回転シャフトの速度、移動方向、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高いでしょう。そして、どちらかを選択する際には、インクリメンタルエンコーダとアブソリュートエンコーダという2つの主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。そこで、アブソリュートエンコーダに関するこの短いガイドを作成し、その内容、インクリメンタルエンコーダとの違い、そして必要な状況について理解を深めていただきたいと思います。

アブソリュートエンコーダとは？

アブソリュートエンコーダは、回転のすべての点で一意の位置値またはデータワードを提供し、エンコーダの「絶対」位置を表します。電源を入れた瞬間から、アブソリュートエンコーダは、測定している回転シャフトの正確な位置を伝えることができます。これは、光学、磁気、または静電容量センサーを使用して、シャフトとともに回転するディスクから一意のコードを読み取ることによって行われます。重要なのは、アブソリュートエンコーダはシャフトを回転させる必要がなく、一時的な電源喪失の場合でもこの位置を追跡できることです。エンコーダのディスクにある一意のコードが多いほど、位置の読み取り精度が高くなります。

分解能は、1回転あたりの一意のデータワードの数に対応するビット（バイナリ数字）で表されます。アブソリュートエンコーダには、シングルターンとマルチターンのバリエーションもあります。シングルターンエンコーダは、1回転（360°）にわたって位置データを提供し、シャフトが1回転するごとに繰り返し出力します。マルチターンエンコーダも1回転にわたって位置データを提供しますが、「ターン」カウンターを追加して回転数を測定します。

アブソリュートエンコーダ vs. インクリメンタルエンコーダ

一方、インクリメンタルエンコーダは、シャフトが回転するとパルスを生成することによって機能します。一般的なインクリメンタルエンコーダは、90度位相がずれた2つの矩形波を生成します。これらのパルスは、エンコーダ外部の電子機器によって追跡またはカウントされる必要があります。

一般的なインクリメンタルエンコーダの波形（90°位相がずれています）

分解能は、1回転あたりのパルス数（PPR）で表され、インクリメンタルエンコーダがその矩形波出力のいずれかから持つ高パルスの数を表します。

インクリメンタルエンコーダの出力は、4つの繰り返し状態のいずれか1つにしか存在しないため、意味のある位置情報を提供するには、エンコーダを既知の固定位置または「ホーム」に参照する必要があります。ホーム位置から（多くの場合、エンコーダのインデックスパルスに合わせられます）、シャフトの回転のインクリメンタルな変化を追跡し、シャフトの絶対位置を知ることができます。これは、インクリメンタルエンコーダの電源を入れるたびに、または一時的な電源喪失の場合に発生する必要があります。その結果、絶対位置の読み取りに時間がかかり、シャフトを回転させる必要があります。

インクリメンタルエンコーダは、アブソリュートモデルよりも複雑さが少なく、したがって通常は安価です（ただし、価格差は縮まっています）。速度、移動方向、または相対位置のみを監視している場合は、通常、インクリメンタルエンコーダが最適なオプションですが、絶対位置が重要な場合は、アブソリュートエンコーダを使用する必要があります。

なぜインクリメンタルエンコーダではなくアブソリュートエンコーダを選択するのか？

まず、アブソリュート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位置がわかります。ホーミングまたはキャリブレーションシーケンスが完了するのを待つ必要はなく、起動時や電源障害後でも、シャフトがオフの間に回転していたとしても、必要な位置データをより迅速に取得できます。

起動時に絶対位置を知ることは、多くのシステムで不可欠です。特定の位置では、シャフトを一方の方向に回転させ続けることは安全ですが、もう一方の方向には安全ではありません。アプリケーションによっては、これを間違えると、機器の損傷、身体的損傷、またはさらに悪い結果につながる可能性があります。このような状況では、部品が動く前に、回転デバイスの正確な位置を知ることが重要です。

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真の位置を提供することです。ますます多くのシステムが、中央通信バスへの接続を備えたデジタル化が進んでおり、必要に応じて、最小限の遅延でリアルタイムの位置をエンコーダに問い合わせることができることは大きなメリットです。インクリメンタルエンコーダで位置を追跡するには、ホーミングシーケンスの後でも、外部回路（通常は直角位相復号化を介して）ですべてのパルスを追跡する必要があります。必要な外部回路に加えて、これは位置を決定する際にいくらかの遅延があることも意味します。

アブソリュートエンコーダは、その指定された分解能で各位置に対して一意のデジタル「ワード」を生成します

他にも利点があります。アブソリュートエンコーダを実装するシステムは、バイナリエンコーダからエラーチェックされたコードを読み取るか、シリアルバスを介してデジタル的に位置を取得するため、パルスをカウントする必要があるインクリメンタルエンコーダよりも、一般的に電気的ノイズの影響を受けにくくなります。

これに関連して、同じシステムで複数のアブソリュート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事実があります。たとえば、工場自動化や複数のジョイントを持つロボットアームなどです。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ことは非常に複雑になり、かなりの処理能力が必要になります。しかし、アブソリュートエンコーダ、特に中央通信バスにリンクできるものは、それぞれから個別にデータを取得できるため、読み取りを解釈するために必要な処理能力が大幅に少なくなります。

アブソリュートエンコーダの用途

アブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダの主な違いを説明したので、アブソリュートエンコーダが使用される特定の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あり、さまざまな分野をカバーする急速に拡大している分野です。製造業では、組み立て、溶接、塗装などのタスクに使用されるロボットアームが見られます。医療分野でも見られます。たとえば、遠隔手術では、ロボットアームからの非常に正確な位置情報が大量に必要です。ホームアシスタントロボットは、アブソリュートエンコーダのもう1つの新しいユースケースです。

しかし、これはほんの一例であり、ますます多くのシステムがデジタル化され、インクリメンタルエンコーダとアブソリュートエンコーダの価格差が縮まっているため、アブソリュートエンコーダの用途は、産業市場と消費者市場の両方でほぼ無限に広がっています。自動ゲートやカメラジンバルから工場自動化まで、アブソリュートエンコーダは、位置を決定するための非常に効果的で、ますます予算に優しい方法です。

アブソリュートエンコーダのオプション

製品設計に最適なタイプのエンコーダを選択することは不可欠です。そのため、インクリメンタルエンコーダとアブソリュートエンコーダの主な違いを理解することが非常に重要です。価格差が縮まり、技術が変化するにつれて、アブソリュートエンコーダはインクリメンタルエンコーダよりも多くの明確な利点を持ち、位置フィードバックの要件にとって魅力的な選択肢となっています。