Codeur incrémental
Le codeur incrémental est l’un des capteurs les plus couramment utilisés dans les systèmes de commande de mouvement. Il trouve de larges applications en automatisation industrielle, machines CNC, robotique et systèmes d’inspection automatisés. Cet article présente en détail la définition du codeur incrémental, son principe de fonctionnement, les caractéristiques de sortie du signal, les indicateurs de performance, la classification structurelle, les normes du secteur, les comparaisons techniques, les problèmes de maintenance courants et leurs solutions, ainsi qu’un guide de sélection.
Qu’est‑ce qu’un codeur incrémental (What is an Incremental Encoder)
Un codeur incrémental est un capteur qui délivre l’information de déplacement mécanique sous forme de signaux d’impulsions périodiques. À chaque tour ou déplacement d’un angle ou d’une distance prédéfinis, il génère un nombre d’impulsions électriques correspondant, comptées par un compteur externe ou un automate, permettant une mesure relative de la position.
Les signaux de sortie d’un codeur incrémental comprennent généralement la phase A, la phase B (sortie en quadrature pour déterminer le sens de rotation) et la phase Z (une impulsion de référence “zéro” par tour). Comme il ne fournit qu’une position relative, les données sont perdues en cas de coupure d’alimentation : on lui associe donc souvent un dispositif de calibrage mécanique ou électrique pour repérer le point zéro.
Principe de fonctionnement du codeur incrémental (Working Principle of Incremental Encoders)
Codeur incrémental optique
Le codeur optique utilise une source LED qui éclaire un disque rotatif doté de zones transparentes et opaques alternées. Le photodétecteur produit des signaux électriques périodiques, traités par des circuits électroniques et convertis en impulsions carrées normalisées.
Codeur incrémental magnétique
Le codeur magnétique repose sur des capteurs magnétiques (éléments à effet Hall ou capteurs magnétorésistifs) pour détecter les variations de polarité d’une grille magnétique fixée sur l’axe, générant des impulsions périodiques.
Détection du sens et point zéro
Un décalage de phase électrique de 90° entre A et B permet de déterminer le sens de rotation. La phase Z émet une impulsion unique par tour, servant de référence de position zéro.
Caractéristiques de sortie du signal (Signal Characteristics)
| Paramètre | Description |
|---|---|
| Type de signal | Impulsions carrées (TTL/HTL/RS422), sorties analogiques sinusoïdales/cosinusoidales |
| Niveau de tension | TTL (5 V), HTL (10–30 V), signal différentiel RS422 |
| Plage de fréquence | Jusqu’à quelques centaines de kHz voire plusieurs MHz |
| Résolution (PPR) | Généralement 100–10 000 PPR, plus élevée avec interpolation |
| Décalage de phase | 90° ± 10° entre les phases A et B |
| Distance de transmission | Signal différentiel RS422 > 100 m |
Comparaison codeur incrémental vs codeur absolu (Incremental vs Absolute Encoder)
| Critère | Codeur incrémental | Codeur absolu |
|---|---|---|
| Information de position | Relative : nécessite un compteur externe | Absolue : mémoire interne intégrée |
| Coût | Faible | Élevé |
| Complexité du système | Nécessite gestion du zéro et compteur | Simple : pas de compteur externe |
| Récupération après coupure | Non automatique | Position conservée et restaurée auto. |
| Applications types | Contrôle général de vitesse/position | Systèmes de positionnement haute précision |
Indicateurs clés de performance (Key Specifications)
- Résolution (PPR) : nombre d’impulsions par tour, détermine la précision.
- Vitesse maximale (RPM) : vitesse de rotation autorisée en fonctionnement normal.
- Indice de protection (IP) : ex. IP50–IP68, définit l’environnement d’utilisation.
- Plage de température : standard –20 °C à +85 °C ; étendu –40 °C à +100 °C.
- Résistance aux vibrations et chocs : vibrations 10–20 g, chocs jusqu’à 50–200 g.
Domaines d’application typiques (Typical Applications)
- Automatisation industrielle : retour de vitesse moteur, détection de position sur lignes de production.
- Machines CNC : positionnement des chariots, contrôle de la vitesse de broche.
- Équipements d’emballage et impression : contrôle de longueur de matériau, systèmes de repérage.
- Appareils médicaux : plateaux rotatifs de scanners CT, contrôle de déplacement d’instruments.
- Systèmes logistiques intelligents : navigation AGV, systèmes de convoyage.
- Ascenseurs et grues : positionnement de cabine, commande de levage.
Normes et standards du secteur (Industry Standards and Norms)
- ISO 13849-1 : sécurité fonctionnelle des systèmes de commande des machines.
- IEC 61000-6-2 : compatibilité électromagnétique pour environnements industriels.
- IEC 60068-2 : essais de résistance environnementale (vibrations, chocs).
- IEC 60529 : degrés de protection contre la poussière et l’eau (code IP).
Maintenance et dépannage (Maintenance and Troubleshooting)
Maintenance courante
- Vérifier régulièrement la fixation mécanique (arbre, accouplements, brides).
- Nettoyer la surface du codeur, surtout pour les optiques, afin d’éviter poussière et huile.
- Contrôler câbles et connecteurs pour prévenir usure ou desserrage.
Problèmes fréquents et solutions
- Pas de signal en sortie : vérifier alimentation et connexions, s’assurer que le capteur n’est pas endommagé.
- Perte ou fluctuation du signal : vérifier la stabilité mécanique, utiliser câbles blindés pour limiter les EMI.
- Oscillations anormales du signal : contrôler roulements et accouplements, remplacer si nécessaire ; vérifier que la charge reste dans les limites autorisées.
Guide de sélection (Selection Guide)
- Définir les besoins : type de mouvement (rotatif/linéaire), précision et plage de vitesse.
- Choix de la résolution et de la fréquence : sélectionner le PPR compatible avec la fréquence d’entrée du contrôleur/PLC.
- Compatibilité interface et tension : s’assurer de la compatibilité TTL/HTL/RS422 avec le système de commande.
- Contraintes environnementales : choisir l’indice IP et les matériaux adaptés (température, poussière, humidité).
- Spécifications mécaniques de montage : vérifier diamètre d’arbre, méthode de fixation et exigence de charge pour l’application réelle.
En maîtrisant le fonctionnement du codeur incrémental, ses caractéristiques de signal, les exigences applicatives, les normes du secteur et les méthodes de maintenance, les ingénieurs peuvent intégrer plus efficacement les systèmes et sélectionner les dispositifs avec précision, améliorant ainsi la fiabilité et la performance des équipements.