왜 낮은 Jitter와 Skew가 모션 컨트롤에서 중요한가?

네트워크는 Internal clock과 Dgital logic에 의해 한정된 속도로 데이터를 전달하는 복합 전자장치와 수신기로 이루어져 있다. 독립적인 Clock과 독립적인 시스템이 서로 연결 되었을 때 Clock frequency의 자연적이고 무작위적인 변화는 도전 과제로 인식되고 있다.

   Jitter는 Local clock과 Slave node의 차이에서 주로 발생이 된다. 전자기기의 방해 또한 실생활 네트워크에서 Jitter를 야기 시킨다. 이 Jitter는 Path motion으로 곧바로 보내지기 때문에 정확한 Path motion을 위해 Jitter를 최소화해야 한다.

Skew는 발신기와 수신기 혹은 네트워크 Node 사이에서 일정하게 일어나는 데이터 전송의 지연이다. 케이블의 전달 지연이나 내부의 Logic circuitry에 의해서 발생이 된다.

높은 효율성이 요구되어지는 모션 컨트롤에서는 Skew는 적절해야하고 네트워크는 Skew를 책정할 수 있어야 하며, 또한 보정을 해야 한다.

단축일 경우 Jitter는 속도의 변화 혹은 Final position에서 잡음을 내는 오류가 발생한다. 다축일 경우에는 그 결과가 더욱 심해진다.

Skew는 네트워크 Node 사이에서 일정한 Phase shift를 전달한다. 그러므로 공동 작용을 할 수 있는 축들은 동시에 일어나는 Set of command value를 받지 못한다.

예를 들어  2개의 공동작용할 수 있는 축들(material cutting)과 빠른 Circular interpolation의 실행을 원한다고 가정을 하였을 경우, 1개의 축은 Sinusoidal을 받고 다른 1개의 축은 Co-sinusoidal 명령을 받는다. Skew (일정한 phase shift)는 원의 형태에서 타원의 형태로 위의 그림에서와 같이 변하게 될 것이다.

여분의 Jitter 또한 형태 안에서 찌그러짐을 만들 것이다.

네트워크 비교

다음장의 네트워크 비교 차트에는 모션 컨트롤 Application을 고려할 때 도움을 주기 위해 SynqNet의 특징과 다른 산업용 네트워크의 특징이 나타나 있다.

Cycle time은 Node structure와 Control demand에 따라 달라진다. Jitter와 관련된 소프트웨어는 아마도 다른 Protocols에서는 더 높을 것이다.

네트워크에 기초한 모든 Ethernet은 같은 EMI 특성을 가지고 있다. 하지만 SynqNet은 자동적인 Bad packet rejection  보정 기능을 지니고 있다.

또 SynqNet은 Thresholds가 배열된 읽기 쉬운 Error counter와 Node에 장애가 있을 때 Packet이 다른 쪽으로 수송되는 Ring fault recovery 기능을 지니고 있다. 이것은 기초적인 판단과 장애에 대한 우수한 반응을 제공한다.  

SynqNet은 다양한 방법으로 다음과 같은 빠른 Cycle updates를 이뤄냈다.

·네트워크 자동 setup일 때도 Discovery mode-node 거리는 모든 Node의 CAT5 cable로 알려진 자연적인 Skew를 줄이기 위해 컨트롤러에 의해서 거리가 계산되어진다.

·Phase-locked loop 기술은 데이터 전송을 보증하고 모든 Nodes와 동시에 정보교환을 위한 Master timing을 잡기 위해 안정적인 주파수 발생과 끊임없는 ‘heartbeat’을 유지시켜준다.

·탄력적인 FPGA 프로그래밍은 애플리케이션 조건들을 완화하기 위해 유저들로 하여금 Background로 할 것인지 Foreground task management로 할 것인지를 결정하게 한다.
·가벼운 packet 구조
·컨트롤러와 하드웨어가 가깝게 결합된 디자인으로 가장 능률적으로 활용하는 프로그래밍 소프트웨어     
·능률적인 Timing과 SynqNet 네트워크의 모든 Node의 세부조정으로 튼튼한 소프트웨어 유틸리티

고속의 I/O 위치 검색

Time-based 저장은 FPGA register가 Digital input에 대해 유발될 Servo cycle의 전후 시간에 따라 포지션 분석에 의해서 작동한다. 매우 정확한 포지션 데이터를 입력할 수 있다.

SynqNet 네트워크 안의 컨트롤러는 포지션 Interpolation 계산을 한다.

그러므로 Motion 적용시 기입된 저장 포지션만 읽으면 된다. 게다가, 모든 Node에서 나오는 데이터는 각각의 Servo cycle에서 그리고 처리된 중앙 컨트롤러에 의해 수집된다.

어떤 Node의 Trigger라도 전체 SynqNet 네트워크 안의 다른 Node 포지션을 결정하곤 했다. 이의 장점은 SynqNet 네트워크 안의 Node 옆에 센서를 두는 것이고, 센서를 이용해서 시스템 안에서 어떤 Node라도 위치를 잡을 수 있다는 점이다.

전용의 I/O는 네트워크에서 유선으로 가장 가까운 Node에 연결 된다. 이러한 유선의 정밀함으로 비용절감 효과와 설치 시간을 줄일 수 있다. 이러한 시간에 기반을 둔 포지션 기입은 SynqNet이 업계 최초라고 할 수 있다.

Probe

Probe는 더 특별한 포지션 혹은 시간을 기초로 한 Capture 기술이다. Probe는 다수의 전용 Registers를 위해 비록 다수의 Trigger가 Single servo sample이라 하더라도 I/O triggered value 검색을 위해 이용된다.

16개까지의 Value가 자동적으로 준비되고 연속적으로 데이터가 저장된다.

소프트웨어 안의 저장 목적은 저장된 데이터를 Host를 위해 버퍼링을 하기 위한 것이다. 그 후 Application에서 데이터를 모아서 진행하고 움직임을 지휘하거나 수정한다.

FPGA에 의해 Trigger 기계장치는 자동적으로 다시 준비가 된다. Probe의 두드러진 특징은 데이터 검색을 위해 그리고 매우 높은 비율로 데이터 저장을 빨리 준비할 때 다양한 I/O points가 필요하다는 것이다.

이것은 특히 기계 안의 다수의 제품의 Locations을 매우 빨리 계산할 때 유용하다. 또한 I/O가 만약 시간을 모으거나 아래의 예와 같이 센서 시리즈에서 대상이 빨리 움직이는 Position value 상황일 경우라면 trajectory-on-the-fly는 계산이 될 수도 있다.

ㆍSynqNet과 유선으로 연결된 로봇 팔이 센서의 Bank를 넘어 움직이게 된다. 

ㆍ센서들은 wafer 위를 지나감으로써 트리거 된다. 

  SynqNet I/O 는 16개까지 동시에 일어나는 고속으로(~100ns) 포착된 입력 신호를 처리 할 수 있다.

ㆍ기입된 포지션은 정확한 Wafer 포지션을 결정하기 위해, 그리고 그 데이터는 로봇의 다축을 수정하기 위해, 그리고 안전한 높은 반복과 우수하고 정확한 감도한계를 위해 다음  Servo 샘플이 계산되어진다.