다재다능한 로터리 엔코더

회전 수, 회전 각, 회전 방향, 길이, 경로 또는 속도 등 제조업은 로터리 엔코더와 유사한 센서 장치에 많은 것을 요구한다. 잠재적인 솔루션에 대한 선택의 폭도 넓다. 장점을 포함한 각 기술에 대한 개요를 제공한다.

 

마르티누스 멘네(Martinus Menne): 자유 기고가

 

핵심 내용

 

  • 로터리 엔코더는 절대형 엔코더와 증분형 엔코더로 나뉘고, 증분형 엔코더는 다시 1채널, 2채널, 3채널 장치로 세분할 수 있다.
  • 다양한 목적에 대해 비용이 많이 드는 다양한 로터리 엔코더를 피하려면, 매개변수화가 가능한 솔루션이 옵션이다.
  • 소프트웨어를 통해 매개변수화를 수행하면, 값을 개별적으로 설정할 수 있을 뿐만 아니라 센서 교체 시 전송도 가능하다.

 

로터리 엔코더는 회전 동작을 감지하여 이를 제어 장치, 즉 PLC에서 처리할 수 있도록 평가 가능한 신호로 변환한다. IPF Electronic의 로터리 엔코더는 광학 스캐닝의 원리에 따라 작동한다. 이를 위해 로터리 엔코더에 펄스 디스크가 있으며, 이 펄스 디스크는 절대형 스케일 또는 증분형 스케일로 나뉜다. 엔코더 디스크는 광학 시스템에 의해 스캐닝되고 통합 전자 장치를 통해 엔코더 별 출력 신호로 변환된다.

절대형 엔코더는 1:1 코딩이 있으며 전원을 켠 후 영점 조절이 필요하지 않다. 이는 절대형 엔코더가 절대적 측정값을 항상 제공하기 때문이다.

증분형 엔코더에는 반복되는 스케일이 있으며, 전원을 켤 때마다 위치 결정을 위한 명확한 측정값을 제공하지 않기 때문에 영점을 다시 설정해야 한다.

 

1 채널, 2채널 또는 3채널?

증분형 로터리 엔코더는 일반적으로 1채널, 2채널, 3채널 솔루션으로 나눌 수 있다. 1채널 엔코더는 하나의 출력 신호 ‘A’로 작동하고, 대부분 길이 측정 또는 회전수 측정에 사용된다. 즉 회전 방향 기록이 필요 없는 애플리케이션에 사용된다.

2채널 엔코더는 90°로 서로 오프셋된 ‘A’ 신호와 ‘B’ 신호 두 개를 제공한다. 이 신호들의 위상 관계는 전자 장치를 통해 평가된다. 이런 식으로 상승 에지 또는 하강 에지를 기반으로 모터 회전 방향이 결정된다.

3채널 엔코더는 ‘A’ 신호와 ‘B’ 신호 외에 추가로 ‘Z’ 신호, 이른바 제로 펄스가 활성화된다. ‘Z’ 신호는 통상적인 엔코더의 경우, 공장에서 고객 별로 지정되는 유일한 펄스로 구성된다. 이 펄스는 매 회전 시에 엔코더 디스크의 정확하게 동일한 위치에서 출력되어, 구동 샤프트의 정확한 시작 위치에 대한 값을 얻기 위해 기준 위치로 이동하는데 필요한 고정된 기준점 역할을 한다.

 

앵글 센서는 가변적으로 설치할 수 있는 다양한 옵션을 제공하는 절대형 측정 시스템이다.

비용이 많이 드는 다양성 대신 모든 것을 단 하나로

지금까지 제시된 모든 엔코더에는 한 가지 공통점이 있다. 엔코더 디스크의 스케일이 장치 납품 전에 지정되어 각 스케일 개수마다 별개의 엔코더가 생성된다. 따라서 엔코더 요건이 많은 산업 분야에서는 각각의 애플리케이션에 맞는 별도의 장치가 필요하고, 장치 버전마다 적절한 재고를 갖추어야 한다. 하지만 IPF Electronic의 VD58982x 시리즈 증분형 엔코더는 현장에서 직접 PC로 매개변수화할 수 있어 회전 당 필요한 펄스 수(1 ~ 65,536 펄스)에 맞게 유연하게 조정할 수 있다. 이 외에도 장치 구성을 위한 옵션이 많다.

 

소프트웨어를 통한 간단한 매개변수화

예를 들어, 로터리 엔코더에 대한 소프트웨어는 지속적인 5V 신호 레벨로 산업용 컨트롤 시스템(신호 레벨이 8 ~ 30VDC 범위에서 인가되는 공급 전압에 해당) 또는 PC에서 (TTL 레벨) 평가하기 위해 신호 레벨(HTL 레벨 또는 TTL 레벨)을 통해 선택할 수 있다.

포지티브 카운팅이 이루어져야 하는 회전 방향(CW = 시계 방향, CCW = 시계 반대 방향), 즉 방향 선택 외에 매개변수화 가능한 로터리 엔코더에는 기준 신호, 즉 제로 펄스의 위치는 0° ~ 360°범위에서 자유롭게 지정할 수 있어, 사용자는 통상적인 엔코더에 비해 유연하게 사용할 수 있다. 또한 기준 신호 폭(Z 90°/180°) 및 출력 신호 반전(A-nA/B-nB/Z-nZ)도 구성할 수 있다.

 

위치 센서는 센서와 자기 스트립으로 구성된다. 위치 센서는 오염, 오일, 습기 및 진동에 강하다.

항상 모든 설정을 사용할 수 있다

사전에 설정한 로터리 엔코더의 모든 매개변수는 저장하고 장치 교체 시마다 새로운 엔코더에 전송할 수 있어 시운전에 드는 많은 시간을 아낄 수 있다. 이런 맥락에서 기계 제조사와 시스템 통합업체들이 매개변수화 가능한 로터리 엔코더의 혜택을 누릴 수 있다. 이는 버전 다양성과 창고 재고를 줄일 수 있기 때문이다. 그리고 6mm 또는 10mm 중실 샤프트 그리고 12mm 중공 샤프트의 세 가지 장치 타입에서 선택할 수 있다.

 

다양한 조립을 위한 절대 시스템

앵글 센서와 같은 마그네틱 로터리 엔코더는 엔코더와 자석 그리고 센서로 구성된 2파트 시스템이다. 엔코더가 적용 사례에서 어떻게 회전하느냐에 따라 센서를 기준으로 자기력선 방향이 바뀐다. 고정 센서는 자기력선의 방향 변화를 감지하고, 이를 통해 센서에 대한 엔코더의 정확한 위치를 산출한다. 여기에서 각도 정보를 도출하고 아날로그 신호로 출력할 수 있다.

컴팩트하고 견고한 앵글 센서는 회전각을 기록하기 위해 기존의 기계 어셈블리에 통합할 수 있다. 별도의 엔코더와 센서를 별도로 설치하여 다양한 설치 옵션이 있다. 회전각 범위(최대 360°)는 센서에 통합된 전자 장치를 통해 수많은 제어 작업 또는 통제 작업을 위해 비례 전류 신호(4 ~ 20mA) 또는 전압 신호(1 ~ 10V)로 변환된다. IP67의 IPF Electronic 앵글 센서는 오염에 강하고 사용 온도 -40 °C ~ +85 °C에 맞게 설계되어, 불리한 환경 조건에 사용하기에 적합하다. 또 다른 장점은 이 솔루션은 절대형 측정 시스템으로 시운전 후 캘리브레이션하거나 영점을 조정할 필요가 없이 바로 사용할 수 있다.

 

위치 센서로 회전 동작을 확인하기 위해 자기 스트립이 부착되어 있는 측정 휠을 사용할 수 있다.

오염, 오일, 진동에도 문제없음

경로 구간과 경로 방향, 회전 방향 그리고 각도 변화는 대부분 위치 센서(증분형 엔코더)에서 파악한다. 이를 위해 센서는 자기 스트립은 정확하게 정의된 극 폭을 갖는 북극과 남극이 길이 방향으로 번갈아 나타나며 자기 스트립 위에서 비접촉으로 이동한다.

자기극을 스캔할 경우 두 개의 사인파 신호가 생성되고, 센서의 전자 장치에 의해 디지털 구형파 신호 또는 구형파 펄스로 변환되어 카운터나 컨트롤러를 통해 추가로 처리할 수 있는 고해상도 경로 정보를 획득한다. 이러한 시스템은 로터리 엔코더로도 사용할 수 있으며, 이를 위해 측정 휠을 사용하고 이 측정 휠에는 역시 극 폭이 사전 정의된 북극과 남극이 있는 자기 스트립이 부착되어 있다.

또한 자기 센서는 오염, 오일, 습기, 진동에 강하여, 넓은 범위의 사용 영역에 적합할 뿐만 아니라 취급하기 용이하고 기존 기계와 시스템에 추가 장착하기에도 적합하다.

 

다양한 임무에 맞는 다양한 옵션

다재다능한 로터리 엔코더에는 모든 산업 분야에서 광범위한 응용 분야가 열려있다. 매개변수화가 가능한 로터리 엔코더는 필요에 따라 구성이 가능한 결정적인 장점을 제공하고, 사용자는 처음부터 고정된 장치를 선택할 필요 없이, 해상도와 신호 레벨 그리고 회전 방향을 직접 결정할 수 있다. 자기 로터리 엔코더 또는 앵글 센서는 매우 견고하고, 외부 환경 자극에 대해 대체로 예민하지 않아 2파트 시스템으로 간단히 설치할 수 있다. 자기 경로 측정 시스템 역시 취급하기가 간단하고, 유연하게 설계 가능하여 변화하는 요건에 맞추어 조정할 수 있다. 이러한 시스템은 측정 휠로 인해 로터리 엔코더로 이용된다.