絶対エンコーダーはあなたの設計に適しているのはいつですか？

回転するシャフトの速度、動きの方向、または位置を測定する必要がある場合、ロータリーエンコーダが必要になる可能性があります。そして、選択する際には、増分エンコーダと絶対値エンコーダの2つの主要なタイプを検討する必要があります。

適切な選択をすることは重要です。そのため、絶対エンコーダについて簡単なガイドをまとめました。これにより、絶対エンコーダが何であるか、インクリメンタルエンコーダとの違い、そしてどのような状況で絶対エンコーダが必要になるかを理解する助けとなります。

絶対形エンコーダーとは何ですか？

アブソリュートエンコーダは、回転の各ポイントで「絶対的」な位置を表すユニークな位置値またはデータワードを提供します。電源を入れた瞬間から、アブソリュートエンコーダは測定している回転軸の正確な位置を教えてくれます。この機能は、光学センサー、磁気センサー、または容量性センサーを使用して、軸とともに回転するディスクからユニークなコードを読み取ることで実現します。重要なのは、アブソリュートエンコーダは軸を回す必要がなく、この位置を一時的な電力供給の中断があっても保持できることです。エンコーダのディスク上にユニークなコードが多ければ多いほど、位置の読み取り精度が向上します。

解像度は、1回転あたりのデータ語のユニークな数を対応するビット（二進数）単位で表されます。絶対エンコーダには、シングルターンとマルチターンのバリエーションがあります。シングルターンエンコーダは、1回転360°の範囲で位置データを提供し、シャフトの回転ごとに出力が繰り返されます。マルチターンエンコーダも1回転分の位置データを提供しますが、さらに「回転数」カウンターを備えており、回転数を計測します。

絶対式エンコーダー vs 増分式エンコーダー

逆に、インクリメンタルエンコーダーはシャフトが回転するたびにパルスを生成することで動作します。典型的なインクリメンタルエンコーダーは、90度ずれた2つの矩形波を生成します。これらのパルスは、エンコーダー外部の電子機器によって追跡またはカウントしなければなりません。

解像度は回転数あたりのパルス数（PPR）で表され、増分式エンコーダーのいずれかの方形波出力から得られる高パルスの数を示します。

増分エンコーダの出力は、常に4つの繰り返し状態のいずれかにあるため、有意な位置情報を提供するには、エンコーダを既知の固定位置、つまり「ホーム」に基準付けする必要があります。ホーム位置は通常、エンコーダのインデックスパルスに整合しており、そこからシャフトの回転の増分変化を追跡することでシャフトの絶対位置を把握することができます。このプロセスは、増分エンコーダの電源を入れるたび、または一時的な電力喪失が発生した場合に必ず実行する必要があります。その結果、絶対位置の読み取りを得るには時間がかかり、シャフトが回転する必要があります。

インクリメンタルエンコーダは絶対位置エンコーダよりも構造が簡単であるため、通常は価格が安価です（ただし、この価格差は縮小しています）。速度、動作方向、または相対位置のみを監視する場合、インクリメンタルエンコーダが通常最適な選択肢となりますが、絶対位置が重要な要件である場合は、絶対位置エンコーダを選ぶべきです。

なぜインクリメンタルエンコーダーではなくアブソリュートエンコーダーを選ぶべきなのか？

第一に、絶対エンコーダはシャフトの位置を維持するため、電源を供給するとすぐにその位置がわかります。ホーミングやキャリブレーションのシーケンスが完了するのを待つ必要がなく、起動時や停電後でも必要な位置データを速やかに取得できます。エンコーダがOFFの間にシャフトが回転していた場合でも同様です。

起動時の絶対位置を把握することは、多くのシステムにおいて非常に重要です。特定の位置では、シャフトを一方向に回転させることは安全ですが、逆方向に回転させることは危険です。用途によっては、これを誤ると機器の損傷や身体的な怪我、さらにはそれ以上の被害を引き起こす可能性があります。このような状況では、部品が動き始める前に回転機器の正確な位置を知ることが不可欠です。

同様に重要なのは、アブソリュートエンコーダがリアルタイムで正確な位置を提供することです。ますます多くのシステムが中央通信バスに接続されたデジタル化が進む中、必要に応じてエンコーダの位置をリアルタイムでポーリングできることは、大きな利点となります。インクリメンタルエンコーダを使用して位置を追跡する場合、ホーム位置のシーケンス後でも、外部回路（通常はクアドラチャー復号）を介してすべてのパルスを追跡する必要があります。さらに外部回路が必要なことに加え、この仕組みでは位置を特定する際に一定の遅延が生じる可能性もあります。

他にも利点があります。絶対位置エンコーダを実装するシステムは、通常、電気ノイズに対して影響を受けにくいです。これは、インクリメンタルエンコーダがパルスをカウントする必要があるのに対し、バイナリエンコーダからエラー検出済みコードを読み取る方法や、シリアルバスを介してデジタルで位置を取得するからです。

これに関連するのが、同じシステム内で複数の絶対エンコーダを組み合わせることが比較的簡単であるという点です。これは、例えば工場自動化や複数関節を持つロボットアームにおいて役立つ場合があります。インクリメンタルエンコーダを使用する場合、複数のデバイスからの出力を監視するのは非常に複雑になり、大きな処理能力が必要となります。しかし、絶対エンコーダの場合、特に中央の通信バスに接続できるものを使用すれば、各エンコーダから個別にデータを取得することができ、読み取りを解釈するのに必要な処理能力ははるかに少なくて済みます。

アブソリュートエンコーダの用途

絶対エンコーダーとインクリメンタルエンコーダーの主な違いを明確にしたところで、絶対エンコーダーが使用される具体的なシナリオを簡単に見てみましょう。

主要な市場はロボット工学です。これには多様な分野を含む急速に拡大する領域が含まれます。製造業では、組み立て、溶接、塗装などの作業に使用されるロボットアームが見られます。また、医療分野でもロボットが活躍しています。例えば、遠隔手術ではロボットアームから得られる極めて正確な位置情報が大量に必要です。家庭用支援ロボットも、絶対エンコーダーの新しい活用事例として注目されています。

しかし、これは単なる一例です。より多くのシステムがデジタル化し、インクリメンタルエンコーダーとアブソリュートエンコーダーの価格差が縮小するにつれて、アブソリュートエンコーダーの用途の幅は産業市場や消費者市場の両方においてほぼ無限ともいえる広がりを見せています。自動ゲートやカメラ用ジンバルから工場の自動化に至るまで、アブソリュートエンコーダーは位置を特定するための非常に効果的で、しかもますます経済的な方法となっています。

絶対エンコーダーオプション

製品設計に適切なタイプのエンコーダーを選ぶことは非常に重要です。そのため、インクリメンタルエンコーダーとアブソリュートエンコーダーの主な違いを理解することが必要です。価格差が縮まり技術が変化している今、アブソリュートエンコーダーはインクリメンタルエンコーダーに比べて多くの明確な利点を持っており、位置フィードバックのニーズにおいて非常に魅力的な選択肢となり得ます。