인코더 및 응용 프로그램 개요 <br> 인코더는 기계적 운동 또는 대상 위치를 측정하는 데 사용할 수있는 전자 기계 장치입니다. 대부분의 인코더는 광학 센서를 사용하여 펄스 트레인 형태의 전기 신호를 제공하며, 이로 인해 움직임, 방향 또는 위치 정보로 변환 될 수 있습니다.
로터리 인코더는 샤프트의 회전 이동을 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 그림 1은 조명 방출 다이오드 (LED), 코드 휠 및 코드 휠 뒷면의 라이트 센서를 포함한 로터리 인코더의 기본 구성 요소를 보여줍니다. 이 코드 휠은 인코딩 된 형태로 배열 된 불투명하고 가벼운 전달 팬 모양 영역이있는 회전 샤프트에 배치됩니다. 코드 휠이 회전하면 불투명 한 섹터가 조명을 차단하고 조명 전달 섹터를 통해 빛을 통과 할 수 있습니다. 이것은 해당 위치 또는 모션 정보로 컴파일 할 수있는 제곱 파 펄스를 생성합니다. 인코더는 일반적으로 혁명 당 100 ~ 6000 개의 섹터로 나뉩니다. 이는 100 섹터 인코더가 3.6도 정확도를 제공 할 수 있으며 6000 부문 인코더는 0.06도 정확도를 제공 할 수 있음을 보여줍니다.
선형 인코더는 로터리 인코더처럼 작동합니다. 고정 된 불투명 한 스트립을 사용하여 로터리 인코더를 대체하고 불투명 한 스트립 표면에 약간의 경멸 간격이 있으며 LED 검출기 어셈블리는 움직이는 몸에 부착됩니다.
그림 1. 광학 인코더의 구성 요소
하나의 펄스 출력 인코더 만 회전 각도를 결정할 수 없으므로 유용하지 않습니다. 두 개의 코드 채널을 사용하고 섹터 사이의 위상차가 90도 (도 2와 같이) 인 경우, Quartration Encoder의 두 출력 채널은 위치 및 회전 방향의 두 정보를 결정할 수 있습니다. 예를 들어, 채널 A가 단계를 리드하면 인코더가 시계 방향으로 회전합니다. 채널 B가 단계를 이끌면 코드 휠이 시계 반대 방향으로 회전합니다. 따라서, 신호 A, B 사이의 펄스 수와 상대 위상 정보를 모니터링함으로써, 동시에 회전의 위치 및 방향 정보를 얻을 수있다.
그림 2. 직교 인코더 A 및 B의 출력 신호
또한 일부 직교 인코더에는 제로 신호 또는 기준 신호라는 제 3 출력 채널도 포함됩니다. 이 채널의 각 회전마다 단일 펄스가 출력됩니다. 이 단일 펄스를 사용하여 기준 위치를 정확하게 계산할 수 있습니다. 대부분의 인코더 에서이 신호를 z 축 또는 인덱스라고합니다.
지금 까지이 기사에서는 단일 엔드 증분 쿼드 레이터 인코더를 소개했습니다. A와 B 신호가 모두 접지로 참조되므로 단일 엔드라고하며 각 신호에는 하나 (또는 하나의) 라인 만 있습니다. 일반적으로 사용되는 또 다른 인코더는 차동 인코더이며 A 및 B 신호에는 두 개의 전선이 있습니다. A 신호의 두 줄은 A '와 A이고 B 신호의 두 줄은 각각 B'와 B입니다. 이 4 줄은 항상 알려진 레벨 (0V 또는 VCC)을 출력하기 때문에이 구조를 푸시 풀 구조라고도합니다. A가 VCC 일 때 A '는 0V입니다. 반대로, a가 0V 인 경우 A '는 VCC입니다. 단일 엔드 인코더의 경우 A는 VCC 또는 플로팅입니다. 차동 감지를 사용하면 신호의 정확성을 보장 할 수 있으므로 차동 인코더는 일반적으로 전기 노이즈가 큰 환경에서 사용할 수 있습니다.
증분 인코더를 사용하면 위치 변경 정보 (모션 속도 및 가속도를 계산할 수있는 위치) 만 측정 할 수 있지만 대상의 절대 위치는 결정될 수 없습니다. 여기에서는 타겟의 절대 위치를 얻을 수있는 세 번째 유형의 인코더 인 Absolute Encoder를 소개합니다. 증분 엔코더와 마찬가지로이 인코더는 다른 불투명 한 섹터와 투명 부문을 가지고 있습니다. 그러나 절대 엔코더는 인코더의 코드 휠에 다중 구성 요소 영역을 사용하여 대상 링처럼 동심 코드 채널을 형성합니다. 동심 코드 경로는 인코더 코드의 중앙에서 시작하여 코드 보드 외부까지 바깥쪽으로 확장됩니다. 각 코드 채널은 내부 계층보다 두 배의 파티션을 갖습니다. 첫 번째 층인 가장 안쪽 코드 채널에는 하나의 조명 전달 섹터와 하나의 불투명 한 섹터가 있습니다. 중앙의 두 번째 층에는 2 개의 조명 전달 부문과 2 개의 불투명 한 섹터가 있습니다. 그리고 세 번째 코드 채널에는 4 개의 가벼운 전달 부문과 불투명 한 섹터가 있습니다. 인코더에 10 개의 계층 코드 채널이있는 경우, 가장 바깥 쪽 코드 채널에는 512 개의 섹터가 있습니다. 16 개의 레이어 코드 채널이있는 경우 가장 바깥 쪽 코드 채널에는 32,767 개의 섹터가 있습니다.
절대 인코더에는 코드 채널 당 하나 이상의 수의 섹터가 내부의 내부보다 두 개 이상의 섹터를 가지므로, 섹터의 수는 이진 계수 시스템을 형성합니다. 이 유형의 인코더에서 코드 휠의 각 코드 채널은 광원 및 수신기에 해당합니다. 이는 10 층 인코더가 10 개의 광원 및 수신기 그룹을 필요로하는 반면 16 계층 인코더에는 16 개의 광원 및 수신기가 필요합니다.
절대 인코더의 장점은 인코더의 속도를 줄이고 인코더의 코더가 전체 기계 모션주기 동안 하나의 혁명 만 만들 수 있다는 것입니다. 기계가 10 인치를 이동하고 인코더의 정밀도가 16 비트 인 경우 기계 위치의 정확도는 10/65,536 또는 0.00015 인치입니다. 기계가 6 피트와 같이 더 길어지면 거친 로터리 인코더는 각 발이 추적되도록 할 수 있습니다. 미세한 로터리 인코더라고하는 두 번째 단계는 1 피트 이내의 거리를 추적 할 수 있습니다. 이것은 전체 6 피트 거리에서 회전하도록 거친 인코더를 조정할 수 있음을 의미합니다. 또한 얇은 인코더를 조정하여 1 피트 (또는 12 인치)의 범위를 해결할 수 있습니다.
인코더를 사용하여 측정하는 방법 <br> 측정을 위해 인코더를 사용하려면 기본 전자 장치 인 카운터가 있어야합니다. 기본 카운터는 여러 입력 채널을 통해 값을 생성하여 감지 된 모서리의 수를 나타냅니다 (즉, 파형의 낮은에서 높거나 높거나 낮은 것까지 변경). 대부분의 카운터에는 3 개의 상호 관련 입력 임계 값, 소스 및 위/다운 선택이 있습니다. 카운터는 소스 입력의 이벤트 수를 기록하고 위/다운 선택 라인의 상태에 따라 위 또는 아래로 계산합니다. 예를 들어, 위/다운 상태 비트가 "높음"인 경우 카운터가 위로 계산됩니다. 위/다운 상태 비트가 "낮은"경우 카운터가 다운됩니다. 그림 3은 단순화 된 카운터 블록 다이어그램을 보여줍니다.
그림 3. 카운터의 단순화 된 모델
인코더에는 일반적으로 연결 해야하는 5 개의 와이어가 있습니다. 다른 인코더,이 라인의 색상은 동일하지 않습니다. 이 와이어를 사용하여 인코더에 전원을 공급하고 A, B 및 Z 신호를 읽을 수 있습니다. 그림 4는 증분 엔코더에 대한 일반적인 인터페이스 정의를 보여줍니다.
그림 4. 증분 인코더 인터페이스
다음 단계는이 라인을 연결 해야하는 위치를 결정하는 것입니다. 위에서 언급 한 바와 같이, 신호 A는 소스 단자에 연결되고 신호의 펄스가 계산된다. 신호 B는 위/다운 선택 포트에 연결됩니다. +5V DC 전원 공급 장치를 전원 및 접지 연결에 연결하면 대부분의 경우 데이터 수집 장치를위한 하나의 디지털 라인 만 충분합니다.
신호 가장자리가 계산되므로 다음으로 고려해야 할 사항은 이러한 값을 위치 정보로 변환하는 방법입니다. 에지 값을 위치 정보로 변환하는 프로세스는 사용 된 인코딩 유형에 따라 다릅니다. 인코딩에는 세 가지 기본 유형이 있습니다 : x1, x2 및 x4.
X1 인코딩
그림 5는 직교 기간 동안 플러스-미니 쿠스 수와 해당 X1 인코딩 유형의 수를 보여줍니다. 채널 A가 채널 B를 리드 할 때, 채널 A의 상승 가장자리에서 증분이 발생합니다.
그림 5. X1 인코딩
X2 인코딩
X2 인코딩은 카운터의 각 모서리 카운트가 채널을 채널로 연결하는 채로 채널의 각 모서리가 증가하거나 감소된다는 점을 제외하고 위의 프로세스와 유사합니다. 카운터의 값은 그림 6과 같이 2만큼 증가하거나 각 사이클마다 감소합니다.
그림 6. X2 인코딩
X4 인코딩
X4 코딩 모드에서 카운터는 채널 A 및 B의 각 모서리에서 증가하거나 감소합니다. 카운터 수가 증가하거나 감소하는지 여부는 어떤 채널을 이끌어든지에 따라 다릅니다. 카운터 수는 4주기마다 4 씩 증가하거나 4 회 감소합니다.
인코딩 유형 및 펄스 카운트 유형을 설정하면 다음 공식을 사용하여 숫자 정보를 위치 정보로 변환 할 수 있습니다.
회전 위치
회전량 
여기서 n = 샤프트의 각 회전 동안 인코더에 의해 생성 된 펄스 수
x = 인코딩 유형
선형 위치
배수량 
여기서 ppi = 인치당 펄스 (이 매개 변수는 선택한 인코더와 관련이 있음)
이 섹션에서 인코더를 기기에 연결하면 NI CDAQ-9172 섀시와 NI 9401 C 시리즈 디지털 I/O 모듈을 예로 들어 보겠습니다. 다른 측정 기기와 장비를 사용하는 것은이 과정과 유사합니다.
사용 된 장비 :
CDAQ-9172 : NI CompactDAQ 8 슬롯 하이속 USB 섀시
NI 9401 : 8 채널, 5 V/TTL 고속, 양방향 디지털 I/O 모듈
24 펄스/회전 직교 인코더
NI 9401에는 8 개의 디지털 채널에 대한 연결성을 제공하는 D-SUB 커넥터가 있습니다. 각 채널에는 디지털 입력 또는 출력 장치에 연결할 수있는 디지털 I/O 포트가 있습니다. 섀시의 5 번째 및 6 번째 슬롯을 통해서만 CDAQ-9172의 두 카운터에 연결할 수 있습니다. 따라서 9401을 5 번째 슬롯에 삽입하십시오.
이러한 사양에 따라 인코더의 연결 A는 핀 14에 연결되고 연결 B는 핀 17에 연결되고 "5 VDC 전원"은 "High"로 설정된 미사용 숫자 라인에 연결됩니다. ""COM 포트에 연결하십시오.
측정을 시작하십시오
인코더가 측정 장치에 연결되었으므로 Ni Labview 그래픽 프로그래밍 소프트웨어를 사용 하여이 데이터를 컴퓨터로 전송하여 관찰 및 분석을 수행 할 수 있습니다.
발췌 : NI "일반 측정 안내서"