인코더란 무엇인가?
인코더(Encoder)는 회전 각도, 선형 변위 또는 속도와 같은 물리적 운동을 전기 신호로 변환하여 PLC, 드라이버, 산업용 컴퓨터 등의 디지털 제어 시스템에서 실시간 모니터링, 피드백 및 제어가 가능하도록 하는 센서 장치입니다. 산업 자동화, 로봇 기술, CNC 장비, 의료 시스템 및 항공우주 등 고정밀 모션 제어 분야에서 인코더는 폐루프 제어 및 정밀 위치 제어의 핵심 구성 요소입니다.
인코더의 분류 개요 (Comprehensive Classification of Encoders)
인코더는 측정 방식, 출력 신호 타입, 감지 원리, 통신 인터페이스 등 다양한 기술 기준으로 분류할 수 있습니다.
1. 측정 방식에 따른 분류 (By Measurement Format)
| 유형 | 설명 |
|---|---|
| 로터리 인코더 (Rotary Encoder) | 회전 운동(각도 변위) 감지. 예: 모터 샤프트, 회전판 |
| 리니어 인코더 (Linear Encoder) | 직선 운동 감지. 예: 머신 툴, 위치 결정 플랫폼 |
| 드로우 와이어 인코더 (Draw Wire Encoder) | 와이어 스트레칭을 통해 긴 거리의 위치 측정 |
| 인코더 키트 (Encoder Kit) | 외장 없는 모듈형 디자인. 소형 모터에 적합 |
2. 출력 신호 타입에 따른 분류 (By Signal Output Type)
| 유형 | 설명 |
|---|---|
| 증분형 인코더 (Incremental Encoder) | A/B/Z 펄스 신호 출력. 컨트롤러가 지속적으로 카운트 |
| 절대형 인코더 (Absolute Encoder) | 절대 위치 값 출력. 단일 회전 또는 다중 회전 가능 |
| 아날로그 인코더 (Analog Encoder) | 연속적인 전압/전류 출력 (예: 0–10V, 4–20mA) |
3. 감지 원리에 따른 분류 (By Sensing Technology)
| 감지 원리 | 특징 및 적용 분야 |
|---|---|
| 광학형 (Optical) | 고해상도, 고정밀. 청정 환경에 적합 |
| 자기형 (Magnetic) | 먼지, 오일에 강함. 산업 환경에 적합 |
| 정전용량형 (Capacitive) | 작고, 진동에 강함. 정밀 기기용 |
| 유도형 (Inductive) | 강한 내장성. 중장비 및 안전이 중요한 곳에 적합 |
4. 인터페이스에 따른 분류 (By Communication Interface)
| 인터페이스 유형 | 설명 |
|---|---|
| A/B/Z 펄스 | 증분 신호 표준 출력. 높은 호환성 |
| 아날로그 인터페이스 | 기존 PLC 또는 구형 시스템에 적합 |
| 직렬 인터페이스 (SSI/BiSS) | 고정밀, 실시간성 우수. 고급 절대형 인코더에 적합 |
| 산업용 버스 (CANopen/Profibus) | 유연한 구조. 다중 노드 통신 지원 |
| 산업용 이더넷 (EtherCAT/Profinet) | 고실시간성. 복잡한 자동화 네트워크에 적합 |
인코더의 작동 원리 (How Encoders Work)
인코더는 일반적으로 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다:
- 운동 부품: 회전축, 직선 슬라이드 또는 와이어 구조
- 코드 디스크/자기 테이프: 위치 감지를 위한 주기적 구조 보유
- 감지 센서: 광센서, 자기센서, 정전용량 센서, 유도 코일 등
- 신호 처리 유닛: 감지 신호를 표준 출력으로 변환
- 출력 인터페이스: 컨트롤러와 연결되어 실시간 데이터 교환
측정 대상이 이동할 때, 인코더 내부 감지 시스템이 위치 정보를 수집하고 이를 전기 신호로 변환합니다. 광학형은 빛을 이용해 디스크의 투과 패턴을 읽고, 자기형은 자계 변화를 감지하며, 정전용량형은 전기장의 분포를 인식합니다.
인코더 주요 성능 지표 (Key Performance Metrics)
| 항목 | 설명 |
|---|---|
| 해상도 (Resolution) | 단위 운동당 출력 신호 수 (예: 회전당 펄스 수 PPR, 비트 수 bits) |
| 정확도 (Accuracy) | 실제 값과 측정 값 간 최대 오차 |
| 반복 정밀도 (Repeatability) | 동일 지점 반복 측정 시 결과의 일관성 |
| 최대 응답 주파수 | 지원 가능한 최대 운동 속도에 해당하는 출력 주파수 |
| 출력 전기 표준 | TTL, HTL, RS422 등 |
| 보호 등급 (IP 등급) | IP65, IP67 등. 방진/방수 수준을 나타냄 |
인코더의 주요 응용 분야 (Common Applications)
- 산업 자동화: 컨베이어 위치 결정, 서보 제어, 전동 실린더 피드백
- CNC 머신 툴: XYZ 축 위치 측정, 공구 교환 감지
- 로봇 시스템: 관절 각도 인식, AGV 위치 피드백
- 의료 영상 장비: MRI, CT 스캐닝 제어
- 신재생 에너지: 풍력 회전 제어, 태양광 추적 시스템
- 항공우주 및 국방: 미사일 핀 제어, 비행 자세 감시
인코더 구조 및 신호 예시
그림 1: 일반적인 로터리 인코더 외형
그림 2: 디스크, 센서, 신호 프로세서가 포함된 구조 설명도
관련 기술 표준 (Relevant Standards)
- IEC 60050-351: 산업 측정 용어 표준
- ISO 13849: 기계 안전 기능 표준 (안전 인코더 포함)
- IEC 60529: IP 보호 등급 정의
- IEC 61800-5-2: 드라이브 시스템의 기능 안전 표준
- CiA 406: CANopen 인코더 장치 규격
- IEC 61158: 필드버스 프로토콜 표준
용어 정리 (Glossary)
| 용어 | 의미 |
|---|---|
| PPR | 회전당 펄스 수 (Pulses Per Revolution) |
| CPR | 회전당 카운트 수 (Counts Per Revolution) |
| Z 채널 | 증분 인코더에서 한 바퀴에 한 번 출력되는 기준 신호 |
| TTL | 5V 레벨 디지털 신호 표준 |
| HTL | 10–30V 출력, 높은 내장성 |
| RS422 | 차동 출력 표준. 고속, 장거리 전송 가능 |
| SSI | 동기식 직렬 인터페이스. 절대값 출력에 사용 |
| BiSS | 고성능 오픈소스 직렬 통신 프로토콜 |
요약: 인코더는 물리적 시스템과 디지털 제어 시스템을 연결하는 핵심 장치입니다. 인코더의 분류, 구조, 출력 및 관련 표준을 이해하면 산업 자동화 및 정밀 제어 시스템에서 보다 정확한 선택과 통합 설계를 할 수 있습니다.