본 논문에서는 레이저 디스플레이, 레이저 가공, 마킹 장비등에 사용되는 갈바노미터의 제어 시스템을 설계하였다. 갈바노미터 및 거울을 DC모터가 연결된 기본적인 2차 시스템으로 모델링하였으며, 이것의 시간 영역 분석 및 주파수 영역 분석에 기초하여 기본적인 PID제어기를 설계하였다. 기존 시스템은 폰트를 이용한 모션 발생을 위해 하나의 PC가 더 필요한데, 본 연구에서는 이 역할도 DSP가 담당하기 때문에 매우 큰 비용 절감의 효과가 있다. 갈바노미터의 정밀 위치 측정 및 구동을 위하여 16비트A/D, B/A변환기를 사용하였다. 실험 결과 제안된 제어 시스템이 실제 환경에서도 매우 잘 동작함을 확인하였다. 통신은 USB를 사용하였고, 따라서, 본 논문에서 제안된 제어 시스템은 사용자의 PC에 쉽게 연결될 수 있다는 장점도 가지고 있다.
본 논문에서는 레이저 디스플레이, 레이저 가공, 마킹 장비등에 사용되는 갈바노미터의 제어 시스템을 설계하였다. 갈바노미터 및 거울을 DC모터가 연결된 기본적인 2차 시스템으로 모델링하였으며, 이것의 시간 영역 분석 및 주파수 영역 분석에 기초하여 기본적인 PID제어기를 설계하였다. 기존 시스템은 폰트를 이용한 모션 발생을 위해 하나의 PC가 더 필요한데, 본 연구에서는 이 역할도 DSP가 담당하기 때문에 매우 큰 비용 절감의 효과가 있다. 갈바노미터의 정밀 위치 측정 및 구동을 위하여 16비트A/D, B/A변환기를 사용하였다. 실험 결과 제안된 제어 시스템이 실제 환경에서도 매우 잘 동작함을 확인하였다. 통신은 USB를 사용하였고, 따라서, 본 논문에서 제안된 제어 시스템은 사용자의 PC에 쉽게 연결될 수 있다는 장점도 가지고 있다.
In this paper, proposed is a control system for a galvanometer which is widely used fer laser display, laser processing and marking systems. The galvanometer with mirror is modeled as a second-order dynamic system Based on frequency responses and time domain responses of the developed model, a conve...
In this paper, proposed is a control system for a galvanometer which is widely used fer laser display, laser processing and marking systems. The galvanometer with mirror is modeled as a second-order dynamic system Based on frequency responses and time domain responses of the developed model, a conventional PID controller is designed And it is implemented using a DSP(TMS320C32) chip with precision A/D and D/A converters. Through frequency response and experimental results, it is convinced that the proposed control system works well in real environment. Furthermore it is very easy to be connected to any PC because of USB communication port, and the cost of the marking system can be lowered very much because the DSP do the all the jobs for generating font motion as well as controlling the galvanometer.
In this paper, proposed is a control system for a galvanometer which is widely used fer laser display, laser processing and marking systems. The galvanometer with mirror is modeled as a second-order dynamic system Based on frequency responses and time domain responses of the developed model, a conventional PID controller is designed And it is implemented using a DSP(TMS320C32) chip with precision A/D and D/A converters. Through frequency response and experimental results, it is convinced that the proposed control system works well in real environment. Furthermore it is very easy to be connected to any PC because of USB communication port, and the cost of the marking system can be lowered very much because the DSP do the all the jobs for generating font motion as well as controlling the galvanometer.
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문제 정의
또한 실제 사용을 위해서는 제어시스템을 운용하기 위한 운용 소프트웨어가 구성되어야 한다. 본 논문에서는 갈바노미터룰 수식적으로 모델링하고, 이에 기초하여 제어기를 설계, 구현하였다.
제안 방법
또한 전원 외래 잡음을 즐이는 것은 매우 중요하며, 특히 도선을 통한 잡음을 안정화시키기 위하여 저역 통과 필터와 노치 필터를 DSP칩의 전원 부분과 각 IC 소자 및 도선에 적용하여 잡음을 제거하였다. 또한 전원공급장치의 공급 전원을 안정화시키기 위하여 교류전원과 직류전원 사이에 노이즈 필터를 설치하였다.
제거하였다. 또한 전원공급장치의 공급 전원을 안정화시키기 위하여 교류전원과 직류전원 사이에 노이즈 필터를 설치하였다. 회로를 동작시키기 위해서는 반드시 직류전원을 회로에 접속해야 한다.
본 논문에서는 갈바노미터의 모델을 연구하고, 이에 기초하여 제어기를 설계하였으며, 이것을 DSP 및 A/D, D/A 변환기 및 검출회로 구동회로를 이용하여 구현하였다. PCB 보드의 사용과 적절한 필터의 설계, 그리고 전원 분리 등으로 구동 잡음을 현격하게 줄였으며, 따라서 시스템의 안전성이 향상되었다.
저주파에서 루프이득이 50[dB] 이상이 되고, 이득 여유 및 위상 여유는 각각 20[dB]와 ±60도 이상이 되며, 대역폭은 60[Hz] 이상이 되도록, 제어기의 파라미터 값을 조정하면서 설계하였다. 최종적으로
구성의 개략도 이다. 전체 시스템은 개인용 컴퓨터와 타겟 보드(DSP 보드), 16비트의 고속 A/D 변환기 및 D/A 변환기, 그리고 이들을 운영하는 소프트웨어, 마지막으로 갈바노미터의 구동 드라이버와 실제 구동되는 갈바노미터로 구성된다.
대상 데이터
전원라인에 포함된 잡음의 영향을 줄이려면 전원의 바이패스 회로를 충분히 낮은 임피던스로 할 필요가 있다. 그리고 마지막으로 마이크로 프로세서 및 TTL 로직 IC의 구동 전원(전압레벨 5V)용 소자는 SMPS 스위칭 소자보다는 REGULATOR 소자를 사용하였다. SMPS 스위칭 전원소자는 최소 42[KHz] 로 스위칭하기 때문에 REGULATOR 전원 소자에 비하여 많은 잡음 성분을 가지고 있다.
본 연구에서 사용된 갈바노미터는 Cambridge Technology 사의 Model 6860이다. 이 갈바노미터에 대한 구체적인 사양은 표 1과 같다.
제어기로는 산업 현장에서 가장 많이 쓰이는 PID 제어기를 사용하였다. HD 제어기의 기본적인 형태는 다음과 같다.
성능/효과
D/A 변환기의 변환 타이밍이 제품의 사양에서 원하는 타이밍을 만족함을 확인하였으며, 전원 분리와 전원부에 노치 필터와 저역 통과 필터의사용으로 시스템 보드의 안정화를 통한 잡음의 저감 효과를 확인하였다. 노이즈 제거 전에는 전원의 리플전압이 200[mV] 였던 것이 50[mV]로 줄어들었다.
구현하였다. PCB 보드의 사용과 적절한 필터의 설계, 그리고 전원 분리 등으로 구동 잡음을 현격하게 줄였으며, 따라서 시스템의 안전성이 향상되었다. 실험 결과 상승 시간이 5 Ijns] 정도로 선진국에서 개발되고 있는 아날로그 갈바노미터 제어기와 비슷한 성능을 나타내었다.
실험 결과 상승 시간이 5 Ijns] 정도로 선진국에서 개발되고 있는 아날로그 갈바노미터 제어기와 비슷한 성능을 나타내었다. 또한 사용자의 편리성을 위하여 USB 장치를 이용한 컴퓨터 인터페이싱을 완성함으로써, 사용자의 입장에서 보다 간편하며, 매우 저렴하고 유용한 기능들을 제공할 수 있게 하였다.
Bruce Rohr, "Testing High Performance Galvanometer Based Optical Scanners", Cambridge Technology, Inc., pp. 2-4 1992.
Bruce Rohr, "Speed vs. Accuracy in Galvo-Based Scanners", Cambridge Technology, Inc, pp. 1-2. 1992.
M. Nirei and Y. Yamamoto, Kcbayashi, and T. Maruyama,"Torque Form Design of Laser Scanning Actuator Based on Statistical Method", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 33, no. 5, pp. 4242-4244, Sept, 1997.
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