KR900005919B1

KR900005919B1 - 인크리멘탈 엔코더를 사용한 산업용기기 시스템의 위치피드백 제어장치 및 방식

Info

Publication number: KR900005919B1
Application number: KR1019870011177A
Authority: KR
Inventors: 이영
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 안시환
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1990-08-16
Also published as: KR890007146A

Abstract

내용 없음.

Description

인크리멘탈 엔코더를 사용한 산업용기기 시스템의 위치피드백 제어장치 및 방식

제1도는 본 발명의 회로도.

제2도는 제1도의 동작 타이밍도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 방향판별부 20 : 원점설정부

DS : 딥스위치부 RA : 저항어레이

CNT1-CNT2 : 카운터 COM : 비교기

B1-B4 : 버터 F1 : 래치

A1-A2 : 앤드게이트 I1 : 인버터

본 발명은 인크리멘탈 엔코더를 사용한 산업용기기 제어시스템의 위치피드백 제어장치 및 방식에 관한 것으로 특히, 엔코더 원점기준신호(Z상)간의 엔코더 체배펄스를 카운팅하며 카운팅 완료후 엔코더 원점기준 신호(Z상)와 비교하여 노이즈 개입유무를 판별할 수 있는 위치피드백 시스템의 제어방식 및 장치에 관한 것이다.

로봇(robot)등 각종 산업용기기의 위치제어용 센서로서는 인크리멘탈 엔코더(Incremental Encorder), 절대치 엔코더 및 리졸버(resolver)등을 사용하고 있는데 보편적으로 가격이 저렴하고 성능이 우수한 인크리멘탈 엔코더를 가장 많이 사용하고 있다.

인크리멘탈 엔코더는 광센서등을 이용하여 모터의 회전위치를 검출하는 디지털 서보시스템의 각종 산업용 기기에 사용될 수 있으며 엔코더의 출력은 소정의 위상차를 갖는 펄스열들로 구성되어 있다.

그러나 로봇을 비롯한 고속산업용기기의 경우 인크리멘탈 엔코더와 출력펄스열이 놓은 주파수(400KHZ-1MHZ)에 도달하기 때문에 신호전달 과정에서 노이즈 성분의 개입이 발생했었으며 노이즈 성분에 의해 야기된 펄스가 정상펄스로 간주되어 위치제어시스템으로 인가됨으로써 위치 편차를 유발시켰었던 문제점이 있었다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 종래의 산업용 로봇의 경우에는 일정회수의 작업 반복시마다 원점을 다시 세팅하거나 신호선 및 제어기의 내 노이즈성을 확보하기 위해 차폐 및 어스의 강화를 도모하였으나 소정 횟수마다 원점을 재 세팅하므로서 작업효율이 저하현상이 발생하였으며 차폐 및 어스강화시 가격이 상승하고 노이즈 발생원이 많은 극한 작업등에서는 노이즈의 완벽한 차단이 불가능했었던 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 원점신호에서 다음 원점신호까지 소정 체배한 엔코더 펼스를 카운틴한 후 카운팅 완료시 엔코더의 기준신호와 비교하여 노이즈 개입유무를 판별할 수 있는 위치피드백 제어장치 및 방식을 제공함에 있다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 구체회로도서 인크리멘탈 엔코더의 회전위치에 따라 발생하는 A,B상(101-102) 및 엔코더 기준신호인 Z상(103)을 입력하는 방향판별부(10)는 소정 체배후 회전방향에 따라 업펄스(201) 1 다운펄스(202) 및 방향판별신호(203)을 발생시키며 엔코더의 Z상(103)과 원점센서의 출력(311)을 입력하는 원점설정부(20)는 시스템초기 원점신호(312)를 발생시키고, 딥스위치부(DS)는 사용자의 설정에 의해 엠코더가 1회전시 발생하는 소정 체배수의 데이터(D0-D15)를 발생시키며, 상기 방향판별부(10)의 업/다운 펄스 출력(201, 202)을 제1카운터(CNT)의 업/다운 단자(UP1/DN1)에 접속하는 동시에 위치피드백 시스템으로 출력시키고, 방향신호단(203)을 인버터(I1)에 접속하는 동시에 위치피드백 시스템으로 출력하며 상기 원점설정부(10)의 출력(312)을 앤드게이트(A1) 및 래치(F1)의 프리세트단(PR)에 접속하는 동시에 위치피드백 시스템으로 출력하고, 상기 제1카운터(CNT1)의 캐리 및 버로우단(CY1-BW1)을 제2카운터(CNT2)의 출력단(Q0-Q7, Q0-Q7)과 풀업저항 어레이(RA)를 통해 딥스위치부(30)의 출력단(D0-D15)을 비교기(COM)의 비교입력단(X0-X15, Y0-Y15)에 각각 접속하고, 비교기(COM)의 출력단(X=Y)의 버퍼(1)에 접속하며 인버터(I1)의 출력단을 버퍼(B1)의 인에이블단에 접속하고 버퍼(B1)의 출력단을 풀업저항(R1)을 통해 앤드게이트(A1)의 나머지 한쪽단에 접속하며 앤드게이트(A1)의 출력단을 앤드게이트(A2)의 입력단에 접속하는 동시에 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 클리어단(CR)에 접속하고 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 입력단(ID0-ID7, Id0-Id9)에 저항어레이(RA)의 출력단을 접속하며 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 버로우단(BW1-BW2)을 오아게이트(O1)에 접속하고 오아게이트(O1)의 출력단을 버퍼(B3-B4)에 직렬접속하며 버퍼(B4)의 출력단을 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 로드(LD)단자에 접속하는 동시에 앤드게이트(A2)의 나머지 입력단에 접속하고 앤드게이트(A2)의 출력단을 엔코더의 Z상(103)을 입력하는 버퍼(B2)의 인에이블단에 접속하며 풀업저항(R2)을 통한 버퍼(B2)의 출력단을 시스템클럭(221)에 의해 동작하는 래치(F1)의 입력단(D)에 접속하고 래치(F1)의 출력단(Q)을 위치피드백 제어시스템의 인터럽트(INT)단에 접속하도록 구성하며 상기 구성중 딥스위치부(DS)와 저항 어레이(RA)로 구성하여 엔코더가 1회전시 발생하는 체배펄스수와 동일한 데이터를 설정 출력하는 제1수단과, 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)로 구성하여 엔코더 정회전시 상기 방향판별부(10)의 엔코더의 체배펄스열을 업카운팅하고 역회전시 상기 제1수단의 데이터를 로딩한 후 다운카운팅하며 엔코더 1회전시 발생하는 체배 펄스수를 산출하는 제2수단과, 비교기(COM)로 구성되어 엔코더 정회전시 상기 제2수단에서 엔코더 정회전시 상기 제1수단의 설정데이타와 제2수단의 산출데이타를 비교하며 일치할시 비교일치신호를 출력하는 제3수단과, 인버터(I1), 트라이 스테이트버퍼(B1), 저항(R1) 및 앤드게이트(A1)로 구성되어 상기 방향판별부(10)의 정회전 방향신호에 의해 인에이블되어 상기 제3수단의 비교일치신호를 출력하는 제4수단과, 오아게이트(A1) 및 버퍼(B3-B4)로 구성하여 상기 방향판별부(10)의 역회전 방향신호에 의해 상기 제1수단측의 설정데이타를 제2수단측의 산출데이타로 로드 시키는 동시에 역회전 펄스산출완료신호를 발생하는 제5수단과, 앤드게이트(A2), 트라이스테이트버퍼(B2), 저항(R2), 및 래치(F1)로 구성하여 제4수단 또는 제5수단의 출력에 의해 각각 동작되어 엔코더의 원점감지신호(103) 입력시 정상동작하며 엔코더의 원점감지신호(103) 무입력시 위치피드백 시스템으로 노이즈 개입을 알려 노이즈를 판별하는 제6수단으로 구성되며 제2도는 제1도의 동작 타이밍도로서 엔코더가 1회전당 2펄스를 출력하는 엔코더펄스의 예에 의한 업/다운 펄스의 타이밍 관계를 도시하고 있다.

상술한 구성에 의거 본 발명을 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한다.

우선 제2도를 참조로 전반적인 동작을 설명한다.

인크리멘탈 엔코더의 출력파형은 3상으로 구성되는데 A상(101)과 B상(102)은 1/4주기차(

)로 출력하며 1회전당 카운트/턴(Count/turn : 이하 CT라 칭한다)수로 결정되는 펄스열을 각각 출력하고 Z상(103)은 1회전당 1펄스를 출력하며 엔코더의 기준위치신호로 사용한다.

여기서 엔코더의 출력파형이 제2도와 같이 1회전당 2CT로 동작한다고 하면 제2c도와 같은 원점기준신호인 Z상이 1회전시 1펄스를 출력하는 동안 a와 같은 A상(101)과 b와 같은 B상(102)은 2펄스를 출력하며 이때 A상(101)과 B상(102)의 위상차이는 1/4주기이다.

반향판별부(10)는 엔코더펄스를 소정체배(여기서 4체배로 가정한다)하여 제3d, h도와 같은 체배펄스를 출력한다.

우선 시스템온시 원점신호(311)와 Z상(103)의 출력에 의해 원점설정부(20)는 (e)와 같은 원점클리어 신호를 발생한다.

또한 이 신호에 의해 엔코더펄스를 산출하는 수단인 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)를 클리어시키며 입력엔코더 체배펄스에 대한 카운팅을 실행한다.

업카운트시 d와 같은 방향판별부(10)의 출력을 카운트하는데 엔코더펄스를 4체배하므로 업카운트 펄스수는 8개이며 딥스위치부(DS)의 출력도 8에 세트되어 있다.

딥스위치부(DS)의 설정데이타는 엔코더 펄스수(CT)*4이므로 (2*4=8) 카운터에서 8을 카운팅할 때 비교기(COM)는 (f)와 같은 비교일치신호를 출력하며 이때 c와 같은 Z상(103)의 "하이"신호가 송출됐을 때는 노이즈 개입이 없는 상태이며, "로우"신호가 출력했을때는 위치피드백 시스템으로 인터럽트신호를 출력하여 노이즈 발생을 알리게 된다.

다운 카운팅시는 i와 같은 버로우(burrow)신호에 의해 j와 같이 딥스위치부(DS)의 설정데이타를 로드하여 카운트하며 이 신호를 c와 같은 Z상과 비교하여 "하이"신호시 정상상태로 동작하며 "로우"신호시 노이즈가 개입한 상태이므로 위치피드백 시스템으로 인터럽트 신호를 출력한다.

제1도는 본 발명의 구체회로도서 4체배 엔코더를 사용하며 딥스위치부(DS)에서 "2##개의 4체배한 엔코더 CT신호에 대한 데이터를 설정할 수 있다.

먼저 로봇등과 같은 산업용기기를 구동시키기 전에 공지의 원점설정부(20)에 의해 전기적 원점을 찾아야 하며 그 동작은 하기와 같다.

원점센서와 엔코더의 Z상(103)을 입력하는 원점설정부(10)는 원점센서의 신호(311)와 엔코더의 Z상(103)이 동시에 감지된 시점에서 원점신호(312)인 "로우"펄스를 발생하여 위치피드백 시스템으로 인가하는 동시에 앤드게이트(A1) 및 래치(F1)의 프리세트단(PR)에 인가하며 래치(F1)는 "하이"신호를 위치피드백 시스템의 인터럽트단으로 출력한다.

따라서 앤드게이트(A1)의 출력은 "로우"레벨이 되어 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)를 클리어시키는 동시에 앤드게이트(A2)의 출력을 "로우"레벨로 하여 버퍼(B2)를 인에이블시킨다.

상기 버퍼(B2)는 인에이블 주기동안에 엔코더의 Z상(103)을 래치(F1)의 입력단(D)에 인가한다.

엔코더의 출력은 회전방향에 따라 공지의 방향판별부(10)에서 업 또는 다운펄스로 변환하며 엔코더 출력의 4배 펄스로 출력하는데 업펄스 출력(201)시 방향신호(203)는 "하이"레벨이며 다운펄스 출력(202)시 방향신호(203)는 "로우"레벨로 출력한다.

상기 방향판별부(10)의 출력은 위치피드백 시스템으로 인가되어 위치제어신호로 사용한다.

원점신호(312)에 의해 클리어된 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)는 엔코더 회전에 따른 출력펄스열을 카운팅하며 딥스위치부(DS)에 의해 설정된 엔코더 CT수의 4배 데이터가 풀업용 저항어레이(RA)를 통해 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 데이터단자(ID0-ID7, Id0-Id7) 및 비교기(COM)의 비교입력단자(Y0-Y15)에 인가된다.

먼저 엔코더가 업카운팅 방향으로 회전할때를 설명한다.

엔코더가 업방향으로 회전할시 정화하게 1회전한 위치에서 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 출력은 엔코더 CR의 4배값을 갖게되며 제1카운터(CNT1)의 출력(Q0-Q7)과 제2카운터(CNT2)의 출력(q1-q7)은 비교기(COM)의 비교입력단(A0-A15)에 연결되어 출력단(A=B)에 "로우"레벨이 발생된다.

이때 방향판별부(10)의 방향신호(203)가 업카운팅 기간에는 "하이"신호이므로 인버터(I1)를 통해 "로우"신호로 반전하여 트라이 스테이트버퍼(B1)를 인에이블시키며 비교기(COM)의 출력단(X=Y)이 "로우"레벨이므로 앤드게이트(A1)의 한쪽입력단에 "로우"신호를 인가하며 앤드게이트(A1)의 출력을 "로우" 레벨로 만든다.

엔드게이트(A1)의 "로우"신호는 상기 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)를 클리어시키는 동시에 앤드게이트(A2)의 출력을 로우레벨로 만든다.

앤드게이트(A2)의 출력이 "로우"레벨일 때 이 신호가 트라이 스테이트버퍼(B2)를 인에이블시켜 엔코더의 원점기준신호인 Z상(103)의 출력을 래치(F1)의 입력단자(D)로 인가하는데 Z상(103)의 신호레벨에 따라 두가지의 상태가 발생한다.

우선 엔코더펄스 전달과정중 노이즈가 발생하지 않은 정상적인 경우 엔코더의 원점위치시 엔코더의 체배신호를 카운팅하는 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)와 딥스위치부(DS)의 출력이 비교기(COM)를 통해 일치신호를 출력할 때 엔코더의 원점기준신호인 Z상출력(103)은 "하이"상태를 유지한다.

따라서 비교기(COM)와 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 출력이 일치할 때 턴온되는 트라이 스테이트버퍼(B2)를 통하여 "하이"레벨의 Z상 신호(103)가 래치(F1)의 입력단자(D)로 인가되므로 위치피드백 시스템의 인터럽트단으로 "하이" 신호를 계속 송출하게 된다.

이때 만일 비교기(COM)에서 일치신호를 출력하고 있을 때 Z상(130)의 출력이 "하이"레벨이 아니면 전술한 과정에서와 달리 트라이 스테이트퍼버(B1)가 인에이블 주기동안 Z상(103)의 출력이 나타나지 않으므로 (Z상이 로우레벨) 래치(F1)의 입력단(D)에 "로우"신호를 인가하여 위치제어시스템의 인터럽트 단자로 위치피드백 신호에 노이즈가 개입됐음을 알린다.

이때 래치(F1)의 클럭(CLK)주기는 데이터의 입력주기 펄스보다 짧게 한다.

또한 앤드게이트(A1)에 의해 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)가 클리어 되어 엔코더 펄스를 재카운팅한다.

엔코더가 회전방향을 변환하여 다운카운팅 방향으로 회전하면 방향판별부(10)를 통해 4체배의 다운펄스가 발생하며 동시에 방향신호(203)가 "로우" 레벨이 된다.

따라서 "로우"레벨 방향신호가 인버터(I1)를 통해 "하이"신호로 반전되어 트라이 스테이트 버퍼(B1)를 디스에이블시키므로 앤드게이트(12)에 "하이"신호로 인가된다.

이때 원점설정부(20)의 출력은 하이레벨상태이므로 앤드게이트(A1)의 출력은 "하이"상태가 된다.

엔코더가 다운카운팅 방향으로 회전을 계속하여 1회전 기준위치에 도달하면 이 시점에서 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)가 동시에 버로우(borrow)상태가 되며 버로우단자(BW1-Bw2)를 통해 "로우"신호를 발생시켜 이 신호를 오아게이트(O1)에 인가한다.

오아게이트(O1)를 출력한 "로우" 신호는 시간지연용 버퍼(B3-B4)를 통해 앤드게이트(A2)에 인가되는 동시에 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 로드(LD)신호로 인가되는데 버퍼(B3-B4)를 사용하는 것은 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)의 특성에 의해 버로우신호발생 후 소정시간 지연시켜 딥스위치부(DS)의 설정데이타를 "로드"(Load)하기 위함이다.

또한 버로우 신호발생시 이 신호에 의해 앤드게이트(A2)는 "로우"신호를 출력하며 앤드게이트(A2)의 "로우"신호에 의해 트라이 스테이트버퍼(B2)가 인에이블 된다.

이때 여기서는 전술한 바와 같이 두가지 상태가 발생하는데 상기 제1 및 제2카운터(CNT1-CNT2)가 딥스위치부(DS)의 설정데이타를 로드하여 다운카운팅을 완료했을시 엔코더의 원점기준신호인 Z상(103)이 "하이"상태이면 노이즈가 저입되지 않은 정상상태로 트라이 스테이트버퍼(B2)를 통해 래치(F1)의 입력단자(D)로 "하이"신호를 인가한다.

그러나 상기 딥스위치부(DS)의 설정데이타를 로드하여 다운카운팅을 완료했을때에 엔코더의 원점기준신호의 Z상(103)이 입력하지 않으면(Z상 로우레벨상태) 래치(F1)의 입력단자(D)에 "로우"레벨을 인가하여 위치피드백 시스템의 인터럽트단자로 노이즈가 개입됐음을 알리는 인터럽트 신호를 출력한다.

상술한 바아 같이 인크리멘탈 엔코더를 사용하는 위치제어시스템에서 엔코더의 원점기준 신호 사이의 엔코더의 체배펄스를 카운팅하며, 카운팅완료 후 원점기준신호와 비교함으로서 노이즈 개입유무를 판별할 수 있어 산업용기의 제어시스템 신뢰도를 향상시키고 인크리멘탈 엔코더의 호용성을 증대시킬 수 있으며 별도의 부가장치없이 항상 정확하게 위치를 제어할 수 있어 시스템의 경량화, 작업효율의 증대 및 원가를 감소시킬 수 있고, 딥스위치와 카운터의 출력단을 증가하면 용이하게 설정 및 산출데이타 확장을 실행할 수 있는 잇점이 있다.

Claims

소정의 위상차를 갖는 A상(101) 및 B상(102)과 1회전시마다 엔코더 기준위치 신호를 발생하는 Z상(103)인 3상의 엔코더 펄스를 입력한 후 4체배의 업, 다운펄스 및 방향 판별신호를 발생하여 위치피드백 시스템으로 송출하는 방향판별부(10)와, 상기 엔코더의 Z상(103)과 원점센서(311)의 신호에 의해 초기시스템 ON시 원점신호를 위치피드백 시스템으로 출력 원점설정부(20)를 구비한 인크리멘탈 엔코더를 이용한 산업용기기 시스템의 위치피드백 제어장치에 있어서, 상기 엔코더가 1회전시 발생하는 체배펄스수와 동일한 데이터를 설정출력하는 제1수단과, 상기 엔코더가 정회전시 상기 방향판별부(10)의 체배펄스열을 업카운팅하고 역회전시 상기 제1수단의 설정데이타를 로드하여 다운카운팅하여 상기 엔코더가 1회전시 발생하는 체배펄스수를 산출하는 제2수단과, 상기 제2수단에서 엔코더 정회전시 상기제1수단의 설정데이타와 제2수단의 산출데이타를 비교하며 일치할 시 비교일치 신호를 출력하는 제3수단과, 상기 방향판별부(10)의 정회전 방향신호에 의해 인에이블되어 상기 제3수단의 비교일치신호를 출력하는 제4수단과, 상기 방향판별부(10)의 역회전 방향신호에 의해 상기 제1수단의 설정데이타를 제2수단측의 산출데이타로 로딩하는 동시에 역회전 펄스산출완료 신호를 발생하는 제5수단과, 상기 제4 또는 제5수단에 각각 응답하여 엔코더의 정상 원점감지신호(103)에 정상동작하며 엔코더의 비정상 원점감지신호(103)입력시 위치피드백 시스템으로 노이즈 개입을 알리는 노이즈를 판별하는 제6수간으로 구성함을 특징으로 하는 인크리멘탈 엔코더를 사용한 산업용기기 시스템의 위치피드백 제어장치.
제1항에 있어서, 제6수단이 제4수단 및 제5수단의 출력단을 앤드게이트(A2)의 양 입력단에 접속하고, 앤드게이트(A2)의 출력단을 트라이 스테이트버퍼(B2)의 인에이블단자에 접속하며 엔코더의 원점감지신호인 원점감지신호인 Z상(103)을 트라이 스테이트버퍼(B1)의 입력단에 접속하고 출력단을 풀업저항(R2)을 통해 래치(F1)의 입력단(D)에 접속하며 원점설정부(10)의 초기 원점신호를 프리세트단자(PR)에 접속하고 시스템 클럭을 클럭단(CK)에 접속하며 출력단(Q)을 위치피드백 시스템의 인터럽트단자로 접속되게 구성함을 특징으로 하는 인크리멘탈 엔코더를 사용한 산업용기기 시스템의 위치피드백 제어회로.
인크리멘탈 엔코더를 이용한 산업용기기 시스템의 위치피드백 제어방식에 있어서, 엔코더의 펄스 입력하여 초기 전기적 원점신호를 검출하여 위치피드백 시스템으로 송출하는 제1스텝과, 제1스텝 수행후 엔코더 정회전시 엔코더 체배펄스를 산출한 후 기 설정한 엔코더 체배펄스와 비교한 후 엔코더 정회전 방향신호에 의해 비교일치신호의 전송통로를 형성하는 제2스텝과, 상기 제2스텝 수행후 비교일치신호에 의해 엔코더의 기준위치신호 전송통로를 형성하는 제3스텝과, 상기 제1스텝 수행후 엔코더 역회전시 기 설정데이타를 로드하여 엔코더 체배펄스에 의해 역산출하며 엔코더의 기준위치 신호의 전송통로를 형성하는 제4스텝과, 상기 제3또는 제4스텝 수행후 정상 엔코더 기준위치 신호 입력시 노이즈가 개입하지 않은 정상상태임을 알리며 엔코더의 회전방향에 따라 제2 또는 제4스텝으로 가는 제5스텝과, 상기 제5스텝에서 비정상엔코더기준위치 신호 입력시 노이즈가 개입된 비정상상태임을 위치피드백 시스템으로 알리는 제5스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 인크리멘탈 레코더를 사용한 산업용기기 시스템의 위치피드백 제어방식.