UN ENCODEUR ASSURE LA RETROACTIVITE DE LA POSITION DE MOTEUR

Différence entre les types absolus et incrementiels

Bien qu’ils ne soient pas évocateurs pour beaucoup de gens, les encodeurs sont un maillon quasi indispensable dans nos machines. Des éoliennes à la robotique en passant par les tables traçantes: partout, nous retrouvons des encodeurs pour axes rotatifs. Il existe deux types principaux: les encodeurs absolus et incrémentiels. Mais quelles sont précisément les différences entre les deux types?

COMPOSANT INDISPENSABLE

Omniprésents. Telle est encore la meilleure description des encodeurs. Leurs applications sont très diverses. Ci-dessous, vous pouvez trouver un petit aperçu – incomplet:

• Usage au bureau et privé: les imprimantes et scanners regorgent d’encodeurs.
• Automobile: les encodeurs sont très utilisés dans les véhicules comme capteur pour contrôler la vitesse de déplacement du moteur.
• Industriel: les encodeurs sont intégrés dans de très nombreuses machines. Quelques exemples: robots, machines CNC, machines d’usinage multi-axiales et machines d’emballage.
• Secteur médical: dans les labos automatisés, ils sont souvent engagés dans les distributeurs, étiqueteuses et scanners médicaux.
• Energie: les plus connus comme positionneur dans les éoliennes, et utilisés aussi dans les installations de panneaux solaires rotatives.
• Militaire/science: les installations radar font un usage fréquent des encodeurs.

Positionnement

Pour déterminer la position d’un axe, les encodeurs sont des maillons quasi indispensables. Ils convertissent le mouvement de l’axe en signal utilisable pour le traitement ultérieur de, p.ex., un PLC ou un compteur. Ceci permet de communiquer et d’utiliser des facteurs tels que la vitesse, la position et la direction du mouvement pour lancer ou arrêter des actions.

Principaux avantages

Outre leur fonction indispensable, les encodeurs disposent d’autres avantages. Il est probable que ceci explique en partie leur popularité.

Ils offrent une excellente combinaison de prix raisonnable et de haute résolution. Ils sont très précis et la fiabilité cause aussi peu de problèmes en principe. Ils peuvent être engagés dans des installations existantes et sont de construction compacte.

Principaux désavantages

Les désavantages des encodeurs se situent essentiellement dans le transfert du signal entre émetteur et récepteur. Sur les encodeurs à action optique (voir plus loin), le rayon lumineux émis peut être contaminé par la déflexion de particules de saleté. Le résultat est un signal incorrect sur la sortie. Sur les encodeurs du type magnétique, une déformation peut aussi se produire, mais alors sous forme d’interférence magnétique. Et les mêmes points d’attention que pour, disons, les paliers, s’appliquent aux encodeurs: éviter la saleté, l’huile et la poussière. Les encodeurs absolus et incrémentiels diffèrent essentiellement par le type d’information sur la position qu’ils transmettent. Deux principes de fonctionnement chapeautent les deux systèmes: optique ou magnétique.

Optique

Sur un encodeur avec émetteur d’impulsions optique, un rayon lumineux d’une LED – light emitting diode – est émis à travers un disque transparent. Ce disque est pourvu d’un modèle de lignes opaque. Le rayon lumineux sera donc interrompu quand il est entravé par une ligne. Après le disque, le rayon lumineux segmenté est reçu par un capteur lumineux. Celui-ci émet une tension sinusoïdale en fonction de la lumière incidente, qui est convertie en un train d’impulsions.

Magnétique

Sur un émetteur d’impulsions basé sur le magnétisme, le disque est légèrement magnétisé et pourvu d’épaississements radiaux. En fonction de l’épaisseur du disque à ce moment précis, le récepteur détectera un champ magnétique variable via un capteur à effet Hall ou un capteur magnéto-résistif. Sur cette base, ceci génère un train d’impulsions qui évolue avec la vitesse de rotation du disque.

ENCODEURS INCREMENTIELS

Ce type d’encodeur est la forme de rétroactivité la plus simple. Ici, l’encodeur indiquera uniquement qu’il a effectué un mouvement. Il ne donne donc aucune indication sur sa position exacte, uniquement que l’axe effectue un mouvement. Lors du redémarrage, la position de départ doit à chaque fois être réinitialisée pour connaître la position. Nous distinguons encore les exécutions single channel, pour laquelle la mesure s’effectue via un seul canal émetteur/récepteur et la quadrature double canal. Cette dernière utilise des canaux A et B qui ont une différence de phase de 90° entre eux. La direction peut aussi être déterminée par la mesure de la différence de phase finale par rapport à cette différence initiale de 90°. Après une perte de tension, un encodeur incrémentiel ‘perd’ sa position. Il ne sait pas où il se trouve, car il n’y a plus de point de référence. Une solution est d’utiliser un canal d’indexation. Celui-ci génère une impulsion par rotation et crée ainsi un point de référence. Après le redémarrage, la position exacte de l’axe peut quand même être déterminée par la comparaison du signal avec l’impulsion de référence.

ENCODEURS ABSOLUS

Contrairement aux encodeurs incrémentiels, les encodeurs absolus n’ont pas besoin de référence par rapport à la position zéro pour déterminer leur position. Ceci provient du fait que chaque position avec un encodeur absolu a un code fixé. Le grand avantage est que la position est toujours connue, également après une panne de courant ou une interruption temporaire. Un excellent exemple d’application, ce sont les éoliennes où les encodeurs absolus sont notamment engagés pour la commande de l‘angle d’inclinaison et le suivi de la position de la nacelle.

CONSIDERATIONS DE SELECTION

Incrémentiel/absolu

Le choix d’un certain type d’encodeur est lié à plusieurs critères. Le choix entre incrémentiel/ absolu en est un. Cette distinction est surtout importante pour le type de signal de sortie. Une sortie incrémentielle a un signal de sortie en forme d’onde carrée, car la sortie est soit maximale, soit nulle. Ceci n’est pas le cas avec les encodeurs absolus, ici la sortie est formulée en bits avec lesquels est indiquée la position exacte. Le choix entre les deux dépend de l’application exacte. Si l’application nécessite de connaître la position avec exactitude à un moment donné, on choisit un encodeur absolu. Les encodeurs incrémentiels sont surtout engagés dans les moteurs à induction.

Résolution

La résolution des encodeurs incrémentiels est souvent restituée comme CPR (cycles par révolution) ou PPR (impulsions par révolution), ceci donne donc le nombre maximal d’impulsions par révolution complète du disque. Pour un encodeur absolu, on parle d’une résolution d’un nombre x de bits. Une résolution de 10 bits signifie qu’on peut observer 210 ou 1.024 positions différentes par révolution.

Boîtier

La lecture, certainement avec les systèmes optiques, peut être perturbée par des influences externes telles que la poussière ou d’autres particules de saleté. Dans de telles conditions, il vaut donc mieux choisir une exécution heavy duty. Le boîtier peut aussi jouer un rôle dans la résistance aux fortes vibrations.

LONGUEUR DE CÂBLE/ SENSIBILITÉ AU BRUIT

Un signal d’encodeur peut comporter d’importantes infos pour la sécurité des ouvriers à proximité. La position exacte d’un bras de robot, pour ne citer qu’un exemple. Le signal de sortie ne peut jamais être la victime d’EMC. Une grande attention doit être accordée à la limitation des couplages magnétiques. Si l’environnement est sujet à des problèmes relatifs à l’EMC, il faut avoir des longueurs de câble les plus courtes possible, et utiliser les bons connecteurs et les bons types de câbles.

Dans le cas des encodeurs incrémentiels, un signal incrémentiel déformé peut résulter dans une forme de dent de scie au lieu d’une forme d’impulsion rectangulaire, qui est inutilisable pour l’encodeur. Pour les encodeurs absolus, la déformation peut induire la transmission d’un code bit incorrect et donc une position complètement différente!