로터리 인코더
Rotary encoder
샤프트 인코더라고도 불리는 로터리 인코더는 샤프트 또는 액슬의 각도 위치 또는 움직임을 아날로그 또는 디지털 출력 [1]신호로 변환하는 전자 기계 장치입니다.
로터리 인코더에는 absolute와 incremental 두 가지 주요 유형이 있습니다.절대 인코더의 출력은 현재 축 위치를 나타내므로 각도 변환기가 됩니다.증분 인코더의 출력은 샤프트의 움직임에 대한 정보를 제공하며, 일반적으로 샤프트는 위치, 속도 및 거리와 같은 정보로 처리됩니다.
로터리 인코더는 산업용 제어, 로봇 공학, 사진 렌즈,[2] 광학 기계식 마우스 및 트랙볼과 같은 컴퓨터 입력 장치, 제어된 응력 레오미터 및 회전 레이더 플랫폼을 포함하여 기계 시스템의 모니터링 또는 제어 또는 양쪽 모두를 필요로 하는 광범위한 애플리케이션에 사용됩니다.
테크놀로지
- 기계:전도성 인코더라고도 합니다.PCB에 식각된 일련의 주변 구리 트랙을 사용하여 도전 영역을 감지하는 접점 브러시를 통해 정보를 부호화한다.기계식 인코더는 경제적이지만 기계적 마모에 취약합니다.디지털 [3]멀티미터와 같은 휴먼 인터페이스에서는 일반적입니다.
- 옵티컬(광학식) :이것은 금속이나 유리 디스크의 틈을 통해 포토다이오드를 비추는 빛을 사용합니다.반사 버전도 존재합니다.이것은 가장 일반적인 기술 중 하나입니다.광인코더는 먼지에 매우 민감합니다.
- 축 자기:이 기술은 일반적으로 모터 샤프트에 부착된 특수 자화된 2극 네오디뮴 자석을 사용합니다.샤프트 끝에 고정할 수 있기 때문에 샤프트가 1개밖에 없는 모터에서도 동작할 수 있습니다.정확도는 몇 도에서 1 도 미만까지 다양합니다.분해능은 최저 1도 또는 최고 0.09도(4000 CPR,[4] 회전당 카운트)일 수 있습니다.내부 보간 설계가 부적절하면 출력 지터가 발생할 수 있지만 내부 샘플 평균화를 통해 이를 극복할 수 있습니다.
- 축외 자기:이 기술은 일반적으로 금속 허브에 부착된 고무 접착 페라이트 자석을 사용합니다.따라서 설계의 유연성과 커스텀 어플리케이션의 저비용이 실현됩니다.많은 오프축 인코더 칩에는 유연성이 있기 때문에 임의의 수의 폴폭을 수용하도록 프로그래밍할 수 있으므로 칩을 용도에 필요한 위치에 배치할 수 있습니다.자기 인코더는 광 인코더가 작동하지 않는 가혹한 환경에서 작동합니다.
기본형
절대
절대 인코더는 인코더에서 전원이 차단될 [5]때 위치 정보를 유지합니다.인코더의 위치는 전원을 공급하면 바로 사용할 수 있습니다.인코더 값과 제어된 기계의 물리적 위치 사이의 관계는 조립 시 설정됩니다. 위치 정확도를 유지하기 위해 시스템이 보정 포인트로 돌아갈 필요가 없습니다.
절대 인코더는 1회전 내의 인코더의 절대위치를 나타내는 데이터 워드를 제공하는 다양한 바이너리 웨이트를 가진 복수의 코드링을 가진다.이런 유형의 인코더는 병렬 절대 [6]인코더라고 불립니다.
다회전 절대회전 인코더는 추가 코드휠 및 톱니바퀴를 포함한다.고해상도 휠은 분수 회전을 측정하고, 저해상도 기어드 코드 휠은 [7]샤프트의 전체 회전수를 기록한다.
증분
증분 인코더는 위치 변경을 즉시 보고합니다.이것은 일부 어플리케이션에서 필수적인 기능입니다.그러나 절대 위치를 보고하거나 추적하지는 않습니다.그 결과, 절대 위치 측정을 초기화하기 위해 증분 인코더에 의해 감시되는 기계 시스템을 호밍(고정 기준점으로 이동)해야 할 수 있다.
Absolute
절대 로터리 인코더
건설
디지털 절대 인코더는 샤프트의 각 각도마다 고유한 디지털 코드를 생성합니다.그것들은 두 가지 기본적인 유형으로 나온다: 광학식과 기계식이다.
기계적 절대 인코더
한 쌍의 개구부 동심원링을 포함한 금속디스크를 절연디스크에 고정하고, 절연디스크는 축에 견고하게 고정한다.각 접점이 축으로부터 다른 거리에 있는 금속 디스크에 대해 와이퍼 작동하도록 슬라이드 접점의 열을 고정하는 고정물체에 고정한다.디스크가 샤프트와 함께 회전하면서 일부 접점은 금속에 닿고 다른 접점은 금속이 잘려나간 틈새에 떨어집니다.금속 시트는 전류원에 연결되고 각 접점은 별도의 전기 센서에 연결됩니다.금속 패턴은 차축의 각 가능한 위치에 일부 접점이 전류 소스에 연결되고(즉, 전원이 켜짐) 다른 접점이 연결되지 않는(즉, 꺼짐) 고유한 이진 코드가 생성되도록 설계되었습니다.
브러시 타입의 접점은 마모되기 쉽기 때문에 기계식 인코더는 일반적으로 수동 음량이나 라디오 수신기의 튜닝 제어와 같은 저속 애플리케이션에서 볼 수 있습니다.
광절대 인코더
옵티컬 인코더 디스크는 투명하고 불투명한 영역이 있는 유리 또는 플라스틱으로 제작됩니다.광원 및 광검출기 어레이는 [8]디스크 위치에서 발생하는 광학 패턴을 언제든지 읽어낸다.회색 코드가 자주 사용됩니다.이 코드는 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러와 같은 제어장치에 의해 판독되어 샤프트의 각도를 결정할 수 있습니다.
절대 아날로그 유형은 샤프트의 절대 각도로 변환할 수 있는 고유한 이중 아날로그 코드를 생성합니다.
자기 절대 인코더
자기 인코더는 일련의 자극(2개 이상)을 사용하여 자기 센서(일반적으로 자기 저항 또는 홀 효과)에 대한 인코더 위치를 나타냅니다.자기 센서는 자기 극의 위치를 읽습니다.
이 코드는 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러 등의 제어장치에 의해 판독되어 광인코더와 마찬가지로 샤프트의 각도를 결정할 수 있습니다.
절대 아날로그 유형은 특수한 알고리즘을[citation needed] 사용하여 샤프트의 절대 각도로 변환할 수 있는 고유한 이중 아날로그 코드를 생성합니다.
자기 효과를 기록하는 특성으로 인해 이러한 인코더는 먼지나 파편 축적으로 인해 다른 유형의 인코더가 고장날 수 있는 조건에서 사용하기에 최적일 수 있습니다.자기 인코더는 진동, 경미한 정렬 불량 또는 충격에도 비교적 민감하지 않습니다.
- 브러시리스 모터 정류
내장 로터리 인코더는 영구 자석 브러시리스 모터의 모터 샤프트 각도를 나타내기 위해 사용되며, CNC 기계, 로봇 및 기타 산업 기기에 일반적으로 사용됩니다.이 경우 인코더는 기기의 적절한 동작에 중요한 역할을 하는 피드백 디바이스로서 기능합니다.브러시리스 모터에는 전자 정전이 필요하며, 이는 종종 로터 자석을 저해상도 절대 인코더(일반적으로 회전당 6 또는 12개의 펄스)로 사용하여 부분적으로 구현됩니다.결과 축 각도 정보는 서보 드라이브로 전달되어 언제든지 적절한 스테이터 권선에 전원을 공급할 수 있습니다.
커패시티브 절대 인코더
비대칭 형상의 디스크가 인코더 내에서 회전한다.이 디스크는 측정 및 계산할 수 있는 두 전극 사이의 캐패시턴스를 각도 [9]값으로 변경합니다.
절대 멀티턴 인코더
멀티턴 인코더는, 복수의 회전을 검출해 보존할 수 있습니다.absolute multi-turn encoder라는 용어는 일반적으로 인코더에 외부 전원이 공급되지 않더라도 인코더가 샤프트의 움직임을 감지하는 경우에 사용됩니다.
배터리 구동 멀티턴 인코더
이 유형의 인코더는 배터리를 사용하여 전원을 껐다 켜도 카운트를 유지합니다.에너지 절약형 전기 설계를 사용하여 움직임을 감지합니다.
기어드 멀티턴 인코더
이 인코더는 일련의 기어를 사용하여 기계적으로 회전수를 저장합니다.단일 기어의 위치는 위의 기술 [10]중 하나로 감지됩니다.
셀프 파워 멀티 턴 인코더
이러한 인코더는 에너지 수집 원리를 사용하여 이동축에서 에너지를 생성합니다.2007년에 [11]도입된 이 원리는 Wiegand 센서를 사용하여 인코더에 전력을 공급하고 회전수를 비휘발성 메모리에 [12]쓰기에 충분한 전력을 생산합니다.
축 위치를 인코딩하는 방법
표준 바이너리 부호화
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다음으로 3개의 연락처만 있는 극히 단순한 인코더에서의 바이너리 코드의 예를 나타냅니다.
| 섹터 | 연락처 1 | 연락처 2 | 연락처 3 | 각 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 쉬는 | 쉬는 | 쉬는 | 0~45° |
| 1 | 쉬는 | 쉬는 | 온 | 45°~90° |
| 2 | 쉬는 | 온 | 쉬는 | 90~135° |
| 3 | 쉬는 | 온 | 온 | 135°~180° |
| 4 | 온 | 쉬는 | 쉬는 | 180~225° |
| 5 | 온 | 쉬는 | 온 | 225~270° |
| 6 | 온 | 온 | 쉬는 | 270°~315° |
| 7 | 온 | 온 | 온 | 315°~360° |
일반적으로 접점이 n개일 경우 샤프트의 고유 위치 수는n 2개입니다.이 예에서는 n은 3이므로 2' 또는 8개의 위치가 있습니다.
위의 예에서는 디스크가 회전할 때 접점이 표준 바이너리 카운트를 생성합니다.단, 인접한 2개의 섹터 사이에서 디스크가 정지하거나 접점이 완전히 정렬되지 않으면 샤프트의 각도를 판단할 수 없다는 단점이 있습니다.이 문제를 설명하기 위해 샤프트 각도가 179.9°에서 180.1°(섹터 3에서 섹터 4로)로 변경되면 어떻게 되는지 생각해 보십시오.위의 표에 따르면 어느 순간 접촉 패턴이 오프온에서 오프오프로 바뀐다.하지만 실제로는 그렇지 않다.실용적인 장치에서는 접점이 완전히 정렬되지 않기 때문에 각각의 전환은 다른 순간에 이루어집니다.예를 들어 접점 1이 먼저 전환되고 접점 3이 전환된 후 접점 2가 전환되는 경우 실제 코드 시퀀스는 다음과 같습니다.
- 오프 온 온(시작 위치)
- on-on-on(먼저 스위치1에 접속)
- on-off(다음에는 3개의 스위치를 OFF로 합니다.
- 온오프(접점2 스위치 오프)
이제 표의 이러한 코드에 해당하는 섹터를 살펴봅니다.순서대로 3, 7, 6, 그리고 4입니다.생성된 일련의 코드로 볼 때 샤프트는 섹터 3에서 섹터 7로 이동한 후 섹터 6으로 되돌아가서 섹터 4로 되돌아가고 있습니다. 여기서 찾을 수 있을 것으로 예상했습니다.대부분의 경우 이 동작은 바람직하지 않으며 시스템 장애의 원인이 될 수 있습니다.예를 들어 인코더가 로봇 암에 사용된 경우 컨트롤러는 암이 잘못된 위치에 있다고 판단하고 180° 회전시켜 오류를 수정하려고 시도합니다. 이로 인해 암이 손상될 수 있습니다.
그레이 부호화
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위의 문제를 피하기 위해 그레이 코딩이 사용됩니다.이것은 2개의 인접 코드가 1비트 위치만 다른 바이너리 카운트 시스템입니다.위의 3가지 컨택의 예에서는 그레이 코딩 버전은 다음과 같습니다.
| 섹터 | 연락처 1 | 연락처 2 | 연락처 3 | 각 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 쉬는 | 쉬는 | 쉬는 | 0~45° |
| 1 | 쉬는 | 쉬는 | 온 | 45°~90° |
| 2 | 쉬는 | 온 | 온 | 90~135° |
| 3 | 쉬는 | 온 | 쉬는 | 135°~180° |
| 4 | 온 | 온 | 쉬는 | 180~225° |
| 5 | 온 | 온 | 온 | 225~270° |
| 6 | 온 | 쉬는 | 온 | 270°~315° |
| 7 | 온 | 쉬는 | 쉬는 | 315°~360° |
이 예에서 섹터3에서 섹터4로의 이행은 다른 모든 이행과 마찬가지로 컨택의 1개만 on에서 off로 또는 그 반대로 상태가 변경됩니다.즉, 이전 그림에 표시된 잘못된 코드 시퀀스가 발생할 수 없습니다.
싱글 트랙 그레이 부호화
설계자가 접점을 다른 각도 위치(단, 중심축에서 같은 거리)로 이동하면 해당 "링 패턴"을 동일한 각도로 회전시켜 동일한 출력을 제공해야 합니다.최상위 비트(그림1의 내부 링)가 충분히 회전하면 다음 링 출력과 정확하게 일치합니다.양쪽 링이 동일하므로 내부 링을 생략하고 해당 링의 센서를 나머지 동일한 링으로 이동할 수 있습니다(단, 해당 링의 다른 센서에서 오프셋).1개의 링 위에 있는 이 2개의 센서는 1개의 링을 가진 직교 인코더를 만듭니다.
단일 트랙(링) 주위에 여러 센서를 배치하여 단일 센서에서만 연속된 위치가 다르도록 할 수 있습니다. 그 결과 단일 트랙 회색 코드 인코더가 생성됩니다.
데이터 출력 방식
장치 및 제조업체에 따라 절대 인코더는 병렬 바이너리, 아날로그 신호(전류 또는 전압), 직렬 버스 시스템(SSI, BiSS, Heidenhain EnDat, Sick-Stegmann Hiperface, DeviceNet, Modbus, Profibus, EtherCAT 등)을 포함한 여러 신호 유형과 통신 프로토콜을 사용하여 데이터를 전송할 수 있습니다.에서는 일반적으로 이더넷 또는 RS-422/RS-485 물리 레이어를 채용하고 있습니다.
증분 인코더
로터리 증분 인코더는 실시간 위치 정보를 제공할 수 있기 때문에 모든 로터리 인코더 중에서 가장 널리 사용됩니다.증분 인코더의 측정 분해능은 2개의 내부 증분 이동 센서에 의해 제한되지 않습니다. 시장 증분 인코더는 회전당 최대 10,000카운트 이상입니다.
회전식 증분 인코더는 지시 없이 위치 변경을 보고하며, 이 정보를 대부분의 절대축 인코더 유형보다 훨씬 빠른 데이터 속도로 전달합니다.따라서 증분 인코더는 위치 및 속도의 정확한 측정이 필요한 애플리케이션에서 일반적으로 사용됩니다.
회전식 증분 인코더는 기계식, 광학식 또는 자기식 센서를 사용하여 회전 위치 변화를 검출할 수 있다.기계 유형은 일반적으로 전자 장비의 수동 작동식 "디지털 전위차계" 컨트롤로 사용됩니다.예를 들어, 현대의 가정용 및 자동차용 스테레오에서는 일반적으로 기계식 로터리 인코더를 볼륨 컨트롤로 사용합니다.기계식 센서가 장착된 인코더는 스위치 디버깅이 필요하므로 처리할 수 있는 회전 속도가 제한됩니다.옵티컬 타입은, 고속이거나 정밀도가 높은 경우에 사용합니다.
로터리 인크리멘털 인코더는 인코더 샤프트가 회전할 때 직교에서 주기적인 디지털 파형을 발행하는 2개의 출력 신호 A 및 B를 가진다.이는 사인파 파형을 직교(즉, 사인파 및 [13]코사인파)로 출력하는 사인파 인코더와 유사하므로 인코더와 리졸버의 특성을 결합합니다.파형 주파수는 축 회전 속도를 나타내며 펄스 수는 이동 거리를 나타내며, A-B 위상 관계는 회전 방향을 나타냅니다.
일부 회전식 증분 인코더에는 샤프트가 특정 각도를 통과할 때 펄스를 방출하는 추가 "인덱스" 출력(일반적으로 Z 레이블)이 있습니다.회전할 때마다 Z 신호는 다음 AB 상태가 변경될 때까지 항상 동일한 각도로 어설션됩니다.이것은 인코더 샤프트가 특정 기준 각도에 위치할 때 기록 신호가 필요한 레이더 시스템 및 기타 애플리케이션에서 일반적으로 사용됩니다.
절대 인코더와 달리 증분 인코더는 접속되어 있는 기계 시스템의 절대 위치를 추적하지 않습니다.따라서 특정 시점에서 절대 위치를 결정하기 위해서는 일반적으로 양방향 전자 카운터를 포함하는 증분 인코더 인터페이스를 사용하여 절대 위치를 "추적"할 필요가 있다.
기계식 컴퓨터 마우스에는 저렴한 증분 인코더가 사용됩니다.통상, 2개의 인코더가 사용됩니다.하나는 왼쪽-오른쪽 움직임을 감지하기 위한 것이고 다른 하나는 앞쪽-뒤쪽으로의 움직임을 감지하기 위한 것입니다.
기타 펄스 출력 로터리 인코더
단일 출력의 로터리 인코더(즉, 회전 속도계)는 이동 방향을 감지하는 데 사용할 수 없지만 이동 방향이 일정할 때 속도 측정 및 위치 측정에 적합합니다.특정 용도에서는 이동 거리(예: 이동 피트)를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
「 」를 참조해 주세요.
- 유사한 기능을 수행하는 아날로그 디바이스는 싱크로, 레졸바, 회전변동차동변압기(RVDT) 및 회전전위차계를 포함한다.
- 리니어 인코더는 로터리 인코더와 비슷하지만 회전이 아닌 직선으로 위치 또는 움직임을 측정합니다.리니어 인코더는 증분 부호화를 사용하는 경우가 많아 많은 공작기계에서 사용됩니다.
- 회전 스위치
레퍼런스
- ^ Murray, Mike (15 December 2019). "How Rotary Encoders Work". The Geek Pub. Retrieved 3 September 2019.
- ^ "New - Rotary Encoder". Archived from the original on 2013-10-05. 캐논 비디오 카메라 렌즈, 줌 및 조리개 제어에 사용
- ^ "A Designer's Guide to Encoders". digikey.com. 19 April 2012. Retrieved 23 November 2019.
- ^ "MassMind Magnetic High Speed Non-Contact Quadrature Encoder V2". MassMind.org. 10 January 2018. Retrieved 12 July 2019.
- ^ 아이텔, 엘리자베스로터리 인코더의 기본: 머신 디자인 매거진(Machine Design Magazine), 2014년 5월 7일 개요 및 신기술.접속일 : 2014년 6월 30일
- ^ TI-5000EX 시리얼/인크리멘털 인코더 테스트 시스템 사용자[permanent dead link] 매뉴얼, Mitchell Electronics, Inc.
- ^ G. K. McMillan, D.M. Conceptine (ed.) Process Instruments and Controls Handbook 제5판, McGraw Hill 1999, ISBN 978-07-012582-7, 5.26페이지
- ^ "encoders" (PDF). p. 12. Retrieved 20 February 2013.
- ^ "Capacitive Absolute Encoder" (PDF). Camille Bauer. Retrieved 20 February 2013.
- ^ Robert, Repas. "Multi-turn absolute encoders". machinedesign.com. Retrieved 20 February 2013.[영구 데드링크]
- ^ "New technology yields encoder that never forgets". journal. www.motioncontrol.co.za. 2007. Retrieved 20 February 2013.
- ^ "White Paper Magnetic Encoder" (pdf). FRABA Inc. p. 3. Retrieved 13 February 2013.
- ^ Collins, Danielle. "What is a sine encoder (aka sine-cosine encoder)?". Design World. Retrieved 19 August 2020.
추가 정보
- Winder, C. Farrell (October 1959). "Shaft Angle Encoders Afford High Accuracy" (PDF). Electronic Industries. Chilton Company. 18 (10): 76–80. Retrieved 2018-01-14.
- Military Handbook: Encoders - Shaft Angle To Digital (PDF). United States Department of Defense. 1991-09-30. MIL-HDBK-231A. Archived (PDF) from the original on 2020-07-25. Retrieved 2020-07-25. (NB. MIL-HDBK-231(AS)(1970-07-01)을 대체합니다.)
외부 링크
- Steve Trahey 2008-03-25의 "Choose a code wheel: encoder의 구조를 자세히 살펴봅니다." 기사에서는 "로터리 인코더"에 대해 설명합니다.
- Jack Gansle 2005-07-19의 "인코더는 장소감을 제공한다" 기사는 "비선형 인코더"를 묘사하고 있다.
- '로봇 인코더'
- PWM 및 직교 부호화 입문 튜토리얼
- Revotics - Quadrature Encoding 이해 - 로보틱 응용 프로그램을 중심으로 회전 및 직교 인코딩에 대한 세부 정보를 다룹니다.
- 로터리 인코더 동작 - 비디오에서는 로터리 인코더의 동작과 Arduino 마이크로 컨트롤러에서의 사용 방법에 대해 설명합니다.
