Qu'est-ce qu'un encodeur ?
Un encodeur est un capteur qui convertit un mouvement physique (comme un angle de rotation, un déplacement linéaire ou une vitesse) en un signal électrique pour un système de contrôle numérique (PLC, variateur, ordinateur industriel). Il est essentiel pour le contrôle en boucle fermée et la 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 d’encodeurs (Comprehensive Classification of Encoders)
Les encodeurs 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 |
|---|---|
| Encodeur rotatif (Rotary Encoder) | Mesure les mouvements de rotation (déplacement angulaire), comme les arbres moteurs |
| Encodeur linéaire (Linear Encoder) | Mesure les déplacements linéaires, utile pour les machines-outils et les plateformes de positionnement |
| Encodeur à câble (Draw Wire Encoder) | Mesure de longs déplacements linéaires via un câble enroulé |
| Kit d’encodeur (Encoder Kit) | Conception modulaire sans boîtier, idéal pour les moteurs miniatures |
2. Par type de signal de sortie (By Signal Output Type)
| Type | Description |
|---|---|
| Encodeur incrémental (Incremental Encoder) | Produit des signaux d’impulsions A/B/Z, mesure relative nécessitant un comptage en continu |
| Encodeur absolu (Absolute Encoder) | Donne une position absolue unique ; existe en version mono-tour ou multi-tour, conserve la position après mise hors tension |
| Encodeur 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) | Haute précision et résolution, idéal pour les environnements propres |
| Magnétique (Magnetic) | Résiste à la poussière et l’huile, adapté aux environnements industriels |
| Capacitif (Capacitive) | Compact, résistant aux vibrations, faible consommation d’énergie |
| Inductif (Inductive) | Très résistant aux interférences, parfait pour les machines lourdes et les systèmes critiques |
4. Par interface de communication (By Communication Interface)
| Interface | Description |
|---|---|
| Impulsions A/B/Z | Sortie standard pour encodeurs incrémentaux, très compatible |
| Interface analogique | Pour systèmes traditionnels ou anciens automates |
| Interface série (SSI/BiSS) | Haute précision, excellent pour encodeurs absolus haut de gamme |
| Bus industriel (CANopen/Profibus) | Communication multi-noeuds, topologie flexible |
| Ethernet industriel (EtherCAT/Profinet) | Haute réactivité, idéal pour réseaux d'automatisation complexes |
Fonctionnement des encodeurs (How Encoders Work)
Les encodeurs 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 : pour communiquer avec le système de contrôle
Lorsque l'objet mesuré se déplace, l’encodeur 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 encodeurs (Key Performance Metrics)
| Paramètre | Description |
|---|---|
| Résolution (Resolution) | Nombre de signaux par unité de mouvement (ex. impulsions par tour PPR, bits) |
| Précision (Accuracy) | Écart maximal entre la position réelle et la position mesurée |
| Répétabilité (Repeatability) | Stabilité des mesures d’un même point |
| Fréquence maximale | Vitesse maximale de détection des signaux |
| Niveau logique de sortie | Normes électriques telles que TTL, HTL, RS422 |
| Indice de protection IP | Ex. IP65, IP67 – protection contre la poussière et l'eau |
Applications typiques des encodeurs (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 : contrôle de l’orientation des éoliennes, suivi solaire
- Aéronautique et défense : commande des gouvernes de missile, surveillance d'attitude de vol
Schémas structurels et signaux des encodeurs
Figure 1 : Vue extérieure d’un encodeur 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 : Vocabulaire de la métrologie industrielle
- ISO 13849 : Norme de sécurité des machines (encodeurs de sécurité inclus)
- IEC 60529 : Classification IP des boîtiers
- IEC 61800-5-2 : Norme de sécurité fonctionnelle pour systèmes d'entraînement
- CiA 406 : Spécification CANopen pour les encodeurs
- 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 pour encodeurs incrémentaux |
| TTL | Signal numérique standard 5V |
| HTL | Signal de 10–30V, haute immunité aux interférences |
| RS422 | Sortie différentielle à grande vitesse |
| SSI | Interface série synchrone pour encodeurs absolus |
| BiSS | Protocole série open-source haute performance |
Conclusion :
Les encodeurs 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.