Qu’est-ce qu’un codeur ?
Un codeur est un capteur qui convertit un mouvement physique (angle de rotation, déplacement linéaire, vitesse) en un signal électrique pour un système de contrôle numérique (API/variateur/ordinateur industriel). Il est essentiel pour le contrôle en boucle fermée et le positionnement de haute précision dans des domaines comme l’automatisation industrielle, la robotique, les machines CNC, le médical et l’aéronautique.
Vue d’ensemble des types de codeurs (Comprehensive Classification of Encoders)
Les codeurs peuvent être classés selon plusieurs critères techniques, notamment la forme de mesure, le type de signal de sortie, la technologie de détection et l’interface de communication.
1. Par forme de mesure (By Measurement Format)
| Type | Description |
|---|---|
| Codeur rotatif (Rotary Encoder) | Mesure des mouvements de rotation (déplacement angulaire), comme les arbres moteurs |
| Codeur linéaire (Linear Encoder) | Mesure des déplacements linéaires, utile pour les machines-outils et plateformes de positionnement |
| Codeur à câble (Draw-Wire Encoder) | Mesure de longs déplacements linéaires via un câble enroulé |
| Codeur en kit (Encoder Kit) | Conception modulaire sans boîtier, idéale pour intégration dans les moteurs/robots |
2. Par type de signal de sortie (By Signal Output Type)
| Type | Description |
|---|---|
| Codeur incrémental (Incremental Encoder) | Produit des signaux d’impulsions A/B/Z ; mesure relative nécessitant un comptage en continu |
| Codeur absolu (Absolute Encoder) | Donne une position absolue unique (monotour/multitours) et conserve la position hors tension |
| Codeur analogique (Analog Encoder) | Génère un signal continu de tension ou de courant (0–10 V, 4–20 mA) |
3. Par principe de détection (By Sensing Technology)
| Technologie | Caractéristiques et applications |
|---|---|
| Optique (Optical) | Très haute résolution et faible SDE, idéal en environnements propres |
| Magnétique (Magnetic) | Robuste à la poussière/huile/vibrations, adapté aux environnements industriels |
| Capacitif (Capacitive) | Compact, résistant aux vibrations, faible consommation |
| Inductif (Inductive) | Très résistant aux interférences, parfait pour machines lourdes et systèmes critiques |
4. Par interface de communication (By Communication Interface)
| Interface | Description |
|---|---|
| Impulsions A/B/Z | Sortie standard pour codeurs incrémentaux, très compatible |
| Interface analogique | Pour systèmes traditionnels ou anciens automates |
| Interface série (SSI/BiSS/EnDat) | Liaison synchrone pour codeurs absolus, haute précision |
| Bus industriel (CANopen/PROFIBUS) | Communication multi-nœuds, topologie flexible |
| Ethernet industriel (EtherCAT/PROFINET) | Très réactif, idéal pour réseaux d’automatisation complexes |
Fonctionnement des codeurs (How Encoders Work)
Les codeurs sont composés de plusieurs éléments essentiels :
- Élément mobile : axe rotatif, rail linéaire ou système à câble
- Disque codé / bande magnétique : surface structurée pour la détection de position
- Capteur de détection : capteur optique, magnétique, capacitif ou inductif
- Unité de traitement du signal : convertit les signaux détectés en signaux standards
- Interface de sortie : communique avec le système de contrôle
Lorsque l’objet mesuré se déplace, le codeur détecte la position et la convertit en signal électrique. Chaque technologie utilise une méthode différente : la lumière pour les capteurs optiques, le champ magnétique pour les capteurs magnétiques, ou la variation de champ électrique pour les capteurs capacitifs.
Paramètres clés des codeurs (Key Performance Metrics)
| Paramètre | Description |
|---|---|
| Résolution (Resolution) | Nombre de signaux par unité de mouvement (ex. PPR/CPR, bits) |
| Précision (Accuracy) | Écart maximal entre la position réelle et la position mesurée |
| Répétabilité (Repeatability) | Stabilité des mesures d’un même point |
| Fréquence maximale | Fréquence max. d’impulsions/sortie (bande passante de comptage) |
| Niveau logique de sortie | Normes électriques : TTL, HTL, RS-422, 1 Vpp / 11 µA_pp |
| Indice de protection IP | Ex. IP65, IP67 – protection contre la poussière et l’eau |
Applications typiques des codeurs (Common Applications)
- Automatisation industrielle : positionnement de convoyeurs, contrôle des servomoteurs
- Machines-outils CNC : détection des axes X/Y/Z, changement d’outil
- Robotique : détection angulaire des articulations, retour de position de la base mobile
- Imagerie médicale : commande de mouvement pour IRM, scanners CT
- Énergies renouvelables : orientation d’éoliennes, suivi solaire
- Aéronautique & défense : commande des gouvernes, surveillance d’attitude de vol
Schémas structurels et signaux des codeurs
Figure 1 : Vue extérieure d’un codeur rotatif standard
Figure 2 : Schéma interne montrant le disque codé, le capteur et le processeur de signal
Normes techniques de référence (Relevant Standards)
- IEC 60050-351 : Terminologie de l’automatique et du contrôle
- ISO 13849 : Sécurité des fonctions pour les machines (codeurs de sécurité inclus)
- IEC 60529 : Indices de protection IP des boîtiers
- IEC 61800-5-2 : Sécurité fonctionnelle des systèmes d’entraînement à vitesse variable
- CiA 406 : Spécification CANopen pour codeurs
- IEC 61158 : Normes des bus de terrain industriels
Glossaire (Glossary)
| Terme | Signification |
|---|---|
| PPR | Pulses Per Revolution – impulsions par tour |
| CPR | Counts Per Revolution – comptages par tour |
| Voie Z | Signal de référence unique par tour (index) |
| TTL | Signal logique 5 V |
| HTL | Signal 10–30 V, haute immunité CEM |
| RS-422 | Sortie différentielle à grande vitesse |
| SSI | Interface série synchrone pour codeurs absolus |
| BiSS | Protocole série ouvert haute performance |
Conclusion :
Les codeurs forment un lien essentiel entre les systèmes physiques et les systèmes de contrôle numériques. Maîtriser leurs types, structures et normes permet de mieux les intégrer dans les systèmes d’automatisation et de contrôle de précision.