光学式エンコーダとは？仕組みから選び方まで徹底解説！

光学式エンコーダとは？その基本的な仕組み

光学式エンコーダは、旋転や移動の角度、速度、位置を正確に検知するためのデバイスです。
産業機械、ロボット、工作機械など、多種多様な分野で利用されています。
その名の通り、光を利用してセンサーが動きを読み取り、精密な制御が可能です。

基本的な仕組みとしては、回転ディスクに設けられた格子状のパターンと、ディスクから発せられる光が相互作用します。
光源から出た光は、ディスクの格子パターンを通過し、フォトセンサーに到達します。
フォトセンサーはこの光のオン・オフ状態を検知し、電気信号に変換することで、回転や位置情報を出力します。

光学式エンコーダの種類

光学式エンコーダには、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の2種類があります。

インクリメンタルエンコーダ

インクリメンタルエンコーダは、位置情報を0度からの相対的な変位として測定します。
これにより、回転角度の変化を検知することができます。
インクリメンタルエンコーダはシンプルな構造のため、コストパフォーマンスに優れる一方、電源が切れた場合、現在位置を再認識するためには「原点復帰」が必要です。

アブソリュートエンコーダ

アブソリュートエンコーダは、位置情報を個々の角度として絶対的に測定します。
このため、電源がオフの状態でも再起動時には現在位置が保持されています。
アブソリュートエンコーダはより高度な制御が求められる場面で大いに重宝されますが、構造が複雑でコストも高めです。

光学式エンコーダの選び方

光学式エンコーダを選ぶ際には、以下のポイントを考慮する必要があります。

解像度

解像度は、エンコーダがどれだけ細かく位置を検出できるかを示します。
一般的には、1回転あたりのパルス数で表されます。
精密な制御が求められる場合は、高解像度のものを選ぶ必要があります。

耐環境性

工場などの産業現場では、埃や油、振動などの厳しい環境条件があります。
エンコーダがこれらの条件に耐えうるかどうかを確認しましょう。
特に、防塵・防水規格（IP規格）に対応しているか確認することが重要です。

速度および応答性

エンコーダが回転速度や移動速度に対応できるかも重要です。
高速な動作に対応できるよう、エンコーダの応答速度が高いものを選ぶと良いです。

取り付け方法

エンコーダの取り付け方法も多種多様です。
シャフト付き、シャフトレス、そしてクローズドロータータイプなど、取り付け方にバリエーションがあるため、自社の機器に最適なものを選びましょう。

最新の技術動向

近年、光学式エンコーダにもいくつかの革新が見られます。

高解像度技術の進化

高解像度エンコーダの技術が進化し、非常に高い精度で位置や速度が測定できるようになっています。
これにより、より高度な自動制御が可能になります。

デジタル通信対応

近年のエンコーダは、デジタル通信プロトコル（例えば、EtherCATやCANopenなど）に対応するものが増えており、工場全体のIoT化やスマートファクトリーの実現に貢献しています。

センサーの小型化・高集積化

センサーの小型化や高集積化も進行しており、エンコーダは以前よりもコンパクトで高性能になっています。
これにより、小型で高性能な装置が作りやすくなりました。

光学式エンコーダの導入事例

光学式エンコーダの具体的な導入事例を以下に紹介します。

ロボットアームの制御

ロボットアームの動きを高度に制御するためには、精密な位置検出が求められます。
光学式エンコーダはその正確性と信頼性から、多数のロボットアームに利用されています。

工作機械

CNC（コンピュータ数値制御）機械では、非常に高い精度が必要です。
光学式エンコーダは、その高い解像度と正確な位置情報提供能力が重宝されています。

自動車産業

自動車の製造ラインでも、光学式エンコーダが使われています。
特にエンジンの組み立てラインや塗装ラインでは、正確な位置検出が不可欠です。

光学式エンコーダのメンテナンス

エンコーダが正しく動作し続けるためには、適切なメンテナンスが必要です。

定期的な清掃

光学式エンコーダのセンサー部分には、埃や汚れが付着しやすいです。
定期的に清掃することで、安定した動作を維持できます。

機械的チェック

エンコーダの取り付け部やシャフト部分の緩みや損傷をチェックしましょう。
これにより、長期的に正確な位置検出が可能となります。

ソフトウェアのアップデート

エンコーダのファームウェアがアップデートされることがあります。
最新のファームウェアを適用することで、不具合の修正や性能の向上が期待できます。

まとめ

光学式エンコーダは、さまざまな産業分野で非常に重要な役割を果たしています。
その精度と信頼性は、精密な位置検出と制御を求める場面で欠かせません。
選び方から最新の技術動向、具体的な導入事例、メンテナンス方法まで、理解しておくことで、適切なエンコーダ選定と活用が可能となります。
ぜひ、光学式エンコーダを活用し、より高い生産性と品質を実現してください。