리니어 엔코더 + 머신비전 현장 분석

Signal Scope로 본 엔코더-트리거 파형 비교

 

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1️⃣ 왜 이 글을 쓰는가?

머신비전 현장에서 자주 듣는 말이 있습니다.

• “처음엔 잘 되던 게, 속도 바꾸면 위치가 틀어집니다.”
• “PLC 문제인가요? 카메라 문제인가요? 엔코더 문제인가요?”

하지만 실제로 Signal Scope로 파형을 보면,
문제의 원인은 엔코더도, 카메라도 아닌
‘엔코더 신호를 처리하는 방식’에 있는 경우가 많습니다.

이 글에서는 다음 내용을 다룹니다.

• ✅ 리니어 엔코더 + 머신비전 환경에서
• ✅ PLC와 FPGA가 엔코더 신호를 어떻게 다르게 처리하는지
• ✅ Signal Scope 실측 파형을 기준으로 비교 설명

※ 본 글의 예시 파형 및 내용은 실제 현장 분석 경험을 바탕으로 정리한 요약입니다.

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2️⃣ 측정 환경 구성

✅ 테스트 구성

• 리니어 엔코더 (A/B 위상)
• PLC 고속 카운터 → 트리거 출력
• FPGA 기반 엔코더 트리거 컨트롤러
• Signal Scope (다채널 동시 캡처)

✅ Signal Scope 채널 구성 예

• CH1 : 엔코더 A상
• CH2 : 엔코더 B상
• CH3 : PLC 트리거 출력
• CH4 : FPGA 트리거 출력

동일한 엔코더 신호를 PLC와 FPGA에 동시에 입력하여,
“같은 기준에서 어떻게 다른 결과가 나오는지”를 비교했습니다.

※ 현장별 세부 사양 및 파형 캡처 화면은 개별 프로젝트 기준으로 상이할 수 있습니다.

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3️⃣ [Case 1] 일정 속도 구간 비교

❌ PLC 트리거 파형 특징

• 엔코더 펄스 대비 트리거 위치가 미세하게 흔들림
• 펄스마다 지연 시간이 다름 (지터 발생)
• Signal Scope 상에서 보면 → PLC 트리거 에지가 한 줄로 정렬되지 않음

📌 의미:
카운트 수는 맞지만, 촬영 위치는 매번 조금씩 달라지는 상태가 됩니다.

✅ FPGA 트리거 파형 특징

• 엔코더 펄스를 기준으로 모든 트리거가 동일 위치에 정렬
• 반복 측정 시 거의 동일한 파형이 중첩되어 보임

📌 의미:
속도와 무관하게 항상 같은 위치에서 촬영이 가능합니다.

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4️⃣ [Case 2] 가속·감속 / 왕복 동작 구간

❌ PLC에서 자주 나타나는 현상

• 가속 구간: 엔코더 펄스가 빨라질수록 트리거가 점점 뒤로 밀림
• 감속·정지 근처: 트리거 위치가 불균일
• 왕복 시점에서 Backlash / 방향 판단 오류

Signal Scope로 보면:

• 트리거 간격이 불규칙
• 특정 구간에서만 이상 패턴이 집중적으로 발생

✅ FPGA에서는 어떻게 보이나?

• 속도 변화(가속/감속)와 무관하게 트리거 패턴이 논리적으로 깨끗하게 유지
• 왕복 구간에서도 A/B 위상을 동일한 클록에서 처리하여 방향 판단 안정

📌 결과:
실제 이미지 결과물에서도 촬영 위치의 흔들림이 거의 발생하지 않습니다.

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5️⃣ [Case 3] 노이즈가 섞인 엔코더 신호

❌ PLC 기반 처리 결과

• 짧은 노이즈성 펄스가
  • 어떤 경우는 카운트로 인식되고,
  • 어떤 정상 펄스는 필터에서 제거되기도 함
• 결과적으로 트리거 간격이 한 번씩 틀어짐
• 현상: “가끔 한 장만 이상한 이미지”가 발생

📌 현장에서 가장 원인 찾기 어려운 유형입니다.

✅ FPGA 기반 처리 결과

• 같은 노이즈 환경에서도 아래 조건을 하드웨어 레벨에서 검증:
  • 최소 펄스폭
  • A/B 위상 관계
  • 연속성 조건
• 노이즈는 제거하고, 정상 펄스만 신뢰성 있게 처리

📌 Signal Scope 상에서:
노이즈가 섞인 구간에서도 FPGA 트리거 파형은 패턴이 깨지지 않고 유지됩니다.

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6️⃣ 왜 이런 차이가 나는가? (핵심 정리)

항목	PLC	FPGA
시간 기준	스캔 주기	하드웨어 클록
분해능	μs ~ ms	ns
엔코더 처리	소프트웨어(순차 처리)	하드웨어 병렬 처리
트리거 지터	발생	거의 없음
머신비전 적합성	제한적	최적

정리하면,
PLC는 “제어”에는 적합하지만, 고속·고정밀 촬영 위치를 요구하는 머신비전 타이밍 처리에는 구조적인 한계가 존재합니다.
반면 FPGA는 타이밍·위상·노이즈 조건을 하드웨어에서 직접 관리</b하기 때문에, 안정적인 트리거 품질을 유지할 수 있습니다.

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7️⃣ 현장 결론

리니어 엔코더 + 머신비전 조합에서 문제의 본질은
단순히 ‘제어’ 문제가 아니라, ‘타이밍 신호를 어떻게 처리하느냐’에 있습니다.

• PLC로도 장비의 “동작”은 가능합니다.
• 하지만 “속도와 상관없이 항상 같은 위치에서 촬영”하려면,
• FPGA 기반 구조에서만 안정적으로 재현되는 경우가 대부분입니다.

※ 현장별 라인 구성, 카메라 사양, 엔코더 해상도에 따라 세부 조건은 달라질 수 있습니다.

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8️⃣ 권장 시스템 구조 (정답 구조)

리니어 엔코더
↓
FPGA 기반 엔코더 처리 · 트리거 생성
↓
카메라 / 조명 (Zero Delay)
↓
PLC (공정 흐름 제어)

이 구조를 적용하면,

• 엔코더·카메라·조명·PLC 간 역할이 명확하게 분리되고,
• 머신비전에서 가장 중요한 “촬영 위치의 일관성”을 확보할 수 있습니다.

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✅ 최종 요약

• 같은 엔코더, 같은 카운트라도 “신호 처리 구조”에 따라 결과 품질이 완전히 달라집니다.
• PLC는 공정 제어 중심, FPGA는 고속·고정밀 타이밍 중심으로 역할을 나누는 것이 좋습니다.
• Signal Scope와 같은 전용 신호 분석 장비를 사용하면,
  문제의 원인을 “엔코더/카메라/PLC가 아니라, 신호 처리 구조”에서 빠르게 찾아낼 수 있습니다.
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