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Codeur rotatif
Les codeurs rotatifs sont des capteurs qui convertissent le mouvement rotatif mécanique en signaux numériques ou analogiques et sont largement utilisés dans l'automatisation industrielle, la robotique, les machines CNC, les équipements médicaux et les systèmes de transport. En détectant le déplacement angulaire, la vitesse et la direction, ils fournissent une rétroaction précise aux systèmes de contrôle. Cet article explique en détail la définition, les principes de fonctionnement, les classifications, les paramètres techniques, l'analyse comparative, les scénarios d'application, les régulations standard et les conseils de sélection des codeurs rotatifs.
Qu'est-ce qu'un codeur rotatif
Un codeur rotatif est un dispositif de rétroaction de moteur ou un capteur de position utilisé pour mesurer le déplacement angulaire, la vitesse et la direction de rotation d'un arbre. Sa fonction principale est de convertir le mouvement rotatif en signaux électriques qui sont décodés par un contrôleur pour déterminer la position et le statut de mouvement actuels. Les codeurs rotatifs sont principalement classés en codeurs incrémentaux, qui émettent des signaux d'impulsions, et codeurs absolus, qui fournissent des informations de position uniques.
Principes de fonctionnement
Détection optique
- Utilise une source lumineuse pour éclairer un disque à motifs transparents et opaques.
- À mesure que le disque tourne, un photodétecteur génère des signaux d'impulsions.
Détection magnétique
- Utilise des capteurs magnétorésistifs, à effet Hall ou de magnétorésistance géante (GMR) pour détecter les changements de pôles magnétiques.
Détection inductive/capacitive
- Utilise des variations d'inductance ou de capacitance pour détecter le déplacement angulaire, adapté aux environnements difficiles (forte contamination, vibrations).
Logique de sortie du signal
- Les codeurs incrémentaux émettent les phases A et B (quadrature) et une phase Z (impulsion de référence zéro).
- Les codeurs absolus fournissent des signaux uniques en code binaire multi-bit ou en code Gray.
Types
✓ Par signal de sortie
- Incrémental : Émet des signaux d'impulsions, adapté à la détection de la vitesse et de la direction.
- Absolu : Fournit des informations uniques de position, à tour unique ou multitour.
✓ Par structure mécanique
- Arbre plein
- Arbre creux
- Arbre creux aveugle
✓ Par technologie de détection
- Codeurs optiques
- Codeurs magnétiques
- Codeurs inductifs
- Codeurs capacitifs
✓ Par protocole industriel et sortie
- TTL/HTL/RS422
- Sin/Cos
- SSI, BiSS-C, EnDat
- Profibus, Profinet, EtherCAT, CANopen
Spécifications techniques
| Paramètre | Plage/Détails |
|---|---|
| Résolution | 1 à 4 194 304 PPR ou 8 à 24 bits |
| Vitesse maximale | 3000 à 12 000 RPM, modèles spéciaux jusqu'à 20 000 RPM |
| Indice de protection | IP50 à IP68 |
| Température de fonctionnement | -40°C à +105°C |
| Paramètres électriques | 5V, 10-30V, courant de sortie généralement < 100mA |
| Résistance aux vibrations/chocs | IEC 60068-2 : 10-20g (vibrations), 50-200g (chocs) |
| Types de signal de sortie | TTL, HTL, RS422, SSI, BiSS-C, Profinet, EtherCAT |
Avantages et limitations
Avantages:
- Haute résolution et répétabilité.
- Réponse rapide adaptée au contrôle dynamique.
- Diverses interfaces et protocoles de communication.
- Excellente résistance aux interférences électromagnétiques dans des environnements industriels complexes.
Limitations:
- Les types optiques sont sensibles à la contamination.
- Les modèles haute résolution peuvent être coûteux.
- Certaines technologies peuvent se dégrader sous des températures/vibrations extrêmes.
Comparaison avec d'autres capteurs angulaires
| Type | Précision | Coût | Résistance aux interférences | Flexibilité d'application |
|---|---|---|---|---|
| Potentiomètre | Faible | Faible | Mauvaise | Systèmes simples |
| Résolveur | Moyenne | Moyenne | Bonne | Environnements à forte vibration et température |
| Codeur rotatif | Haute (jusqu'à 24 bits) | Moyenne/Haute | Bonne | Divers systèmes industriels |
Domaines d'application
- Automatisation industrielle : Rétroaction des moteurs, bras robotiques.
- Machines CNC : Rétroaction de position de la broche et de l'axe d'alimentation.
- Robotique : Contrôle des articulations et rétroaction des trajectoires.
- Équipements médicaux : Détection de rotation dans les MRI et scanners CT.
- Ascenseurs et transport : Positionnement des cabines et rétroaction du contrôle des portes.
- Énergie éolienne et solaire : Angle des pales et systèmes de suivi solaire.
Normes industrielles
- IEC 61800-5-2:2016 : Sécurité fonctionnelle des systèmes d'entraînement.
- ISO 13849-1:2015 : Sécurité des systèmes de commande de machines.
- IEC 60529:2020 : Protection contre les intrusions (code IP).
- IEC 60068-2 : Tests environnementaux de vibration et de choc.
- ISO 9001:2015 : Systèmes de gestion de la qualité de la fabrication.
Problèmes courants et dépannage
| Problème | Cause possible | Solution |
|---|---|---|
| Pas de signal de sortie | Alimentation déconnectée, erreurs de câblage, dommage du capteur | Vérifier l'alimentation, le câblage, remplacer les composants endommagés |
| Fluctuation ou perte de signal | Interférences, vieillissement du câble, jeu mécanique | Vérifier la mise à la terre, remplacer les câbles, serrer les fixations |
| Erreur ou fluctuation de sortie | Contamination optique, interférences magnétiques, vieillissement électronique | Nettoyer les composants optiques, éliminer les sources d'interférences, remplacer les composants |
| Délai de sortie ou perte de pas | Mauvaise configuration du protocole ou incompatibilité | Vérifier le protocole, inspecter le câblage, mettre à jour les paramètres du contrôleur |
Guide de sélection
- Exigences de l'application : Déterminer les paramètres de mesure (position, vitesse, direction).
- Type de codeur : Choisir incrémental ou absolu (tour simple/multi-tour).
- Technologie de détection : Optique, magnétique, inductive ou capacitive.
- Résolution et signal : Correspondre à la précision du système et aux exigences d'interface.
- Adaptabilité à l'environnement : Confirmer la classification IP et la résistance aux vibrations/chocs.
- Interface mécanique : Diamètre de l'arbre, méthode de montage et exigences de charge.
- Compatibilité de communication : Assurer la compatibilité avec les PLC ou les contrôleurs de mouvement.
- Conformité aux normes : Préférer les produits conformes aux normes IEC, ISO, UL et autres normes internationales.
Références
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 60529:2020
- Série IEC 60068-2
- ISO 9001:2015
En comprenant en profondeur la structure, les principes de fonctionnement, les paramètres de performance et les applications des codeurs rotatifs, les ingénieurs et intégrateurs de systèmes peuvent effectuer une sélection précise et une intégration système, optimisant ainsi les performances de contrôle et la fiabilité du système.