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옵티컬 인코더는 현대 서보 시스템에서 각도 변위 또는 각속도 측정에 널리 사용되는 회전식 위치 센서로, 일반적으로 측정된 회전축과 연결되어 측정된 축과 함께 회전합니다.그것은 피측축의 각위를 이진 인코딩이나 일련의 펄스로 변환할 수 있다.

광전 인코더는 식과 증량식 두 종류로 나뉜다.증량식 광전 인코더는 구조가 간단하고 부피가 작으며 가격이 낮고 정밀도가 높으며 응답 속도가 빠르고 성능이 안정적이라는 장점을 가지고 있어 응용이 더욱 광범위하다.고해상도와 대량의 정각속도/변위 측정 시스템에서는 증량식 광전 인코더가 더욱 *성이 있다.인코더는 각 모서리에 대응하는 디지털 정보를 직접 제공할 수 있어 컴퓨터 처리에 편리하지만, 공급량이 한 회전보다 많을 때는 반드시 특별 처리를 해야 하며, 반드시 감속 기어로 두 개 이상의 인코더를 연결하여 다단계 검측 장치를 구성하여 그 구조가 복잡하고 원가가 높도록 해야 한다.

1 증량식 인코더

1.1 증량식 광전 인코더의 구조

증량식 인코더란 회전축에 따라 회전하는 부호판이 일련의 펄스를 준 다음 회전방향에 따라 계수기로 이 펄스에 대해 가감계수를 진행하여 회전한 각위치이동량을 표시하는것을 말한다.증량식 광전 인코더 구조 설명도는 그림 1과 같다.

그림 1 증량식 광 부호판 구조 설명도

옵티컬 디스켓과 힌지가 연결되어 있습니다.부호판은 유리 재료로 제작할 수 있으며, 표면에 빛이 새지 않는 금속 크롬을 도금한 후 가장자리에 중심을 향한 빛이 새는 좁은 틈을 만든다.투광의 좁은 틈은 부호판의 원주에서 등분되는데 그 수량은 몇백개에서 몇천개에 달한다.이렇게 하면 전체 부호판의 원주에는 n개의 투광된 홈이 기다리게 된다.증량식 광전 부호판도 스테인리스강 박판으로 만든 다음 원주 가장자리에서 고르게 분포된 투광조를 절단할 수 있다.

1.2 증량식 인코더의 작동 원리

증량식 인코더의 작업 원리는 그림 2와 같다.그것은 메인 부호 디스크, 방향 감지 디스크, 광학 시스템과 광전 변환기로 구성되어 있다.그래프의 마스터 디스크 (옵티컬 디스크) 주변에는 피치 간격이 같은 방사선 모양의 좁은 틈이 새겨져 균일하게 분포된 투명 영역과 불투명 영역을 형성한다.방향성 디스크는 마스터 코드 디스크와 평행하며 A, B 두 개의 옵티컬 변환기의 출력 신호가 위상에서 90 ° 차이가 날 수 있도록 투명하게 좁은 틈을 감지하는 a, b 두 세트가 새겨져 있습니다.작업할 때 방향감지판은 정지하여 움직이지 않고 주코드판은 회전축과 함께 회전하며 광원에서 나오는 빛은 주코드판과 방향감지판에 투사된다.메인 부호 디스크의 불투명 영역이 마침 방향 감지 디스크의 투명하고 좁은 틈에 정렬되었을 때, 빛은 모두 가려지고 광전 변환기의 출력 전압은 작다;메인 부호판의 투명 영역이 감향판의 투명 좁은 틈에 딱 맞게 정렬되면 빛이 모두 통과하고 광전 변환기의 출력 전압이 크다.주 부호판이 각선 주기를 돌 때마다 광전 변환기는 근사한 정현파 전압을 출력하고 광전 변환기 A, B의 출력 전압 위상차는 90 ° 이다.

그림 2 증량식 인코더 작업 원리 그림 3 광전 인코더의 출력 파형

옵티컬 인코더의 광원은 자체 집광 효과가 있는 발광 다이오드를 자주 사용한다.광전코드판이 작업축과 함께 회전할 때 광선은 광전코드판과 광란판의 좁은 틈새를 통해 밝았다 어두웠다 하는 광신호를 형성한다.광 민감 소자는 이 광 신호를 전기 펄스 신호로 변환하여 신호 처리 회로를 통과한 후 디지털 제어 시스템에 펄스 신호를 출력하고, 디지털 튜브가 직접 변위량을 표시할 수도 있다.

옵티컬 인코더의 측정 정확도는 부호판 원주의 좁은 틈 줄무늬 수 n과 관련이 있으며 분별 가능한 각도 α는 다음과 같습니다.

α=360°/n(1) 해상도=1/n(2)

예를 들어 부호판 가장자리의 투광조 수가 1024개이면 분별할 수 있는 작은 각도 α = 360 ° / 1024 = 0.352 ° 이다.

부호판이 회전하는 방향을 판단하기 위해서는 반드시 광란판에 두 개의 좁은 틈을 설정해야 한다. 그 거리는 부호판의 두 개의 좁은 틈 거리의 (m+1/4) 배이고 m는 양의 정수이며 그림 1의 A, B 광민 소자와 같은 두 개의 대응하는 광민 소자를 설정한다. 때로는 cos, sin 소자라고도 한다.개체가 회전하는 것을 감지하면 동축 또는 연결된 설치된 옵티컬 인코더가 A, B 두 방향의 위상 차이가 90 ° 인 디지털 펄스 신호를 출력합니다.광전 인코더의 출력 파형은 그림 3과 같다.부호판이 돌아가는 위치를 얻기 위해서는 그림 1의'0자리 표지 슬롯'과 같은 기준점을 설정해야 한다.부호판이 한 바퀴 돌 때마다 0비트 표지 슬롯에 대응하는 광 민감 소자에게'일전 펄스'라고 불리는 펄스가 발생한다. 그림 3의 C0 펄스 참조.

그림 4는 인코더가 반전할 때 A, B 신호의 파형과 그 시퀀스 관계를 나타낸다. 인코더가 회전할 때 A 신호의 위상은 B신호보다 90 ° 앞선다. 그림 4 (a) 와 같다.반전할 때 B신호의 위상은 A신호보다 90도 앞선다. 그림 4(b)와 같다.A와 B가 출력하는 펄스 개수는 측정된 각 변위 변화량과 선형 관계가 있기 때문에 펄스 개수에 대한 계수를 통해 상응하는 각 변위를 계산할 수 있다.A와 B 사이의 이러한 관계에 따라 측정된 기계의 회전 방향과 회전 각의 변위/속도를 정확하게 풀면 이른바 펄스 변위와 계수이다.펄스의 방향과 계수는 소프트웨어와 하드웨어로 모두 구현할 수 있습니다.

그림 4 옵티컬 인코더의 양방향 및 반전 파형

2. 식 인코더

인코더는 측정된 모서리를 코드 디스크의 패턴 정보를 읽어 해당 코드로 직접 변환하는 감지 컴포넌트입니다.코딩 디스크는 광전식, 접촉식, 전자식 세 종류가 있다.

광전식 부호판은 현재 비교적 많이 응용되고 있는 종류로, 투명한 재료의 원반에 2진 코드를 인쇄하는 것이다.그림 5는 4비트 2진법의 부호판으로 부호판의 각 동그라미 원환은 각각 1비트 2진법의 디지털 부호도를 대표하고 같은 부호도에 흑백 등 간격 도안을 인쇄하여 일련의 인코딩을 형성한다.검은색 비투광 영역과 흰색 투광 영역은 각각 이진수인'0'과'1'을 나타냅니다.4비트 옵티컬 디스크에는 4바퀴 디지털 코드가 있는데, 각 코드는 이진법의 한 자리를 나타내며, 안쪽은 높은 위치, 바깥쪽은 낮은 위치이며, 360 ° 범위 내에서 편집할 수 있는 디지털 수는 24 = 16개이다.

작업할 때, 부호판의 한쪽에는 전원을 배치하고, 다른 한쪽에는 광전 수용 장치를 배치하며, 각 부호도에는 하나의 광전관 및 증폭, 성형 회로가 대응한다.부호판이 부동한 위치로 이동하면 광전소자는 광신호를 접수하고 상응한 전신번호로 전환되며 확대성형을 거친후 상응한 디지털전신호로 된다.그러나 제조와 설치 정밀도의 영향으로 부호판이 2야드 세그먼트를 교체하는 과정에서 판독 오차가 발생한다.예를 들어, 코드 디스크가 시계 방향으로 회전하여 위치'0111'에서'1000'으로 변경될 때, 이 네 자릿수는 동시에 변화해야 하며, 숫자를 16가지 코드 중 임의로 오독할 수 있다. 예를 들면 1111, 1011, 1101,...0001 등으로 읽으면 예측할 수 없는 매우 큰 수치 오차가 발생한다. 이런 오차를 비단치성 오차라고 한다.

비단가치성 오차를 없애기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

2.1 순환 부호 디스크 (또는 그레코드 디스크)

순환코드는 습관적으로 그레이코드라고도 하는데 이것도 일종의 이진코드로서"0"과"1"두개의 수밖에 없다.그림 6은 4비트 바이너리 루프 코드를 보여 줍니다.이 인코딩의 특징은 임의로 인접한 두 코드 사이에'0'이'1'또는'1'이'0'으로 바뀌는 한 개의 코드만 변화하는 것이다.따라서 두 수를 변환하는 과정에서 발생하는 읽기 오차는'1'을 넘지 않고 인접한 두 수 중 한 수만 읽을 수 있다.그러므로 이는 비단가치성오차를 제거하는 효과적인 방법이다.

2.2 비트레이트 장치가 있는 이진 순환 부호 디스크

이 부호판은 4비트 이진 순환 부호판의 바깥쪽에 신호 비트를 한 바퀴 더 추가하는 것이다.그림 7에서 볼 수 있듯이 비트레이트 장치가 있는 이진 순환 부호판이다.이 코드 디스크의 바깥쪽 코일의 신호 비트의 위치는 마침 상태 교차선과 어긋나며, 신호 비트의 광전 소자에 신호가 있을 때만 숫자를 읽을 수 있으며, 이렇게 하면 비단치성 오차가 발생하지 않는다.