이 문서에서는 엔코더 이론, 엔코더 측정의 기본 사항 및 NI 하드웨어를 사용하는 엔코더 측정 옵션에 대해 설명합니다.
엔코더 및 애플리케이션 개요
엔코더는 동작이나 위치를 측정할 수 있는 전자 기계 장치입니다. 대부분의 엔코더는 광학 센서를 사용하여 펄스 트레인의 형태로 전기 신호를 제공하며, 이는 모션, 방향 또는 위치로 변환 될 수 있습니다.
로터리 엔코더는 샤프트의 회전 운동을 측정하는데 사용됩니다. 그림 1은 LED(Light-Emitting Diode), 디스크 및 디스크 반대쪽에 있는 광 감지기로 구성된 회전식 엔코더의 기본 구성 요소를 보여줍니다. 회전축에 장착된 디스크에는 디스크에 코딩된 불투명하고 투명한 섹터 패턴이 있습니다. 디스크가 회전하면 불투명 부분이 빛을 차단하고 유리가 투명한 곳에서는 빛이 통과 할 수 있습니다. 이것은 구형파 펄스를 생성하여 위치 또는 모션으로 해석할 수 있습니다.
엔코더는 일반적으로 회전당 100~6,000개의 세그먼트를 가지고 있습니다. 즉, 세그먼트가 100개인 엔코더는 3.6도 해상도를 제공하고 6,000개 세그먼트가 있는 엔코더는 0.06도 해상도를 제공할 수 있습니다.
선형 엔코더는 회전하는 디스크 대신 표면을 따라 투명한 슬릿이 있는 고정 된 불투명 스트립이 있고 LED 감지기 어셈블리가 움직이는 몸체에 부착된다는 점을 제외하고는 회전식 엔코더와 동일한 원리로 작동합니다.
그림 1. 광학 엔코더 구성 요소
한 세트의 펄스가 있는 엔코더는 회전 방향을 표시 할 수 없기 때문에 유용하지 않습니다. 90도 위상이 다른 섹터가 있는 두 개의 코드 트랙을 사용하여 (그림 2), 구적 엔코더의 두 출력 채널은 위치와 회전 방향을 모두 나타냅니다. 예를 들어 A가 B를 앞서면 디스크가 시계 방향으로 회전합니다. B가 A를 앞서면 디스크가 시계 반대 방향으로 회전합니다. 따라서 펄스 수와 신호 A와 B의 상대 위상을 모두 모니터링하여 회전 위치와 방향을 모두 추적할 수 있습니다.
그림 2. 구적 엔코더 A 및 B 출력 신호
또한 일부 구적 엔코더에는 회전당 단일 펄스를 제공하는 제로 또는 기준 신호라고 하는 세 번째 출력 채널이 포함되어 있습니다. 이 단일 펄스를 사용하여 기준 위치를 정확하게 결정할 수 있습니다. 대부분의 엔코더에서 이 신호를 Z-터미널 또는 인덱스라고합니다.
지금까지 이 문서는 단일 종단 증분 구적 엔코더에 대해서만 다루었습니다. A 및 B 신호가 모두 접지를 참조하므로 신호당 하나의 와이어 (또는 끝단)가 있으므로 이를 단일 종단이라고 합니다. 일반적으로 사용되는 또 다른 유형의 엔코더는 차동 엔코더로, 각 A 및 B 신호당 두 개의 라인이 있습니다. A 신호의 두 라인은 A'와 A이고, B 신호의 두 라인은 B'와 B입니다. 이 유형의 구성은 모든 네 라인에서 항상 알려진 전압(0V 또는 Vcc)을 공급하기 때문에 푸시 풀이라고도합니다. A가 Vcc이면 A'는 0V이고 A가 0V이면 A'는 Vcc입니다. 단일 종단 엔코더의 경우 A는 Vcc이거나 부동신호입니다. 차동 측정을 수행하면 신호의 무결성을 지킬 수 있기 때문에 차동 엔코더는 전기 노이즈가 많은 환경에서 자주 사용됩니다.
증분 엔코더를 사용하면 속도와 가속도를 결정할 수 있는 위치의 변화만 측정 할 수 있지만 물체의 절대 위치를 결정할 수는 없습니다. 앱솔루드 엔코더라고 하는 세 번째 유형의 엔코더는 물체의 절대 위치를 결정할 수 있습니다. 이 유형의 엔코더는 증분 엔코더와 같이 불투명하고 투명한 세그먼트가 번갈아가며 있지만 앱솔루트 엔코더는 표적이나 다트 보드의 과녁처럼 엔코더 휠에 동심원을 형성하는 여러 세그먼트 그룹을 사용합니다. 동심원은 엔코더 휠의 중앙에서 시작하며 바깥쪽으로 갈 수록 각각 이전 내부 링보다 두 배의 세그먼트 수를 갖습니다. 가장 안쪽의 링인 첫 번째 링에는 하나의 투명 세그먼트와 하나의 불투명 세그먼트가 있습니다. 가운데에서 나오는 두 번째 링에는 두 개의 투명 세그먼트와 두 개의 불투명 세그먼트가 있고 세 번째 링에는 각각 네 개의 세그먼트가 있습니다. 엔코더에 10 개의 링이 있고 가장 바깥쪽에있는 링에는 512 개의 세그먼트가 있고 16 개의 링이있는 경우 가장 바깥쪽에있는 링에는 32,767 개의 세그먼트가 있습니다.
앱솔루트 엔코더의 각 링은 이전 링의 세그먼트 수의 두 배를 갖기 때문에 값은 이진 카운팅 시스템의 숫자를 형성합니다. 이 유형의 엔코더에는 엔코더 휠의 모든 링에 대한 광원과 수신기가 있습니다. 즉, 링이 10 개인 엔코더에는 10 세트의 광원과 수신기가 있고 16 개의 링이있는 엔코더에는 16 개의 광원과 수신기가 있습니다.
앱솔루트 엔코더의 장점은 엔코더 휠이 기계 이동의 전체 길이 동안 1번 회전할 수 있도록 감속할 수 있다는 것입니다. 기계 이동 길이가 10 인치이고 엔코더의 분해능이 16 비트 인 경우 기계의 분해능은 10/65,536 (0.00015 인치)입니다. 기계 이동이 6 피트와 같이 더 길면 코스 리졸버(Coarse resolver)는 각 이동 피트를 추적 할 수 있으며, 파인 리졸버라고 하는 두번째 리졸버는 1피트 이내의 위치를 추적할 수 있습니다. 즉, 전체 6피트 거리와 기어에 대해 한 바퀴 회전하도록 코스 엔코더(Coarse Encoder)를 조정하고, 파인 엔코더는 전체 해상도가 1피트(12인치)에 분산되도록 맞춘다는 뜻입니다.