1. 인코더란 무엇인가
작동 중에웜 기어박스 N20 DC 모터전류, 속도, 회전축의 원주 방향 상대 위치 등의 파라미터를 실시간으로 모니터링하여 모터 본체와 견인 장비의 상태를 파악하고, 나아가 모터와 장비의 작동 조건을 실시간으로 제어함으로써 서보 제어 및 속도 조절과 같은 다양한 특정 기능을 구현합니다. 이러한 시스템에서 프런트엔드 측정 소자로 엔코더를 적용함으로써 측정 시스템을 크게 단순화할 뿐만 아니라 정밀성, 신뢰성, 강력한 성능을 제공합니다. 엔코더는 회전 부품의 위치와 변위라는 물리량을 일련의 디지털 펄스 신호로 변환하는 회전 센서이며, 제어 시스템은 이 신호를 수집 및 처리하여 장비의 작동 상태를 조정하고 변경하는 일련의 명령을 내립니다. 엔코더를 기어바 또는 스크류와 결합하면 선형 이동 부품의 위치와 변위도 측정할 수 있습니다.
2. 인코더 분류
인코더 기본 분류:
엔코더는 정밀 측정 장치로서, 신호 또는 데이터를 인코딩, 변환하여 통신, 전송 및 저장하는 데 사용되는 기계와 전자가 긴밀하게 결합된 장치입니다. 엔코더는 특성에 따라 다음과 같이 분류됩니다.
● 코드 디스크 및 코드 스케일. 선형 변위를 전기 신호로 변환하는 인코더를 코드 스케일이라고 하고, 각 변위를 통신 신호로 변환하는 인코더를 코드 디스크라고 합니다.
● 증분형 엔코더. 위치, 각도, 회전 수 등의 정보를 제공하며, 회전당 펄스 수로 해당 속도를 정의합니다.
● 절대 엔코더. 위치, 각도, 회전 횟수 등의 정보를 각도 단위로 제공하며, 각 각도 단위에는 고유 코드가 할당됩니다.
● 하이브리드 절대 엔코더. 하이브리드 절대 엔코더는 두 가지 정보 세트를 출력합니다. 하나는 절대 정보 기능을 이용하여 극점 위치를 검출하는 데 사용되는 정보 세트이고, 다른 하나는 증분 엔코더의 출력 정보와 완전히 동일한 정보 세트입니다.
모터에 일반적으로 사용되는 엔코더:
●증분형 인코더
광전 변환 원리를 직접 이용하여 A, B, Z 세 쌍의 구형파 펄스를 출력합니다. 펄스 A와 B의 위상차는 90°이므로 회전 방향을 쉽게 판단할 수 있습니다. Z 펄스는 회전당 한 번씩 발생하며 기준점 위치 결정에 사용됩니다. 장점: 간단한 구조, 수만 시간에 달하는 평균 수명, 강력한 항간섭 능력, 높은 신뢰성, 장거리 전송에 적합. 단점: 축 회전의 절대 위치 정보를 출력할 수 없음.
● 절대 엔코더
센서의 원형 코드 플레이트에는 방사 방향을 따라 여러 개의 동심원 코드 채널이 있으며, 각 채널은 광투과 영역과 비광투과 영역으로 구성됩니다. 인접한 코드 채널의 영역 수는 두 배이며, 코드 플레이트의 코드 채널 수는 이진수 자릿수와 같습니다. 코드 플레이트의 위치가 달라지면 각 감광 소자는 빛의 유무에 따라 해당 레벨의 신호로 변환되어 이진수를 생성합니다.
이러한 유형의 엔코더는 카운터가 필요 없고 회전축의 어느 위치에서든 위치에 해당하는 고정된 디지털 코드를 읽을 수 있다는 특징이 있습니다. 당연히 코드 채널 수가 많을수록 해상도가 높아지며, N비트 이진 해상도를 갖는 엔코더의 경우 코드 디스크에 N개의 코드 채널이 있어야 합니다. 현재 중국에는 16비트 절대 엔코더 제품이 출시되어 있습니다.
3. 엔코더의 작동 원리
중심축을 가진 광전 코드 디스크에는 원형 패스와 암각 비문선이 있으며, 이를 판독하는 광전 송수신 장치가 있습니다. 네 그룹의 사인파 신호는 A, B, C, D로 결합됩니다. 각 사인파는 90도 위상차(원주파에 대해 360도)를 가지며, C와 D 신호는 A와 B 신호의 위상을 반전시켜 중첩함으로써 신호의 안정성을 향상시킵니다. 또한, 매 회전마다 Z 위상 펄스가 출력되어 기준 위치인 0을 나타냅니다.
위상 A와 B는 90도 차이가 나므로, 위상 A가 먼저인지 위상 B가 먼저인지를 비교하여 엔코더의 정방향 및 역방향 회전을 구분할 수 있으며, 제로 펄스를 통해 엔코더의 제로 기준 비트를 얻을 수 있습니다. 엔코더 코드판 재질은 유리, 금속, 플라스틱 등이 있습니다. 유리 코드판은 유리에 매우 얇은 선을 새겨 넣어 제작되며, 열 안정성이 좋고 정밀도가 높습니다. 금속 코드판은 선이 새겨지지 않고 직접 통과하는 방식이라 깨지기 쉽지 않지만, 금속의 두께 때문에 정밀도에 한계가 있고 열 안정성이 유리보다 훨씬 떨어집니다. 플라스틱 코드판은 경제적이며 가격이 저렴하지만 정밀도, 열 안정성, 수명 등이 떨어집니다.
해상도 - 인코더는 360도 회전당 몇 개의 관통 또는 암각 새겨진 선이 표시되는지를 나타내는데, 이를 해상도 인덱싱이라고도 하며, 일반적으로 회전당 5~10,000개의 선으로 표시되는 인덱싱이라고 합니다.
4. 위치 측정 및 피드백 제어 원리
엔코더는 엘리베이터, 공작기계, 재료 가공, 모터 피드백 시스템, 측정 및 제어 장비 등에서 매우 중요한 역할을 합니다. 엔코더는 격자와 적외선 광원을 사용하여 광 신호를 수신기를 통해 TTL(HTL) 전기 신호로 변환합니다. TTL 레벨의 주파수와 높은 레벨의 발생 횟수를 분석하여 모터의 회전 각도와 회전 위치를 시각적으로 표시합니다.
각도와 위치를 정확하게 측정할 수 있기 때문에 엔코더와 인버터를 폐루프 제어 시스템으로 구성하여 제어를 더욱 정밀하게 할 수 있으며, 이것이 엘리베이터, 공작기계 등을 매우 정밀하게 사용할 수 있는 이유입니다.
5. 요약
요약하자면, 엔코더는 구조에 따라 증분형과 절대형으로 나뉘며, 둘 다 광 신호와 같은 다른 신호를 분석 및 제어 가능한 전기 신호로 변환한다는 것을 알 수 있습니다. 우리 생활에서 흔히 볼 수 있는 엘리베이터나 공작기계는 모터의 정밀 조정을 기반으로 하며, 전기 신호의 피드백 폐루프 제어를 통해 인버터가 장착된 엔코더는 정밀 제어를 구현하는 자연스러운 방법입니다.
게시 시간: 2023년 7월 20일