인코더

 

인코더의 역할

 

서보의 본질은 피드백 제어를 하여 지령치와 현재치의 차이를 0이 되게 되도록 제어하는 것이다. 그렇게 하기 위해서는 현재치의 정확한 검출이 필요하다. 인코더는 현재치의 정확한 검출을 담당하며 그 역할을 크게 2가지로 나눌 수 있다.

 

1. 전기각 검출

모터를 회전의 불규칙이 없이 계속해서 회전 시키기 위해서는 로터의 전기적 회전각도 위치를 검출하여 그 위치에 맞는 전류를 흘릴 필요가 있다. 그 위치를 검출하는 역할을 담당한다.

 

2. 기계의 위치와 속도의 검출

이 기계의 위치와 속도를 검출하는 역할을 담당한다. 인코더는 기계의 위치를 회전수와 1회전 내의 위치(기계각)로부터 알 수 있다.

 

* 기계각

문자 그대로 기계적 각도. 즉 모터 1회전을 360도로 한 경우에는 모터 샤프트가 있는 기준점에서 몇도의 위치에 있는지를 나타낸다.

 

* 전기각

모터권선 UVW 각 상에 흐르는 전류값은 모터가 어느 각도 위치에 있는지에 따라 연산에서 구해진다. 그 각도를 전기각이라 한다. 자석  NS극이 1대의 2극 구조인 경우에는 기계각과 전기각은 같지만 NS극이 6대의 12극 구조인 경우에는 기계각 60도가 전기각 360도가 된다.

 

인코더의 원리

 

인코더는 옵티컬 인코더(optical encoder)라고 불리는 광학식 펄스발생기가 대부분이다. 인코드를 PG라고 표기하는 경우도 있는데 이것은  펄스발생기를 의미하는 Pulse Generator에서 나온 것이다.

 

 펄스 신호발생의 원리

 

 

 

위의 사진은 인코더의 원리를 알기 위해 실험을 한 사진이다.  위에는 빛을 발생시키는 투광기가 있고 아래에는 빛을 감지할 수 있는 수광기가 있다. 그래서 투광기에서 발생한 빛이 디스크를 통과하여 수광기에 도착하게 된다. 그런데 디스크는 슬릿이 있어 빛이 통과할 때도 있고 그렇지 않을 때도 있다. 그러므로 빛이 통과할 때와 통과하지 않을 때의 시간 간격이 작을 수록 Disk의 회전판이 빠른 것을 알 수 있다. 그렇다면 회전방향은 어떻게 알 수 있을까? 그 해답은 아래의 그림에 있다.

 

 

 A상은 바깥쪽 슬릿이며 B상은 안쪽 슬릿이다. 두 상의 펄스파를 분석해 보면 시계방향과 반시계방향으로 회전을 하였을 때 펄스파의 차이를 느낄 수 있다.

 

인코더의 종류

 

인코드는 크게 인크리멘털 인코더( incremental ecoder) 와 엡솔루트 인코더(absolute encoder)가 있다. 일반적으로 인코더라고 하면 인크리멘털 인코더를 말한다.

 

1. 인크리멘털 인코더(encremental encoder)

 

인크리멘털 인코더는 전원을 투입하였을 경우 자신이 어떤 위치에 있는 지 알 수 없다. 즉 그 위치에서 움직인 값은 알 수는 있지만 어느 위치에서 시작했는지는 알 수 없다.

 

 

 

2. 엡솔루트 인코더(absolute encoder)

 

산업용 로봇이나 공작기계에서는 전원 투입시 자신이 어느 위치에 있는 지를 정확히 알고 있어야 한다. 이러한 경우에 엡솔루트 인코더가 사용된다.

 

 

 

 

 

위의 그림은 엡솔루트 인코더의 디스크와 그것에 의해 발생되는 펄스파이다. 이 것을 보면 엡솔루트 인코더는 추가 슬릿이 있어 전원 공급시 자신의 위치를 정확히 알 수 있는 것을 알 수 있다.

 

인코더의 분해능(The Resolution of Encoder)

 

분해능(resolution)이란?

 

검출대상을 어느 정도 세밀하게 검출할 수 있는 지의 값을 말한다. 모터의 경우에는 인코더에 구분된 슬릿수로 결정된다.  아래는 슬릿 수에 따른 분해능이다.

 

슬릿 수	2048	16384	32768	32768
분해능	1/8192	1/65536	1/131071	1/1048576*

 

[출처] 인코더(Encoder)|작성자 달팽이