KR102675835B1 - 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정렬 조립을 간소화시킴과 더불어 전체적인 비용을 줄이도록 한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더에 관한 것으로서, 엔코더 기능을 갖기 위해 구성하는 구성요소를 내부에 수납하고 보호하는 하우징과, 상기 하우징의 중심을 관통하여 결합되고 외부의 모터의 회전축에 결합되면서 둘레를 따라 소정깊이로 홈을 구비한 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되어 투명한 원판위에 일정한 해상도로 분할한 슬롯을 마킹하여 엘이디에서 투사된 빛을 통과시켜 회전위치 및 회전 속도 신호를 발생하는 디스크와, 상기 디스크의 상측에 이격되게 설치되어 상기 디스크를 통해 통과된 빛을 인지하여 회전위치 또는 회전속도를 감지하고 지정된 신호로 출력하는 회로기판과, 상기 회로기판의 중앙 부분을 관통하면서 상기 샤프트의 홈에 결합되고 상기 회로기판의 일정부분과 오버랩되는 센터링 및 갭핑용 지그와, 상기 센터링 및 갭핑용 지그를 상기 회로기판에 고정하는 지그 고정볼트와, 상기 하우징과 결합되는 커버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더{Encoder with jig for centering and gapping}
본 발명은 엔코더에 관한 것으로, 특히 정렬 조립을 간소화시킴과 더불어 전체적인 비용을 줄이도록 한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더에 관한 것이다.
일반적으로 모터나 공작기계 등의 회전축에 대한 회전수를 검출하기 위한 수단으로 엔코더를 사용하며, 상기 엔코더는 크게 자기식과 광학식으로 대별된다.
상기 자기식 엔코더는 모터의 회전축에 연결되고 일정 간격으로 자기장 S극과 N극을 갖는 자기 격자판과, 이 자기 격자판의 자기장 변화를 센싱하여 펄스로 출력하는 자기센서로 구성된다.
이러한 자기식 엔코더는 회전축과 일체로 자기 격자판이 일정한 속도로 회전을 하게 되면, 자기센서는 상기 자기 격자판으로부터의 자기장을 센싱한다.
이때, 상기 자기센서는 자기 격자판에서 발생하는 자기장 S극, N극의 변화에 상응하는 펄스를 출력하게 되고, 이러한 출력펄스는 제어부로 인가되어 회전수로 나타나게 된다.
그러나 이와 같은 자기식 엔코더에 비해 광학식 엔코더는 상대적으로 응답성이 우수하고 고해상도 및 고정밀도 측정이 가능하여 고정밀 제어용으로 널리 사용된다.
모터나 공작기계 회전축의 회전수 및 각도를 검출하기 위한 광학식 엔코더가 설치되며, 이때의 엔코더는 크게 디스크와 수광소자 및 발광소자로 구성된다.
상기 디스크는 원판 형상이며, 방사상으로 복수개의 센싱홀이 등간격으로 형성되는 구성이며, 상기 수광소자 및 발광소자는 상기 디스크의 양측으로 설치되는 구성이다.
이와 같이 구성되는 엔코더는 모터의 회전축과 연동하여 디스크가 회전을 하게 되면, 이와 동시에 발광부에서 상기 디스크로 광선을 투사하게 된다.
이때, 상기 광선은 디스크에 형성된 센싱홀을 통해 수광부로 수광되며, 상기 수광부는 광선이 수광된 시간만큼 펄스를 발생시키게 된다. 이와 같이 생성된 펄스는 제어부로 인가되어 속도 및 위치를 나타나게 된다.
이와 같은 광학식 엔코더는 다시 반사식 엔코더와 투과식 엔코더로 나누어지고, 베어링이 들어가는 반사식 엔코더와 투과식 엔코더는 높이를 낮출 수 없는 문제가 있다.
이런 문제로 광학식 엔코더는 장비의 길이가 길어지고 좁은 공간에 설치가 곤란하며 작업환경이 좁아지는 문제가 있고 원가 상승의 원인이 되기도 한다.
그리고 또한 정확한 회전속도 및 회전위치 신호가 출력하기 위해서는 조립공정에서 디스크(Disk)와 회로기판(PCB)의 정렬이 중요한데 기존 정렬방식은 디스크(Disk)와 회로기판(PCB)을 임시정렬하고 출력신호를 확인하며 위치를 미세조정하거나, 마이크로스코프 등을 이용하여 정렬상태를 확대, 확인한 후 정렬하는 방식으로 시간이 많이 걸리고, 고가의 장비를 도입해야하는 부담이 있는 것이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 샤프트 주위에 일정한 홈을 형성하고 센터링 및 갭핑용 지그의 끝단에 형성된 돌기와 결합되면서 센터링 및 갭핑용 지그와 샤프트의 센터링이 형성되도록 하여 1차 조립을 실시하고 센터링 및 갭핑용 지그의 일정 부분이 회로기판의 상단 부분에 2차 조립되도록 함으로써 회로기판의 내경에 대한 샤프트의 센터링과 캡핑이 이루어져 고가의 장비 없이도 빠른 시간 내에 정확한 정렬 조립이 가능하도록 한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더는 엔코더 기능을 갖기 위해 구성하는 구성요소를 내부에 수납하고 보호하는 하우징과, 상기 하우징의 중심을 관통하여 결합되고 외부의 모터의 회전축에 결합되면서 둘레를 따라 소정깊이로 홈을 구비한 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되어 투명한 원판위에 일정한 해상도로 분할한 슬롯을 마킹하여 엘이디에서 투사된 빛을 통과시켜 회전위치 및 회전 속도 신호를 발생하는 디스크와, 상기 디스크의 상측에 이격되게 설치되어 상기 디스크를 통해 통과된 빛을 인지하여 회전위치 또는 회전속도를 감지하고 지정된 신호로 출력하는 회로기판과, 상기 회로기판과 디스크의 중앙 부분을 관통하면서 상기 샤프트의 홈에 결합되고 상기 회로기판의 일정부분과 오버랩되는 센터링 및 갭핑용 지그와, 상기 센터링 및 갭핑용 지그를 상기 회로기판에 고정하는 지그 고정볼트와, 상기 하우징과 결합되는 커버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더는 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 샤프트 주위에 일정한 홈을 형성하고 센터링 및 갭핑용 지그의 끝단에 형성된 돌기와 결합되면서 센터링 및 갭핑용 지그와 샤프트의 센터링이 형성되도록 하여 1차 조립을 실시하고 센터링 및 갭핑용 지그의 일정 부분이 회로기판의 상단 부분에 2차 조립되도록 함으로써 회로기판의 내경에 대한 샤프트의 센터링과 캡핑이 이루어져 고가의 장비 없이도 빠른 시간 내에 정확한 정렬 조립이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 나타낸 사시도
도 2는 도 1의 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 분해한 분해 사시도
도 3은 도 1의 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 나타낸 평면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 나타낸 평면도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 분해한 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 나타낸 평면도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더를 나타낸 평면도이다.
본 발명에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 엔코더 기능을 갖기 위해 구성하는 구성요소를 내부에 수납하고 보호하는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 중심을 관통하여 결합되고 모터의 회전축에 결합되면서 둘레를 따라 소정깊이로 홈(121)을 구비한 샤프트(120)와, 상기 샤프트(120)에 결합되어 투명한 원판위에 일정한 해상도로 분할한 슬롯(Slot)을 마킹하여 엘이디(LED)에서 투사된 빛을 통과시켜 회전위치 및 회전 속도 신호를 발생하는 디스크(Disk)(130)와, 상기 디스크(130)의 상측에 이격되게 설치되어 상기 디스크(130)를 통해 통과된 빛을 인지하여 회전위치 또는 회전속도를 감지하고 지정된 신호로 출력하는 회로기판(PCB)(140)과, 상기 회로기판(140)의 중앙 부분을 관통하면서 상기 샤프트(120)의 홈(121)에 결합되면서 상기 회로기판(140)의 일정부분과 오버랩되는 센터링 및 갭핑용 지그(150)와, 상기 센터링 및 갭핑용 지그(150)를 상기 회로기판(140)에 고정하는 지그 고정볼트(160)와, 상기 하우징(110)과 결합되는 커버(170)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 하우징(110), 디스크(130) 및 회로기판(140)은 중앙 부분에 각각 관통홀(111, 131, 141)이 각각 형성되어 있고, 상기 각 관통홀(111, 131, 141)에 상기 샤프트(120)가 삽입된다.
상기 하우징(110)은 상기 샤프트(120)를 회전 가능하게 지지하고, 상기 디스크(130)는 상기 샤프트(120)와 함께 회전하도록 구성되어 있다.
상기 센터링 및 갭핑용 지그(150)는 헤드부(151)와 삽입부(152)로 구성된다. 이때 상기 삽입부(152)는 상기 회로기판(140)의 중앙 부분을 관통하여 상기 샤프트(120)의 홈(121)에 삽입되는데, 상기 삽입부(151)는 일정한 간격으로 슬릿들이 형성되어 텐션을 갖는다.
즉, 상기 삽입부(151)는 다수의 슬릿부를 갖는 상태에서 상기 하우징(110) 및 회로기판(140)은 중앙 부분에 각각 관통홀(111, 141)에 삽입되면서 상기 샤프트(120)의 홈(121)에 삽입되어 보다 강하게 밀착되면서 갭핑이 이루어지게 된다.
이때, 상기 삽입부(152)의 끝단 안쪽면에는 상기 샤프트(120)의 홈(121)에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 돌기(153)가 형성되어 있다. 이때 상기 돌기(153)는 안쪽으로 꺾어진 형태로 상기 샤프트(120)의 홈(121)에 삽입되어 상기 센터링 및 갭핑용 지그(150)가 상기 샤프트(120)에 갭핑이 되면서 상기 디스크(130) 및 회로기판(140)의 유동을 방지하고 센터링 및 갭핑용 지그(150)와 샤프트(120)의 센터링이 형성되도록 하여 1차 조립을 실시하게 된다.
상기 삽입부(152)는 상기 회로기판(140)의 중앙 상측 부분과 오버랩되기 위해 단턱(154)이 형성되어 있다. 이때 상기 단턱(154)에 의해 상기 센터링 및 갭핑용 지그(150)가 상기 회로기판(140)을 눌러주면서 조립되어 회로기판(140) 내경에 대한 샤프트(120)의 센터링과 갭핑이 가능해진다.
즉, 상기 센터링 및 갭핑용 지그(150)의 일정 부분이 회로기판(140)의 상단 부분에 2차로 조립되도록 함으로써 회로기판(140)의 내경에 대한 샤프트(120)의 센터링과 캡핑이 이루어져 고가의 장비 없이도 빠른 시간 내에 정확한 정렬 조립이 가능하게 된다.
또한, 상기 하우징(110)은 상기 회로기판(140)을 안착하는 안착부(156)를 구비하고 있다.
한편, 상기 센터링 및 갭핑용 지그(150)는 본 발명에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더가 모터의 회전축에 장착되었을 때 분리하여 제거하고 상기 커버(170)를 상기 하우징(110)과 결합되도록 덮는다.
상기 샤프트(120)의 하단부에는 상기 디스크(130)의 일단을 안착하기 위해 둘레를 따라 돌출부(122)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 하우징(110)은 상기 샤프트(120)의 하측부에 결합되어 상기 회로기판(140) 및 내부 구성요소를 보호하고 이물질 유입을 방지하고, 상기 커버(170)는 상기 샤프트(120)의 상측부에 결합되어 케이블 및 엘이디를 보호하고 이물질유입을 방지한다.
상기 센터링 및 갭핑용 지그(150)는 상기 샤프트(120)를 캡 형태로 덮고 있는데, 상기 샤프트(120)와 센터링 및 갭핑용 지그(150)는 일정한 간격의 간격을 갭(도 4)을 갖거나 갭 없이 밀착(도 3)되게 구성된다.
한편, 본 발명에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더는 광학식 엔코더를 하나의 실시예로 설명하고 있는데, 상기 광학식 엔코더는 군사용 고정밀 구동장치 또는 추적용 마운트 등에 사용되어, 특정 목표를 지향하거나 추적하는데에 사용된다.
이러한 광학식 엔코더는 광에너지를 통해 엔코더 리더와 눈금이 표시된 엔코더 스케일로 분리되어 있다. 엔코더 리더와 엔코더 스케일 사이에는 특정 간격(0.8±0.15mm)이 일정하게 유지되어야만 엔코더가 정상적으로 작동이 된다. 군사용 고정밀 구동장치 또는 추적용 마운트는 무인으로 운용되거나 긴급한 상황에서 운용이 되어야 하며, 원격으로 장비의 이상징후를 확인하고 조치가 가능해야 한다.
상기 샤프트(120)는 모터의 회전축에 삽입되어 회전판을 회전시키는 역할을 하는데, 상기 샤프트(120)는 상기 하우징(110)의 중앙부위에 관통되어, 고정부재에 지지되고, 모터 방향쪽으로 돌출되어 형성된다. 상기 샤프트(120)는 선단 일측에 모터의 회전축에 삽입되고, 후단 일측이 엔코더 플레이트를 관통해서 회전판의 중앙에 고정되어 구성된다.
상기 하우징(110)은 상기 샤프트(120)를 회전 가능하게 지지함과 아울러 디스크(130)와 회로기판(140) 등의 구성요소들을 안정적으로 지지하는 기능을 수행한다. 이때 상기 하우징(110)은 금속 소재나 합금 소재나 플라스틱 소재 등으로 제작될 수 있다.
한편, 상기 커버(170)는 상기 하우징(110)과 측면 일부와 결합되어 상기 하우징(110)의 내부 공간에 배치되는 각종 부품들을 보호하는 역할을 한다.
상기 샤프트(120)는 알루미늄이나 스테인레스 스틸과 같은 금속이나 합금 소재나, 고강성의 플라스틱 소재로 제작될 수 있다. 상기 샤프트(120)는 모터의 회전축에 연결될 수 있도록 대략 중공의 원통 형상으로 제작되었다.
그러나 실시예는 상기 샤프트(120)의 도시된 구조에 의해 한정되지 않으며, 상기 샤프트(120)는 모터의 회전축의 구조에 맞추어 강체의 실린더 형상으로 제작될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더는 샤프트(120)에 모터나 공작 기계 등의 회전축이 결합되어 회전하고 엘이디가 발광되어 발광된 빛이 회전하는 디스크(130)의 원판위에 일정한 해상도로 분할하여 형성된 슬롯(Slot)(미도시)을 통과시켜 회로기판(PCB)(140)에 구성된 마스크내의 수광센서(미도시)에서 수광한다.
상기 샤프트(120)의 회전에 따라 회전하는 디스크(130)의 슬롯(Slot)을 통과한 엘이디 빛을 회로기판(PCB)(140)의 수광센서에서 수광 인지하여 회전위치 또는 회전속도를 감지하고 지정된 신호로 출력하여 케이블을 통해 관리통제시스템 등으로 전송한다.
상기 하우징(110)의 일측면에는 외부의 관리통제시스템으로 회전위치 또는 회전속도를 전송하기 위해 내측으로 연통되게 케이블 유입부(111)를 형성하고, 상기 케이블 유입부(111)에 케이블(Cable)을 삽입 장착하여 구성한다.
따라서 본 발명에 의한 엔코더는 상기 센터링 및 갭핑용 지그(150)를 통해 상기 디스크(130)와 회로기판(PCB)(140)을 정렬되게 결합할 수 있기 때문에 고가의 장비 없이도 빠른 시간 내에 디스크(130)와 회로기판(PCB)(140)의 정확한 정렬 조립이 가능하다.
이로 인하여 상기 디스크(130)와 회로기판(PCB)(140)의 정확한 정렬 조립이 이루어지면 엘이디(LED) 빛이 통과하는 디스크(130)의 슬롯(Slot)과 회로기판(PCB)(140)의 수광센서가 정확히 일치되어 정렬됨과 더불어 유동을 방지할 수 있다.
이상과 같은 본 발명은 모터나 공작기계 등의 회전축에 대한 회전속도 및 회전위치를 검출하는 엔코더로서 연결 케이블(Cable) 유입부와 엘이디(LED) 삽입부를 프레임(Frame) 내부 공간에 배치하여 엔코더의 전체 높이를 줄임으로써 초박형 엔코더를 구현하여 좁은 공간에도 설치가 용이하고 작업환경이 넓어지며 원가를 절감할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 광학식 엔코더에서 투과식 엔코더를 하나의 실시예로 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고 반사식 엔코더에도 적용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 하우징 120 : 샤프트
130 : 디스크 140 : 회로기판
150 : 센터링 및 갭핑용 지그 160 : 지그 고정볼트
170 : 커버

Claims (10)

  1. 엔코더 기능을 갖기 위해 구성하는 구성요소를 내부에 수납하고 보호하는 하우징과,
    상기 하우징의 중심을 관통하여 결합되고 외부의 모터의 회전축에 결합되면서 둘레를 따라 소정깊이로 홈을 구비한 샤프트와,
    상기 샤프트에 결합되어 투명한 원판위에 일정한 해상도로 분할한 슬롯을 마킹하여 엘이디에서 투사된 빛을 통과시켜 회전위치 및 회전 속도 신호를 발생하는 디스크와,
    상기 디스크의 상측에 이격되게 설치되어 상기 디스크를 통해 통과된 빛을 인지하여 회전위치 또는 회전속도를 감지하고 지정된 신호로 출력하는 회로기판과,
    상기 회로기판의 중앙 부분을 관통하면서 상기 샤프트의 홈에 결합되고 상기 회로기판의 일정부분과 오버랩되는 센터링 및 갭핑용 지그와,
    상기 센터링 및 갭핑용 지그를 상기 회로기판에 고정하는 지그 고정볼트와,
    상기 하우징과 결합되는 커버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센터링 및 갭핑용 지그와 상기 샤프트의 일단은 일정한 갭을 갖고 구성되는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 센터링 및 갭핑용 지그와 상기 샤프트의 일단은 밀착되게 구성되는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징, 디스크 및 회로기판은 중앙 부분에 각각 관통홀이 각각 형성되어 있고, 상기 각 관통홀에 상기 샤프트가 삽입되는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 센터링 및 갭핑용 지그는 헤드부와 삽입부로 구성되고, 상기 삽입부는 상기 회로기판의 중앙 부분을 관통하여 상기 샤프트의 홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 삽입부의 끝단 안쪽면에는 상기 샤프트의 홈에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 삽입부는 상기 회로기판의 중앙 상측 부분과 오버랩되기 위해 단턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 회로기판을 안착하는 안착부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트의 하단부에는 상기 디스크의 일단을 안착하기 위해 둘레를 따라 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 일측면에는 외부의 관리통제시스템으로 회전위치 또는 회전속도를 전송하기 위해 내측으로 연통되게 케이블 유입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 센터링 및 갭핑용 지그를 구비한 엔코더.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013076715A (ja) 2013-01-29 2013-04-25 Canon Electronics Inc 被読取板固定用部材、被読取板固定用組立体、及び信号検出装置、並びにロータリーエンコーダ
JP2013130394A (ja) 2011-12-20 2013-07-04 Yaskawa Electric Corp エンコーダ及びサーボモータ
KR102054875B1 (ko) 2019-05-15 2019-12-12 주식회사 광우 투과형 광학식 엔코더

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