광 인코더 : 작동, 유형, 인터페이스 및 응용

인코더는 동작 감지 장치로, 폐쇄 루프 제어 시스템 . 엔코더의 주요 기능은 장치 부품의 회전 운동 또는 직선 운동을 전기 신호로 변환한 후 제어 시스템에 전달하는 것입니다. 엔코더를 사용하여 장치 구성 요소의 정확한 위치, 회전 속도 또는 방향 그리고 각도 & 번호. 모터축의 변형을 인식할 수 있습니다. 시중에는 기술 유형, 동작, 다양한 매개변수 등에 따라 분류되는 다양한 유형의 인코더가 있습니다. 동작을 기반으로 하는 인코더는 선형, 회전식 및 각도로 분류됩니다. 위치 기반 엔코더는 다음과 같이 분류됩니다. 앱솔루트 엔코더 그리고 증분 인코더 . 센싱 기술을 기반으로 한 엔코더는 광학식, 자기식, 정전용량식으로 분류된다. 채널 기반 인코더는 단일 채널과 직교 위상으로 분류됩니다. 이 기사에서는 인코더 유형 중 하나인 광학 인코더 – 작업 및 응용 프로그램.

광 인코더란?

광원을 사용하여 위치를 회전 또는 선형에서 전기 신호로 변경하는 데 사용되는 전기 기계 장치인 광학 격자 및 감광 검출기는 광학 인코더로 알려져 있습니다. 이 엔코더는 다양한 공작 기계, 사무 장비 및 산업용 로봇의 고정밀 위치 제어 센서로 광범위하게 사용됩니다.

광학 인코더 설계

옵티컬 엔코더는 LED, 포토 센서 및 반경 방향의 슬릿을 포함하는 코드 휠로 알려진 디스크로 설계되었으며 회전 위치 데이터를 광 신호로 감지합니다. 모터처럼 회전축에 연결된 코드휠이 회전하면 영구발광소자에서 나온 빛이 코드휠의 슬릿을 통과하는지 여부에 따라 광신호가 발생한다. 광센서는 광신호를 감지하여 전기신호로 변환하여 출력합니다.

발광 장치

광학 인코더에서는 저렴한 IR LED가 사용되지만 때로는 파장이 짧은 컬러 LED가 광 확산을 억제하는 데 사용되기도 합니다. 또한 고가의 레이저 다이오드는 고해상도 및 고성능이 필요한 곳에 사용됩니다.

렌즈

LED 조명은 작은 지향성을 통해 빛을 확산시켜 볼록렌즈를 이용하여 평행하게 만든다.

코드 휠

코드 휠은 디스크에서 방출되는 빛을 허용하거나 차단하는 슬릿이 포함된 디스크 모양입니다. 발광 다이오드 . 코드 휠은 금속, 유리 및 수지 재료로 만들어집니다. 여기서 금속재료는 온도,습도,진동에 강하다.

수지 소재는 가격이 비싸지 않으나 대량생산에 적합하고 소비자용으로 활용되고 있다. 유리 소재는 주로 최대 해상도와 정밀도가 필요한 곳에 사용됩니다. 또한 코드 휠 근처에 고정 슬릿이 배치되어 코드 휠 전체를 통과하고 집광 요소로 들어가는 LED의 빛 통과 또는 차단을 명확히 합니다.

포토 센서

포토 센서는 일반적으로 실리콘, 게르마늄 및 인듐 갈륨 인화물과 같은 반도체 재료로 만들어진 포토트랜지스터/포토다이오드입니다.

광학 인코더는 어떻게 작동합니까?

광 인코더는 슬릿을 통과하는 광 신호를 단순히 감지하여 전기 신호로 변환합니다. 마그네틱 엔코더와 비교할 때 이 엔코더는 강한 자기장이 생성되는 모든 응용 분야에서 사용할 수 있도록 정확도와 분해능을 향상시키는 데 매우 간단합니다. 광학 엔코더를 사용하면 다양한 컨트롤러가 다양한 유형의 동작을 측정할 수 있습니다. 이 엔코더는 실제 모터 또는 선형 액추에이터의 위치, 가속 및 속도를 확인하는 데 사용되는 매우 정확한 피드백 신호를 제공합니다.

광학 인코더 Arduino

여기에서는 다음을 사용하여 광학 로터리 엔코더를 연결하는 방법을 배웁니다. 아두이노 우노 . 원통형 하우징에 회전축이 있는 기계 장치입니다. 원형 플랫 디스크에는 두 세트의 슬롯이 있습니다. 이 디스크의 어느 쪽에든 광학 센서가 연결되어 있는데 한쪽에는 송신기 세트가 있고 다른쪽에는 보낸 수신기가 있습니다. 홈이 있는 디스크가 센서 사이에서 회전할 때마다 광학 센서 , 그래서 신호는 수신기 끝에서 생성됩니다. 여기에서 수신기는 생성된 신호를 처리하기 위해 마이크로컨트롤러에 연결되며, 이러한 방식으로 샤프트가 회전하는 정도를 확인할 수 있습니다. 샤프트 회전 방향은 원형 디스크에 있는 두 세트의 슬롯이 약간 오프셋되어 있기 때문에 두 o/ps에 대한 신호의 극성을 간단히 비교하여 결정할 수 있습니다.

Arduino와 인터페이스하는 광학 인코더는 아래와 같습니다. 이 인터페이스에 필요한 구성 요소에는 주로 광학 인코더, Arduino Uno 보드 및 연결 와이어가 포함됩니다. 이 인터페이스의 연결은 다음과 같습니다.

• 이 인코더의 빨간색 선은 Arduino Uno의 5V 핀에 연결됩니다.
• 이 인코더의 검정색 선은 Arduino Uno의 GND 핀에 연결됩니다.
• 광 인코더의 흰색선(OUT A)은 Pin-3과 같이 아두이노 우노의 인터럽터 핀에 연결됩니다.
• 이 인코더의 녹색선(OUT B)은 Pin-2와 같은 Arduino Uno의 다른 인터럽터 핀에 연결됩니다.

여기에서 흰색 및 녹색 와이어와 같은 광학 인코더의 출력 와이어는 Arduino Uno 보드의 인터럽트 핀에만 연결되어야 합니다. 그렇지 않은 경우 Arduino 보드는 이 인코더의 각 펄스를 기록하지 않습니다.

암호

휘발성 긴 온도, 카운터 = 0; //이 변수는 엔코더의 회전에 따라 증가 또는 감소합니다.
무효 설정()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // 내부 풀업 입력 핀 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // 내부클린 풀업 입력 핀 3
//인터럽트 설정
//인코덴렌의 상승 펄스가 ai0()을 활성화했습니다. AttachInterrupt 0은 Arduino의 DigitalPin nr 2입니다.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B encodenren에서 상승 펄스 활성화 ai1(). AttachInterrupt 1은 Arduino의 DigitalPin nr 3입니다.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
무효 루프() {
// 카운터 값 전송
if( 카운터 != 온도 ){
Serial.println(카운터);
온도 = 카운터;
}
}
무효 ai0() {
// DigitalPin nr 2가 LOW에서 HIGH로 가는 경우 ai0이 활성화됩니다.
// 핀 3을 확인하여 방향을 결정합니다.
if(digitalRead(3)==낮음) {
카운터++;
}또 다른{
카운터-;
}
}
무효 ai1() {
// DigitalPin nr 3이 LOW에서 HIGH로 가는 경우 ai0이 활성화됩니다.
// 핀 2를 확인하여 방향을 결정합니다.
if(digitalRead(2)==낮음) {
카운터-;
}또 다른{
카운터++;
}
}
위의 코드가 Arduino Uno 보드에 업로드되면 직렬 모니터를 열고 광학 인코더의 샤프트를 돌립니다. 광학 인코더를 시계 방향으로 돌리면 값이 증가하고 이 인코더를 시계 반대 방향으로 돌리면 값이 감소합니다. 값이 반대로 표시되면 시계 방향 동작에 대해 음수 값을 제공한다는 의미입니다. 따라서 흰색 및 녹색 전선을 뒤집을 수 있습니다.

광학 인코더의 유형

광학 엔코더는 아래에서 설명하는 투과형과 반사형의 두 가지 유형으로 제공됩니다.

투과형

투과형 광학 인코더에서 포토 센서는 발광 다이오드에서 방출된 빛 신호가 코드 휠의 슬릿을 통과하는지 여부를 감지합니다. 투과형 광학 인코더의 주요 이점은 다음과 같습니다. 상당히 간단한 광학 레인으로 인해 신호의 정확도를 쉽고 간단하게 향상시킵니다.

반사형

반사형 광 인코더에서 포토 센서는 발광 다이오드에서 방출된 빛 신호가 코드 휠을 통해 반사되는지 여부를 감지합니다. 반사형 광학 엔코더의 장점은 주로 다음과 같습니다. 소형화 및 박형화가 간단합니다. 이것들은 스태킹 기법을 통해 설계되었기 때문에; 그러면 조립 절차가 간소화될 수 있습니다.

광학 인코더 대 자기 인코더

광학 인코더와 자기 인코더의 차이점은 다음과 같습니다.

장점과 단점

그만큼 광학 인코더의 장점 다음을 포함하십시오.

• 광학 엔코더는 LED에서 나오는 빛이 슬릿을 통과하는지 여부를 감지하는 메커니즘을 가지고 있기 때문에 슬릿 모양을 개발하여 정확도와 해상도를 쉽게 향상시킵니다.
• 이 엔코더는 주변 자기장의 영향을 받지 않습니다.
• 이러한 인코더는 최고의 해상도를 제공합니다.
• 이들은 맴돌이 전류로 인한 전기 노이즈 간섭에 더 강합니다.
• 이 엔코더에는 유연한 장착 옵션이 있습니다.

그만큼 광학 인코더의 단점 다음을 포함하십시오.

• 이 엔코더의 주요 단점은 기계적으로 강하지 않다는 것입니다.
• 이 엔코더에는 극심한 충격이나 심한 진동으로 인해 손상될 수 있는 얇은 유리 디스크가 있습니다.
• 이러한 엔코더는 '가시선'에 의존하므로 주로 먼지, 기름 및 먼지에 취약합니다.
• 이 인코더의 광학 디스크는 일반적으로 플라스틱 또는 유리로 설계되어 극한의 온도, 진동 및 오염으로 인해 손상될 가능성이 더 큽니다.

애플리케이션

그만큼 광학 인코더의 응용 다음을 포함하십시오.

• 이 엔코더는 높은 수준의 정밀도와 정확도가 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.
• 이들은 강한 자기장이 생성되는 곳에 사용됩니다.
• 대구경 모터를 사용하는 기기에 적용 가능합니다.
• 이 인코더는 슬릿을 통과하는 광학 신호를 감지하여 전기 신호로 변환하는 데 도움이 됩니다.
• 이 엔코더는 분광계, 실험실 장비, 원심 분리기, 의료 기기, CT 스캔 시스템 등과 같은 광범위한 응용 분야에서 회전 동작을 측정 및 제어하는 ​​데 매우 유용합니다.
• 이 엔코더는 극도로 제한된 영역에서 높은 토크 기반 애플리케이션에 사용됩니다.
• 프로그래밍 가능한 검사 장치에 사용됩니다.
• 이들은 상업 또는 산업 장비에 사용됩니다.
• 이들은 화학 약품 투약 장비에 사용됩니다.

1). 광학 인코더가 사용되는 이유는 무엇입니까?

광학 인코더는 자기 인코더에 비해 정확도와 분해능을 쉽게 향상시킵니다. 따라서 강한 자기장이 생성되는 곳이라면 어디에서나 사용할 수 있습니다.

2). 광학 인코더의 출력은 무엇입니까?

광학 인코더 출력은 데이터 샘플링을 위한 '시계'로 사용되는 전자 펄스입니다.

삼). 광학 인코더의 해상도는 무엇입니까?

광학 엔코더의 해상도는 주행거리 계산에 사용되는 각 휠 회전당 20k 펄스입니다.

4). 인코더가 전위차계보다 나은 이유는 무엇입니까?

인코더는 무한정 비슷한 방향으로 회전할 수 있는 반면 전위차계는 일반적으로 한 바퀴 회전합니다.

5). 로보틱스에서 널리 사용되는 인코더 유형은 무엇입니까?

광학 엔코더는 절대 또는 증분 측정을 기록하기 위해 로봇 공학에 사용됩니다.

옵티컬 개요입니다. 인코더 – 유형 , 인터페이스, 작업 및 응용 프로그램. 광학 인코더는 유리를 통과하고 수신기를 통해 식별되는 빛을 사용합니다. 이러한 유형의 엔코더는 정확한 피드백 정보를 제공하기 위해 많은 산업의 다양한 기계 시스템에서 매우 정확하고 매우 필요한 구성 요소입니다. 선형 엔코더란 무엇입니까?