[기계] 엔코더 / 인코더(Encoder)란? / 원리 및 종류 (Feat. 로타리 엔코더) / 리니어 스케일

기계쟁이입니다 2020. 6. 1.

안녕하세요.

산업현장에서 주로 쓰이는 부호 전달 장치인 엔코더(인코더)에 대해서 알아보겠습니다.

엔코더(인코더)는 우선적으로 전자적으로 연결된 연동장치를 감지하고 이들 입력 신호를 기초로 하여 통신매체에 전달해주는 시스템입니다. 실로제 산업 현장에서 많이 쓰이는 부속 부품으로 정밀도 기여에 큰 역할을 하고 있습니다. 디지털식의 위치 센서, 회전각 변위를 측정하는 것과 직선 변위를 측정하는 것이 있지만 원리는 같다고 생각하시면 됩니다.

엔코더(인코더)의 종류

로터리 엔코더(인코더)
리니어 엔코더(인코더)

로터리 엔코더(인코더)는 회전각 변위를 측정하는 엔코더(인코더)입니다. 모터를 이용해서 축을 회전시킬 때, 축에 커플링 혹은 직접 연결해서 축의 회전을 입력받아 제어 시스템으로 전송하는 역할을 하게 됩니다.

https://www.youtube.com/watch?v=k2GQVJ4z0kM

순서는 간답합니다. 서보 모터가 돌게 되면 같이 회전하는 축에 달린 엔코더가 회전량을 인식하게 되고 이를 PLC제어 장치에 전자 신호를 보내게 됩니다. 이 PLC는 인버터를 제어하게 되고 인버터가 서보 모터를 움직이게 됩니다.

회전축에 엔코더가 회전량만큼 펄스 출력을 발생해주고 PLC에서 펄스 신호를 받아 펄스당 Xmm를 계산하게 되면 컨베이어의 이동 거리를 알 수 있게 됩니다. 또한, 컨베이어의 이동 속도가 변하더라도 이동 거리는 항상 일정하게 제어가 가능하게 됩니다.

분해율은 일반적으로 로터리 인코더가 100~50,000 펄스/회전라고 알려져 있습니다.

리니어 엔코더(인코더)는 직선거리를 측정하여 인버터를 제어하고 서보모터를 움직이는 엔코더입니다. 리니어 엔코더의 경우 내용이 많고 범위고 방대하여 다음 글에서 자세히 다뤄보는 것으로 하겠습니다.

로타리 엔코더(인코더)의 원리

인크리멘탈형 엔코더 (Incremental Encoder)
앱솔루트형 엔코더 (Absolute Encoder)

인크리멘탈형 엔코더는 일반적인 디스크 형태의 엔코더의 일종입니다. 360도 원형 디스크를 n등분을 한다면 360/n도의 n개의 조각들이 생기게 됩니다. 회전 디스크에 다수의 슬릿을 배치하고, 발광소자에서 발생된 빛을 고정 슬릿을 통하여 수광소자에 맞추고, 그 수광소자는 빛을 검출함으로써 슬릿을 투과하는 빛을 전기신호로 변환하는 원리입니다.

출처 : https://blog.naver.com/kwar100/221163498459

위의 그림은 인크리멘탈형 엔코더(인코더)의 그림입니다. A상과 B상이 90도의 위상차를 가지고 설치되어 있으므로 펄스가 발생하게 되며, 슬릿의 정 중앙에 원점 출력 상인 Z상이 1회전당 1번 투과하므로 원점을 출력할 수 있는 구조입니다.

앱솔루트형 엔코더 (Absolute Encoder) 역시 일반적인 디스크 형식의 엔코더입니다. 이 엔코더는 모터(축)의 고유의 위치를 검출할 수 있습니다. 회전축의 0도가 되는 지점을 기준으로 360까지를 일정 비율로 분할합니다. (인크리멘탈형 엔코더와 비슷합니다) 그 분할된 각도마다 인식 가능한 전기적인 디지털 코드를(BCD, Binary, Gray코드 등)를 지정하여, 회전축의 위치 및 각도에 따라서 디지털 코드로 출력하게 됩니다.

이 엔코더는 절대 회전각도 검출 장치이며, 아래의 그림처럼 발광소자와 수광소자가 8개라면 8개의 신호선이 나와야 합니다만, 불합리성이 있어 보통의 엡솔루트 엔코더는 위에 설명한 바와 같이 디지털 코드 또는 통신 타입으로 신호를 주게 됩니다.(아날로그 값으로 주는 것이 아닙니다.)