변위 센서 – metoree本番管理

변위 센서란?

변위 센서는 피측정물 자체의 두께나 높이 등을 측정하는 센싱 기기입니다.

프로브를 접촉하여 측정하는 접촉식 센서와 레이저를 이용한 비접촉식 센서 등이 판매되고 있습니다.

변위 센서는 산업 분야에서 폭넓게 사용되고 있습니다. 특히 가공장치나 이송장치 등에서는 가공물의 위치나 형상을 감지해야 하기 때문에 변위센서를 이용하여 거리를 측정합니다.

또한, 제품의 외관 검사 등 피측정물의 두께 정보가 필요한 경우에도 유용합니다. 두께는 버니어 캘리퍼스로도 측정이 가능하지만, 복잡한 형상의 제품이나 만졌을 때 결함이 있는 제품은 비접촉식 변위 센서를 사용합니다.

어떤 피측정물과의 거리를 측정하는 경우, 확산반사 방식 또는 정반사 방식의 레이저 변위계가 사용됩니다. 두 방식 모두 레이저 광원의 빛을 피측정물 표면에서 반사시켜 그 반사광을 수광부에서 감지하여 거리를 판단합니다.

수광부는 일정한 영역폭을 가지고 있으며, 반사광의 각도에 따라 수광부가 달라집니다. 수광부가 변화하면 그에 따른 전류가 감지되고, 그 정보를 바탕으로 거리 값으로 환산합니다.

구조상 피측정물 표면이 예각인 경우에는 반사광이 수광부로 돌아오지 않기 때문에 검출할 수 없습니다. 이 허용 기울기는 변위계의 설계에 따라 달라지는데, 일반적으로 확산반사 방식의 변위 센서가 감지 각도가 더 넓습니다.

변위센서는 용도에 따라 다양한 제품이 판매되고 있습니다. 다음은 변위 센서의 종류 중 일부입니다.

전자기에 의한 직선 변위 검출 중 가장 대표적인 센서로, 1차 코일과 2개의 2차 코일, 그 사이에 있는 철심으로 구성되며, 1차 코일은 여자(勵磁)용, 2차 코일은 검출용으로 작동하고 철심은 움직입니다.

1차 코일에 고주파 교류를 흘리면 전자기 유도의 작용으로 2차 코일에 전압이 유도되어 철심이 움직입니다. 철심이 움직이면서 차동 출력이 0인 상태에서 전압차가 발생하여 변위를 측정할 수 있는 구조입니다.

차동 변압기식 변위 센서는 구조상 측정값의 오차가 적은 것이 특징입니다. 반면, 코일의 자기장을 이용하기 때문에 코일 내 철심의 위치에 따라 자기장 특성이 안정적이지 않을 수 있습니다.

리니어 스케일은 리니어 엔코더라고도 하며, 직선상의 위치나 거리를 고정밀도로 측정하기 위한 센서입니다. 인덕션과 마그네틱 스케일의 두 가지 종류가 있습니다.

인덕션 스케일은 고정된 빗살 모양의 코일 스케일과 움직일 수 있는 빗살 모양의 코일 슬라이더로 구성됩니다. 코일에 교류 전류를 흘리면 슬라이더의 코일에 전압이 유도되고, 그 위상 변화로 변위를 측정합니다.

마그네틱 스케일은 자기 테이프 등을 자기 기록 매체로 한 스케일과 검출 센서로 구성됩니다. 검출 센서가 이동함으로써 위치를 감지하여 변위를 측정합니다.

싱크로는 송신기와 수신기의 두 개의 회전축으로 구성된 회전각 변위 검출용 센서입니다. 송신기 측 축에 감긴 1차 코일에 교류 전류를 흘리면 전자기 유도 작용에 의해 수신기 측 2차 코일에 전압이 유도됩니다.

이때 송신기 측 축과 동일한 각도만큼 수신기 측 축이 회전하는 것을 이용하여 회전각 변위를 측정합니다.

리졸버는 전자기 유도 작용에 의해 회전각을 검출하는 센서입니다. 여기용 코일과 감지용 두 개의 코일, 철심으로 구성됩니다. 이들 코일은 모두 직결되어 있습니다.

여기용 코일에 교류 전압을 가하면 검출용 코일에 전압이 유도됩니다. 회전 각도에 따라 출력되는 전압이 달라지기 때문에 이 출력 신호에서 회전각 변위를 측정합니다.

변위 센서를 선택할 때는 먼저 용도가 거리 검출인지 형상 정보 검출인지 확인해야 한합니다. 거리 검출이라면 측정 범위에 맞는 제품 중 피측정물의 표면 각도 이상의 측정이 가능한 제품을 선택합니다. 두께 측정의 경우 검출 범위를 확인합니다.

이후 필요한 측정 정밀도를 확인하고, 분해능과 검출 정밀도 및 선형성 스펙을 선정합니다. 모두 측정 정밀도에 영향을 미치는 요소이며, 일반적으로 정밀도가 높을수록 가격이 높습니다.

또한, 측정 정밀도와 동시에 설치 공간도 확인한다. 설치 공간이 작다면 소형 센서를 선택하는 것이 좋습니다.