Histoire des codeurs

Les codeurs sont des capteurs essentiels dans les systèmes modernes de contrôle industriel et d'automatisation. Leurs origines remontent aux années 1940, en tant que convertisseurs angulaires mécaniques. Avec les progrès de l’électronique, de l’optique, des communications et des MEMS, les codeurs ont évolué vers des plateformes multifonctionnelles offrant une précision au niveau nanométrique, une communication intelligente et des capacités d’auto-diagnostic.

Années 1940–1960 : Prototypes et époque mécanique

• Dans les années 1940, poussés par les technologies militaires de radar et de navigation aérienne, des ingénieurs allemands et britanniques ont développé des convertisseurs rotatifs à balais pour mesurer le déplacement angulaire.
• En 1947, Bell Labs (USA) a proposé de convertir les angles mécaniques en signaux électriques d’impulsion, une base du disque de codeur.
• Début années 1950, les premiers codeurs mécaniques apparaissent, utilisant des contacts rotatifs pour générer des signaux de commutation.
• Ces codeurs produisaient typiquement un code Gray, utilisé dans les télémètres militaires et ordinateurs analogiques.

Caractéristiques clés :

• Contact mécanique complet, sujet à l’usure et aux instabilités
• Signal de sortie basé sur la commutation ou la tension analogique
• Utilisation très limitée, principalement en laboratoire de défense

Années 1970–1980 : Essor des codeurs optiques et incrémentaux

• En 1971, BEI Precision Instruments (USA) lance le premier codeur incrémental optique commercial.
• Disques à fentes gravées (plastique/verre), détectées par photodiodes pour générer des signaux A/B.
• En 1974, Heidenhain (Allemagne) ajoute le canal Z (impulsion zéro) pour le référencement d’origine.
• En 1976, Koyo (Japon) introduit des codeurs industriels dans les systèmes CNC, favorisant leur adoption.

Avancées :

• Détection sans contact pour une meilleure fiabilité
• Interfaces de sortie TTL et HTL standardisées
• Résolution de 1000 à 5000 PPR

Années 1990 : Codeurs absolus et boom du numérique

• De 1989 à 1992, Baumer et Heidenhain lancent des codeurs absolus mono-tour, basés sur disques multi-pistes et photodétecteurs.
• En 1993, SICK Stegmann développe des codeurs absolus multi-tours à comptage d’engrenages ou capteurs magnétiques.
• Le SSI (Synchronous Serial Interface) devient une norme de communication série promue par Hubner.
• Les codeurs programmables permettent le réglage logiciel de la résolution et du sens.

Innovations techniques :

• Rétention de position sans alimentation
• Miniaturisation via puces ASIC
• Meilleure fiabilité et immunité aux interférences

Années 2000 : Bus de terrain, Ethernet et intégration

• Les codeurs adoptent le bus de terrain industriel : CANopen, Profibus, DeviceNet.
• L’Ethernet industriel (EtherCAT, Profinet, EtherNet/IP) devient courant pour les systèmes rapides.
• En 2005, Tamagawa (Japon) propose des codeurs SIL2 pour ascenseurs, robots, ferroviaire.
• Intégration de la compensation thermique, filtrage numérique, auto-diagnostic.

Tendances :

• Communication en réseau remplaçant le câblage impulsionnel
• Résolution multi-tours dépassant 30 bits
• Configuration à chaud, mises à jour à distance

Années 2010 à aujourd’hui : Codeurs intelligents et sans fil

• Codeurs intelligents avec Bluetooth, IO-Link, Wi-Fi industriel, dialogue bidirectionnel avec PLC ou cloud.
• Kits de codeurs magnétiques pour robots collaboratifs, AGV et drones, jusqu’à Φ12 mm et <10g.
• Codeurs linéaires magnétiques haute résolution (Renishaw, RSF) pour semi-conducteurs, précision submicronique.
• Capteurs hybrides avec vision intégrée et IMU pour un retour 6-DOF complet.

Perspectives futures

1. Intelligence + Edge Computing : traitement embarqué, maintenance prédictive, IA embarquée.
2. Fusion multi-capteurs : température, IMU, couple, accélération.
3. Codeurs définis par logiciel (SD-E) : configuration à distance, diagnostics et protocoles.
4. Écoconception : faible consommation, matériaux sans friction, montage modulaire.
5. Optimisation des chaînes locales : indépendance technologique via grilles, puces et protocoles personnalisés.

Conclusion

L’évolution des codeurs reflète la transformation industrielle, du mécanique à l’intelligent. Nés de besoins militaires, ils sont désormais omniprésents. Comprendre leur histoire permet d’appréhender leurs fondements techniques et d’anticiper leur avenir dans le monde de la détection industrielle.