엔코더의 종류

엔코더는 정보를 한 형식이나 코드에서 다른 형식이나 코드로 변환하는 장치로, 일반적으로 물리적 동작이나 위치를 디지털 신호로 변환합니다. 이 프로세스는 다양한 기술 응용 분야에서 표준화, 속도 및 압축에 필수적입니다. 엔코더는 기계적 움직임을 판독 가능한 전자 데이터로 변환하는 데 필수적이며, 이는 시스템의 정밀한 제어 및 자동화에 매우 중요합니다.

 

엔코더는 산업용 기계에서 소비자 전자 제품에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 정밀도와 제어를 보장합니다. 이러한 정밀도는 조립 라인 및 수술 로봇과 같이 높은 정확도가 필요한 작업에 매우 중요합니다. 소비자 가전에서 엔코더는 마우스 및 키보드와 같은 장치에서 볼 수 있으며, 사용자 작업을 컴퓨터가 처리할 수 있는 디지털 신호로 변환하여 사용자 경험과 상호 작용을 향상시킵니다.

 

1. 엔코더란?

엔코더는 주로 호환성 및 처리 효율성을 위해 데이터를 한 형식에서 다른 형식으로 변환하는 장치입니다. 디지털 전자 장치에서 데이터 통신 시스템에 이르기까지 다양한 기술 분야에서 중요한 역할을 합니다.

 

 

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자동화 및 모션 제어 시스템에서 엔코더는 물리적 움직임을 사용 가능한 전기 신호로 변환하는 눈 역할을 합니다. 그들은 본질적으로 회전 또는 선형 변위와 같은 기계적 움직임을 전기 신호로 변환하는 변환기입니다.  그런 다음 제어 시스템에서 이 신호를 해석하여 다음을 포함하여 움직임에 대한 중요한 정보를 결정할 수 있습니다.

 

• 위치: 엔코더는 샤프트, 축 또는 기타 움직이는 구성 요소의 현재 위치를 정확하게 측정합니다.
• 속도: 엔코더의 출력 신호 변화율을 분석하여 제어 시스템은 이동 속도를 결정할 수 있습니다.
• 방향: 출력은 또한 로터리 엔코더의 경우 움직임이 시계 방향 또는 시계 반대 방향인지, 리니어 엔코더의 경우 앞뒤로 움직이는지를 나타냅니다.

 

엔코더의 주요 구성 요소는 엔코더의 유형과 기능에 따라 다르지만 일반적으로 세 가지 주요 범주로 나뉩니다.

• 감지 요소: 이것은 물리적 움직임을 감지하고 전기 신호로 변환하는 구성 요소입니다.
• 신호 변환기: 이것은 감지된 움직임을 물리적으로 전기 신호로 변환하는 요소입니다.
• 출력 인터페이스: 이 회로는 센서의 원시 신호를 처리하여 제어 시스템에 전달합니다.

 

엔코더의 기술 사양은 다음과 같습니다.

• 해상도: 엔코더가 감지할 수 있는 가장 작은 움직임으로, 일반적으로 로터리 엔코더의 경우 회전당 카운트(CPR) 또는 리니어 엔코더의 경우 인치당 카운트(CPI)로 측정됩니다. 
• 정밀: 측정된 위치가 실제 위치와 일치하는 정도입니다.
• 신호 유형: 엔코더는 디지털 펄스, 아날로그 신호 또는 직렬 데이터와 같은 다양한 신호 유형을 출력할 수 있습니다. 일반적으로 SSI(Synchronous Serial Interface)를 사용하여 위치 데이터를 제어 장치로 전송합니다.

엔코더는 물리적 움직임을 읽을 수 있는 형식으로 변환하는 원리에 따라 작동합니다. 예를 들어, 로터리 엔코더에서 샤프트의 회전은 감지 요소에 의해 감지되어 해당 전기 신호를 생성합니다. 이 신호는 제어 시스템에서 해석할 수 있는 디지털 형식으로 처리 및 변환되어 기계적 움직임을 정밀하게 모니터링하고 제어할 수 있습니다. 커넥터는 엔코더와 제어 장치 사이의 전기 신호를 전송하는 데 사용되며, 커플링은 엔코더를 기계의 충격과 진동으로부터 격리합니다.

 

엔코더 응용 분야는 산업 자동화, 로봇 공학, CNC 기계, 심지어 마우스 및 조이스틱과 같은 컴퓨터 주변 장치까지 포괄하는 광범위합니다. 이들의 역할은 다양한 영역에서 정밀한 제어와 정확한 측정을 보장하는 데 가장 중요합니다.

 

 

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2. 엔코더의 종류

엔코더는 다양한 유형으로 제공되며, 각 유형은 특정 응용 분야와 환경에 적합합니다. 이러한 유형 간의 차이점을 이해하는 것은 주어진 작업에 적합한 엔코더를 선택하는 데 중요합니다. 다양한 유형의 엔코더에는 회전식, 선형, 광학 및 자기 엔코더가 포함됩니다.

 

1) 로터리 엔코더

샤프트 엔코더라고도 하는 로터리 엔코더는 물체의 회전 위치 또는 각도 이동을 측정하도록 설계되었습니다. 일반적으로 모터 피드백, 로봇 공학 및 산업 자동화와 같은 응용 분야에 사용됩니다.

 

 

 

로터리 엔코더는 인크리멘탈 엔코더와 앱솔루트 엔코더로 더 분류할 수 있습니다. 인크리멘탈 엔코더는 샤프트가 회전할 때 일련의 펄스를 생성하여 상대적인 각도 위치 정보를 제공하는 반면, 앱솔루트 엔코더는 각 샤프트 위치에 대해 고유한 위치 값을 제공하여 정밀하고 반복 가능한 측정을 보장합니다. 

 

 

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2) 리니어 엔코더

리니어 엔코더는 직선 경로를 따라 위치를 측정하므로 정밀한 리니어 모션 제어가 필요한 어플리케이션에 이상적입니다. CNC 기계, 정밀 측정기 및 자동 조립 라인에 자주 사용됩니다.

 

 

리니어 엔코더는 사용되는 감지 기술에 따라 광학 또는 자기식일 수 있습니다. 광학 리니어 엔코더는 높은 해상도와 정확도를 제공하며, 마그네틱 리니어 엔코더는 혹독한 환경에서 견고하게 사용할 수 있는 것으로 잘 알려져 있습니다.

 

 

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3) 옵티컬 엔코더

광학 엔코더는 빛을 사용하여 위치 변화를 감지하여 높은 해상도와 정확도를 제공합니다. 반도체 제조 및 실험실 장비와 같이 정밀한 측정이 필요한 응용 분야에 이상적입니다.

 

 

 

광학 엔코더는 용도에 따라 회전식 또는 선형형일 수 있습니다. 빛을 사용하면 움직임을 매우 미세하게 감지할 수 있어 정밀도가 가장 중요한 환경에 적합한 광학 엔코더입니다.

 

 

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4) 마그네틱 엔코더

마그네틱 엔코더는 자기장을 사용하여 위치를 결정하므로 견고하고 먼지, 오물 및 습기가 있는 열악한 환경에서 작동할 수 있습니다. 그들은 일반적으로 자동차 응용 프로그램, 중장비 및 실외 장비에 사용됩니다.

 

 

 

마그네틱 엔코더는 회전식 또는 선형일 수 있으며 까다로운 조건에서도 내구성과 신뢰성으로 평가됩니다. 이러한 주요 유형 간의 간략한 차이점은 다음과 같습니다.

 

엔코더 타입	해상도	정밀	전형적인 신청	신호 출력	환경적 적합성
로터리	높음 (최대 10,000CPR)	높다	모터 피드백, 로봇 공학, 자동화	디지털 펄스, 아날로그	통제된 실내 환경
리니어	높음 (최대 1μm)	높다	CNC 기계, 정밀 기기	디지털 펄스, 아날로그	통제된 실내 환경
광학	매우 높음 (최대 20,000CPR)	매우 높음	반도체 제조, 실험실 장비	디지털 펄스, 아날로그	깨끗하고 통제된 환경
마그네틱	중등도 (최대 1,024 CPR)	보통에서 높음	자동차, 중장비, 실외 장비	디지털 펄스, 아날로그	혹독한 실외 환경

 

 

각 유형의 엔코더에는 고유한 장점이 있으며 응용 분야의 특정 요구 사항에 따라 선택됩니다. 예를 들어, 광학 엔코더는 깨끗한 환경에서 높은 정밀도를 제공하는 반면, 자기 엔코더는 혹독한 조건에서의 내구성을 위해 선택됩니다. ISO 표준은 엔코더의 기계적 치수, 전기적 특성 및 환경 등급을 지정합니다. 이러한 차이점을 이해하면 특정 사용 사례에 대한 엔코더를 선택할 때 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

 

 

 

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3. 엔코더 사용 시 고려사항

다음은 엔코더를 사용할 때 발생하는 몇 가지 일반적인 문제입니다.

1) 환경적 요인

• 극한 온도: 엔코더는 극한의 온도에 민감할 수 있으며, 이는 정확도에 영향을 미치거나 오작동을 일으킬 수 있습니다. 이는 온도 변동이 광원과 센서 성능에 영향을 미칠 수 있는 광학 엔코더의 경우 특히 그렇습니다.
• 오염: 먼지, 오물, 오일 및 기타 오염 물질은 엔코더, 특히 감지 요소가 노출된 엔코더의 작동을 방해할 수 있습니다. 이로 인해 신호 오류가 발생하고 정확도가 떨어질 수 있습니다.
• 진동 및 충격: 과도한 진동이나 충격은 엔코더의 내부 구성 요소를 손상시키거나 신호 전송을 방해하여 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하는 능력을 손상시킬 수 있습니다.

 

2) 신호 무결성 문제

• 전기적 노이즈 : 모터, 전원 공급 장치 또는 기타 장치의 전기 노이즈는 엔코더의 신호를 방해하여 데이터 오류 및 불일치를 유발할 수 있습니다. 적절한 접지 및 차폐 기술은 이 문제를 완화하는 데 매우 중요합니다.
• 케이블 문제: 케이블이 손상되거나 느슨하면 신호 저하가 발생하거나 엔코더와의 통신이 완전히 끊어질 수 있습니다. 신중한 케이블 선택, 설치 및 유지 관리가 필수적입니다.

 

3) 분해능 및 정확도 제한

• 올바른 해상도 선택: 분해능이 충분하지 않은 엔코더를 선택하면 세부 정보가 누락되거나 측정값이 부정확해질 수 있습니다. 응용 분야에서 필요한 세부 수준을 이해하는 것은 최적의 엔코더를 선택하는 데 매우 중요합니다.
• 교정 및 유지 보수: 엔코더는 시간이 지나도 정확도를 유지하기 위해 주기적인 보정이 필요할 수 있습니다. 엔코더 구성품의 마모는 성능에 영향을 미쳐 유지 보수 또는 교체가 필요할 수 있습니다.

 

4) 비용 고려 사항

고분해능 엔코더는 저분해능 엔코더보다 훨씬 더 비쌀 수 있습니다. 특정 응용 분야에 대한 비용과 성능 간의 적절한 균형을 찾는 것이 중요합니다.

이러한 일반적인 문제를 이해하고 어플리케이션 요구 사항을 신중하게 고려하면 적절한 엔코더를 선택하고 효과적으로 구현하여 시스템에서 안정적이고 정확한 모션 제어를 달성할 수 있습니다.