Codeur absolu
Les codeurs absolus sont des capteurs critiques de déplacement et de position angulaire utilisés dans l’automatisation industrielle moderne, la robotique et les systèmes de mesure de haute précision. Contrairement aux codeurs incrémentaux, les codeurs absolus fournissent des données de position uniques et non volatiles à tout moment, même en cas de perte d’alimentation. Cet article offre une analyse détaillée couvrant leur définition, principes de fonctionnement, types structurels, sorties de signal, spécifications de performance, avantages techniques, domaines d’application, normes pertinentes, comparaisons techniques, problèmes courants et directives de sélection.
Qu’est-ce qu’un codeur absolu
Un codeur absolu est un capteur capable de fournir un code numérique unique représentant la position à tout moment. Son signal de sortie correspond à la position absolue d’un arbre rotatif ou d’un déplacement linéaire, plutôt qu’à des impulsions de mouvement relatif. Même après une panne de courant ou un redémarrage du système, le codeur absolu peut rapporter avec précision la position actuelle sans nécessiter de réinitialisation ou de recherche de point de référence.
Les codeurs absolus sont couramment utilisés dans les applications nécessitant une grande fiabilité et la conservation de la position, telles que la robotique, les machines CNC, les lignes de production automatisées et les systèmes d’ascenseur.
Principe de fonctionnement des codeurs absolus
1. Codeur absolu single-turn
- Chaque position dans une révolution est représentée par une combinaison de code unique.
- Convient pour des applications avec des plages de rotation jusqu’à 360°.
2. Codeur absolu multi-turn
- En plus du codage single-turn, il suit le nombre de rotations à l’aide d’engrenages mécaniques ou de techniques de comptage électronique.
- Idéal pour les rotations illimitées ou les applications nécessitant un suivi de position multi-turn.
Méthodes de codage :
- Codage binaire
- Code Gray
- BCD (binaire codé décimal)
Technologies de détection :
- Détection optique (disque codeur et capteurs optoélectroniques)
- Détection magnétique (échelles magnétiques et capteurs magnétorésistifs/Hall)
- Détection inductive
Types de sortie de signal
| Type de signal | Description |
|---|---|
| Interface série | SSI, BiSS-C, EnDat 2.2, Profibus DP, Profinet, EtherCAT |
| Interface parallèle | Sortie numérique multibit |
| Sortie analogique | Tension (0-10V) / Courant (4-20mA), pour applications spécifiques |
Spécifications clés
- Résolution single-turn : Jusqu’à 24 bits (16 777 216 positions).
- Nombre de tours multi-turn : Jusqu’à 32 bits (4 294 967 296 tours).
- Vitesse de rotation maximale : Typiquement 6000 tr/min, options supérieures disponibles.
- Indice de protection : IP50 à IP68 (modèles industriels robustes).
- Température de fonctionnement : -40°C à +105°C.
- Résistance aux vibrations/chocs : Conforme à la norme IEC 60068-2.
- Latence de sortie : < 1 ms (pour le contrôle haute vitesse).
Avantages techniques
- Conservation non volatile de la position : Les données sont préservées même en cas de panne de courant.
- Conception système simplifiée : Pas besoin de réinitialisation ou de calibration initiale.
- Forte immunité au bruit : Signaux différentiels et interfaces résistantes au bruit.
- Protocoles de communication flexibles : Prise en charge de divers bus de terrain et standards Ethernet industriels.
- Haute précision et répétabilité : Adapté aux tâches de positionnement de précision.
Applications typiques
- Robotique industrielle : Contrôle de la position des articulations.
- Centres d’usinage CNC : Retour de position de la broche et du chariot.
- Logistique intelligente : Détection des trajectoires pour AGV et convoyeurs.
- Stockage automatisé : Contrôle de position des transstockeurs et des élévateurs.
- Équipements médicaux : Plateformes rotatives pour IRM et scanners CT.
- Énergie éolienne et solaire : Direction du vent, angle de pale et systèmes de suivi solaire.
Normes industrielles
- IEC 61800-5-2 : Sécurité fonctionnelle des systèmes d'entraînement électrique (classification SIL incluse).
- ISO 13849-1 : Sécurité des systèmes de commande des machines.
- IEC 61131-2 : Exigences d'entrée/sortie pour les équipements de commande industrielle.
- IEC 60529 : Degrés de protection (code IP).
- ISO 9001 : Système de gestion de la qualité de fabrication.
Codeur absolu vs codeur incrémental
| Indicateur de performance | Codeur absolu | Codeur incrémental |
|---|---|---|
| Information de position | Donne une position absolue unique | Fournit une position relative |
| Conservation de la position non volatile | Oui | Non |
| Complexité du système | Faible (pas de réinitialisation externe nécessaire) | Nécessite des compteurs externes et des mécanismes de réinitialisation |
| Coût | Plus élevé | Plus bas |
| Précision | Élevée (jusqu’à 24 bits ou plus) | Dépend du PPR et des compteurs |
| Scénario d’application | Suivi multi-turn de haute précision | Détection générale de vitesse ou de position |
Entretien et dépannage
Entretien de routine
- Inspecter régulièrement les fixations de montage pour éviter tout desserrage ou usure.
- Garder propres les fenêtres optiques des codeurs optiques.
- Vérifier l’intégrité des câbles et des connecteurs pour prévenir les ruptures ou la corrosion.
Problèmes courants et solutions
| Problème | Cause possible | Solution |
|---|---|---|
| Pas de sortie de signal | Panne d'alimentation ou câblage déconnecté | Vérifier l'alimentation et les connexions de câblage |
| Sauts ou perte de données de position | Interférences, composants vieillissants ou pièces desserrées | Vérifier la mise à la terre, remplacer les composants et resserrer les pièces |
| Erreurs ou retards de communication | Mauvaise configuration du protocole ou problème de câblage | Vérifier les paramètres du protocole et inspecter ou remplacer les câbles |
Guide de sélection
- Choisir le type : Single-turn ou multi-turn selon la plage de mouvement.
- Exigences de résolution : Sélectionner le nombre de bits selon les besoins de précision de contrôle.
- Interface de sortie : Choisir une interface série ou parallèle compatible avec le contrôleur ou le PLC.
- Spécifications de montage : Confirmer le diamètre de l’arbre, la norme de bride et la capacité de charge.
- Exigences environnementales : Déterminer l’indice de protection et la plage de température selon les conditions de travail.
- Compatibilité système : Assurer la compatibilité des protocoles de communication avec les systèmes existants.
- Certifications de sécurité : Pour les applications critiques, privilégier les produits certifiés SIL, ISO 13849 et autres normes pertinentes.
En comprenant en profondeur la construction, les fonctions, les normes et les avantages techniques des codeurs absolus, les ingénieurs peuvent sélectionner efficacement le modèle approprié en fonction des exigences spécifiques de l’application, améliorant ainsi la performance, la fiabilité et l’intelligence du système.
Références / Normes citées
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015