인코더란 무엇인가요?
모터 작동 중에는 전류, 회전 속도, 회전축의 원주 방향 상대 위치 등의 매개변수를 실시간으로 모니터링하여 모터의 상태를 판단합니다.모터차체와 견인되는 장비를 제어하고, 나아가 모터와 장비의 작동 조건을 실시간으로 제어하여 서보 제어, 속도 조절 및 기타 여러 가지 특수 기능을 구현합니다.
여기서 엔코더를 프런트엔드 측정 요소로 적용함으로써 측정 시스템이 크게 단순화될 뿐만 아니라 정밀하고 신뢰할 수 있으며 강력한 성능을 제공합니다.
엔코더는 회전 부품의 위치와 변위를 일련의 디지털 펄스 신호로 변환하는 회전 센서입니다. 이 신호들은 제어 시스템에서 수집 및 처리되어 장비의 작동 상태를 조정하고 변경하는 일련의 명령을 생성합니다. 엔코더를 기어바 또는 스크류와 결합하면 선형으로 움직이는 부품의 위치와 변위와 같은 물리량을 측정하는 데에도 사용할 수 있습니다.
인코더의 기본 분류
인코더는 신호 또는 데이터를 코딩, 변환, 통신, 전송 및 저장하기 위한 정밀 측정 장치와 기계 및 전자 장치가 긴밀하게 결합된 장치입니다.
엔코더는 기계 및 전자 부품을 결합하여 신호와 데이터를 인코딩, 변환, 통신, 전송 및 저장하는 정밀 측정 장치입니다. 엔코더는 특성에 따라 다음과 같이 분류됩니다. 코드 디스크형 및 코드 스케일형 엔코더: 선형 변위를 전기 신호로 변환하는 코드 스케일형 엔코더와 각도 변위를 통신 신호로 변환하는 코드 디스크형 엔코더가 있습니다. - 증분형 엔코더: 위치, 각도, 회전 수 등을 제공하며, 회전당 펄스 수를 통해 변환 속도를 정의합니다. - 절대 엔코더: 위치, 각도, 회전 수 등의 정보를 각도 단위로 제공하며, 각 각도 단위마다 고유한 코드가 부여됩니다.
-하이브리드 절대 엔코더: 하이브리드 절대 엔코더는 두 가지 정보 세트를 출력합니다. 하나는 절대 정보 기능을 통해 자기극의 위치를 감지하는 데 사용되는 정보 세트이고, 다른 하나는 증분 엔코더의 출력 정보와 완전히 동일한 정보 세트입니다.
일반적으로 사용되는 인코더는 다음과 같습니다.모터
증분형 인코더
광전 변환 원리를 직접 이용하여 A, B, Z 세 쌍의 구형파 펄스를 출력합니다. A와 B 펄스는 위상차가 90도이므로 회전 방향을 쉽게 판별할 수 있으며, Z 펄스는 매 회전마다 발생하여 기준점 위치 결정에 사용됩니다. 장점: 구조가 간단하고, 평균 수만 시간 이상의 내구성을 가지며, 강력한 간섭 방지 기능과 높은 신뢰성을 제공하여 장거리 전송에 적합합니다. 단점: 축 회전의 절대 위치 정보를 출력할 수 없습니다.
절대 엔코더
직접 출력 디지털 센서는 원형 코드 디스크를 중심으로 방사 방향을 따라 여러 개의 동심원 코드 채널이 배열되어 있습니다. 각 채널은 빛 투과 영역과 빛 불투과 영역으로 이루어져 있으며, 인접한 코드 채널 영역들의 개수는 코드 디스크에 저장된 이진수의 개수와 같습니다. 코드 디스크의 한쪽에는 광원이 있고, 다른 쪽에는 각 코드 채널에 대응하는 광 감지 소자가 있습니다. 코드 디스크의 위치가 다르면, 각 광 감지 소자는 빛의 유무에 따라 대응하는 레벨 신호를 이진수로 변환합니다.
이러한 유형의 엔코더는 카운터가 필요 없으며 회전축의 어느 위치에서든 해당 위치에 대응하는 고정된 디지털 코드를 읽어낼 수 있다는 특징이 있습니다. 당연히 코드 채널 수가 많을수록 해상도가 높아지며, N비트 이진 해상도를 가진 엔코더의 경우 코드 디스크에 N개의 바코드 채널이 필요합니다. 현재 16비트 절대 엔코더 제품이 시판되고 있습니다.
인코더 작동 원리
어두운 선으로 둘러싸인 고리가 있는 광전 코드판의 축을 중심으로 광전 송수신 장치가 있어, 이를 읽어 A, B, C, D의 네 세트의 사인파 신호를 획득합니다. 각 사인파는 360도 원주파에 대해 90도의 위상차를 가지며, C, D 신호는 반전되어 A, B 신호의 2상 신호에 중첩되어 신호 안정화를 위해 증폭될 수 있습니다. 또한, 매 회전마다 기준 위치인 Z 위상 펄스를 출력합니다.
A와 B의 두 위상차가 90도이므로, A 위상을 앞쪽으로, B 위상을 앞쪽으로 비교하여 엔코더의 정회전과 역회전을 구분할 수 있으며, 제로 펄스를 통해 엔코더의 기준 원점을 얻을 수 있습니다.
인코더 디스크 재질에는 유리, 금속, 플라스틱 등이 있습니다. 유리 디스크는 매우 얇은 새겨진 선 위에 유리를 증착하는 방식으로 제작되어 열 안정성이 우수하고 정밀도가 높습니다. 금속 디스크는 새겨진 선을 따라 직접 증착하는 방식이라 깨지기 쉽지 않지만, 금속 두께 때문에 정밀도가 제한적이며 열 안정성은 유리 디스크보다 한 자릿수 정도 떨어집니다. 플라스틱 디스크는 가격이 저렴하여 경제적이지만, 정밀도, 열 안정성, 수명 면에서는 유리 디스크보다 떨어집니다.
해상도 - 인코더는 360도 회전당 몇 개의 선 또는 암선이 표시되는지를 나타내는데, 이를 해상도라고 하며 인덱스 해상도 또는 직접적으로 선의 개수라고 부릅니다. 일반적으로 인덱스는 회전당 5~10,000개의 선을 표시합니다.
위치 측정 및 피드백 제어 원리
엔코더는 엘리베이터, 공작기계, 재료 가공, 모터 피드백 시스템, 측정 및 제어 장비에서 매우 중요한 역할을 합니다. 엔코더는 광학 격자와 적외선 광원을 사용하여 광 신호를 수신기를 통해 TTL(HTL) 전기 신호로 변환합니다. 수신기는 TTL 레벨의 주파수와 높은 레벨의 개수를 분석하여 모터의 회전 각도와 위치를 시각적으로 표시합니다.
각도와 위치를 정확하게 측정할 수 있기 때문에 엔코더와 인버터를 이용하여 폐루프 제어 시스템을 구성함으로써 더욱 정밀한 제어가 가능하며, 이것이 바로 엘리베이터, 공작기계 등을 매우 정확하게 사용할 수 있는 이유입니다.
요약
요약하자면, 엔코더는 구조에 따라 증분형과 절대형 두 종류로 나뉘며, 광 신호와 같은 다른 신호들을 분석 및 제어 가능한 전기 신호로 변환한다는 것을 알 수 있습니다. 우리가 일상생활에서 흔히 접하는 엘리베이터나 공작기계는 모터의 정밀 제어를 기반으로 전기 신호 피드백을 통한 폐루프 제어를 구현하는데, 주파수 변환기가 내장된 엔코더는 이러한 정밀 제어에 필수적인 요소입니다.
게시 시간: 2024년 2월 23일