[기계] 리니어 엔코더(인코더) / 리니어 스케일이란? / 원리 및 장점
안녕하세요.
저번 글에 소개드린 로타리 엔코더에 이어 오늘은 리니어 엔코더에 관련해서 포스팅을 해보려고 합니다. 로터리 엔코더는 회전하는 축의 회전량을 인식해서 이동량을 전기 신호로 받고 송출하는 역할을 했습니다. 이번에 소개할 리니어 엔코더는 직선의 움직임의 거리를 인식해서 신호를 보내는 역할을 합니다.
글의 목록
- 리니어 엔코더(스케일)이란?
- 리니어 엔코더(스케일)의 종류
리니어 엔코더(스케일)이란?
리니어 엔코더란 직선 방향의 움직임을 측정하는 장치입니다. 리니어 스케일이라고도 불리는 이 장치는 NC기계의 위치 결정에 쓰입니다. 리니어 모터와 함께 쓰이는 경우도 있는데 이 경우에는 리니어 모터만으로도 변위를 측정할 수도 있지만 정밀 측정은 불가능하기 때문에 정밀 산업 현장에서는 반드시 리니어 엔코더를 사용해야 합니다.
리니어 엔코더의 최소 판독량은 0.001mm ~ 0.01mm이고 스케일의 유효 길이는 일반적으로 100mm~1000mm가 있습니다. 물론 최대 유효 길이 3000mm의 것도 있지만 일반적으로는 1000mm 안팎으로 사용됩니다.
응답 속도는 보통 30ms정도이지만 구조나 형식에 따라서 10~60ms까지도 됩니다. 또한, 기준원점 복귀 신호가 부착되어 있습니다.
리니어 엔코더(스케일)의 종류
- 광학식 리니어 스케일
- 자기식 리니어 스케일
- 전자식 리니어 스케일
광학식 리니어 엔코더(스케일)는 정밀 유리 스케일과 광전소자로 구성되어 있습니다. 일반적으로 비교적 짧은 치수를 검출하는 것을 리니어 게이지 센서라하고 비교적 긴 거리를 측정하는 것을 리니어 스케일 센서라고도 부르고 있습니다.
위의 그림은 광학식 리니어 엔코더(스케일)의 구조를 단순화 시킨 그림입니다. 메인 스케일(Main Scail)에는 정밀하게 인쇄된 격자눈금이 있고 인덱스 스케일(index scail)이 일정한 거리를 갖고 평행으로 설치되어 있습니다. 이들 두 개의 스케일에 대한 위치 관계는 1/4 피치(90도)씩 간격을 두고 배치하게 됩니다.
내부 메인 스케일은 직선형 유리(Steel인 경우도 있음)를 내장하고 있으며, 거기에 보통 10 micron 혹은 20 micron 간격으로 눈금이 새겨져 있습니다.
이런 눈금이 새겨진 부분을 센서 모듈이 지나가면서 mm 당 50 내지 2500 펄스 혹은 그이상의 펄스를 읽어 들여 직선 이동거리로 환산하여 테이블의 직선 이동거리를 알려주는 장치입니다.
자기식 리니어 엔코더(스케일)
자기식 리니어 엔코드(스케일)는 자성체를 이용하는 엔코드입니다. 정밀한 피치(Pich)로 자화 패턴을 기록하여 기준이 되는 스케일로 하고 검출용 스케일에는 자기 변조형 헤드를 사용하게 됩니다. 주로 정밀한 산업현장에 많이 쓰이게 됩니다.
검출 헤드는 측정 방향과 신호의 분할을 위하여 2개의 헤드를 1/4 피치 간격을 두고 배치하게 됩니다. 2개의 해드에 여자 전류를 가하게 되면 평형 변조된 출력을 얻어 작동하게 됩니다. 어려운 말로 느껴질 수도 있지만 단순하게 2개의 헤드의 평행 거리를 젠다고 생각하시면 됩니다.
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자기식 리니어 엔코더의 신호처리는 광전식과 거의 같습니다. 하지만 광학식의 피치 수가 미크론 정도인데 반해 자기식리니어 엔코더는 0.2㎜정도로 거칠기 때문에 신호 내삽 처리가 복잡하다도 볼 수 있습니다.
광전식은 단일피치에서 신호검출의 결점을 보였기 때문에 이를 보정하기 위해 헤드수를 증가시켜서 높은 S/N비를 얻게 만든 엔코더입니다. 다른 자기의 영향을 받지 않도록 설계되었고 내환경성이 좋아 먼지나 기름이 많은 공작기계나 유압 산업 환경에서 많이 사용됩니다.
전자식 리니어 엔코더(스케일)
전자식 리니어 엔코더(스케일)는 모터와 같이 자기유도의 원리를 이용한 엔코더입니다. 얇은 금속박을 일정한 간격으로 지그재그 모양과 같이 배열한 것이 메인 스케일이 됩니다. 이 맞은편에 슬라이드 코일을 이동 측에 대기시켜 놓게 됩니다.
메인 코일에 전류를 흘려보내면 슬라이더 코일에는 전류가 흐르는 방향 및 거리에 비례하는 전압이 발생합니다. 또한 슬라이드 코일을 이동시키면 메인 스케일의 전류 방향은 변화하기 때문에 슬라이더 코일에는 정형파 모양의 신호가 발생하게 됩니다. 이 신호를 읽어 위치를 받아들이는 엔코더입니다.
전자식 리니어 엔코더는 내환경성이 높고 다른 자계의 영향을 받는 경우가 적어 공작 기계에서 사용되고 비교적으로 긴 행정용으로 많이 사용됩니다.
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