KR100478978B1 - 홀아이씨를 이용한 회전각도 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정밀도 구현에 부정적인 영향을 주는 요인들을 제거하고, 고정밀도의 기계가동이나 부품들을 사용하지 않고도 홀IC를 이용하여 절대 각도위치 센서의 고해상도 구현 및 위치 보정을 위한 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파를 입력받아 일련의 신호처리과정을 거쳐서 최종적으로 절대각도에 해당되는 코드를 출력하는 주연산 처리부와, 각도측정장치별 고유한 특성치를 미리 측정하여 실운영시 보정해주기 위한 LUT(look-up table)을 계산하기 위한 보정 처리부를 포함하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치에 있어서, 상기 주연산 처리부는, 회전축이 회전함에 따라서 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파 신호를 대응되는 디지털 코드로 변환시키는 A/D 변환 블록; 상기 A/D 변환 블록으로부터 디지털 코드로 변환된 사인, 코사인 출력 값의 중간값이 원점이 되도록 오프세트조정을 해주고, 사인, 코사인 위치센서 공칭 출력전압 크기의 불일치로 인한 포화현상을 방지하기 위하여 적당한 스케일 계수를 곱하여 튜닝을 수행하는 오프세트 및 이득값조정 블록; 영구자석의 온도변화 에 따른 드리프트 이득값의 영향을 제거하는 노말라이징 블록; 주소와 위치코드에 대한 출 력값으로 구성된 LUT(look up table)을 사용하여 사인, 코사인 코드를 적절한 위치 각도코드로 변환하는 아크사인 LUT 제어로직 블록; 360도 회전에 대한 절대 각도위치 코드 계산을 수행하는 절대각도 코드 연산 블록을 포함하고, 상기 보정 처리부는 회전축에 장착된 표준 인코더와 홀IC를 이용한 절대각도 센서로부터 동시에 각도 코드를 입력받아 기록하는 메모리; 노말라이즈된 에러 데이터가 계산되는 각도 위치 코드 에러 연산기; 상기 각도 위치 코드 에러 연산기의 출력 데이터와 사인,코사인 절대각도 위치 코드를 같이 입력받아 기계 적인 조립 공차로 발생된 에러를 제거하기 위한 보정용 LUT를 계산하는 보정 LUT 데이터 연산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

홀아이씨를 이용한 회전각도 측정장치 및 그 방법{Apparatus for resolution of angular position using Hall-IC and Method Thereof}

본 발명은 홀IC를 서보 모터 제어등 산업 여러 분야에 광범위하게 사용되는 회전각도 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홀IC를 이용하여 절대 각도위치 센서의 고해상도 구현 및 위치 보정을 위한 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

회전각도를 측정하는 센서 중 가장 보편적으로 사용되는 것은 옵티컬 인코더이며 인크리멘탈과 앱솔루트 형으로 분류된다. 옵티컬 인코더는 기본적으로 투광용 광원, 슬릿이 들어간 회전 디스크 그리고 수광 소자로 구성되는데 디스크가 회전함에 따라서 회전각에 비례한 펄스 출력을 얻는 구조로 되어 있다.

인크리멘탈 인코더는 회전각에 따라서 A상, B상(A상과 90도 위상차)의 구형파를 발생하는 데 회전 위치의 절대값이 아닌 회전한 각도에 비례한 펄스 수가 얻어지므로 출력 펄스를 카운터로 누적하여 각도를 측정할 수가 있다. 그러나 한 회전당 한번 발생하는 Z상 펄스(영상 신호)를 인식하기 전까지는 현위치 정보를 알 수 없다는 단점이 있다. 인크리멘탈 인코더는 구조가 간단한 편이고 비교적 저가에 속한다고 할 수 있다.

앱솔루트 인코더는 기본적인 구성은 인크리멘탈형과 같으나 회전 디스크의 슬릿패턴이 이진부호열로 동심원 상으로 배치되어 있다. 앱솔루크 인코더는 절대 각도위치가 검출되기 때문에 노이즈에 인한 오차누적이 없고 전원이 들어오면 항상 정확한 현재 위치를 검출할 수 있다. 그 대신 해상도가 높아지면(비트수가 증가) 출력 신호선의 수가 많아지고 구조상 소형화하기가 어렵고 다소 고가이다.

옵티컬 인코더가 회전각도 정보를 디지털량으로 변환하는 데 반해 인덕터형태의 센서를 사용하는 레졸버는 아날로그의 출력신호를 발생한다. 레졸버의 구조는 모터와 유사한데 특히 내환경성이 우수하다. 그러나 수개의 와인딩과 아이언 코아와 같은 복잡한 기계 전기적인 구조를 가지고 있으며 상호수직인 고주파 AC 전압출력을 지원하는 정밀한 전원부가 요구된다. 아울러 이러한 센서는 매우 고가이며 적용분야도 매우 제한적이다.

위에서 언급된 회전각도 센서들과 비교하여 홀IC를 이용한 방식은 가장 간단한 기계전기적인 구조로 구성된다. 즉, 회전축에 장착된 영구자석과 홀IC가 장착된 간단한 회로부로만 구성되어 있다. 이는 최신의 홀IC들이 공급, 출력 전압 오프세트 안정화 회로들이 이미 내장되어 있기 때문이다. 동작 원리는 회전축에 장착된 영구자석이 축이 돌아감에 따라서 자기장이 변화하게 되는데 홀IC 내에 있는 센서에서 이러한 자기장 변화값이 측정되어 이에 상응하는 아날로그 사인 및 코사인파를 출력하게 되는 것 이다. 이 신호를 적절히 계산하면 홀IC 출력 전압값과 한 회전당 대응되는 각도값을 선형관계식으로 쉽게 구할 수 있다. 이러한 방식을 적용하면 인크리멘탈 인코더보다도 훨씬 저가로 절대각도 센서를 제작할 수 있어 전체 시스템의 제작비용을 크게 절감할 수 있다. 아울러 비접촉방식으로 인한 내구성, 영구자석과 홀IC 간극의 여유로 인한 설계의 자유성, 간단한 구조로 인한 수리의 용이성, 충격, 진동, 먼지등 에 대한 내환경성 등의 장점을 가지고 있다. 그러나 이러한 각도측정방식은 최신의 정밀한 홀IC를 사용하더라도 기계적인 조립공차, 영구자석 자속밀도의 온도에 따른 드리프트 영향등으로 인하여 측정각도의 정밀도를 높이는데 어느 정도의 한계가 존재한다.

즉, 홀IC를 이용한 각도위치 센서가 이상적인 상태로 구현되었다고 할 경우, 다시말해서, 영구 자석과 홀IC 센서부가 완벽하게 일직선상에 위치하고 상호 90도 로 위치한 두 개의 홀센서가 완 전한 수직을 이루고 있으며 회전축상에 부착된 영구 자석이 완전한 원형으로 되어있다고 한다면, 홀IC 출력전압이 측정된 각도에 대하여 단위 벡터당 완벽한 사인파와 코사인파를 구현해주므로 원하는 해상도를 11비트까지 높일 수 있다. 그러나 실지로 홀IC를 이용한 각도 위치 센서의 출력신호는 이상적인 사인 및 코사인 파형과는 다르게 나오게 되는데 이는 기계적인 조립공차와 전기자기적인 파라미터들의 에러, A/D 변환시 라운딩 에러등으로 기인된 현상이다.

이러한 요인들은 직접적으로 측정각도의 고해상도 구현의 장애 요소로서 이를 해결하기 위하여 고정밀도의 기계가동이나 부품들을 사용함으로 제품비용이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 정밀도 구현에 부정적인 영향을 주는 요인들을 제거하고, 고정밀도의 기계가동이나 부품들을 사용하지 않고도 홀IC를 이용하여 절대 각도위치 센서의 고해상도 구현 및 위치 보정을 위한 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치 및 그 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치는, 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파를 입력받아 일련의 신호처리과정을 거쳐서 최종적으로 절대각도에 해당되는 코드를 출력하는 주연산 처리부와, 각도측정장치별 고유한 특성치를 미리 측정하여 실운영시 보정해주기 위한 LUT(look-up table)을 계산하기 위한 보정 처리부를 포함하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치에 있어서, 상기 주연산 처리부는, 회전축이 회전함에 따라서 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파 신호를 대응되는 디지털 코드로 변환시키는 A/D 변환 블록; 상기 A/D 변환 블록으로부터 디지털 코드로 변환된 사인, 코사인 출력 값의 중간값이 원점이 되도록 오프세트조정을 해주고, 사인, 코사인 위치센서 공칭 출력전압 크기의 불일치로 인한 포화현상을 방지하기 위하여 적당한 스케일 계수를 곱하여 튜닝을 수행하는 오프세트 및 이득값조정 블록; 영구자석의 온도변화 에 따른 드리프트 이득값의 영향을 제거하는 노말라이징 블록; 주소와 위치코드에 대한 출 력값으로 구성된 LUT(look up table)을 사용하여 사인, 코사인 코드를 적절한 위치 각도코드로 변환하는 아크사인 LUT 제어로직 블록; 360도 회전에 대한 절대 각도위치 코드 계산을 수행하는 절대각도 코드 연산 블록을 포함하고, 상기 보정 처리부는 회전축에 장착된 표준 인코더와 홀IC를 이용한 절대각도 센서로부터 동시에 각도 코드를 입력받아 기록하는 메모리; 노말라이즈된 에러 데이터가 계산되는 각도 위치 코드 에러 연산기; 상기 각도 위치 코드 에러 연산기의 출력 데이터와 사인,코사인 절대각도 위치 코드를 같이 입력받아 기계 적인 조립 공차로 발생된 에러를 제거하기 위한 보정용 LUT를 계산하는 보정 LUT 데이터 연산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 각도 위치코드 에러 연산기는, 보정된 사인 코사인 절대각도 코드와 같은 해상도의 각도 코드를 생성해주는 인코더 펄스 카운터와, 사인코사인 절대각도 위치코드와 인코더코드 사이의 오프세트를 제거하는 위치 코드 에러 노말라이징 블록을 더 포함한다.

상기 보정 LUT 테이터 연산기는 사인 코사인 절대각도 에러의 노말라이즈된 데이터로부터 FFT 값을 구하여, 실지 에러 데이터의 고주파수 영역대 노이즈와 일정한 크기의 오프세트를 제거하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 홀IC를 이용한 회전각도 측정방법은, 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파를 입력받아 일련의 신호처리과정을 거쳐서 최종적으로 절대각도에 해당되는 코드를 출력하고, 각도측정장치별 고유한 특성치를 미리 측정하여 실운영시 보정해주기 위한 LUT(look-up table)을 계산하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정방법에 있어서, 회전축이 회전함에 따라서 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파 신호를 대응되는 디지털 코드로 변환시키는 A/D 변환 단계; 상기 A/D 변환 단계로부터 디지털 코드로 변환된 사인, 코사인 출력 값의 중간값이 원점이 되도록 오프세트조정을 해주고, 사인, 코사인 위치센서 공칭 출력전압 크기의 불일치로 인한 포화현상을 방지하기 위하여 적당한 스케일 계수를 곱하여 튜닝을 수행하는 오프세트 및 이득값조정 단계; 영구자석의 온도변화 에 따른 드리프트 이득값의 영향을 제거하는 노말라이징 단계; 주소와 위치코드에 대한 출 력값으로 구성된 LUT(look up table)을 사용하여 사인, 코사인 코드를 적절한 위치 각도코드로 변환하는 아크사인 LUT 제어로직 단계; 360도 회전에 대한 절대 각도위치 코드 계산을 수행하는 절대각도 코드 연산 단계를 포함하고, 회전축에 장착된 표준 인코더와 홀IC를 이용한 절대각도 센서로부터 동시에 각도 코드를 입력받아 기록하는 단계; 노말라이즈된 에러 데이터가 계산되는 각도 위치 코드 에러 연산 단계; 상기 각도 위치 코드 에러 연산 단계의 출력 데이터와 사인,코사인 절대각도 위치 코드를 같이 입력받아 기계 적인 조립 공차로 발생된 에러를 제거하기 위한 보정용 LUT를 계산하는 보정 LUT 데이터 연산 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치 및 그 방법을 나타낸 제어 블록도이다.

본 발명은, 크게 2부분으로 나누어지는데 컨트롤러의 프로세서칩에서 수행되는 주연산처리부(200)와, 각도측정장치별 고유한 특성치를 미리 측정하여 실운영시 보정해주기 위한 LUT(look-up table)을 계산하기 위한 보정처리부(300)이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 주연산처리부(200)는 홀IC(100)로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파를 입력받아 일련의 신호처리과정을 거쳐서 최종적으로 절대각도에 해당되는 코드를 출력하게 되는 운영모드에서 사용된다. 하단에 보여지는 보정처리부(300)는 주연산처리부(200)의 보정용 LUT에서 사용될 값을 산정하기 위한 별도의 신호처리과정으로써 회전각도 측정장치 제작후 한번의 실험을 통해서, 즉 보정모드에서 이 값을 구하게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 주연산처리부를 더욱 상세히 나타낸 제어 블록도이다.

도시된 바와 같이, 주 연산 처리 부분내에 있는 5개의 각 서브 블럭들의 자세한 연산처리 과정을 설명하기로 한다.

A/D 변환 블록(210)은, 제어전용 DSP 프로세서에 내장되어 회전축이 회전함에 따라서 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파 신호를 대응되는 디지털 코드로 변환시킨다. 이때, A/D 변환 블록(210)은 해상도(일반적으로 10비트)와 운영전압범위(5볼트 또는 3.3 볼트)에 따라서 변환계수가 정해진다(예 로 10비트, 5볼트인 경우 1024/5 unit/volt). 그리고 A/D 변환과정에서 필수적으로 라운딩 에러가 발생 하나 전체 해상도에 미치는 영향은 매우작다.

오프세트 및 이득값조정 블록(220)은, A/D 변환 블록(210)으로부터 디지털 코드로 변환된 사인, 코사인 출력 값은 10비트인 경우 0에서 1023 사이 값을 갖게 되는 데 중간값이 원점이 되도록 오프세트조정을 해준다(예로 5볼트 DSP 프로세서에서 오프세트는 2.5 볼트에 해당되는 코드, 즉 512가 된다). 그 다음 사인, 코사인 위치센서 공칭 출력전압 크기의 불일치로 인한 포화현상을 방지하기 위하여 적당한 스케일 계수를 곱하여 튜닝을 한다.

노말라이징 블록(230)은 영구자석의 온도변화에 따른 드리프트 이득값의 영향을 제거하기 위한 블록이다.

노말라이징 블록의 출력코드 NSIN, NCOS 는 수식적으로 다음과 같이 표현될 수 있다.

노말라이즈된 사인코드 NSIN=SinCode*NF

노말라이즈된 코사인코드 NCOS=CosCode*NF

여기서 NF는 노말라이징 계수로서 2^M*Vnorm / sqrt (SinCode^2+CosCode^2) 이다. Vnorm 은 2^N-1로 계산되는 스케일 계수이며SinCode, CosCode 는 각각 오프세트 및 이득조정 블럭에서 연산된 사인, 코사인 디지털 코드이다. 그리고 M은 A/D변환시 비트수(일반적으로 10비트)이고 N은 LUT를 위한 계수로 10비트보다 작은 값을 사용한다(일반적으로 8비트).

이제 노말라이징 블록을 거친 사인, 코사인 코드에서는 영구자석의 온도변화에 따른 드리프트 이득값의 영향이 제거 되었으며 기계적인 조립공차로 발생된 비선 형성 에러의 영향만을 받는다. 이로 인한 영향은 주회전 속도에 대한 하모닉스들의 합으로 나타나게 되며 보정처리과정을 통해서 해결된다.

아크사인 LUT 제어로직 블록(240)은 주소와 위치코드에 대한 출력값으로 구성된 LUT(look up table)을 사용하여 사인, 코사인 코드를 적절한 위치 각도코드로 변환한다.

사인, 코사인 코드를 적절한 위치 각도코드로 변환하기 위해서는 일반적으로 삼각함수관 계식을 이용하여 계산한다. 그러나 탄젠트함수의 분모에 해당되는 코사인함수의 값이 제로나 이에 가까운 매우 작은 값을 가지는 경우(오버플로우)를 피하여야 한다. 따라서 연산된 사인 코사인 디지털 코드를 각도 위치 코드로 변환하는 가장 간단하고 효율적인 방법은 주소와 위치코드에 대한 출력값으로 구성된 LUT(look up table)을 사용하는 것이다. 그러나 이러한 경우에도 LUT 의 크기를 최소화하여 컨트롤러의 메모리사용을 최적화하는 것이 중요하다.

여기서는 360도 회전에 대한 각도 위치코드를 연산하기 위하여 간단한 제어로직기능을 가진 아크 사인 LUT 를 제안한다. 즉, 360도 회전구간을 4개의 섹터로 분할하여 각 섹터 마다 실지 각도에 해당하는 아크 사인 LUT 출력을 위한 적당한 오프세트와 부호를 할당한다. 각 섹터는 이상적인 경우 90도의 각도범위를 가지게 되나 실지적인 경우 비균등한 각도범위를 갖게된다. 각 섹터별로 일정한 오프세트 코드가 아크사인 LUT 출력값에 합산되고 오프세트값은 NSIN과 NCOS 코드 부호에 따라서 조정된다. 노말라이징 블록의 출력 신호중 |NCOS|-|NSIN| 코드는 LUT 의 주소로서 사용된다. 그리고 NSIN, NCOS 그리고 |NCOS|-|NSIN| 코드 부호에 따라서 LUT 출력이 반전 될 것인지 아닌지가 결정되는데 이 것은 로직 신호 섹터로부터 결정된다.

절대각도 코드 연산 블록(250)은, 주연산 처리 부분의 마지막 과정으로, 360도 회전에 대한 절대 각도위치 코드 계산을 수행한다. 노말라이징 블록(230)의 출력 중 하나인 |NCOS|-|NSIN| 코드는 나누기연산에 사용되는2^M 계수(일반적으로 M=10 bit) 를 제거하기 위하여 M비트 좌측으로 시프트된다. 그리고 이동된 |NCOS|-|NSIN| 코드의 절대값은 N 비트의 값(N=8비트일 때 0-255)으로 제한될 것이다. N=8 비트일 때 LUT 어드레스 코드의 값은 45도 섹터구간안에서 0에서 255 까지 증가되며 그 다음 45도 섹터 구간에 대해서는 255에서 0으 로 값이 감소된다. 그리로 이러한 연산과정은 360도 회전에 대하여 반복될 것이다.

N=8 비트인 경우 아크사인LUT 출력 255*Asin( 0.5*sqrt(2)/2*LUTAddress/255)은 8비트 코드로서 45도 섹터부에 대한 각도의 변수부분으로 나타나게 된다.

정확한 각도 위치 코드를 얻기 위하여 아크 사인 LUT 출력은 오프세트 코드만큼 이동되며 반전은 로직 신호 섹터에 의하여 결정된다. 오프세트 코드와 로직 신호섹터는 위에서 설명된 아크사인 LUT. 제어로직 블록에서 생성된다.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 보정처리부를 더욱 상세히 나타낸 제어 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 각도위치코드 에러 연산기의 블록선도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 보정처리부(300)는 메모리(310)와, DSP기반의 각도 위치코드 에러 연산기(320)와, PC기반의 보정 LUT 테이터 연산기(330)로 구성된다.

보정처리부(300)의 동작을 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전축에 장착된 표준 인코더와 홀IC를 이용한 절대각도 센서로부터 동시에 각도 코드를 입력받아 이를 컨트롤러 내부에 있는 메모리(310)에 기록한다.

그 다음 이들 데이터는 컨트롤러 프로세서 메모리에 설치된 각도 위치 코드 에러 연산기(320)에 의하여 노말라이즈된 에러 데이터가 계산되고, 이 데이터는 다시 사인코사인 절대각도 위치 코드와 같이 보정 LUT 데이터 연산기(330)로 전송된다. 마지막으로 보정 LUT 데이터 연산기(330)에서는 기계적인 조립 공차로 발생된 에러를 제거하기 위한 보정용 LUT를 계산한다. 단계별로 자세한 설명은 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, DSP 기반 각도 위치 코드 에러 연산기는 두 부분으로 구성되어 있는데 이들은 각각 인코더 펄스카운터(321)와 위치 코드에러 노말라이징 블록(323)이다.

여기서 인코더 펄스 카운터(321)는 보정된 사인 코사인 절대각도 코드와 같은 해상도(일반적으로 11 비트)의 각도 코드를 생성해준다.

인코더는 사인 코사인 위치센서용 영구자석과 임의의 각도로 위치한 회전축과 연결되어있으므로 사인코사인 절대각도 위치코드와 인코더코드 사이의 차이를 직접적으로 계산하는 것은 360도 범위에 대하여 11비트의 오프세트를 가진 결과치를 줄 수가 있다. 이 오프세트는 위치 코드 에러 노말라이징 블록(323)을 통해서 제거될 수 있다.

도 5는 도 3에 도시된 보정LUT 데이터 연산기의 블록선도이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 보정의 마지막과정으로서 보정용 LUT가 계산된다. 사인 코사인 절대각도 에러의 노말라이즈된 데이터로부터 FFT 값을 구하면 실지 에러 데이터의 고주파수 영역대 노이즈와 일정한 크기의 오프세트가 제거될 수 있다. 충분히 많은 에러 데이터들에 FFT를 적용하여 계산된 하모닉스 세트들을 이용하면 보정용 LUT 데이터를 쉽게 PC에서 계산할 수 있다.

이상적인 상태에서 에러 데이터의 FFT 분석은 매우 작은 값의 하모닉스 분포만을 보여주게 되는데, 이는 주로 DSP 연산시 라운딩 에러에 의하여 발생 된 것이다. 그러나 실지의 경우, 즉 기계적인 조립 공차가 어느 정도 있는 경우 실지의 해상도에 큰 영향을 주게 되며 그 경우 이상적인 경우와 비교하여 수 십배의 해상도차이가 발생할 수 있다. 따라서 보정 연산 처리과정은 실지 운영시 해상도에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 요소가 된다.

여기서 설명된 보정기법은 단지 회전각도 측정뿐만이 아니라 인코더 신호가 피드백 센서로 사용 되는 제어분야에서도 매우 중요한데, 이는 보정되지 않은 아날로그 위치센서의 정규 에러로 인하여 발생되는 저주파 영역대의 변화가 전체 제어시스템의 성능을 크게 약화시키기 때문이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치 및 그 방법에 의하면, 다른 각도센서와 비교하여 전기 기계적인 구조가 간단하여 적용분야에 따라서 설치가 용이 하며 내환경성, 내구성이 우수하다. 특히 제품 생산시 가장 중요한 요소인 비용절감의 측면에서 타 센서에 비하여 비교가 되지 않을 정도로 우수한 장점이 있다. 서보모터제어등 일반적인 산업분야에서 요구되는 해상도의 각 도센서로서 옵티칼 인코더를 쉽게 대체할 수 있다. 기술적으로 고정밀도의 하드웨어적인 구성이 요구되지 않음으로 발생하는 기계적인 조립공차의 에러와 영구자석의 온도에 따른 드리프트의 고유한 성질로 인한 에러를 보정하는 일련의 연산처리 방법과 보정기법이 제안되었다. 즉, 간단한 하드웨어적인 구조에 일련의 소프트웨어로 보완하여 시스템 안정성과 저비용을 구현하였으며 전용 컨트롤러가 존재하는 모든 응용분야에서 소프트웨어적인 연산처리 과정을 통하여 쉽게 적용이 가능하게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치 및 그 방법을 나타낸 제어 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 주연산처리부를 더욱 상세히 나타낸 제어 블록도.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 보정처리부를 더욱 상세히 나타낸 제어 블록도.

도 4는 도 3에 도시된 각도위치코드 에러 연산기의 블록선도.

도 5는 도 3에 도시된 보정LUT 데이터 연산기의 블록선도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 홀IC 200 : 주연산 처리부

210 : A/D 변환 블록 220 : 오프세트 및 이득값조정 블록

230 : 노말라이징 블록 240 : 아크사인 제어로직 블록

250 : 절대각도 코드 연산 블록 300 : 보정 처리부

310 : 메모리 320 : 각도 위치코드 에러 연산기

321 : 인코더 카운터 323 : 에러 노말라이징 블록

330 : 보정 LUT 테이터 연산기

Claims (6)

1. 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파를 입력받아 일련의 신호처리과정을 거쳐서 최종적으로 절대각도에 해당되는 코드를 출력하는 주연산 처리부와, 각도측정장치별 고유한 특성치를 미리 측정하여 실운영시 보정해주기 위한 LUT(look-up table)을 계산하기 위한 보정 처리부를 포함하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치에 있어서,

   상기 주연산 처리부는, 회전축이 회전함에 따라서 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파 신호를 대응되는 디지털 코드로 변환시키는 A/D 변환 블록;

   상기 A/D 변환 블록으로부터 디지털 코드로 변환된 사인, 코사인 출력값의 중간값이 원점이 되도록 오프세트조정을 해주고, 사인, 코사인 위치센서 공칭 출력전압 크기의 불일치로 인한 포화현상을 방지하기 위하여 적당한 스케일 계수를 곱하여 튜닝을 수행하는 오프세트 및 이득값조정 블록; 영구자석의 온도변화 에 따른 드리프트 이득값의 영향을 제거하는 노말라이징 블록; 주소와 위치코드에 대한 출 력값으로 구성된 LUT(look up table)을 사용하여 사인, 코사인 코드를 적절한 위치 각도코드로 변환하는 아크사인 LUT 제어로직 블록; 360도 회전에 대한 절대 각도위치 코드 계산을 수행하는 절대각도 코드 연산 블록을 포함하고, 상기 보정 처리부는

   회전축에 장착된 표준 인코더와 홀IC를 이용한 절대각도 센서로부터 동시에 각도 코드를 입력받아 기록하는 메모리; 노말라이즈된 에러 데이터가 계산되는 각도 위치 코드 에러 연산기; 상기 각도 위치 코드 에러 연산기의 출력 데이터와 사인,코사인 절대각도 위치 코드를 같이 입력받아 기계 적인 조립 공차로 발생된 에러를 제거하기 위한 보정용 LUT를 계산하는 보정 LUT 데이터 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각도 위치코드 에러 연산기는, 보정된 사인 코사인 절대각도 코드와 같은 해상도의 각도 코드를 생성해주는 인코더 펄스 카운터와, 사인코사인 절대각도 위치코드와 인코더코드 사이의 오프세트를 제거하는 위치 코드 에러 노말라이징 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 보정 LUT 테이터 연산기는 사인 코사인 절대각도 에러의 노말라이즈된 데이터로부터 FFT 값을 구하여, 실지 에러 데이터의 고주파수 영역대 노이즈와 일정한 크기의 오프세트를 제거하는 것을 특징으로 하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정장치.
4. 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파를 입력받아 일련의 신호처리과정을 거쳐서 최종적으로 절대각도에 해당되는 코드를 출력하고, 각도측정장치별 고유한 특성치를 미리 측정하여 실운영시 보정해주기 위한 LUT(look-up table)을 계산하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정방법에 있어서, 회전축이 회전함에 따라서 홀IC로부터 출력되는 아날로그 사인, 코사인파 신호를 대응되는 디지털 코드로 변환시키는 A/D 변환 단계; 상기 A/D 변환 단계로부터 디지털 코드로 변환된 사인, 코사인 출력 값의 중간값이 원점이 되도록 오프세트조정을 해주고, 사인, 코사인 위치센서 공칭 출력전압 크기의 불일치로 인한 포화현상을 방지하기 위하여 적당한 스케일 계수를 곱하여 튜닝을 수행하는 오프세트 및 이득값조정 단계; 영구자석의 온도변화 에 따른 드리프트 이득값의 영향을 제거하는 노말라이징 단계; 주소와 위치코드에 대한 출 력값으로 구성된 LUT(look up table)을 사용하여 사인, 코사인 코드를 적절한 위치 각도코드로 변환하는 아크사인 LUT 제어로직 단계; 360도 회전에 대한 절대 각도위치 코드 계산을 수행하는 절대각도 코드 연산 단계를 포함하고, 회전축에 장착된 표준 인코더와 홀IC를 이용한 절대각도 센서로부터 동시에 각도 코드를 입력받아 기록하는 단계; 노말라이즈된 에러 데이터가 계산되는 각도 위치 코드 에러 연산 단계; 상기 각도 위치 코드 에러 연산 단계의 출력 데이터와 사인,코사인 절대각도 위치 코드를 같이 입력받아 기계 적인 조립 공차로 발생된 에러를 제거하기 위한 보정용 LUT를 계산하는 보정 LUT 데이터 연산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 각도 위치코드 에러 연산 단계는, 보정된 사인 코사인 절대각도 코드와 같은 해상도의 각도 코드를 생성해주는 인코더 펄스 카운터 단계와, 사인코사인 절대각도 위치코드와 인코더코드 사이의 오프세트를 제거하는 위치 코드 에러 노말라이징 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 보정 LUT 테이터 연산 단계는;

   사인 코사인 절대각도 에러의 노말라이즈된 데이터로부터 FFT 값을 구하여, 실지 에러 데이터의 고주파수 영역대 노이즈와 일정한 크기의 오프세트를 제거하는 것을 특징으로 하는 홀IC를 이용한 회전각도 측정방법.