: 감응 소자
A1, A2, A3, A4: 신호
23: 제3 센서
24: 제4 센서
25: 제1 상태센서
251: 마크유닛
252: 상태신호
253: 감응 소자
26: 제2 상태센서
261: 마크유닛
262: 상태신호
263: 감응 소자
270, 271, 292: 측량범위
272, 2722: 초기위치
280: 제1 가중함수
281: 제2 가중함수
282, 283: 디지털 접속 위상
285: 교정위상
286: 표준 절대위상
290: 접합영역
291: 중첩영역
293: 양의 호밍영역
294: 음의 호밍영역
295: 절대영역
296: 말단영역
200: 호밍방향
30: 처리유닛
40: 구동유닛
50: 고정자
60: 모듈화 어셈블리
70: 운동 제어기
71: 필드버스
DM: 스텝길이
DHA, DA, DH: 간격
x1, x2, x2': 부사이클 위치
d12: 기계적 변위

Claims (9)

  1. 베이스;
    상기 베이스에 대하여 이동가능한 캐리어(11);
    서로 이격되도록 상기 캐리어(11)에 설치되고, 각각 차례로 배열된 복수의 신호 소스 요소를 포함하는 제1 신호 어레이(10) 및 제2 신호 어레이(12), 상기 제2 신호 어레이(12)의 신호주기는 상기 제1 신호 어레이(10)의 신호주기보다 작으며; 및
    측정 모듈(20) 및 처리유닛(30)을 구비하는 모듈화 어셈블리(60)를 포함하고,
    상기 측정 모듈(20)은,
    상호 이격되도록 상기 베이스 상에 설치되어 상기 제1 신호 어레이(10)의 신호를 감지하기 위한 제1 센서(21)와 제2 센서(22);
    상호 이격되도록 상기 베이스 상에 설치되어 상기 제2 신호 어레이(12)의 신호를 감지하기 위한 제3 센서(23)와 제4 센서(24); 및
    상기 캐리어(11)에 설치되는 마크유닛(251) 및 상기 베이스 상에 설치되어 상기 마크유닛(251)에 의해 발생된 신호를 감지하기 위한 감응 소자(253)를 구비하는 제1 상태센서(25)를 포함하고;
    상기 처리유닛(30)은, 상기 센서(21)(22)(23)(24)들에 의해 탐지된 신호를 수신하여 상기 캐리어(11)의 위치를 산출하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상태센서(25)가 활성화될 때, 상기 제1 센서(21) 측량범위(270)의 말단에 위치하고, 상기 제2 센서(22)의 진폭신호(222)는 소정의 임계값(223)보다 높은 것을 특징으로 하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리유닛(30)은 가중함수로 상기 센서(21)(22)(23)(24)들의 측량결과를 계산하여 참조신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 처리유닛(30)은 상기 참조신호에 의하여 상기 제1 센서(21)와 상기 제2 센서(22)의 진폭신호(212), (222)와 소정의 임계값(213), (223)을 비교하고, 상기 제1 상태센서(25)의 상태를 분석하여, 상기 캐리어(11)의 이동방향을 추정하는 근거로 하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정 모듈(20)은.
    상기 측정 모듈(20)의 측량범위(292)의 말단에 위치하고, 상기 캐리어(11) 상에 설치되는 마크유닛(261) 및 상기 베이스에 설치되어 상기 마크유닛(261)에 의해 발생된 신호를 감지하기 위한 감응 소자(263)를 구비하는 제2 상태센서(26)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 상태센서(26)가 활성화될 때, 상기 제2 센서(22)의 측량범위(271)의 말단에 위치하고, 상기 제1 센서(21)의 진폭신호(212)는 소정의 임계값(213)보다 낮은 것을 특징으로 하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어(11)의 상기 제1 신호 어레이(10) 및 상기 제2 신호 어레이(12) 사이의 위상변화로 신호주기와 관련된 기계적 변위(d12)를 규정하여 상기 처리유닛(30)이 캐리어(11)를 식별하는 데 사용하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    초기위치(272)를 기준으로 상기 측정 모듈(20)의 측량범위(292)를 양의 호밍영역(293) 및 음의 호밍영역(294)으로 구분하고, 상기 센서(21)(22)(23)(24)들의 측량결과에 의하여 상기 캐리어(11)의 자동 호밍방향(200)을 추정하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모듈화 어셈블리(60)는 고정자(50)를 더 포함하고, 상기 센서(21)(22)(23)(24)들은 각각 고정자(50)의 양측에 위치하며, 상기 제1 신호 어레이(10)가 상기 고정자(50) 상측에 위치할 때, 상기 처리유닛(30)이 호밍연산을 시작하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 위치측정 시스템.
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