光学式ロータリーエンコーダ作成

買わないのか？

3mmの六角軸に取り付ける光学式エンコーダが売られていますが
・高い
・回転方向を検出できない
なので却下。
両軸モーターを使うタイプもありますが
・やっぱり高い
・使えるモーターが限られる
・高速回転部がギヤボックスの外に出てて危険
なので却下。

フォトインタラプタじゃないのか

今回、回転の検出にはフォトリフレクタ（光反射型）を使用しました。
フォトインタラプタ（光透過型）だとフォトリフレクタより確実に検出できるのですが、スリット板の入手が問題になります。
・買う　→　高い
・3Dプリンタ　→　ある程度精度の高いタイプが必要
・ギヤに穴加工する　→　それなりの精度が必要
・OHPシートに印刷してアクリル板に張り付け　→　無難？
また、フォトインタラプタ自体がある程度の大きさがあり、ギヤボックス内に収まりそうになかったので秋月で売ってるフォトリフレクタ(TRP-105)を使いました。

ただ、これを作成した時点でTRP-105が生産終了品扱いになってしましました。
※2021/09/30 追記　秋月でTRP-105の互換品の取扱いが始まったので一安心です
NJL5901ARであれば更に小型なのですが、半田付けの難度が更に上がります。

作った物

基板は面実装用ユニバーサル基板を使用します。なるべく薄くしておきたかったので板厚0.3ｍｍのタイプを使いました。

フォトリフレクタは90°ずらした位置に配置しました。今回は内側ギリギリの位置に取り付け
たのですが後の調整を考えるとなるべくギヤの外周に近い場所へ配置した方が良さそうです。
基板上の配線には細いエナメル線を使用します。

フォトリフレクタの周辺回路としては初期段階ではLEDの電流制限抵抗を120Ω、プルアップ抵抗を1kΩ+可変抵抗1kΩ（これも生産終了品？）としてみました。
感度調整用に可変抵抗をつけたのですが条件によってはギヤに接触したり、マイコンの閾値電圧にマッチングさせるのが難しかったりとあまり使い勝手が良くありませんでした。
最終的にはプルアップ抵抗を1.1kΩ(1kΩ+100Ω)固定にし、外部にコンパレータを積んで感度調整しています。
手持ちのチップ抵抗の種類が少なかったので無理矢理組み合わせ等行っています。

コンパレータなどで判定する事が前提であればLEDの電流制限抵抗とプルアップ抵抗の組み合わせは電源電圧５Vでは
・電流制限200Ω、プルアップ抵抗2kΩ
・電流制限220Ω、プルアップ抵抗2.2kΩ
・電流制限330Ω、プルアップ抵抗3.3kΩ
等と設定するのが良さそうです。

反射側はギヤに両面テープでコピー用紙を張って反射を抑える部分を油性ペンで塗りつぶしています。

かなり距離が近いので黒く塗っても反射が強く感度調整が難しいです。
ギヤを油性ペンで直接黒く塗っただけでは反射が強すぎました。
修正液で白くするのもOKです。修正テープはつけるのが難しいです。
反射側は白黒2分割でも良いのですが、なるべく分解能を上げるために白黒6分割しています。
フォトリフレクタ90°配置と反射側6分割でうまいことAB相の配置ができました。

マイコン側(コンパレータ)配線はギヤボックスの上から生やしてるので少々邪魔です。

シングルギヤボックスだと基板を積めるスペースがギリギリですが、ダブルギヤボックスであればギヤボックス内にコンパレータ（又はOPアンプ）と可変抵抗を積むこともできそうです。

まとめ

とりあえず光学式エンコーダをコンパクトに搭載できたのですが、面実装部品の半田付けが必要なのでマウスホイール用エンコーダを付ける場合に比べてやたらと工作難易度が高くお手軽さが微塵もありません。また、主要部品のフォトリフレクタが生産終了品だったりと色々問題があるのでもう少し対応を考え直す必要があります。

おまけ

慣性負荷のテストをする際にはドリルのチャックをウエイトの代わりに付けてます。