KR20190018894A - Optical Absolute Encoder and Method of Detecting Absolute Rotational Position - Google Patents

Optical Absolute Encoder and Method of Detecting Absolute Rotational Position Download PDF

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KR20190018894A
KR20190018894A KR1020170103591A KR20170103591A KR20190018894A KR 20190018894 A KR20190018894 A KR 20190018894A KR 1020170103591 A KR1020170103591 A KR 1020170103591A KR 20170103591 A KR20170103591 A KR 20170103591A KR 20190018894 A KR20190018894 A KR 20190018894A
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장정환
살바짓 폴
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동아대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides an optical absolute encoder which axially stacks a track to be arranged in comparison with a radial direction of an external track stacking method using a two-dimensional (2D) Hamiltonian cycle to improve resolution of an encoder while restricting a radial size of the encoder and a method to detect an absolute rotational position therethrough. According to the present invention, the optical absolute encoder comprises: hollow cylinders having a 2D circular pattern in which two or more fine tracks divided into a light penetration sector and a light hiding sector are axially stacked by two or more layers; a light signal generation unit to irradiate light to the fine track; and a light signal reception unit having a 2D array to receive a light signal generated by the light which is generated from the light signal generation unit and penetrates the light penetration sector installed in the fine track.

Description

광학식 절대 엔코더 및 절대회전위치 검출방법{Optical Absolute Encoder and Method of Detecting Absolute Rotational Position}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an optical absolute encoder and an absolute rotation position detecting method,

본 발명은 광학식 절대 엔코더의 적층 방법에 관한 것으로, 특히 2차원 헤밀턴 주기(Hamiltonian cycle)를 이용한 축 방향으로 적층된 트랙을 활용한 엔코더 구조 자체와 이를 통해 절대 위치 정보를 검출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of laminating optical absolute encoders, and more particularly, to an encoder structure using axially stacked tracks using a two-dimensional Hamiltonian cycle and a method for detecting absolute position information therethrough.

광학식 절대 엔코더는 비접촉 방식의 전기-기계적(electro-mechanical) 센서로서 코드 패턴을 사용하여 절대 위치를 실시간으로 검출한다. 이러한 광학식 절대 엔코더는 정밀 자동제어 시스템에서 중요한 부분을 차지한다. 그렇기 때문에 고정밀도, 고분해능, 긴 수명, 고 신뢰성, 넓은 측정범위를 요구하는 고성능 서보기기, 로봇 팔의 정밀위치 제어, 레이더 시스템, 천문 관측 장비 등에 사용된다.Optical absolute encoders are non-contact electro-mechanical sensors that detect absolute positions in real time using code patterns. Such optical absolute encoders are an important part of precision automatic control systems. Therefore, it is used in high performance servo apparatus which requires high accuracy, high resolution, long life, high reliability, wide measuring range, precision position control of robot arm, radar system, astronomical observation equipment.

광학식 절대 엔코더의 기본 구조는 각도 정보가 코드화되어, 다수의 독립적인 트랙 위에 기록된 엔코더 디스크(encoder disk)와, 광을 생성하는 광 신호 발생부(light source), 및 광 신호 발생부에서 발생한 빛이 엔코더 디스크를 통과하거나 반사되어 나온 광 신호를 수신하는 광 신호 수신부로 구성될 수 있다. 이때, 엔코더 디스크는 일반적으로 2진수의 그레이 코드(gray code) 패턴으로 된 트랙으로 구성되어 있다.The basic structure of an optical absolute encoder is such that angle information is coded, and an encoder disk recorded on a plurality of independent tracks, a light source for generating light, and a light source for generating light And an optical signal receiving unit for receiving the optical signal passed through or reflected from the encoder disk. At this time, the encoder disk is generally composed of tracks in a binary code gray code pattern.

따라서 광학식 절대 엔코더는 그레이 코드 등의 회전 위치 기록 방식으로 정의된 트랙을 가지는 회전하는 엔코더 디스크에, 고정된 위치의 광 생성부에서 발생한 빛을 통과시켜 각각의 트랙에 해당하는 광 신호 수신부에서 읽음으로써 회전각을 감지하는 방식을 따른다. Therefore, the optical absolute encoder passes light generated from the optical generator at a fixed position to a rotating encoder disk having a track defined by a rotational position recording scheme such as a gray code, and reads the optical signal from the optical signal receiver corresponding to each track The method of detecting the rotation angle is followed.

이때, 광학식 절대 엔코더에서 구성되는 그레이 코드는 상대적으로 코드 구성에 있어서 단순하지만, 양자화 잡음(quantization noise)으로 인해 분해능이 제한적일 수밖에 없는 문제점이 있다.At this time, the gray code constituted by the optical absolute encoder is relatively simple in the code configuration, but the resolution is limited due to the quantization noise.

또한 그레이 코드로 구성된 광학적 절대 엔코더는 분해능을 증가하기 위해 트랙을 반경방향으로 증가시켜야 하고, 이에 따라 디스크 사이즈가 커진다는 문제점이 있으며, 디스크 사이즈가 커짐에 따라 엔코더 시스템의 전체 크기와 중량이 함께 증가하게 되는 문제점이 있다.In addition, an optical absolute encoder composed of a gray code needs to increase the track in the radial direction in order to increase the resolution, thereby increasing the disk size. As the disk size increases, the overall size and weight of the encoder system increase There is a problem to be done.

등록특허공보 제10-0611435호 (등록일자 2006.08.03)Registered Patent Publication No. 10-0611435 (registered date 2006.08.03) 등록특허공보 제10-0451107호 (등록일자 2004.09.21)Patent Registration No. 10-0451107 (registered on September 21, 2004) 미국 등록번호 US 8598509 B2 (등록일자 2013.12.03)US registration number US 8598509 B2 (registered on Dec. 31, 2013)

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기존의 2차원 헤밀턴 주기(Hamiltonian cycle)를 이용한 트랙 적층방법이 반경방향인 것을, 배치되는 트랙이 축 방향으로 적층되도록 배치하여 엔코더의 반경방향 크기를 제한하면서 엔코더의 분해능을 향상시키기 위한 광학식 절대 엔코더의 구조와 이를 통해 절대 위치 정보를 검출하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a track stacking method using a conventional two-dimensional Hamiltonian cycle in a radial direction, It is an object of the present invention to provide a structure of an optical absolute encoder for improving the resolution of an encoder while limiting a radial size and a method of detecting absolute position information therethrough.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학식 절대 엔코더의 특징은 빛 통과 섹터와 빛 가림 섹터로 나누어진 적어도 2개 이상의 미소 트랙(track)이 축 방향으로 적어도 2층 이상 적층하여 배치된 2차원 원형 패턴을 갖는 중공 실린더와, 상기 미소 트랙(track)에 빛을 조사하는 광 신호 발생부와, 상기 광 신호 발생부에서 발생한 빛이 미소 트랙에 설치된 빛 통과 섹터를 통과되어 나온 광 신호를 각각 수신하는 2차원 배열을 갖는 광 신호 수신부를 포함하여 구성되는데 있다.In order to achieve the above object, an optical absolute encoder according to the present invention is characterized in that at least two or more fine tracks divided into a light passing sector and a light blind sector are stacked in at least two layers in the axial direction A light signal generator for irradiating light to the fine track; and a light signal generator for generating a light signal having passed through a light transmission sector in which light generated in the optical signal generator is provided in a micro track, And an optical signal receiving unit having a two-dimensional array for receiving light.

바람직하게 상기 광학식 절대 엔코더는 모터를 이용한 축에 발생되는 회전력으로 상기 중공 실린더가 회전할 수 있도록 중공 실린더 중앙에 고정되어 지지하는 샤프트와, 상기 중공 실린더 양 측에서 중공 실린더 및 샤프트를 지지하는 베이스 플레이트와, 회전하는 샤프트의 축을 베이스 플레이트의 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하는 베어링을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the optical absolute encoder includes a shaft fixedly supported at a center of a hollow cylinder so that the hollow cylinder can be rotated by a rotational force generated on a shaft using a motor, a base plate supporting the hollow cylinder and the shaft at both sides of the hollow cylinder, And a bearing which fixes the axis of the rotating shaft to a fixed position of the base plate and supports the self weight of the shaft and the load applied to the shaft.

바람직하게 상기 광 신호 수신부는 수신된 코드 패턴과 함께 중공 실린더의 회전 위치정보가 포함된 출력 신호 데이터를 출력하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the optical signal receiving unit outputs output signal data including rotational position information of the hollow cylinder together with the received code pattern.

바람직하게 상기 광 신호 수신부는

Figure pat00001
행렬로 2차원 배열인 광검출기를 포함하는 센서로 구성되어, 2차원 패턴을 갖는 중공 실린더에 코딩된
Figure pat00002
코드 패턴을 감지하는 것을 특징으로 한다. 여기서 n은 중공 실린더의 트랙 수이다. n = 2인 경우, 상기 광 신호 수신부는
Figure pat00003
행렬로 중공 실린더에 코딩된
Figure pat00004
코드 패턴을 감지한다.Preferably, the optical signal receiving unit
Figure pat00001
And a sensor comprising a photodetector in a two-dimensional array as a matrix,
Figure pat00002
And a code pattern is detected. Where n is the number of tracks in the hollow cylinder. When n = 2, the optical signal receiving unit
Figure pat00003
Coded into a hollow cylinder with a matrix
Figure pat00004
Detect code patterns.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학식 절대 엔코더의 절대회전위치 검출방법의 특징은 광학식 절대 엔코더를 이용한 출력 신호 데이터 검출방법에 있어서, (A) 2개 이상의 미소 트랙(track)이 축방향으로 적어도 2층이상 적층하여 배치된 중공 실린더의 내부에 위치하는 광 신호 발생부에서 외부로 빛을 조사하는 단계와, (B) 축방향으로 적어도 2층이상 적층하여 배치된 미소 트랙(track)을 통해 외부로 통과되는 빛을

Figure pat00005
행렬로 2차원 배열인 광검출기를 포함한 센서로 구성된 광 신호 수신부에서 수신하여
Figure pat00006
코드 패턴으로 감지하는 단계와, (C) 광 신호 수신부에 빛이 수신되면 '0', 수신되지 않으면 '1'로 정의하여, 중공 실린더의 회전 위치정보가 포함된
Figure pat00007
행렬 코드로 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of detecting an absolute rotation position of an optical absolute encoder, the method comprising: (A) (B) irradiating light outward from an optical signal generating unit located in a hollow cylinder disposed in at least two layers stacked in a direction of at least two layers, The light passing through the
Figure pat00005
The optical signal receiver comprising a sensor including a photodetector in a two-dimensional array as a matrix receives
Figure pat00006
(C) if light is received in the optical signal receiving unit, and if the light is not received, " 1 ", and
Figure pat00007
And outputting the result as a matrix code.

바람직하게 상기 (B) 단계는 중공 실린더가 빛 통과 섹터와 빛 가림 섹터로 나누어진 적어도 2개 이상의 미소 트랙(track)이 축 방향으로 적층하여 배치된 2차원 원형 패턴으로 구성되어, 광 신호 발생부에서 외부로 조사되는 빛이 빛 통과 섹터에서는 외부로 투과되어 광 신호 수신부에 수신되고, 빛 가림 섹터에서는 반사되어 광 신호 수신부에 수신되지 않는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the step (B), at least two or more fine tracks in which the hollow cylinder is divided into the light passage sector and the light shielding sector are stacked in the axial direction Dimensional circular pattern. Light emitted to the outside from the optical signal generating unit is transmitted to the outside in the light passing sector and is received by the optical signal receiving unit, reflected by the light shielding sector, and not received by the optical signal receiving unit do.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 광학식 절대 엔코더 및 절대회전위치 검출방법은 다음과 같은 효과가 있다.The optical absolute encoder and absolute rotation position detecting method according to the present invention as described above have the following effects.

첫째, 기존의 2차원 헤밀턴 주기(Hamiltonian cycle)를 이용한 트랙 적층방법이 반경방향인 것을, 배치되는 트랙이 축 방향으로 적층되도록 배치하여 엔코더의 반경방향 크기를 제한할 수 있어, 광학식 엔코더의 설계와 변경된 엔코더 시스템에서 분해능을 향상시킬 수 있다. 즉,

Figure pat00008
의 분해능을 갖는 일반적인 그레이 코드 엔코더와 비교할 때, 분해능
Figure pat00009
을 갖는 제안 된 엔코더 시스템은
Figure pat00010
만큼 분해능을 향상시킨다First, the track stacking method using the conventional two-dimensional Hamiltonian cycle is radially arranged so that the arranged tracks are stacked in the axial direction to limit the size of the encoder in the radial direction, The resolution can be improved in the changed encoder system. In other words,
Figure pat00008
Compared to a typical Gray code encoder with a resolution of < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00009
The proposed encoder system with
Figure pat00010
Improve resolution by as much as

둘째, 분해능을 높이기 위해 트랙을 추가적으로 설치하더라도 축 방향으로 트랙을 배치할 수 있어 반경방향으로 디스크 직경을 증가시키지 않고 정밀도를 향상시킬 수 있다 Second, even if a track is additionally installed to increase the resolution, the track can be arranged in the axial direction, thereby improving the accuracy without increasing the disk diameter in the radial direction

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 절대 엔코더의 구성을 나타낸 단면도
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 절대 엔코더의 투영도를 나타낸 사시도
도 3a는 본 발명에 따른 원통형 광학식 절대 엔코더의 축 방향으로 적층된 트랙을 설명하는 단면도
도 3b는 본 발명에 따른 원통형 광학식 절대 엔코더의 축 방향으로 적층된 중공 실린더를 설명하는 단면도
도 3c는 본 발명에 따른 원통형 광학식 절대 엔코더의 이차원 코드 행렬 배열을 설명하는 단면도
도 3d는 도 3c를 통해 수집되는 원통형 절대 광학식 엔코더의 축 방향

Figure pat00011
행렬을 설명하는 단면도
도 3e는 도 3c를 통해 수집되는 원통형 절대 광학식 엔코더의 축 방향
Figure pat00012
행렬의 구성을 설명하기 위한 도면
도 3f는 도 3c를 통해 수집되는 원통형 절대 광학식 엔코더의 축 방향
Figure pat00013
행렬을 설명하는 단면도 1 is a sectional view showing a configuration of an optical absolute encoder according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view showing a projection of an optical absolute encoder according to an embodiment of the present invention;
3A is a cross-sectional view illustrating axially stacked tracks of a cylindrical optical absolute encoder according to the present invention
3B is a cross-sectional view illustrating an axially stacked hollow cylinder of a cylindrical optical absolute encoder according to the present invention
3C is a cross-sectional view illustrating a two-dimensional code matrix arrangement of a cylindrical optical absolute encoder according to the present invention
Figure 3d shows the axial direction of the cylindrical absolute optical encoder collected through Figure 3c
Figure pat00011
Section describing the matrix
3E shows the axial direction of the cylindrical absolute optical encoder collected through FIG.
Figure pat00012
Drawings for explaining the structure of the matrix
Figure 3f shows the axial direction of the cylindrical absolute optical encoder collected through Figure 3c
Figure pat00013
Section describing the matrix

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 광학식 절대 엔코더 및 절대회전위치 검출방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of an optical absolute encoder and an absolute rotational position detecting method according to the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 절대 엔코더의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 절대 엔코더의 사시도이다. 그리고 도 3a는 본 발명에 따른 원통형 광학식 절대 엔코더의 축 방향으로 적층된 트랙을 설명하는 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing the construction of an optical absolute encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of an optical absolute encoder according to an embodiment of the present invention. And FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating axially stacked tracks of a cylindrical optical absolute encoder according to the present invention.

도 1 내지 도 3a에서 도시하고 있는 것과 같이, 투명한 섹터(빛 통과 섹터)와 불투명한 섹터(빛 가림 섹터)로 나누어진 적어도 2개 이상의 미소 트랙(track)이 축 방향으로 적어도 2층 이상 적층하여 배치된 2차원 원형 패턴을 갖는 중공 실린더(10)와, 모터를 이용한 축에 발생되는 회전력으로 상기 중공 실린더(10)가 회전할 수 있도록 중공 실린더(10) 중앙에 고정되어 지지하는 샤프트(60)와, 상기 중공 실린더(10) 양 측에서 중공 실린더(10) 및 샤프트(60)를 지지하는 베이스 플레이트(40)(50)와, 회전하는 샤프트(60)의 축을 베이스 플레이트(40)(50)의 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하는 베어링(70,80)과, 상기 미소 트랙(track)에 빛을 조사하는 광 신호 발생부(20)와, 상기 광 신호 발생부(20)에서 발생한 빛이 미소 트랙에 설치된 투명 섹터 또는 불투명 섹터를 통과하거나 반사되어 나온 광 신호를 각각 수신하는 2차원 배열을 갖는 광 신호 수신부(30)로 구성될 수 있다. As shown in Figs. 1 to 3A, at least two or more fine tracks divided into a transparent sector (light passing sector) and an opaque sector (light shielding sector) are laminated in at least two layers in the axial direction A shaft 60 fixedly supported at the center of the hollow cylinder 10 so that the hollow cylinder 10 can be rotated by a rotational force generated on the shaft using the motor, A base plate 40 and 50 for supporting the hollow cylinder 10 and the shaft 60 on both sides of the hollow cylinder 10 and a base plate 40 and 50 for supporting the shaft of the rotating shaft 60, (70, 80) for holding a self-weight of the shaft and a load applied to the shaft, an optical signal generator (20) for irradiating light to the fine track, The light emitted from the light source 20 is transmitted through the transparent sector Or it is passed through or reflecting off the opaque sectors may be configured from an optical signal to an optical signal reception section 30 having a two-dimensional array comprising: receiving, respectively.

이때, 상기 광 신호 수신부(30)는

Figure pat00014
행렬로 2차원 배열인 광검출기를 포함하는 센서로 구성되어, 미소 트랙(track)이 축 방향으로 적어도 2층 이상 적층하여 배치된 2차원 원형 패턴을 갖는 중공 실린더(10)에서 코딩된
Figure pat00015
코드 패턴을 감지한다. 그리고 상기 광 신호 수신부(30)는 코드 패턴과 함께 중공 실린더(10)의 회전 위치정보가 포함된 출력 신호 데이터를 출력하여 절대 위치 정보를 검출한다. At this time, the optical signal receiving unit 30
Figure pat00014
And a sensor including a photodetector as a two-dimensional array in a matrix. The hollow cylinder 10 has a two-dimensional circular pattern in which fine tracks are stacked in at least two layers in the axial direction,
Figure pat00015
Detect code patterns. The optical signal receiving unit 30 outputs the output signal data including the rotation position information of the hollow cylinder 10 together with the code pattern to detect the absolute position information.

그러나 상기 중공 실린더(10)에 축 방향으로 적층되는 트랙 수는 2로 한정되는 것은 아니며, 도 3f에서 도시하고 있는 것과 같이, 축 방향으로 적층되는 트랙 수가 n개의 트랙 수로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 광 신호 수신부는

Figure pat00016
행렬로 2차원 배열인 광검출기를 포함하는 센서로 구성되어, 2차원 패턴을 갖는 중공 실린더에 코딩된
Figure pat00017
코드 패턴을 감지하게 된다. 여기서 n은 중공 실린더(10)에 축 방향으로 적층되는 트랙 수로서, 도 3a에서 도시하고 있는 것과 같이 n = 2인 경우, 상기 광 신호 수신부(30)는
Figure pat00018
행렬로 중공 실린더(10)에 코딩된
Figure pat00019
코드 패턴을 감지하게 된다. 이때, 상기 광 신호 발생부(20) 및 광 신호 수신부(30)는 반드시
Figure pat00020
행렬로 LED 및 광센서를 구현하지 않을 수도 있다.However, the number of tracks stacked in the axial direction in the hollow cylinder 10 is not limited to two, and as shown in FIG. 3F, the number of tracks stacked in the axial direction may be composed of n number of tracks. In this case, the optical signal receiving unit
Figure pat00016
And a sensor comprising a photodetector in a two-dimensional array as a matrix,
Figure pat00017
The code pattern is detected. Here, n is the number of tracks stacked in the axial direction in the hollow cylinder 10, and when n = 2 as shown in FIG. 3A, the optical signal receiving unit 30
Figure pat00018
(Not shown) of the hollow cylinder 10
Figure pat00019
The code pattern is detected. At this time, the optical signal generating unit 20 and the optical signal receiving unit 30
Figure pat00020
The LEDs and photosensors may not be implemented as a matrix.

일반적으로 광학식 엔코더는 그레이 코드에 따른 2 진법을 사용하며, 최대

Figure pat00021
개의 조합을 만들어 낼 수 있다. 여기서 n은 트랙의 개수로 광 신호 수신부(30)에 구성되는 센서의 개수이다. 하지만 위와 같은 방법을 사용해 위치 정밀도를 향상시키기 위해서는 반경방향으로 미소트랙의 수가 증가하게 되고 또한 센서의 개수도 미소 트랙 수만큼 증가하게 된다. In general, optical encoders use binary coding according to the Gray code, and maximum
Figure pat00021
Can be created. Here, n is the number of sensors constituting the optical signal receiving unit 30 by the number of tracks. However, in order to improve the positional accuracy using the above method, the number of micro-tracks increases in the radial direction, and the number of sensors increases by the number of micro-tracks.

본 발명은 트랙이 축 방향으로 적층되도록 배치된 중공 실린더(10)를 통해 2차원 헤밀턴 주기를 기반으로 한 2차원 코드를 채택하여, 제한된 센서와 트랙을 결합하더라도

Figure pat00022
개의 코드를 조합하는 방법을 사용한다. 이러한 구성으로 2차원 코드는 트랙의 수로 분할 할 수가 있고, 이를 다시 원통형 중공 실린더(10)의 축 방향으로 적층 할 수 있기 때문에, 실린더의 직경을 일정하게 유지하여 중공 실린더(10)에 반경 방향으로 2차원 코드 패턴을 배열하는 기존의 방법에 비해 중공 실린더(10)의 전체 직경을 감소할 수 있다.The present invention relates to a track By adopting a two-dimensional code based on a two-dimensional Hamiltonian cycle through the hollow cylinder 10, even if a limited sensor and track are combined
Figure pat00022
We use a method of combining the codes. With this configuration, the two-dimensional code can be divided into the number of tracks and laminated in the axial direction of the cylindrical hollow cylinder 10, so that the diameter of the cylinder can be kept constant, The overall diameter of the hollow cylinder 10 can be reduced compared to the conventional method of arranging the two-dimensional code pattern.

한편, 광 신호 수신부(30a)(30b)는 도 3a에서 도시하고 있는 것과 같이, 중공 실린더(10)의 내부에 위치하는 광 신호 발생부(20)에서 외부로 조사되는 빛을 중공 실린더(10)의 외부에서 수신한다. 이때, 광 신호 수신부(30a)(30b)는 바람직하게

Figure pat00023
행렬로 2차원 배열인 광검출기를 포함한 센서로 구성되어, 축 방향으로 적어도 2층으로 적층하여 배치된 2차원 패턴을 갖는 중공 실린더(10)에서 코딩된
Figure pat00024
코드 패턴을 감지한다. 그리고 도 3f에서 도시하고 있는 것과 같이, 중공 실린더(10)가 축 방향으로 n개의 트랙 수로 적층하여 배치되면, 광 신호 수신부(30)는 바람직하게
Figure pat00025
행렬로 2차원 배열인 광검출기를 포함하는 센서로 구성되어, 축 방향으로 n개의 트랙 수로 적층하여 배치된 2차원 패턴을 갖는 중공 실린더(10)에 코딩된
Figure pat00026
코드 패턴을 감지하게 된다.3A, the optical signal receiving units 30a and 30b receive light radiated to the outside from the optical signal generating unit 20 located inside the hollow cylinder 10 through the hollow cylinder 10, Lt; / RTI > At this time, the optical signal receiving units 30a and 30b preferably
Figure pat00023
And a sensor including a photodetector as a two-dimensional array in a matrix. The hollow cylinder 10 having a two-dimensional pattern stacked in at least two layers in the axial direction,
Figure pat00024
Detect code patterns. As shown in FIG. 3F, when the hollow cylinder 10 is moved in the axial direction When stacked with n number of tracks, the optical signal receiving section 30 preferably
Figure pat00025
And a sensor comprising a photodetector in a two-dimensional array as a matrix, A hollow cylinder (10) having a two-dimensional pattern arranged in layers with n track numbers
Figure pat00026
The code pattern is detected.

그리고 중공 실린더(10)는 투명한 섹터(빛 통과 섹터)와 불투명한 섹터(빛 가림 섹터)로 나누어진 적어도 2개 이상의 미소 트랙(track)이 축 방향으로 적어도 2층 이상 적층하여 배치된 2차원 원형 패턴으로 구성되어, 광 신호 발생부(20)에서 외부로 조사되는 빛은 투명한 섹터에서는 외부로 투과되어 광 신호 수신부(30a)(30b)에 수신되고, 불투명한 섹터에서는 반사되어 광 신호 수신부(30a)(30b)에 수신되지 않게 된다. 광 신호 수신부(30a)(30b)에 수신되면 '0', 수신되지 않으면 '1'로 회로에 입력한다. 이처럼, 센서에 입력된 중공 실린더(10) 각 위치의 물리적 위치는 전기적인 디지털 출력으로 나타난다.The hollow cylinder 10 has a two-dimensional circular shape in which at least two or more fine tracks divided into a transparent sector (light passing sector) and an opaque sector (light shielding sector) are stacked in at least two layers in the axial direction The light emitted from the optical signal generating unit 20 to the outside is transmitted to the outside in the transparent sector and is received by the optical signal receiving units 30a and 30b and reflected by the opaque sector to be transmitted to the optical signal receiving unit 30a ) 30b. When the optical signal is received by the optical signal receiving units 30a and 30b, it is input to the circuit as '0'. As such, the physical position of each position of the hollow cylinder 10 input to the sensor appears as an electrical digital output.

도 3b는 본 발명에 따른 원통형 광학식 절대 엔코더의 축 방향 적층된 실린더를 설명하는 단면도로서, 2차원 원형 패턴을 가지고 투명한 섹터(빛 통과 섹터)와 불투명한 섹터(빛 가림 섹터)로 코팅된 상하로 2개의 미소 트랙(10a)(10b)이 적층하여 배치된다.FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating an axially stacked cylinder of a cylindrical optical absolute encoder according to the present invention. FIG. 3B is a cross-sectional view of a cylindrical optical absolute encoder according to an embodiment of the present invention. Two fine tracks 10a and 10b are stacked and arranged.

도 3c는 본 발명에 따른 원통형 광학식 절대 엔코더의 2차원 이진법 코드 행렬 배열을 설명하는 단면도로서, 도 3b의 중공 실린더(10)로서, 축 방향으로 적층된 2개의 미소 트랙(10a)(10b)을 단면으로 펼쳐놓은 것을 도시하고 있다.FIG. 3C is a cross-sectional view illustrating a two-dimensional binary code matrix arrangement of a cylindrical optical absolute encoder according to the present invention. FIG. 3C is a hollow cylinder 10 of FIG. 3B, in which two micro tracks 10a and 10b stacked in the axial direction Which is shown in cross-section.

도 3c에서 도시하고 있는 원통형 광학식 절대 엔코더를 통해 감지되는 코드들은 그래프 이론(Graph theory)에 의해 다음 규칙들에 따라 생성된다. The codes detected through the cylindrical optical absolute encoder shown in FIG. 3C are generated according to the following rules by the graph theory.

첫째로, 0과 1의 조합으로 16개의

Figure pat00027
행렬들을 생성할 수 있고, 이를 바탕으로 섹터들을 생성한다.First, a combination of 0 and 1, 16
Figure pat00027
Matrices can be generated, and based on this, sectors are generated.

둘째, 연속해서 구성되는

Figure pat00028
행렬의 경우 우측에 위치한 행렬의 좌측 열과 좌측에 위치한 행렬의 우측 열이 반드시 동일해야 한다.Secondly,
Figure pat00028
In the case of a matrix, the left column of the matrix on the right side and the right column of the matrix on the left side must be the same.

셋째, 연속해서 구성되는

Figure pat00029
행렬의 상단 행은 서로 결합되어 트랙의 형태가 되고, 마찬가지로
Figure pat00030
행렬의 하단 행 또한 트랙의 형태로 구성되는 경우 독립된 원주형 코드가 생성된다.Third,
Figure pat00029
The top rows of the matrix are joined together to form a track,
Figure pat00030
If the bottom row of the matrix is also in the form of a track, an independent columnar code is generated.

도 3d는 도 3c를 통해 수집되는 원통형 절대 광학식 엔코더의 축 방향

Figure pat00031
행렬을 설명하는 단면도이고, 도 3e는 도 3c를 통해 수집되는 원통형 절대 광학식 엔코더의 축 방향
Figure pat00032
행렬의 구성을 설명하기 위한 도면이다.Figure 3d shows the axial direction of the cylindrical absolute optical encoder collected through Figure 3c
Figure pat00031
3E is a cross-sectional view illustrating the matrix, and Fig. 3E is a view of the axial direction of the cylindrical absolute optical encoder
Figure pat00032
1 is a diagram for explaining a configuration of a matrix.

도 3c 내지 도 3e에서 도시하고 있는 것과 같이, 중공 실린더(10)의 회전 위치정보가 t 일 때, 제 1 미소 트랙(10a)에서 제 1 광 신호 수신부(30a)의 상단 센서 트랙(300)(301)에서 수신되는 출력 신호 데이터는 (0, 0)이고, 제 2 미소 트랙(10b)에서 제 2 광 신호 수신부(30b)에서 수신되는 출력 신호 데이터는 (0, 0)으로, 행렬

Figure pat00033
의 출력 신호 데이터가 수신된다.3C to 3E, when the rotational position information of the hollow cylinder 10 is t, the upper sensor track 300 (the first sensor) of the first optical signal receiving unit 30a in the first small track 10a The output signal data received in the second optical signal receiving unit 30b in the second small track 10b is (0, 0), the output signal data received in the second optical signal receiving unit 30b in the second small track 10b is
Figure pat00033
Is received.

이어 중공 실린더(10)의 회전 위치정보가

Figure pat00034
일 때, 제 1 미소 트랙(10a)에서 제 1 광 신호 수신부(30a)의 상단 센서 트랙(300)(301)에서 수신되는 출력 신호 데이터는 (0, 1)이고, 제 2 미소 트랙(10b)에서 제 2 광 신호 수신부(30b)에서 수신되는 출력 신호 데이터는 (0, 0)으로, 행렬
Figure pat00035
의 출력 신호 데이터가 수신된다. Then, the rotation position information of the hollow cylinder 10 is
Figure pat00034
The output signal data received from the upper sensor track 300 (301) of the first optical signal receiving unit 30a in the first small track 10a is (0, 1) and the output signal data received in the second small track 10b , The output signal data received by the second optical signal receiving unit 30b is (0, 0)
Figure pat00035
Is received.

이처럼, 광 신호 수신부(30)는 중공 실린더(10)의 회전 위치와 관련된 행렬에 대한 정보를 출력 신호 데이터로 출력한다. 이때, 상기 광 신호 수신부(30)는 코드 패턴과 함께 중공 실린더(10)의 위치정보가 포함된 출력 신호 데이터를 출력한다.As described above, the optical signal receiving unit 30 outputs information about the matrix related to the rotational position of the hollow cylinder 10 as output signal data. At this time, the optical signal receiving unit 30 And outputs the output signal data including the position information of the hollow cylinder 10 together with the code pattern.

다음 표 1 은

Figure pat00036
행렬 코드와 각 위치를 변환된 표로 나타내었다.
Figure pat00037
행렬로 코딩된 중공 실린더의 분해능은 22.5도이다.Table 1
Figure pat00036
The matrix codes and their positions are shown in the converted table.
Figure pat00037
The resolution of the matrix-coded hollow cylinder is 22.5 degrees.

Figure pat00038
Figure pat00038

이와 같은 방법으로 회전 위치정보가 변경됨에 따라 수신되는 출력 신호 데이터는 도 3e에서 도시하고 있는 것과 같이, 2개의 미소 트랙(10a)(10b)으로 구성된 중공 실린더(10)와 결합하여 16(

Figure pat00039
)개의 코드를 조합하여 만들 수 있다.As the rotational position information is changed in such a manner, the received output signal data is combined with the hollow cylinder 10 composed of two micro tracks 10a and 10b, as shown in FIG. 3E,
Figure pat00039
) Pieces of code.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (6)

빛 통과 섹터와 빛 가림 섹터로 나누어진 적어도 2개 이상의 미소 트랙(track)이 축 방향으로 적어도 2층 이상 적층하여 배치된 2차원 원형 패턴을 갖는 중공 실린더와,
상기 미소 트랙(track)에 빛을 조사하는 광 신호 발생부와,
상기 광 신호 발생부에서 발생한 빛이 미소 트랙에 설치된 빛 통과 섹터를 통과되어 나온 광 신호를 각각 수신하는 2차원 배열을 갖는 광 신호 수신부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학식 절대 엔코더.A hollow cylinder having a two-dimensional circular pattern in which at least two or more fine tracks divided into a light passage sector and a light shielding sector are stacked in at least two layers in the axial direction;
An optical signal generator for emitting light to the fine track,
And an optical signal receiving unit having a two-dimensional array for receiving the optical signals transmitted through the light passing sectors provided in the micro-tracks generated by the optical signal generating unit. 제 1 항에 있어서, 상기 광학식 절대 엔코더는
모터를 이용한 축에 발생되는 회전력으로 상기 중공 실린더가 회전할 수 있도록 중공 실린더 중앙에 고정되어 지지하는 샤프트와,
상기 중공 실린더 양 측에서 중공 실린더 및 샤프트를 지지하는 베이스 플레이트와,
회전하는 샤프트의 축을 베이스 플레이트의 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하는 베어링을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학식 절대 엔코더.The optical absolute encoder according to claim 1,
A shaft fixedly supported at the center of the hollow cylinder so that the hollow cylinder can be rotated by a rotational force generated on the shaft using the motor;
A base plate for supporting the hollow cylinder and the shaft on both sides of the hollow cylinder,
Further comprising a bearing which holds the shaft of the rotating shaft at a fixed position of the base plate and supports a load applied to the shaft itself and a load applied to the shaft. 제 2 항에 있어서,
상기 광 신호 수신부는 수신된 코드 패턴과 함께 중공 실린더의 회전 위치정보가 포함된 출력 신호 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 광학식 절대 엔코더.3. The method of claim 2,
Wherein the optical signal receiving unit outputs output signal data including rotation position information of the hollow cylinder together with the received code pattern. 제 1 항에 있어서,
상기 광 신호 수신부는
Figure pat00040
행렬로 2차원 배열인 광검출기를 포함하는 센서로 구성되어, 2차원 패턴을 갖는 중공 실린더에 코딩된
Figure pat00041
코드 패턴을 감지하며, 이때, n은 트랙 수인 것을 특징으로 하는 광학식 절대 엔코더.The method according to claim 1,
The optical signal receiving unit
Figure pat00040
And a sensor comprising a photodetector in a two-dimensional array as a matrix,
Figure pat00041
Code pattern, wherein n is the number of tracks. 광학식 절대 엔코더를 이용한 출력 신호 데이터 검출방법에 있어서,
(A) 2개 이상의 미소 트랙(track)이 축방향으로 적어도 2층이상 적층하여 배치된 중공 실린더의 내부에 위치하는 광 신호 발생부에서 외부로 빛을 조사하는 단계와,
(B) 축방향으로 적어도 2층이상 적층하여 배치된 미소 트랙(track)을 통해 외부로 통과되는 빛을
Figure pat00042
행렬로 2차원 배열인 광검출기를 포함한 센서로 구성된 광 신호 수신부에서 수신하여
Figure pat00043
코드 패턴으로 감지하는 단계와,
(C) 광 신호 수신부에 빛이 수신되면 '0', 수신되지 않으면 '1'로 정의하여, 중공 실린더의 회전 위치정보가 포함된
Figure pat00044
행렬 코드로 출력하는 단계를 포함하여 이루어지며, 이때, n은 트랙 수인 것을 특징으로 하는 광학식 절대 엔코더의 절대회전위치 검출방법.A method of detecting an output signal data using an optical absolute encoder,
(A) irradiating light outward from an optical signal generating unit located inside a hollow cylinder in which at least two or more fine tracks are stacked in at least two layers in the axial direction;
(B) a light which is passed through a small track arranged in stacked layers of at least two layers in the axial direction
Figure pat00042
The optical signal receiver comprising a sensor including a photodetector in a two-dimensional array as a matrix receives
Figure pat00043
Detecting in a code pattern,
(C) When light is received in the optical signal receiving unit, '0' is defined as '0'. If not received, '1' is defined as the rotational position information of the hollow cylinder.
Figure pat00044
And outputting it as a matrix code, wherein n is the number of tracks. 제 5 항에 있어서, 상기 (B) 단계는
중공 실린더가 빛 통과 섹터와 빛 가림 섹터로 나누어진 적어도 2개 이상의 미소 트랙(track)이 축 방향으로 적층하여 배치된 2차원 원형 패턴으로 구성되어, 광 신호 발생부에서 외부로 조사되는 빛이 빛 통과 섹터에서는 외부로 투과되어 광 신호 수신부에 수신되고, 빛 가림 섹터에서는 반사되어 광 신호 수신부에 수신되지 않는 것을 특징으로 하는 광학식 절대 엔코더의 절대회전위치 검출방법.6. The method of claim 5, wherein step (B)
At least two or more microscopic tracks in which a hollow cylinder is divided into a light passage sector and a light shielding sector are stacked in an axial direction Dimensional circular pattern. Light emitted to the outside from the optical signal generating unit is transmitted to the outside in the light passing sector and is received by the optical signal receiving unit, reflected by the light shielding sector, and not received by the optical signal receiving unit Of the optical absolute encoder.
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