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뛰어난 이물 내성의 레니쇼 광학식 엔코더

독창적 광학 필터링 옵틱 기술 적용

Renishaw는 계측 기술, 모션 제어, 분광학과 정밀 가공과 같은 고정밀 측정이 필요한 여러 분야에서 독창적이고 진보된 기술력을 가지고 있다. 이와 함께 Renishaw는 다양한 산업 분야의 요구에 부응하는 광범위한 소형 광학식 엔코더 및 마그네틱 엔코더를 제공하고 있다. Renishaw 엔코더 품목은 광학식 엔코더 RG, SiGNUM™, TONiC™, RESOLUTE™, ATOM™을 비롯해 자기식 엔코더 LM series, Rolin, LMA, AM 칩 타입 엔코더 등 다양하다.

Renishaw 광학식 엔코더
광학식 엔코더는 주로 고분해능의 정밀 제어가 필요한 분야에 사용되고 있다. 하지만 모든 광학식 엔코더의 성능이 동일한 것은 아니라고 레니쇼코리아는 전했다. 높은 이물 내성과 신호 안정성, 낮은 주기 오차를 가지기 위해서는 효과적인 광학 필터링 기술이 필수적이라는 것.

그 동안의 광학식 엔코더 사용 이력은 잘 설계된 광학 구조가 장비의 업-타입을 늘리며, 높은 안정성 및 유지 보수 비용의 감소를 가져옴을 보여준다. 특히 세계적인 모션 시스템의 동향은 시스템의 고정밀, 소형화, 시간 단축 및 안전성인데, 이에 부응하여 마이크로 스테이지, 소형 DD 모터 등이 개발되고 있으며, 신뢰성 있는 초소형 엔코더의 요구가 증가하고 기존 증분형 엔코더 시장에서 점차 절대형 엔코더의 사용으로 이동하고 있다. 이에 Renishaw는 이 같은 시대의 요구를 만족시키는 제품들을 지속적으로 개발 및 공급하고 있다.

독창적인 필터링 옵틱 기술
계측적으로 높은 성능의 이물 내성을 가지기 위해서는 광학 필터링 설계가 요구된다. 독창적인 광학 필터링 설계를 가지는 Renishaw 시스템은 스케일의 기복으로 인해 발생하는 위치 변화를 효과적이고 완벽하게 차단하는데, 이는 두께가 얇은 스케일의 특징이라 할 수 있다. Renishaw의 광학 설계는 그림과 같다.

적외선 LED가 리니어 또는 로터리 타입 스케일로 빛을 발사하면 20μm 또는 40μm 피치의 평평한 Ronchi 격자 면에서 빛이 반사 회절되어 중간에 Index grating을 거쳐 광 디텍터에 감지된다. 이 광학 시스템에 적용된 원리는 Talbot-Lau 효과 및 Abbe 이론의 활용으로써 스케일에서 반사된 빛의 패턴은 index grating에서 필터링 되어 순수 Fringe 패턴만이 디텍터에 감광되어진다. 또한 광 디텍터는 선택적인 4개의 특정 위상의 신호만을 받아들이도록 공간적으로 분할되어 있으며, 4개 위상 신호의 특수 조합으로부터 DC 노이즈가 제거된 90도 위상 차의 아날로그 Sine/Cosine신호가 출력된다.

Renishaw 핵심 제품

1. 세계 최초 필터링 옵틱 장착 초소형 엔코더 시스템, ATOM
 ATOM은 AGC 자동게인조절(Auto Gain Control) 및 AOC 자동옵셋조절(Auto Offset Control) 기능을 갖추고, 신뢰성이 높은 IRED 광원을 통해 높은 신호 안정도를 유지할 수 있다. 이 같은 ATOM의 특징은 초소형 사이즈와 정확도, 시스템의 안정성을 요구하는 어플리케이션에 적합하도록 설계되었다. 사이즈는 8.35mm×12.7mm×20.5mm(7.2mm×12.7mm×20.5mm for FPC version)이다.

Renishaw는 TONiC 제품에 적용된 진보된 필터링 광학 기술을 ATOM에 적용함으로써 스케일 상의 파티클, 지문, 그리스 등으로 인한 신호의 왜곡을 최소화하게 되었다.
이는 곧 작업 중에 발생할 수 있는 이물이나, 작업자의 실수에도 불구하고 정확한 위치 제어를 유지할 수 있는 장점으로 이어진다.

2. RESOLUTE
RESOLUTE는 기존의 앱솔루트 엔코더 시장에 혁명적인 새로운 기준을 만든 진정한 앱솔루트 타입 엔코더다. 인크리멘탈 엔코더와는 다른 기술을 통해 뛰어난 이물 내성을 자랑한다.
RESOLUTE의 놀라운 성능은 정교하면서도 신뢰성 높은 완전히 독창적인 동작 기술의 산물이다. RESOLUTE는 반복되지 않는 긴 고유의 바코드로 이루어진 스케일 사진을 찍으면서 바코드를 분석하여 나노 단위의 분해능으로 위치를 결정한다. 

RESOLUTE는 다양한 산업용 표준 시리얼 통신 방식을 지원한다. 컨트롤러에서 펄스 타입의 Request 신호를 보내면 리드헤드에서 해당 시점의 위치를 효과적으로 캡쳐 하는 방식이다. 이 같은 방식에 있어서 Request 신호의 도달 시점과 이미지 캡쳐 간의 시간 변동 정도는 정확한 위치 제어에 있어서 결정적인 요소가 된다. RESOLUTE는 시간 변동폭이 수 nano seconds 이내를 가지며, 이는 RESOLUTE로 하여금 초고성능 모션 제어에 적합하도록 만드는 하나의 특징이다.

뛰어난 이물 내성
RESOLUTE는 예술적인 성능의 DSP(Digital Signal Processing)를 이용하여 잉여 코드 해독 및 Cross-checking, Focusing과 Motion blur등의 복잡한 이미지 분석 및 처리를 실행한다.

RESOLUTE의 코드 해독 알고리즘은 매우 진보적이어서 스케일의 일부분이 미립자 이물로 인하여서 사람의 눈에는 완전히 지워진 경우에도 위치를 읽을 수 있을 뿐 아니라, 심지어는 오일의 빛을 산란시키는 영향 또는 스며든 그리즈로 인해 다른 엔코더에서는 miss-count/ Alarm을 띄우는 조건에서도 위치를 읽을 수 있다. 아래의 세 가지 경우 모두에서 RESOLUTE는 위치를 판독할 수 있다.

싱글 트랙 앱솔루트 엔코더
기존에 사용되는 모든 앱솔루트 타입 엔코더는 두 개 이상의 트랙으로 구성되어 있었다. 즉, 하나의 스케일 상의 증분형 트랙과 절대형 트랙의 조합으로써 최종 위치 값을 결정하는 방식이었지만 2트랙 스케일의 문제점은 헤드의 편요각(yaw) 오차 발생 시, 두 트랙 간의 읽는 위치가 서로 어긋났다. 이로 인해 설치 및 구동 시의 공차가 매우 엄격해야 했으며, 위치 오차의 소지가 컸다. Renishaw는 앱솔루트 엔코더 개발 당시, 이 같은 2트랙 시스템의 문제점을 해결하고자 새로운 시도를 하였고, 세계 최초로 30μm 스케일 피치의 싱글 트랙 앱솔루트 엔코더를 개발할 수 있었다. Renishaw의 독창적인 30μm 피치 바코드 스케일과 이와 연합하여 정교하게 디자인 된 광학적 설계는 엔코더의 성능을 획기적으로 개선시켰다.

자료제공 | 레니쇼코리아(www.renishaw.co.kr)


  기자 : 편집부 
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  날짜 : 2014-10

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