리니어 인코더

Linear encoder
3개의 표준 리니어 광인코더
선형 인코더(MagView로 기록)의 자기 구조를 시각화합니다.

선형 인코더는 위치를 인코딩하는 스케일과 쌍을 이루는 센서, 변환기 또는 리드헤드입니다.이 센서는 인코딩된 위치를 아날로그 또는 디지털 신호로 변환하기 위해 스케일을 판독하며, 아날로그 또는 디지털 신호는 디지털 판독(DRO) 또는 모션 컨트롤러를 통해 제 위치로 디코딩할 수 있습니다.

인코더는 증분 또는 절대 중 하나입니다.모션은 시간의 경과에 따른 위치 변화에 의해 결정될 수 있습니다.선형 인코더 기술에는 광학, 자기, 유도, 용량 및 와전류가 포함됩니다.광학 테크놀로지에는 섀도, 셀프 이미징, 간섭계 등이 있습니다.선형 인코더는 디지털 캘리퍼 및 좌표 측정 기계에서 스테이지, CNC 밀, 제조 갠트리 테이블 및 반도체 스테퍼에 이르기까지 도량형 기기, 모션 시스템, 잉크젯 프린터 및 고정밀 가공 도구에 사용됩니다.

물리 원리

선형 인코더는 위치를 인코딩하기 위해 다양한 물리적 특성을 이용하는 변환기입니다.

스케일/기준 기반

옵티컬

광선형 인코더는 고해상도 시장을 지배하며 셔터링/모이레, 회절 또는 홀로그래픽 원리를 사용할 수 있습니다.광인코더는 인코더의 표준 스타일 중 가장 정확하며 산업 자동화 애플리케이션에서 가장 일반적으로 사용됩니다.광학 인코더를 지정할 때는 인코더가 먼지, 진동 및 산업환경에 공통되는 기타 조건에 의한 오염을 방지하기 위해 추가 보호장치를 내장하는 것이 중요합니다.일반적인 증분 스케일 주기는 수백 마이크로미터에서 서브 마이크로미터까지 다양합니다.보간은 나노미터만큼 미세한 분해능을 제공할 수 있습니다.

Mitutoyo CMM에 장착된 광 리니어 인코더

사용되는 광원에는 적외선 LED, 가시 LED, 소형 전구 및 레이저 다이오드가 있습니다.

마그네틱

자기 선형 인코더는[1] 능동(자화) 또는 수동(가변 저항) 눈금을 사용하며 감지 코일, 홀 효과 또는 자기 저항성 리드헤드를 사용하여 위치를 감지할 수 있습니다.광인코더(일반적으로 수백 마이크로미터에서 수 밀리미터)보다 거친 스케일 주기의 경우 마이크로미터의 순서로 분해능이 표준입니다.

용량

커패시티브 리니어 인코더는 판독기와 스케일 사이의 캐패시턴스를 감지하여 작동합니다.일반적인 어플리케이션은 디지털 캘리퍼입니다.단점 중 하나는 국소적으로 유전율이 변할 수 있는 고르지 않은 오물에 대한 민감도입니다.

귀납적

유도 기술은 오염 물질에 강하기 때문에 캘리퍼 및 기타 냉각수 [2]방지 측정 도구를 사용할 수 있습니다.유도 측정 원리의 잘 알려진 적용 분야는 [3]인덕션입니다.

와전류

미국 특허 3820110, "Eddy current type digital encoder and position reference"는 유도 코일 센서를 포함한 AC회로의 인덕턴스 변화를 감시함으로써 검출 및 디코딩되는 고저투과성 비자성 물질로 코드화된 스케일을 사용하는 이러한 유형의 인코더의 예를 제시한다.Maxon은 (로터리 인코더) 제품의 예(MILE [4]인코더)를 만듭니다.

스케일 미포함

광학 이미지 센서

센서는 이미지 상관 방법을 기반으로 합니다.센서는 측정 대상 표면에서 후속 사진을 찍고 이미지 [5]변위를 비교합니다.분해능은 나노미터까지 가능하다.[6]

적용들

리니어 인코더에는 주로 두 가지 영역이 있습니다.

측정.

측정 애플리케이션에는 좌표 측정기(CMM), 레이저 스캐너, 캘리퍼, 기어 측정,[7] 장력 테스터 및 디지털 판독기(DRO)가 포함됩니다.

모션 시스템

서보 제어 모션 시스템은 정확한 고속 이동을 제공하기 위해 선형 인코더를 사용합니다.일반적인 용도에는 로보틱스, 공작기계, 픽앤플레이스 PCB 조립장치, 반도체 취급 및 테스트 장비, 와이어 본더, 프린터 및 디지털 [8]프레스 등이 있습니다.

출력 신호 형식

증분 신호

선형 인코더는 아날로그 또는 디지털 출력을 가질 수 있습니다.

아날로그

사인 및 코사인 출력입니다.

선형 인코더의 업계 표준 아날로그 출력은 사인 및 코사인 직교 신호입니다.이들은 보통 소음 내성을 개선하기 위해 차등적으로 전달된다.초기 업계 표준은 12μA 피크 피크 전류 신호였지만 최근에는 1V 피크 대 피크 전압 신호로 대체되었습니다.디지털 전송에 비해 아날로그 신호의 대역폭은 낮기 때문에 EMC의 방출을 최소한으로 억제할 수 있습니다.

XY 모드에서 오실로스코프를 사용하여 원형 Lissajous 수치를 표시함으로써 직교 사인/코사인 신호를 쉽게 모니터링할 수 있습니다.Lissajous 도형이 원형(게인 또는 위상 오차 없음)이고 완벽하게 중심을 맞춘 경우 가장 높은 정확도 신호를 얻을 수 있습니다.최신 인코더 시스템에서는 회로를 사용하여 이러한 오류 메커니즘을 자동으로 트리밍합니다.선형 인코더의 전체 정확도는 스케일 정확도와 리드헤드에 의해 도입된 오차의 조합입니다.오차 예산에 대한 척도에는 선형성 및 기울기(척도 계수 오차)가 포함됩니다.리드헤드 오류 메커니즘은 스케일 주기마다 반복되므로 일반적으로 주기적 오류 또는 하위 분할 오류(SDE)로 설명됩니다.리드헤드의 부정확성의 가장 큰 원인은 신호 오프셋이며, 그 다음으로 신호 불균형(엘립티시티)과 위상 오류(직교 신호 간격이 정확히 90°가 아님)가 뒤따릅니다.전체 신호 크기는 인코더 정밀도에 영향을 주지 않지만 신호 대 잡음 및 지터 성능은 신호가 작을수록 저하될 수 있습니다.자동 신호 보상 메커니즘에는 자동 오프셋 보상(AOC), 자동 밸런스 보상(ABC) 및 자동 게인 제어(AGC)가 포함될 수 있습니다.위상은 동적 보정이 더 어려우며 일반적으로 설치 또는 교정 시 1회 보상으로 적용됩니다.부정확한 다른 형태로는 신호 왜곡(흔히 사인/코사인 신호의 조화 왜곡)이 있습니다.

디지털.

A와 B의 직교 채널

선형 증분 인코더는 직교 사각파를 발행하는 2개의 디지털 출력 신호 A 및 B를 가진다.내부 메커니즘에 따라 인코더는 기본적으로 디지털인 센서에서 A 및 B를 직접 유도하거나 내부 아날로그 사인/코사인 신호를 보간할 수 있습니다.후자의 경우 보간처리는 스케일 주기를 효과적으로 세분화함으로써 보다 높은 측정 분해능을 얻을 수 있다.

어느 경우든 인코더는 직교 사각파를 출력하며, 두 채널의 에지 간 거리가 인코더의 분해능이 됩니다.기준 마크 또는 인덱스 펄스도 1~4단위 분해능 폭의 펄스로 디지털 형식으로 출력됩니다.출력 신호는 위치 추적을 위해 디지털 증분 인코더 인터페이스에 직접 전송될 수 있습니다.

선형 증분 인코더의 주요 장점은 노이즈 내성 향상, 높은 측정 정확도 및 위치 변경의 낮은 지연 보고이다.단, 고주파, 고속 신호 에지는 EMC 배출량을 증가시킬 수 있습니다.

절대 기준 신호

선형 인코더는 아날로그 또는 디지털 증분 출력 신호와 함께 절대 기준 또는 위치 결정 신호를 제공할 수 있습니다.

참조 마크

대부분의 증분 선형 인코더는 전원 공급 시 또는 전원 손실 후에 사용할 수 있도록 눈금을 따라 기준 위치를 제공하는 지수 또는 참조 마크 펄스를 생성할 수 있습니다.이 지수 신호는 척도의 고유한 한 주기 내에서 위치를 식별할 수 있어야 합니다.기준 표시는 스케일의 단일 특징, 자동 보정기 패턴(일반적으로 바커 코드) 또는 차프 패턴으로 구성될 수 있습니다.

DCRM(Distance Coded Reference Mark)은 고유한 패턴으로 눈금 위에 배치되어 최소한의 움직임(일반적으로 두 개의 기준 마크 위로 이동)으로 판독 헤드의 위치를 정의할 수 있습니다.설치 후 원하는 마커를 선택할 수 있도록 여러 개의 균일한 간격의 기준 마크를 눈금 위에 배치할 수도 있습니다. 일반적으로 자석을 통해 또는 라벨을 사용하거나 도색하여 광학적으로 또는 원치 않는 마커를 선택할 수 있습니다.

절대코드

적절히 인코딩된 스케일(멀티트랙, 버니어, 디지털 코드 또는 의사 랜덤 코드)을 사용하면 인코더는 이동하거나 기준 위치를 찾을 필요 없이 위치를 결정할 수 있습니다.이러한 절대 인코더는 시리얼 통신 프로토콜을 사용하여 통신하기도 합니다.이러한 프로토콜의 대부분은 독점(예: Fanuc, Mitsubishi, FeeDat(Fagor Automation), Heidenhain EnDat, DriveCliq, Panasonic, Yaskawa)이지만, 현재는 BiSS와[9] 같은 개방형 표준이 등장하여 사용자를 특정 공급업체에 연결하는 것을 피하고 있습니다.

제한 스위치

많은 리니어 인코더에는 광 또는 자기 중 하나의 리미트 스위치가 내장되어 있습니다.전원을 켤 때 컨트롤러가 인코더가 주행 종료 상태인지 여부와 축을 어느 방향으로 구동해야 하는지를 판단할 수 있도록 두 개의 제한 스위치가 자주 포함되어 있습니다.

물리적 배치 및 보호

선형 인코더는 폐쇄형 또는 개방형일 수 있습니다.밀폐된 선형 인코더는 기계 공구와 같이 더럽고 적대적인 환경에서 사용됩니다.일반적으로 유리 또는 금속 눈금을 둘러싼 알루미늄 압출로 구성됩니다.플렉시블 립 씰은 안내된 내부 리드헤드가 눈금을 읽을 수 있도록 해줍니다.이 기계적 배열에 의해 발생하는 마찰과 이력 때문에 정확도가 제한됩니다.

최고 정확도, 최저 측정 이력 및 최저 마찰 애플리케이션을 위해 개방형 선형 인코더가 사용됩니다.

선형 인코더는 Ronchi 또는 위상 격자를 사용하여 투과(유리) 또는 반사 눈금을 사용할 수 있습니다.스케일 재료에는 유리의 크롬, 금속(스테인리스강, 금도금강, Invar), 세라믹(Zerodur) 및 플라스틱이 포함됩니다.저울은 자체 지지식일 수 있으며, (접착제 또는 접착 테이프를 통해) 기판에 열적으로 숙달되거나 트랙에 장착될 수 있습니다.트랙 마운트를 사용하면 저울 자체의 열팽창 계수를 유지할 수 있으며 대형 장비를 분해하여 운송할 수 있습니다.

인코더 용어

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Linear magnetic encoders". RLS. Archived from the original on 2009-10-10. Retrieved 2009-10-30.
  2. ^ (PDF) https://web.archive.org/web/20131103082314/http://www.mitutoyo.com/pdf/ABS1813-293.pdf. Archived from the original (PDF) on 2013-11-03. Retrieved 2011-11-15. {{cite web}}:누락 또는 비어 있음 title=(도움말)
  3. ^ "Bar Scale". Ruhle Companies, Inc. 2015-03-09. Archived from the original on 2020-05-27. Retrieved 2020-05-27.
  4. ^ http://www.maxonmotor.com/downloads/Flyer_EC6_MILE_e_03.09.pdf[데드링크]
  5. ^ "INTACTON FRABA". FRABA, Inc. 2012-04-23. Archived from the original on 2012-04-25. Retrieved 2011-11-02.
  6. ^ "MICSYS - 2D Nano-Resolution Sensor" (PDF). Digital Scale and DRO Systems. Mitutoyo. September 2009. Bulletin No. 1976. Archived from the original (PDF) on 2011-10-13. Retrieved 2011-11-15.
  7. ^ . Wenzel CMM https://web.archive.org/web/20090328005056/http://www.wenzel-cmm.co.uk/Industries.asp?SE=9. Archived from the original on 2009-03-28. Retrieved 2009-10-28. {{cite web}}:누락 또는 비어 있음 title=(도움말)
  8. ^ https://web.archive.org/web/20091010200211/http://global.oce.com/products/productionprinting/digitalpresses/color/default.aspx. Archived from the original on 2009-10-10. Retrieved 2009-10-29. {{cite web}}:누락 또는 비어 있음 title=(도움말)
  9. ^ "BiSS Interface".

추가 정보

  • Nyce, David S. (2003). Linear Position Sensors: Theory and Application. New Jersey, USA: John Wiley & Sons Inc.
  • Hans, Walcher (1994). Position Sensing: Angle and Distance Measurement for Engineers. Butterworth-Heinemann.