증분형 엔코더와 절대형 엔코더 비교

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증분형 엔코더와 절대형 엔코더

엔코더는 2가지 기본 유형, 증분형과 절대형 엔코더로 분류할 수 있다. 증분형 엔코더의 뚜렷한 특징은 각의 변화를 보고한다는 것이다. 증분형 엔코더에 전원을 켜면 측정치로부터 기준점을 제공할 때까지 각 위치를 보고하지 않는다.

절대형 엔코더에 전원을 켜면 기준 정보 또는 이동이 필요 없이 각을 보고한다.

'전원을 켜면 어떻게 되나요?'는 절대형 엔코더와 증분형 엔코더의 차이를 보여주는 척도가 된다.
혼란스럽게도 현재 일부 제조업체에서는 '가상 절대형' 엔코더를 시판하고 있다. 이러한 엔코더는 절대 각을 결정하기 위해 시동 시 정해진 형식의 '시동 및 작동' 주기를 수행해야 한다.

앵글 엔코더가 보정 단계의 정해진 형태를 수행해야 할 경우 증분형이고 그렇지 않다면 절대형이다.

앵글 엔코더 기술

산업에서는 아직도 각을 측정할 때 다른 것보다 전위차계를 많이 사용한다. 그럼에도 불구하고 과거 25년 동안 무접점 기술이 상당히 성장했다. 무접점 측정을 추구하는 이유는 특히 혹독한 환경(진동이 심한) 또는 오랜 기간 사용할 경우 전위차계의 마모와 안전성 문제 때문이다.

광학 엔코더는 무접점 회전형 엔코더의 일반적 유형이다. 이 엔코더는 반사된 빛의 강도로부터 광학 그레이팅 및 계산 위치로 통과하거나 오는 빛을 비춤으로써 작동한다. 대부분의 광학 기기는 증분형이다.

일반적으로 위치 정보는 대개 직각 위상에서 연속된 펄스를 사용하여 전달되어 이동 방향이 결정될 수 있다. 이러한 펄스를 보통 A/B 펄스라고 한다. 보통 Z 기준이라고 하는 별도의 펄스 트레인은 데이터 또는 기준 표시 해상도 별로 하나의 펄스를 제공한다.

절대형 엔코더는 다른 유형의 크기를 사용한다. 이 배치는 기준 표시 없이 시동 시 절대 각이 결정된다. 대개 절대 엔코더는 디지털 출력을 가지고 있고 그 해상도는 출력 시 비트 수로 정의된다. 10 bit 기기는 1,024 비트 수, 11 bit 기기는 2,048 비트 수 등과 같이 제공한다.

앵글 엔코더 통신

과거에는 각을 보고하는 절대형 엔코더에 2가지 방식, 즉 직렬 또는 병렬 데이터가 있었다. 현재 병렬 데이터는 거의 사용하지 않고 고속 직렬 데이터를 주로 사용한다.

직렬 데이터는 보통 RS-422 하드웨어 표준에 따라 여러 포맷으로 제공된다. 절대형 엔코더의 가장 인기 있는 형태는 SSI(Synchronous Serial Interface, 동기 직렬 인터페이스), BiSS-C 및 SPI(Serial Peripheral Interface, 직렬 주변기기 인터페이스)이다.

이러한 형태는 개방형 표준으로 잘 알려져 있다. 일부 엔코더 제조업체에서는 경계를 게을리하는 고객들을 자사 제품만 사용하도록 묶어두기 위해 폐쇄형 통신 표준을 출시하고 홍보해 왔다.

절대형 엔코더와 증분형 엔코더의 상대적 장점

절대형 엔코더는 증분형 엔코더보다 더 가격이 높았다. 현재에도 그렇지만 그 차이는 그다지 크지 않다. (무접점) 절대형 엔코딩으로 변경할 경우 성능과 정밀도가 더 우수하고 전반적인 비용은 더 낮다.

그 이유는 증분형 센서 방식에 실질적인 문제가 있기 때문이다. 가장 분명한 것은 매번 전원이 꺼지면 시스템은 보정 단계를 수행해야 하고 이 경우 시스템 성능이 느려져 전원이 갑자기 꺼질 경우 안전성에 영향을 미칠 수 있다는 것이다.

둘째, 위치는 기준 표시로부터 수를 세어 계산한다. 특히 전압 제공 변동 또는 고속 위치 변화와 같은 일부 예에서 수를 세다가 도중에 잊어버릴 수 있다. 이 경우 확인하지 않으면 동기화 작동이 지연되는 잠재적으로 작동에 재해적인 영향을 미칠 수 있다.

대부분의 증분형 엔코더는 광학 기술에 기초하고 고해상도 판독값을 제공하기 위해 광학 그레이팅에 대한 매우 섬세한 기술이 사용되어야 한다. 때에 따라 단 몇 마이크론을 측정하기도 한다.

이러한 미세한 기능은 민감도를 증가시키는 반면 외부 물질에 대해 더욱 섬세하고 예민해진다는 뜻이다. 보풀, 습기, 기름때, 먼지가 광학 엔코더의 작동을 정지시킬 수 있고, 부정확한 판독값을 나타내는 더 나쁜 결과도 불러오기도 한다.

광학 엔코더와 유도 엔코더

절대형 엔코더와 증분형 엔코더 간의 가격 차이는 최근 절대형 엔코더 사용이 증가되어 부분적으로 줄었지만 더 중요한 것은 절대적 감지 기술이 새로 도입되었다는 것이다.

광학 센서는 지속적으로 일부 기술자들이 자주 이용하고 있지만 최신형 유도 엔코더(때로 인코더라고도 함)는 현재 혹독한 환경에도 영향을 미치지 않는 정밀한 절대 각도를 측정한다.
  

그레이팅과 광학 탐지기보다 유도 엔코더는 인쇄된 박판형 권선을 사용하는데, 기본 작동 원리는 변압기나 리졸버와 유사하다. 이러한 기본 물리로 인해 절대, 컴팩트, 경량, 고해상도 엔코딩이 가능하다. 또 외부 물질에 영향을 받지 않고 측정 성능은 일반적으로 오프셋 또는 장착 허용오차에 영향을 받지 않는다.

즉 유도 엔코더는 자체 정밀 하우징이나 베어링 부품이 필요하지 않고 모터나 작동기와 같은 호스트 시스템에 간단히 나사로 조일 수 있다.
  

결국 근본적인 간소화, 베어링, 샤프트, 커플링, 실링 등이 제거되어 일부 기계의 크기와 무게 감소가 가능하다. 장점으로는 이러한 최신형 유도 엔코더의 축 방향이 얇고 샤프트, 케이블 또는 슬립 링이 통과할 수 있도록 넉넉하게 구멍 내어 배치할 수 있다.

자료 제공: Zettlex(www.zettlex.com)