WO2012138064A2 - 다채널 ｐｗｍ 파형 측정기 - Google Patents

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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/02—Measuring characteristics of individual pulses, e.g. deviation from pulse flatness, rise time or duration
    • G01R29/023—Measuring pulse width

Definitions

  • the present invention relates to a multi-channel PWM waveform measuring device, and more particularly, it is possible to safely and quickly recover a servo drive by minimizing the loss of expensive power semiconductor elements and reducing the damage of the servo drive PCB during the diagnosis of a complicated servo drive.
  • One multi-channel PWM waveform meter One multi-channel PWM waveform meter.
  • the measurement using an oscilloscope is not only an engineer's area, but it is difficult to say that it is only an engineer who has acquired expertise in the equipment, and there are many measuring points in the servo drive. And skills are needed.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to recover servo drives safely and quickly by minimizing the loss of expensive power semiconductor elements and minimizing damage to the servo drive PCB during the diagnosis of complex servo drives. Its purpose is to provide a multichannel PWM waveform meter.
  • Another object of the present invention is to provide a multi-channel PWM waveform measuring device which is preconfigured to check the condition and damage of the servo drive PCB different for each manufacturer.
  • the multi-channel PWM waveform measuring device for achieving the above object, in the multi-channel PWM waveform measuring device for checking the PWM output state of the main control board of the servo drive, the removable servo drive of the inspection target
  • the PCB of the inverter is connected to the base terminal of the transistor provided in the inverter and the converter installed by the connector, and communicates the measurement signal through a plurality of pre-installed probes corresponding to the measuring points of the inverter and the converter for measuring the PWM waveform, respectively.
  • a signal processor for collecting a measurement signal through the communication cable and outputting a measurement signal of a probe connected to an on switch when the switch is turned on by an operation button;
  • a signal output unit configured to output a PWM waveform indicating a measurement signal input from the signal processor as a change in input voltage over time on a screen.
  • the signal processor has a pin connector connected to the communication cable, characterized in that for collecting the measurement signal output from the probe.
  • the signal output unit a personal computer; And an oscilloscope connected to the personal computer to receive a control command from the personal computer and display the measured signal as a PWM waveform for checking the PCB state of the servo drive.
  • the oscilloscope is characterized in that any one of an analog oscilloscope, a digital type oscilloscope or a USB oscilloscope.
  • the signal processor comprises: a multiplexer for selectively outputting any one of the measurement signals collected by the operation of the operation button; And a switch unit having one-to-one switches corresponding to the plurality of probes, the switch unit being switched on by the multiplexer and outputting a measurement signal connected to the on-state switch among the measurement signals collected from the probes.
  • the switch unit characterized in that consisting of a plurality of relays.
  • the measuring jig may be manufactured in various ways in consideration of the measuring points of the inverter and the converter for each manufacturer in consideration of the fact that the position and the number of transistors provided in the inverter and the converter are different for each manufacturer of the servo drive.
  • the plurality of probes is characterized in that the number corresponding to the number of transistors constituting the inverter and the converter.
  • the present invention has the effect of safely and quickly recovering the servo drive by reducing the loss of expensive power semiconductor elements and reducing the damage of the servo drive PCB in the process of diagnosing a complicated servo drive.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a typical closed loop system.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a multi-channel PWM waveform measuring instrument according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exemplary view for explaining an inverter and a converter provided in the measurement jig in FIG. 2.
  • Figure 4 is an exemplary view showing an inverter and a converter destroyed by the abnormal phenomenon.
  • 5A and 5B are exemplary views for explaining a signal processor in FIG.
  • Figure 6 is an exemplary view showing a measurement waveform through the multi-channel PWM waveform measuring instrument according to an embodiment of the present invention.
  • the multi-channel pulse width modulation (PWM) waveform measuring device is 1. a defect in the drive sequence switching caused by the damage of the TR (transistor) module of the spindle drive, 2. the gate driving circuit of the converter base board. There are five reasons for the abnormal operation of furnace, 3. Main control board and interface contact failure, 4. Over Current, 5. Main control board failure.
  • a measurement signal refers to a signal measured by a probe preset according to a measurement point of an inverter and a converter to measure a PWM waveform to check the state of the main control board of the servo drive.
  • the measurement signal output corresponding to the column or row of the device will be used immediately means a measurement signal that can determine which column or row in the main control panel of the servo drive is defective.
  • the limited channel oscilloscope performs difficult PWM analysis of waveform analysis and analysis and diagnostics of the switching sequence of the inverter drive.
  • the multi-channel PWM waveform measuring device has a measurement time of less than 10 minutes, and the number of measuring channels corresponds to the number of transistors constituting the inverter and the converter, and simply and easily measures the PWM waveforms of the inverter and the converter. It is very safe to use the measuring jig. This reduces the measurement time compared to conventional oscilloscopes and differs from conventional oscilloscopes, which can measure only the number of channels measured at the time of shipment.
  • the multi-channel PWM waveform measuring device of the present invention is very safe, simple, and easy compared to a conventional oscilloscope which is dangerous for manual measurement of a high voltage part after power is applied for measuring a PWM waveform.
  • the main control board of the PCB performing the control operation is composed of a signal generator for generating a PWM signal, a signal driver, and an automatic controller for detecting and feeding back an output signal from a sensor to drive a servo spindle motor.
  • Control action means that when driving the spindle motor, the automatic controller compares the target value, which is a reference input, with the actual value, which is output from the plant. Error value) is calculated and control signal is generated to reduce the calculated error value to 0 or very small value to make the optimum number of rotations desired by the user. In this way, the process in which the automatic controller generates the control signal is defined as "control operation".
  • a general servo mechanism is a closed loop system as shown in FIG. 1, and the closed loop system is controlled with three components: a command, a feedback (feedback signal), and an error.
  • the command is the target value
  • the feedback is the actual data
  • the error is simply the difference between the target value and the actual value.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a multi-channel PWM waveform measuring instrument according to an embodiment of the present invention.
  • the multi-channel PWM waveform measuring device 100 includes a measuring jig 10, a signal processor 20, a signal output unit 30, and the like.
  • the measuring jig 10 is connected to the inverter 11 and the converter 13 that are installed in the main control plate of the detachable servo drive to be inspected through a connector provided on the upper part of the measuring jig 10. Thereafter, after acquiring a measurement signal through a plurality of pre-installed probes 15 corresponding to the measurement points of the inverter 11 and the converter 13 for measuring the PWM waveform, the obtained measurement signal is connected with a communication cable. Output to the signal processor 20.
  • the plurality of probes includes a number corresponding to the number of transistors constituting the inverter and the converter.
  • the measuring jig 10 is used as it is in the finished product of the servo drive, but is produced by connecting a plurality of probes to a plurality of measuring points for measuring the PWM waveform of the inverter and the converter.
  • the measurement jig 10 is the position and the number of the inverter 11 and the converter 13 is different from each manufacturer of the servo drive in consideration of the position of the inverter and the converter by the manufacturer and the base end of the TR provided in the inverter and the converter
  • the measuring jig 10 may be manufactured in various ways in consideration of the measuring point according to the position.
  • the configuration and circuit structure of the inverter 11 and the converter 13 will be described later.
  • the signal processor 20 collects a measurement signal through a communication cable (not shown) and outputs a measurement signal of a probe connected to a switch in an on state when the switch is turned on by an operation button.
  • the signal processor 20 is provided with a multiplexer (not shown) for selectively outputting any one of the measurement signals collected by the operation of the operation button, and a switch in a one-to-one correspondence with the multiple probes.
  • a switch unit (not shown) that is switched on and outputs a measurement signal connected to a switch in an on state among measurement signals collected from the plurality of probes 15.
  • the switch unit includes a plurality of relays.
  • the signal processor 20 includes a pin connector (not shown) connected to a communication cable to collect a measurement signal output from the probe 15.
  • the configuration of the signal processor 20 will be described later in detail.
  • the signal output unit 30 outputs the measurement signal input from the signal processor 20 as a PWM waveform on the screen.
  • the PWM waveform is represented as a change in the input voltage over time.
  • the signal output unit 30 is connected to a personal computer and a personal computer, an oscilloscope for displaying a measurement signal received by receiving a control command from the personal computer as a PWM waveform for checking the state of the main control board of the servo drive. It includes.
  • the oscilloscope is any one of an analog oscilloscope, a digital oscilloscope, or a USB oscilloscope.
  • FIG. 3 is an exemplary view for explaining an inverter and a converter provided in the measurement jig in FIG. 2.
  • a thick line on the side of the inverter 11 is an example, and shows a loop in which TR 1 and TR 6 are turned on according to a sequence.
  • the measuring jig 10 of the present invention rectifies AC three-phase AC power (R, S, T) and converts the DC into a converter 13 and a DC voltage output from the converter 13. It is configured to include an inverter 11 that receives the input and converts to an AC voltage to have the voltage and frequency required for driving the motor using a PWM method.
  • the measurement points are previously measured so as to correspond one-to-one to the base end of the TR, which is the measurement point of TR (which has 12 measurement points in FIG. 2).
  • the probe 15 is set according to the number of.
  • the TR is destroyed in the following cases.
  • a gate signal is applied to, for example, six switches to form a rotating magnetic field in the spindle motor to rotate the motor.
  • the rotation may be irregular or the torque may be affected and an overcurrent phenomenon may occur.
  • the TR module is destroyed and, in severe cases, severely damages the servo driver PCB.
  • 5A and 5B are exemplary views for explaining a signal processor in FIG. 2.
  • the signal processor 20 collects all the measured signals measured from the measuring points of the inverter 11 and the converter 13 through the probe 15 connected to the pin connector. Then, one of the measurement signals collected through the multiplex 21 is selected according to the operation of the operation button.
  • the current flows to the one of the relay coils (any one of C1 to C12..n) selected from the plurality of relay coils by the multiplexer 21.
  • the relay (switch) of the switch unit 23 corresponding to the relay coil through which the current flows is turned on (short) to transmit the measurement signal to the oscilloscope of the signal output unit 30.
  • the signal output unit 30 receives the measurement signal and displays the measured PWM waveform on the screen, and the inspector checks the abnormality of the servo drive.
  • FIG. 6 is an exemplary view showing a measurement waveform through a multi-channel PWM waveform measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A illustrates a normal waveform
  • FIG. 6B illustrates an abnormal waveform, which is a waveform displayed through the signal output unit 30.
  • the switching voltage of + 1.5V to 2V and the voltage of -1.5 to 2V are repeated up and down with respect to 0V.
  • the positive voltage is stable at 1.5 to 2V, but the negative voltage cannot be switched to 0.8V and thus is determined as a bad waveform.

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Abstract

본 발명은 다채널 PWM 파형 측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복잡한 서보 드라이브의 진단 과정에서 고가의 전력용 반도체 소자의 손실을 최대한 줄이고 서보 드라이브 PCB의 손상을 줄여 안전하고 빠르게 서보 드라이브를 복구할 수 있도록 한 다채널 PWM 파형 측정기에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 서보 드라이브의 주 제어기판의 PWM 출력상태를 점검하기 위한 다채널 PWM 파형 측정기에 있어서, 점검 대상의 착탈 가능한 서보 드라이브의 PCB가 커넥터에 의해 기 설치된 인버터와 컨버터에 구비된 트랜지스터의 베이스 단에 연결되어, PWM파형을 측정하기 위한 인버터와 컨버터의 측정 포인트에 각각 대응하여 기 설치된 복수의 프로브를 통해 측정 신호를 통신 케이블로 출력하는 측정 지그; 상기 통신 케이블을 통해 측정 신호를 수집하여 조작버튼에 의해 스위치 온(ON)상태시, 온상태의 스위치에 연결된 프로브의 측정신호를 출력하는 신호 처리기; 및 상기 신호 처리기로부터 입력되는 측정신호를 시간에 따른 입력전압의 변화로 나타낸 PWM 파형을 화면에 출력하는 신호 출력부하는 다채널 PWM 파형 측정기를 제공한다.

Description

다채널 ＰＷＭ 파형 측정기
본 발명은 다채널 PWM 파형 측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복잡한 서보 드라이브의 진단 과정에서 고가의 전력용 반도체 소자의 손실을 최대한 줄이고 서보 드라이브 PCB의 손상을 줄여 안전하고 빠르게 서보 드라이브를 복구할 수 있도록 한 다채널 PWM 파형 측정기에 관한 것이다.
종래의 서보 유닛의 진단은 주로 주 제어기판(Main Control PCB(Printed Circuit Board))의 체크 포인트를 기준으로 오실로 스코프를 이용한 파형 측정을 이용하여 진단 및 계측을 하였다.
그러나, 오실로스코프를 이용한 측정은 장비에 대한 전문지식을 습득한 엔지니어만의 영역이라고 해도 과언이 아닐 만큼 복잡하고, 어려우며 서보 드라이브의 경우 측정 포인트가 많아 PCB에 대한 직접적인 파형 측정으로 불량부품을 찾는데 많은 시간과 기술이 필요하다.
현재 서보의 유지보수에는 파형 측정 장치인 오실로스코프와 비교 측정기, 아날로그 및 디지털 테스터기, LCR측정기 등이 사용되고 있지만 서보앰프에서 고장 부위를 진단하고 보수하는 데에는 한계가 있다.
서보 유닛의 경우 서보 유닛을 유지 보수하기 위해서는 고도의 기술적인 경험과 숙련이 필요(스핀들 드라이브의 트랜지스터(TR)의 측정 포인트를 전부 알아야 하며, 측정 포인트를 잘못 찍으면 TR이 터짐)하며 그 서보에 대한 제어 특성에 관한 이론도 파악하고 있어야 한다. 특히 컨버터부와 인버터부는 작은 전류를 고압으로 증폭시켜서 높은 전류를 다루는 부분이 많으며 자칫 잘못하다간 안전사고로 이어질 만큼 어렵고 힘든게 사실이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 복잡한 서보 드라이브의 진단 과정에서 고가의 전력용 반도체 소자의 손실을 최대한 줄이고 서보 드라이브 PCB의 손상을 줄여 안전하고 빠르게 서보 드라이브를 복구할 수 있도록 한 다채널 PWM 파형 측정기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 제조사별로 서로 다른 서보 드라이브 PCB의 상태 및 손상을 점검할 수 있도록 미리 구성된 다채널 PWM 파형 측정기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각의 파형을 생성하는 회로의 인버터 및 컨버터 구동 부분을 측정기를 이용하여 역추적(게이트 드라이브의 최종 출력단으로부터 PCB로)하는 방법으로 파형을 분석하고 이상 파형을 찾아내어 서보 드라이브의 이상 원인을 제거할 수 있도록 한 다채널 PWM 파형 측정기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 누구나 쉽게 드라이브의 상태를 점검할 수 있도록 한 다채널 PWM 파형 측정기를 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 다채널 PWM 파형 측정기는, 서보 드라이브의 주 제어기판의 PWM 출력상태를 점검하기 위한 다채널 PWM 파형 측정기에 있어서, 점검 대상의 착탈 가능한 서보 드라이브의 PCB가 커넥터에 의해 기 설치된 인버터와 컨버터에 구비된 트랜지스터의 베이스 단에 연결되어, PWM파형을 측정하기 위한 인버터와 컨버터의 측정 포인트에 각각 대응하여 기 설치된 복수의 프로브를 통해 측정 신호를 통신 케이블로 출력하는 측정 지그; 상기 통신 케이블을 통해 측정 신호를 수집하여 조작버튼에 의해 스위치 온(ON)상태시, 온상태의 스위치에 연결된 프로브의 측정신호를 출력하는 신호 처리기; 및 상기 신호 처리기로부터 입력되는 측정신호를 시간에 따른 입력전압의 변화로 나타낸 PWM 파형을 화면에 출력하는 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 신호 처리기는, 통신 케이블과 연결되는 핀 커넥터를 구비하여, 프로브에서 출력되는 측정 신호를 수집하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 신호 출력부는, 개인용 컴퓨터; 및 상기 개인용 컴퓨터와 연결되어, 개인용 컴퓨터로부터 제어명령을 입력받아 입력되는 측정신호를 서보 드라이브의 PCB 상태를 점검하기 위한 PWM 파형으로 표시하는 오실로스코프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 오실로스코프는, 아날로그 타입의 오실로 스코프, 디지털 타입의 오실로 스코프 또는 USB 오실로 스코프 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 신호 처리기는, 조작버튼의 조작에 의해 수집된 측정신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서; 및 복수의 프로브에 일대일 대응하게 스위치를 구비하여, 상기 멀티플렉서에 의해 스위칭 온되어, 상기 프로브로부터 수집한 측정 신호중 온상태의 스위치에 대응하여 연결된 측정 신호를 출력하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 스위치부는, 복수의 릴레이로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 측정 지그는, 인버터와 컨버터에 구비되는 트랜지스터의 위치 및 개수가 서보 드라이브의 제조사별로 상이한 점을 감안하여 제조사별 인버터와 컨버터의 측정 포인트를 고려하여 다양하게 제작되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 복수의 프로브는, 인버터와 컨버터를 이루는 트랜지스터 개수에 대응하는 개수로 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 복잡한 서보 드라이브의 진단 과정에서 고가의 전력용 반도체 소자의 손실을 최대한 줄이고 서보 드라이브 PCB의 손상을 줄여 안전하고 빠르게 서보 드라이브를 복구할 수 있는 효과가 있다.
또한 제조사별로 서로 다른 서보 드라이브 PCB의 상태 및 손상을 점검할 수 있는 효과가 있다.
또한 각각의 파형을 생성하는 회로의 인버터 및 컨버터 구동 부분을 측정기를 이용하여 역추적하는 방법으로 파형을 분석하고 이상 파형을 찾아내어 서보 드라이브의 이상 원인을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한 누구나 쉽게 드라이브의 상태를 점검할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 폐루프 시스템을 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다채널 PWM 파형 측정기를 보인 구성도.
도 3은 도 2에 있어, 측정 지그에 구비되는 인버터와 컨버터를 설명하기 예시도.
도 4는 이상현상으로 파괴된 인버터와 컨버터를 보인 예시도.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 있어, 신호 처리기를 설명하기 위한 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 PWM 파형 측정기를 통한 측정 파형을 보인 예시도.
본 발명에 따른 다채널 PWM(pulse Width Modulation) 파형 측정기는 스핀들 드라이브(Spindle Drive)의 TR(트랜지스터) 모듈 파손 원인의 1. 드라이브 시퀀스 스위칭 불량, 2. 컨버터 베이스 보드(Converter Base Board)의 게이트 구동회로의 이상동작, 3. 주 제어기판과 인터페이스 접촉 불량, 4. 과전류(Over Current), 5. 주 제어기판 불량 등의 5가지 원인을 파악할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.
하기의 설명에서 측정신호는 PWM 파형을 측정하여 서보 드라이브의 주 제어기판의 상태를 확인하기 위해 인버터와 컨버터의 측정 포인트에 맞춰 미리 셋팅된 프로브에 의해 측정되는 신호를 의미하는 것으로, 서보 드라이브의 각 소자의 열 혹은 행에 대응하여 출력되는 측정신호에 따라 서보 드라이브의 주 제어기판에서 어떠한 열 혹은 행에 위치한 소자가 불량인지를 확인할 수 있게 하는 측정 신호를 의미하는 바로 사용할 것이다.
하기의 설명에서 본 발명의 다채널 PWM 파형 측정기의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따른 다채널 PWM 파형 측정기의 특징은 다음과 같다.
첫째, 제한된 채널의 오실로스코프로는 분석하기 어려운 PWM 구동파형 측정과 인버터 드라이브의 스위칭 시퀀스 분석 및 진단을 수행한다.
둘째, 서보 유닛 결합 전 주 제어기판의 진단 및 점검으로 고가의 스위칭 모듈 부품의 파손을 예방한다.
셋째, PWM측정을 시스템화하여 여러 종류의 서보 드라이브의 주 제어기판을 빠른 시간에 간단하게 진단할 수 있다.
전술한 본 발명의 다채널 PWM 파형 측정기와 오실로스코프를 이용한 측정 방법을 비교하면 아래의 표 1과 같다.
표 1
측정방법 측정시간 측정 채널수 작업 난이도 안전성
오실로스코프 30분~2시간 제한적(출하 시 정해진 채널 2 또는 4채널) 다소 어려움 전원 인가 후 고압부 수동 측정으로 다소 위험
다채널 PWM 파형 측정기 10분 이내 1~N개(N은 setting 가능 수) 간단하고 쉬움 측정지그 사용으로 매우 안전
즉, 본 발명에 따른 다채널 PWM 파형 측정기는 측정시간을 10분 이내로 하며, 측정 채널수는 인버터와 컨버터를 이루고 있는 트랜지스터의 개수에 대응하는 채널수로 인버터와 컨버터의 PWM 파형을 간단하고 쉽게 측정할 수 있으며, 측정 지그 사용으로 매우 안전한다. 이는 기존의 오실로 스코프에 비해 측정시간도 단축하며, 출하시 측정 채널수도 미리 정해진 채널 수 만큼만 측정할 수 있는 기존의 오실로 스코프와는 상이하다. 또한 본 발명의 다채널 PWM 파형 측정기는 PWM 파형을 측정을 위한 작업이 전원 인가 후 고압부 수동 측정으로 위험한 기존의 오실로 스코프에 비해 매우 안전하며 간단하고 쉽다.
제어동작을 수행하는 PCB의 주 제어기판은 서보 스핀들 모터를 구동하기 위해 PWM신호를 만드는 신호 생성부, 신호 구동부, 센서에서 출력신호를 검출하여 되먹임하는 자동제어기로 구성되어 제어동작을 수행한다.
제어동작(Control action)이란 스핀들 모터를 구동함에 있어 자동 제어기(Automatic controller)는 기준입력(Reference input)인 목표값(Desired value)과 플랜트에서 출력되는 실제값(Actual value)을 비교하여 오차값(Error value)을 계산하고, 계산된 오차값을 0 혹은 아주 작은값으로 줄이도록 제어신호를 발생하여 사용자가 원하는 최적의 회전수를 만들어준다. 이와 같은 방식으로 자동제어기가 제어신호를 발생하는 과정을 "제어동작"이라고 정의한다.
일반적인 서보 기구는 도 1과 같은 폐루프(Closed Loop) 시스템인 것으로, 폐루프 시스템은 지령, 피드백(궤환신호), 오차(Error)라는 3가지 성분을 가지고 제어한다. 여기서 지령은 목표치이며, 피드백은 실제 데이터, 에러는 단순히 목표치와 실제치의 차를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다채널 PWM 파형 측정기를 보인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다채널 PWM 파형 측정기(100)는 측정 지그(10)와, 신호 처리기(20)와, 신호 출력부(30) 등을 포함하여 구성된다.
우선 측정 지그(10)는 점검 대상의 착탈 가능한 서보 드라이브의 주 제어기판이 측정 지그(10)의 상부에 구비된 커넥터를 통해 기 설치된 인버터(11)와 컨버터(13)에 연결된다. 이후, PWM 파형을 측정하기 위한 인버터(11)와 컨버터(13)의 측정 포인트에 각각 대응하여 기 설치된 복수의 프로브(15)를 통해 측정 신호를 획득한 후, 획득된 측정 신호를 통신 케이블로 연결된 신호 처리기(20)로 출력한다. 여기서, 복수의 프로브는 인버터와 컨버터를 이루고 있는 트랜지스터 개수에 대응하는 개수로 이루어진다.
이러한 측정 지그(10)는 서보 드라이브의 완제품 중을 그대로 이용하되, 인버터와 컨버터의 PWM 파형을 측정하기 위한 다수의 측정 포인트에 다수의 프로브를 연결하여 제작한다. 이때 측정 지그(10)는 인버터(11)와 컨버터(13)의 위치 및 개수가 서보 드라이브의 제조사별로 상이한 점을 감안하여 제조사별 인버터와 컨버터의 위치 및 인버터와 컨버터에 구비된 TR의 베이스단의 위치에 따른 측정 포인트를 고려하여 다양하게 측정 지그(10)를 제작할 수 있다. 여기서, 인버터(11)와 컨버터(13)에 대한 구성 및 회로구조에 대해서는 후술하도록 한다.
신호 처리기(20)는 통신 케이블(미도시)를 통해 측정 신호를 수집하여 조작버튼에 의해 스위치 온(ON)상태시, 온 상태의 스위치에 연결된 프로브의 측정신호를 출력한다. 여기서 신호 처리기(20)는 조작버튼의 조작에 의해 수집된 측정신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서(미도시)와, 복수의 프로브(15)에 일대일 대응하게 스위치를 구비하여, 멀티플렉서에 의해 스위칭 온되어, 다수의 프로브(15)로부터 수집한 측정 신호 중 온상태의 스위치에 대응하여 연결된 측정 신호를 출력하는 스위치부(미도시)를 포함한다. 여기서 스위치부는 복수의 릴레이를 포함한다. 이러한 신호 처리기(20)는 통신 케이블과 연결되는 핀 커넥터(미도시)를 구비하여 프로브(15)에서 출력되는 측정 신호를 수집한다.
이러한 신호 처리기(20)에 대한 구성에 대해서는 상세히 후술하도록 한다.
신호 출력부(30)는 신호 처리기(20)로부터 입력되는 측정신호를 PWM 파형으로 화면에 출력한다. 이때, PWM 파형은 시간에 따른 입력전압의 변화로 표시된다.
여기서, 신호 출력부(30)는 개인용 컴퓨터와, 개인용 컴퓨터와 연결되어, 개인용 컴퓨터로부터 제어명령을 입력받아 입력되는 측정신호를 서보 드라이브의 주 제어기판의 상태를 점검하기 위한 PWM 파형으로 표시하는 오실로스코프를 포함한다.
여기서, 오실로 스코프는 아날로그 타입의 오실로 스코프, 디지털 타입의 오실로 스코프 또는 USB 오실로스코프 중 어느 하나가 된다.
도 3은 도 2에 있어, 측정 지그에 구비되는 인버터와 컨버터를 설명하기 예시도이다. 도 3에서 인버터(11)측에 굵은 선으로 표시된 것은 일예로, 시퀀스에 따라 1번 TR과 6번 TR이 턴온된 루프를 보인 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 측정 지그(10)는 AC 3상 교류전원(R, S, T)을 정류시킨 후 DC로 컨버팅하는 컨버터(13)와, 컨버터(13)로부터 출력되는 DC 전압을 입력받아 PWM 방식을 이용하여 모터 구동에 필요한 전압과 주파수를 갖도록 AC 전압으로 변환하는 인버터(11)를 포함하여 구성된다.
이러한 동작을 수행하는 인버터(11)와 컨버터(13)의 TR 개수에 맞춰 각각 TR의 측정 포인트인 TR의 베이스단(도 2와 같은 경우에는 12개의 측정 포인트를 갖음)에 일대일 대응되도록 미리 측정 포인트의 개수에 맞춰 프로브(15)를 셋팅한다.
이에 따라, 기존에 서보 드라이버의 TR의 측정 포인트를 다 알아야 하는 번거로움과 측정 포인트를 잘못 찍었을때 도 3과 같이 TR이 터지는 현상을 방지할 수 있다.
또한 도 4와 같이 TR이 파괴되는 현상은 다음과 같은 경우에도 발생한다.
서보 드라이버에 회전 지령이 내려지면, 예컨대 6개의 스위치에 게이트 신호가 가해져 스핀들 모터에 회전자계를 형성시켜 모터를 회전시킨다.
그런데 6개의 게이트 신호를 각각 수신하는 인버터(11)와 컨버터(13)를 이루는 6개의 TR을 통해 출력되는 파형 중 비정상 파형이 발생하면, 회전이 불규칙해 지거나 토크에 영향을 주어 과전류 현상이 발생하여 TR모듈이 파괴되며, 심한 경우 서보 드라이버 PCB의 심각한 손상을 가져온다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 있어, 신호 처리기를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 신호 처리기(20)는 핀 커넥터에 커넥팅 되는 프로브(15)를 통해 인버터(11)와 컨버터(13)의 측정 포인트로부터 측정된 측정 신호를 모두 수집한 후, 조작 버튼의 조작에 따라 멀티플렉스(21)를 통해 수집된 측정 신호 중 어느 하나를 선택한다.
이후, 멀티플렉서(21)의 의해 복수의 릴레이 코일 중 선택된 어느 하나의 릴레이 코일(C1~C12..n 중 어느 하나)측으로 전류가 흐르게 된다.
그러면, 전류가 흐르는 릴레이 코일에 대응하는 스위치부(23)의 릴레이(스위치)가 온(쇼트)되어 신호 출력부(30)의 오실로 스코프로 측정 신호를 전송한다.
결국, 신호 출력부(30)는 측정신호를 입력받아 화면에 측정된 PWM 파형을 표시하고, 이를 검사자가 확인하여 서보 드라이브의 이상유무를 확인할 수 있다.
즉, 서보 드라이브의 이상 원인을 측정 파형을 통해 역추적하는 방법으로 파형을 분석하고 이상 파형을 찾아내어 서보 드라이브의 이상 원인 확인할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 PWM 파형 측정기를 통한 측정 파형을 보인 예시도이다.
도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 정상 파형이고, 도 6의 (b)는 비정상 파형으로, 신호 출력부(30)를 통해 표시되는 파형이 된다.
정상 파형을 보면, 0V를 기준으로 +1.5V~2V의 스위칭 전압과 -1.5~2V의 전압이 상하 반복되고 있다.
반면, 도 6의 (b)의 비정상 파형에서 (+)전압은 1.5~2V로 안정적인데 (-)전압은 0.8V로 스위칭을 할수 없어 불량 파형으로 판별한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 서보 드라이브의 주 제어기판의 PWM(Pulse Width Modulation) 출력상태를 점검하기 위한 다채널 PWM 파형 측정기에 있어서,
    인버터와 컨버터를 포함하고, 착탈 가능한 서보 드라이브의 PCB가 장착되는 커넥터를 구비하고, 이 커넥터를 통해 상기 인버터와 컨버터가 상기 PCB에 연결되며, PWM 파형을 측정하기 위한 복수의 프로브를 구비하되, 상기 복수의 프로브는 상기 인버터와 컨버터에서 미리 정해진 측정 포인트에 설치되어 있으며, 상기 복수의 프로브를 통해 측정된 신호를 통신 케이블로 출력하는 측정 지그;
    상기 측정 지그의 상기 통신 케이블을 통해 측정 신호를 수집하며, 조작버튼에 의해 스위치 온(ON)상태시, 상기 복수의 프로브 중에서 온 상태인 순간에 연결되어 있는 프로브의 측정신호를 출력하는 신호 처리기; 및
    상기 신호 처리기로부터 입력되는 측정신호를 PWM 파형으로 화면에 출력하는 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 PWM 파형 측정기.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 신호 처리기는,
    통신 케이블과 연결되는 핀 커넥터를 구비하여, 프로브에서 출력되는 측정 신호를 수집하는 것을 특징으로 하는 다채널 PWM 파형 측정기.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 신호 출력부는,
    개인용 컴퓨터; 및
    상기 개인용 컴퓨터와 연결되어, 개인용 컴퓨터로부터 제어명령을 입력받아 입력되는 측정신호를 서보 드라이브의 PCB 상태를 점검하기 위한 PWM 파형으로 표시하는 오실로스코프를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 PWM 파형 측정기.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 오실로스코프는,
    아날로그 타입의 오실로 스코프, 디지털 타입의 오실로 스코프 또는 USB 오실로 스코프 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다채널 PWM 파형 측정기.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 신호 처리기는,
    조작버튼의 조작에 의해 수집된 측정신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서; 및
    복수의 프로브에 일대일 대응하게 스위치를 구비하여, 상기 멀티플렉서에 의해 스위칭 온되어, 상기 프로브로부터 수집한 측정 신호중 온상태의 스위치에 대응하여 연결된 측정 신호를 출력하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 PWM 파형 측정기.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 스위치부는,
    복수의 릴레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 다채널 PWM 파형 측정기.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 측정 지그는,
    인버터와 컨버터에 구비되는 트랜지스터의 위치 및 개수가 서보 드라이브의 제조사별로 상이한 점을 감안하여 제조사별 인버터와 컨버터의 측정 포인트를 고려하여 다양하게 제작되는 것을 특징으로 하는 다채널 PWM 파형 측정기.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 프로브는,
    인버터와 컨버터를 이루는 트랜지스터 개수에 대응하는 개수로 이루어진 것을 특징으로 하는 다채널 PWM 파형 측정기.
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