인코더 유형

인코더는 산업 자동화 및 정밀 모션 제어 시스템의 “눈”으로, 기계적 움직임을 전기 신호로 정확하게 변환합니다. 다양한 애플리케이션 요구와 기술 구현에 따라 출력 신호 유형, 측정 형식, 검출 원리의 세 가지 관점에서 분류할 수 있습니다. 아래는 보다 전문적이고 상세한 분석입니다。

I. 출력 신호 유형별 분류

1. 증분 인코더 (Incremental Encoder)

• 동작 원리: 광전 또는 자기 감지를 통해 A/B 상 직교 펄스를 생성하며, Z 상에서 한 번의 리셋 펄스를 출력합니다.
• 주요 지표:
  • 해상도: 일반적으로 500–10 000 PPR; 인터폴레이션(4×, 16×)을 통해 수만 또는 백만 PPR까지 향상 가능합니다。
  • 신호 품질: 위상 오차 < 5°, 지터 < ±1 LSB。
• 출력 표준: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422 차동 드라이브。
• 장단점:
  • 장점: 저비용, 빠른 응답 속도; 폐쇄 루프 속도/위치 제어에 적합。
  • 단점: 전원 차단 시 위치 손실; 외부 카운터 및 리셋 과정 필요。
• 대표 적용: 서보 드라이브, 모터 속도 측정, 왕복 기계 이동 범위 모니터링。

2. 절대 인코더 (Absolute Encoder)

• 동작 원리: 각 위치에 고유한 이진 또는 Gray 코드가 할당되어 있어 리셋 없이도 절대 위치를 읽을 수 있으며, 다회전형은 기어 또는 전자 카운터로 회전수를 기록합니다。
• 주요 지표:
  • 단회전 해상도: 8–20 bit; 다회전 범위: 16–32 bit。
  • 코드 형식: Gray, Binary, BCD, Excess‑3 등。
• 인터페이스: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2(동기식), CANopen, Profinet(이더넷)。
• 장단점:
  • 장점: 전원 차단 후에도 위치 유지; 고신뢰성 다축 시스템에 적합; 온라인 파라미터 설정 지원。
  • 단점: 비용 높음; 시리얼 인터페이스는 고대역폭 컨트롤러 필요。
• 대표 적용: 로봇 관절, 다축 CNC 머신, 안전 시스템。

3. 하이브리드 인코더 (Hybrid Encoder)

• 정의: 증분 및 절대 신호를 동시에 출력하여 고속 펄스와 절대 위치 정보를 모두 제공하는 장치。
• 특징: 고속 펄스와 절대값 피드백을 병행 제공, 기능 안전 중복 시스템에 자주 사용。
• 대표 적용: SIL 등급 안전 시스템, 항공/우주용 낙하산 모니터링, 스마트 물류 AGV。

II. 측정 형식별 분류

1. 회전 인코더 (Rotary Encoder)

• 구조: 실축/중공축/반중공축, 플랜지 또는 패널 장착。
• 기계적 지표: 축 경 φ3–φ20 mm, 방사 방향 하중 10–50 N, 축 방향 하중 5–20 N; 베어링 수명 L₁₀ ≥ 10⁷ h。
• 설치 요령: 동심도 < 0.05 mm 유지, 편향 하중 및 고진동 피하기。
• 예시 적용: 서보 모터 피드백, 회전 테이블 제어, 밸브 위치 제어。

2. 선형 인코더 (Linear Encoder)

• 유형: 광학식 레일, 자기식 레일, 정전용량식 레일; 센서 헤드와 레일 간격 0.1–1 mm 유지。
• 정밀도: 해상도 0.01–1 µm, 선형 오차 < ±1 µm/m。
• 환경 적응성: 광학형은 클린룸, 자기형은 오일 및 먼지 환경에서도 동작。
• 예시 적용: CNC 슬라이드 테이블, 3차원 좌표 측정암(CMM), 반도체 노광기。

3. 드로우-와이어 인코더 (Draw‑Wire Encoder)

• 구조: 스프링 장착 스틸 케이블 릴, 측정 거리 수 미터까지 가능。
• 정밀도: 해상도 0.1 mm, 반복성 < ±0.5 mm。
• 적용 시나리오: 리프트 테이블 높이 측정, 셔터 위치 감지, 터널 탐사。
• 설치 권장: 케이블 수직 장력 유지, 굽힘 및 측면 당김 피하기。

III. 검출 원리별 분류

1. 광학 인코더 (Optical Encoder)

• 검출 방식: 광원 → 코드 디스크 → 광 검출기; 투과/반사 변화로 펄스를 생성。
• 해상도 장점: 백만 PPR 이상; 지터 < ±0.1 arcsec。
• 단점: 먼지, 오일, 온도 변화에 민감。
• 표준: ISO 23125 광학 인코더 규격 준수。

2. 자기 인코더 (Magnetic Encoder)

• 검출 방식: 홀 효과 센서 또는 자기저항 센서로 자기장 변화를 감지。
• 신뢰성: 오염, 진동, 온도 드리프트에 강함; 일반 정확도 0.1–0.5°。
• 예시 적용: 엘리베이터 카 위치 제어, 중장비 각도 모니터링。
• 표준: DIN 32701 자기 인코더 규격 준수。

3. 정전용량식 인코더 (Capacitive Encoder)

• 검출 방식: 전극 간 정전용량 변화 측정, AC 구동 사용。
• 특징: 저전력, 컴팩트, 진동 저항; 정확도 ±1 µm。
• 단점: 금속 환경 및 정전기에 민감。
• 예시 적용: 마이크로 로봇, 의료용 매니퓰레이터, 마이크로나노 플랫폼。

4. 유도식 인코더 (Inductive Encoder)

• 검출 방식: 코일과 금속 타깃 간 유도 결합 변화로 거리 측정。
• 장점: 고온, 고압, 강한 전자기 간섭에 강함。
• 정밀도: 일반적으로 ±10 µm; 중공업 및 철도 교통에 적합。
• 표준: IEC 62130 유도식 위치 센서 가이드 준수。

IV. 선택 종합 가이드

1. 요구사항 명확화: 운동 형태(회전/선형), 신호 유형(증분/절대)。
2. 정밀도와 속도 매칭: 고해상도는 컨트롤러 대역폭 및 인터폴레이션 기능 고려。
3. 환경 적응성: 광학형은 클린룸, 자기/유도형은 열악 환경에 적합。
4. 기계적 신뢰성: 베어링 하중, 수명, 설치 정렬 주의。
5. 통신 호환성: 시스템 통합 및 진단을 위한 프로토콜/인터페이스 지원 확인。

이 세 가지 관점의 전문 분류 및 성능 비교를 통해 가장 적합한 인코더 유형을 빠르게 선택하여 장비 성능을 최적화하고 개발·유지보수 비용을 절감할 수 있습니다。