アブソリュートエンコーダ
アブソリュートエンコーダは、現代の産業オートメーション、ロボティクス、高精度測定システムで使用される重要な変位および角度位置センサーです。インクリメンタルエンコーダとは異なり、アブソリュートエンコーダは停電時でも常に一意の不揮発性位置データを提供します。本記事では、その定義、動作原理、構造タイプ、信号出力、性能仕様、技術的利点、用途、関連規格、技術比較、一般的な問題、選定ガイドについて詳しく解説します。
アブソリュートエンコーダとは
アブソリュートエンコーダは、任意の時点で位置を表す一意のデジタルコードを提供できるセンサーです。出力信号は、回転軸またはリニア変位の絶対位置に対応し、相対的な移動パルスではありません。そのため、停電やシステムの再起動後でも、再原点復帰や基準点の検索を必要とせずに現在位置を正確に報告できます。
アブソリュートエンコーダは、高い信頼性と位置保持機能が必要なアプリケーション（ロボット、CNC機械、自動化生産ライン、エレベーターシステムなど）で広く使用されています。
アブソリュートエンコーダの動作原理
1. シングルターンアブソリュートエンコーダ
- 一回転内の各位置は一意のコードで表されます。
- 360°以内の回転範囲に適用。
2. マルチターンアブソリュートエンコーダ
- シングルターンのコードに加え、機械式ギアまたは電子カウント技術により回転数を追跡。
- 無制限回転または複数回転位置追跡が必要なアプリケーションに適用。
エンコーディング方式:
- バイナリーエンコーディング
- グレイコード
- BCD（二進化十進コード）
センシング技術:
- 光学式（コードディスクと光電センサー）
- 磁気式（マグネティックスケールと磁気抵抗／ホールセンサー）
- 誘導式センシング
信号出力タイプ
| 信号タイプ | 説明 |
|---|---|
| シリアルインターフェース | SSI、BiSS-C、EnDat 2.2、Profibus DP、Profinet、EtherCAT |
| パラレルインターフェース | マルチビットデジタル出力 |
| アナログ出力 | 電圧（0〜10V）/ 電流（4〜20mA）特殊用途向け |
主な仕様
- シングルターン分解能：最大24ビット（16,777,216位置）。
- マルチターンカウント：最大32ビット（4,294,967,296回転）。
- 最大回転速度：通常6000 RPM、より高速も選択可能。
- 保護等級：IP50〜IP68（産業用重負荷モデル）。
- 動作温度：-40°C〜+105°C。
- 耐振動／耐衝撃：IEC 60068-2規格準拠。
- 出力遅延：< 1ms（高速制御要件）。
技術的利点
- 停電時でも位置データ保持。
- システム設計の簡素化：再原点復帰や初期校正が不要。
- 優れたノイズ耐性：差動信号とノイズ耐性インターフェース。
- 柔軟な通信プロトコル：多様なフィールドバスと産業用イーサネットに対応。
- 高精度と再現性：精密位置決めタスクに最適。
代表的な用途
- 産業用ロボティクス：関節位置制御。
- CNC工作機械：主軸とスライド位置フィードバック。
- スマート物流：AGVとコンベヤシステムの経路検出。
- 自動倉庫：スタッカークレーンとリフトの位置制御。
- 医療機器：MRIおよびCTスキャナの回転プラットフォーム。
- 風力・太陽光エネルギー：風向、ブレード角、ソーラートラッキング。
業界規格と標準
- IEC 61800-5-2：電動駆動システムの機能安全（SIL分類含む）。
- ISO 13849-1：機械安全制御システム。
- IEC 61131-2：産業用制御機器の入出力要件。
- IEC 60529：保護等級（IPコード）。
- ISO 9001：製造品質管理システム。
アブソリュート vs インクリメンタルエンコーダ
| 性能指標 | アブソリュートエンコーダ | インクリメンタルエンコーダ |
|---|---|---|
| 位置情報 | 一意の絶対位置を提供 | 相対位置を提供 |
| 停電時の位置保持 | あり | なし |
| システムの複雑さ | 低（外部リファレンス不要） | 外部カウンターとリファレンスメカニズムが必要 |
| コスト | 高い | 低い |
| 精度 | 高（最大24ビット以上） | PPRとカウンターに依存 |
| 適用シナリオ | 高精度マルチターントラッキングシステム | 一般的な速度または位置検出システム |
メンテナンスとトラブルシューティング
定期メンテナンス
- 緩みや摩耗を防ぐため取り付け具を定期的に点検。
- 光学式エンコーダは光学ウィンドウを清掃。
- ケーブルとコネクターの完全性を確認し、破損や腐食を防止。
一般的な問題と解決策
| 問題 | 考えられる原因 | 解決策 |
|---|---|---|
| 信号出力なし | 電源障害または配線切断 | 電源と配線接続を確認 |
| 位置データのジャンプまたは喪失 | 干渉、部品の老朽化または緩み | 接地確認、部品交換、部品の締め付け |
| 通信エラーまたは遅延 | プロトコル設定ミスまたは配線問題 | プロトコル設定の確認とケーブル検査・交換 |
選定ガイド
- 種類の選択：動作範囲に基づきシングルターンまたはマルチターン。
- 分解能要件：制御精度に応じたビット数を選択。
- 出力インターフェース：コントローラーまたはPLCと互換性のあるシリアルまたはパラレル。
- 取り付け仕様：シャフト径、フランジ規格、負荷容量を確認。
- 環境要件：作業環境に基づく保護等級と温度範囲。
- システム互換性：既存システムと通信プロトコルの互換性を確認。
- 安全認証：SIL、ISO 13849などの認証取得製品を優先。
アブソリュートエンコーダの構造、機能、規格、技術的利点を深く理解することで、エンジニアは特定のアプリケーション要件に基づき最適なモデルを効率的に選択し、システムの性能、信頼性、インテリジェンスを向上させることができます。
参考文献／引用規格
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015