Absolute Encoder란? 절대 위치 측정 원리

Absolute Encoder란 회전축의 각 위치를 고유한 디지털 값으로 표현해 절대 위치를 확인하는 센서입니다. Absolute Encoder의 동작 원리와 Single-turn·Multi-turn 구조, Incremental Encoder와의 차이 및 산업자동화 활용을 알아봅니다.

Absolute Encoder란 무엇이며 어떻게 위치를 측정할까?

Absolute Encoder는 회전축의 각 위치에 고유한 위치정보를 부여하여 현재 축이 어느 위치에 있는지를 절대값으로 확인할 수 있는 엔코더입니다. Incremental Encoder가 회전하면서 발생하는 Pulse를 누적해 기준점으로부터의 상대적인 이동량을 계산한다면 Absolute Encoder는 각 위치에 대응하는 Position Code 또는 디지털 위치값을 제어기에 전달합니다. 따라서 제어기는 이전 Pulse를 계속 누적하지 않아도 현재 엔코더가 나타내는 위치정보를 읽을 수 있습니다. 내부에서는 광학식(Optical), 자기식(Magnetic) 등 다양한 검출방식이 사용되며 검출된 회전각을 디지털 위치정보로 변환합니다. 산업용 제품은 SSI, BiSS, EtherCAT, PROFINET, CANopen 등 다양한 인터페이스를 통해 PLC나 Motion Controller, Servo Drive에 위치정보를 전달할 수 있습니다. 다만 모든 Absolute Encoder가 동일한 통신방식이나 데이터 형식을 사용하는 것은 아니므로 실제 시스템에서는 엔코더와 제어기의 인터페이스 호환성을 확인해야 합니다.

전원이 꺼져도 위치를 알 수 있다는 것은 무슨 의미일까?

Absolute Encoder의 핵심 장점은 전원을 다시 공급했을 때 현재 축의 절대 위치를 확인할 수 있다는 점입니다. Incremental Encoder는 일반적으로 전원이 차단되면 제어기에 누적되어 있던 Count 정보가 사라질 수 있어 다시 기동할 때 Homing 과정이 필요할 수 있습니다. 반면 Absolute Encoder는 기계적 위치 자체에 대응하는 고유한 위치정보를 생성하도록 설계되어 전원 재인가 후 현재 위치를 다시 읽을 수 있습니다. 하지만 전원이 꺼져 있어도 PLC가 실시간으로 위치를 계속 읽는다는 의미는 아닙니다. 전원이 없는 동안에는 일반적으로 통신이나 위치 데이터 전송이 이루어지지 않으며, 전원이 다시 공급되었을 때 엔코더가 현재 위치에 해당하는 값을 제공하는 개념으로 이해하는 것이 정확합니다. 또한 Multi-turn 위치를 전원 차단 중에도 유지하는 방식은 제품마다 다릅니다. 기어 구조, 자기식 방식, 에너지 하베스팅 기술 또는 배터리 기반 백업 등이 사용될 수 있으므로 전원 차단 상태에서 회전한 횟수까지 보존할 수 있는지는 해당 제품 사양을 확인해야 합니다.

Single-turn과 Multi-turn Encoder는 무엇이 다를까?

Absolute Encoder는 측정할 수 있는 위치범위에 따라 Single-turn과 Multi-turn 방식으로 구분할 수 있습니다. Single-turn Absolute Encoder는 한 바퀴, 즉 360° 범위 안에서 현재 각도 위치를 고유한 값으로 표현합니다. 예를 들어 12bit Single-turn Encoder라면 이론적으로 한 회전을 2¹² = 4,096개의 위치로 구분할 수 있어 한 Count가 약 0.088°에 해당합니다. 하지만 축이 한 바퀴를 넘어 추가로 회전하면 Single-turn 정보만으로는 몇 번째 회전인지 구분할 수 없습니다. Multi-turn Absolute Encoder는 한 회전 내부의 각도뿐 아니라 축이 몇 바퀴 회전했는지에 대한 Turn 정보를 함께 제공할 수 있습니다. 따라서 볼스크루, 리프트, 로봇축처럼 여러 회전에 걸쳐 위치를 관리해야 하는 시스템에서 유용합니다. 제품 사양에는 Single-turn Resolution과 Multi-turn Range가 각각 표시될 수 있으며 전체 위치 데이터의 Bit 수가 어떻게 구성되는지도 확인해야 합니다.

Absolute Encoder는 산업자동화에서 언제 사용할까?

Absolute Encoder는 전원 재투입 후 빠르게 현재 위치를 확인해야 하거나 반복적인 원점복귀를 줄이는 것이 중요한 자동화 설비에서 활용됩니다. 산업용 로봇, 서보축, 자동창고, 크레인, 엘리베이터, 공작기계, 회전 테이블 등에서는 장비가 정지한 위치를 정확하게 관리해야 하므로 절대위치 정보가 중요할 수 있습니다. 특히 기계 구조상 Homing을 수행하기 어렵거나 원점복귀 과정에서 다른 장비와 충돌할 가능성이 있는 시스템에서는 Absolute Position 정보가 유용합니다. 반면 단순 속도측정이나 상대적인 이동거리만 필요한 장비라면 Incremental Encoder가 경제적이고 충분한 선택이 될 수 있습니다. Absolute Encoder를 선정할 때는 Resolution, Single-turn·Multi-turn 범위, Accuracy, 최대 회전속도뿐 아니라 SSI·BiSS·Fieldbus 등의 통신방식과 PLC 또는 Servo Drive의 지원 여부도 검토해야 합니다. 결국 Absolute Encoder의 핵심은 단순히 Pulse를 세는 것이 아니라 각 회전위치에 고유한 정보를 부여하여 제어시스템이 현재 위치를 직접 확인할 수 있도록 하는 데 있습니다.