Encoder(엔코더)의 종류와 출력방식

◆ 증가형(Incremental Type)
    위치(변위)를 펄스 수로 나타냄
    위치나 각도의 증가량 또는 증가량과 증가방향을 알 수 있음
       • 속도 감지에 주로 쓰임
       • 활용 분야: 라디오 볼륨 조절,  온도 조절 Knob 등  

▶  증가형 엔코더의 구조
발광소자(LED)와 수광소자(포토다이오드, 포토트랜지스터)사이에는 회전하는 코드 원판 (code disk)이 있다.

회전 원판은 금속, 플라스틱 또는 유리로 만들어지며, 원판에는 빛이 통과할 수 있는 슬롯(slot) 또는 섹터(sector)가 형성된다.

플라스틱 원판의 직경은 분해능(펄스 수/1회전; 디스크에 있는 슬롯 수에 대응됨)에 따라 40mm(2080), 50mm(5000), 90mm(10,000) 등이 있다.

유리 원판은 더 높은 분해능이나 높은 주파수(300kHz)에 사용된다.

회전원판에는 위상이 90°만큼 서로 다른 2상의 슬롯 A, B와 회전의 원점을 결정하기 위한 제로 마커(zero marker) 슬롯 Z가 있다.  

LED가 빛을 발하고 있는 상태에서 디스크가 회전하면 수광부에서는 빛을 받았다 못 받았다 하는 식으로 펄스 신호가 만들어지며, 이 펄스를 측정하여 각도의 증분, 방향 또는 기준점 대비 절대 각도를 측정.
 

A와 B상의 펄스를 이용하여 각도의 증분과 방향을 측정하며, 한바퀴에 한번만 감지되는 Z상의 펄스를 이용하여 기준점(0점)을 인식할 수 있음.  그러므로 기준위치를 임의로 선택할 수 있고, 회전량을 무한히 계측 가능하다.

회전변위에 대한 각 상의 출력전압은 펄스로 나타나며, A상과 B상의 위상차로부터 축의 정회전 (시계 방향)과 역회전(반시계 방향)을 판별할 수 있다.

A상: 1바퀴에 100개의 구멍이 나있는 패턴을 사용한다고 했을 때, 펄스가 1번 발생하면 3.6°증가 원판이 시계방향으로 회전하면 B상 상승시점에서 A상은 “1” (즉 A상은 진상, B상은 지상)로 되고, 반대로 반시계 방향으로 회전하면 B상 상승시점에서 A는 “0” (즉 A상은 지상, B상은 진상)으로 되어 회전방향을 결정할 수 있다.
 

Z상은 1회전에 1개의 원점신호를 발생시키고, 주로 카운터의 리셋 또는 기계적 원점 위치 검출에 이용된다.

증가형 인코더는 동작 중 정전이 되면 현재 위치를 알 수 없다.

 

◆ 절대치형 (absolute­ type)
  : 위치(변위)를 절대 값으로 나타냄

   - 위치나 각도의 절대값을 알 수 있는 엔코더
   - 정확한 위치나 각도 제어에 주로 쓰임
   - 활용 분야: 로봇 팔 위치 제어 등

절대치형 엔코더는 회전 원판에 슬롯을 2진 부호로 만들어회전각도에 따라 2진 코드가 출력되도록 하여, 절대위치를 상시 검출 가능하도록 한 것이다.

절대치형 로터리 엔코더에 사용되는 코드

순 2진코드(natural binary or pure binary code)

그레이 코드(Gray code)

◆ 증가형과 절대치형 엔코더의 특징 및 장단점 요약.

    ① 증가형 :  속도화 이동량을 검출

                      원점으로 부터의 이동량은 검출 불가

                      정전 후의 원점복귀 필요

                      구조가 비교적 간단

                      비교적 저가

    ② 절대치형 : 속도화 이동량을 검출

                         1회전내의 각도 데이터를 검출

                         원점에서의 이동량은 검출

                         정전 후의 원점복귀 불필요

                         구조가 비교적 복잡

                         고가


◆ 응용분야
엔코더는 산업적으로 널리 사용되고 있다. 가장 흔한 로터리 엔코더 응용분야는 모터 피드백(motor feedback)이다. 여기서 엔코더는 모터에 직접 접속되거나 측정 휠을 통해서 간접적으로 접속되고, 모터의 속도나 위치를 측정한다.

생산 라인의 컨베어 벨트로부터 크레인에 이르기까지 위치가 모니터 된다.