Terminologie des Encodeurs
Cette page répertorie de manière systématique et explique en détail les termes techniques courants et importants dans le domaine des codeurs (encodeurs), couvrant les paramètres électriques, la sortie de signaux, la structure mécanique, les protocoles de communication, l’adaptabilité environnementale, l’étalonnage de la précision, la sécurité fonctionnelle, les limites de charge et bien d’autres aspects. Elle s’adresse aux ingénieurs, intégrateurs de systèmes, personnels R&D, acheteurs techniques et à tout utilisateur souhaitant approfondir sa compréhension des codeurs.
Sortie du codeur et terminologie des signaux
| Terme | Abréviation anglaise | Définition |
|---|---|---|
| Résolution | Resolution | Nombre de signaux générés par l’unité de déplacement du codeur, servant à évaluer la précision de mesure. Peut être exprimé en PPR, CPR, bits, LPI, CPI, etc. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Nombre d’impulsions par tour, courant chez les codeurs incrémentaux rotatifs ; indique le nombre total d’impulsions produites sur un tour complet |
| CPR | Counts Per Revolution | Nombre de counts par tour, souvent avec démultiplication (ex. x4). Par exemple, en quadrature, CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | Nombre de « points » produits par pouce, couramment utilisé pour la numérisation optique haute résolution et la mesure linéaire |
| CPI | Counts Per Inch | Nombre de counts par pouce (1 pouce), utilisé pour évaluer la résolution d’un codeur linéaire |
| LPI | Lines Per Inch | Nombre de lignes par pouce sur une grille optique ; également utilisé pour décrire la résolution des codeurs ou scanners linéaires |
| Voies A/B | A/B Channels | Deux voies d’ondes carrées en quadrature d’un codeur incrémental, déphasées de 90°, permettant de distinguer le sens de rotation et de faire le comptage |
| Voie Z | Zero Pulse / Index | Impulsion de référence unique par tour dans un codeur incrémental, utilisée pour le retour au point zéro |
| Voie N | N Channel | Autre dénomination de la voie Z dans certaines marques |
| U/V/W | - | Voies de commutation pour moteurs servo, utilisées pour la commutation électronique ou la détection de phase du moteur |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Niveau logique numérique 5 V standard, adapté à la transmission d’impulsions à haute vitesse sur de courtes distances |
| HTL | High Threshold Logic | Logique de niveau 10–30 V, offrant une forte immunité aux interférences, adaptée aux environnements industriels |
| Open Collector | OC | Sortie à collecteur ouvert ; nécessite une résistance de tirage externe, flexibilité dans l’adaptation du niveau de tension |
| Push-Pull | - | Sortie push-pull, pouvant piloter la charge dans les deux sens, sans résistance de tirage, courante pour les codeurs industriels |
| Line Driver | LD / RS422 | Sortie différentielle pour améliorer l’immunité aux interférences, permettant la transmission à grande vitesse sur de longues distances |
| Sortie tension | Voltage Output | Sortie analogique (0–5 V, 0–10 V, etc.), simple pour la lecture d’une grandeur analogique |
| Sortie courant | Current Output | Sortie analogique typiquement 4–20 mA, fortement immunisée contre les parasites, adaptée à de longues distances |
| PWM | Pulse Width Modulation | Utilisation de la modulation de largeur d’impulsion pour transmettre des informations de position ou d’angle, adaptée à certains besoins spécifiques ou sur mesure |
| 1Vpp/11µApp | - | Sortie analogique sinusoïdale/cosinusale, fréquente pour les codeurs optiques ou magnétiques à grille, utilisée pour un subdivisage haute résolution |
Types de codeurs, principes de fonctionnement et modes de détection
| Terme | Définition |
|---|---|
| Codeur incrémental | Génère une impulsion continue représentant l’incrément de position ; nécessite un contrôleur ou un compteur qui cumule les impulsions pour obtenir la position absolue |
| Codeur absolu | Chaque position est associée à un code unique ; la position est mémorisée même en cas de coupure de courant. Convient aux applications complexes ou multi-axes exigeantes |
| Codeur monocercle | Mesure uniquement la position au sein d’un seul tour, sans compter le nombre de tours |
| Codeur multicercle | Intègre des engrenages, des dispositifs magnétiques ou inductifs pour compter les tours ; il en existe des versions mécaniques et électroniques |
| Codeur optique | Utilise une source lumineuse, une grille optique et un récepteur photoélectrique pour une mesure sans contact ; résolution élevée et grande précision |
| Codeur magnétique | Détecte les variations du champ magnétique via l’effet Hall ou la magnétorésistance ; moins sensible à la poussière ou à la saleté, adapté aux environnements sévères |
| Codeur capacitif | Basé sur la variation du champ électrique entre des plaques de condensateur ; structure compacte, adaptée aux systèmes allégés et aux espaces restreints |
| Codeur inductif | Mesure l’angle ou le déplacement par induction électromagnétique, forte résistance aux interférences et aux vibrations |
| Codeur kit | Aussi appelé Kit Encoder, conçu sans boîtier externe pour être intégré dans un moteur ou une articulation de robot, etc. |
| Codeur à câble | Utilise un câble en acier et un tambour enrouleur pour mesurer de longs déplacements linéaires (ascenseurs, portails, grues, etc.) |
| Codeur rotatif | Mesure l’angle de rotation et la vitesse d’un arbre, très utilisé dans les moteurs, les tables tournantes, les servocommandes |
| Codeur linéaire | Mesure le déplacement linéaire (translation). Utilisé dans les machines CNC, les machines de mesure tridimensionnelles, l’industrie des semi-conducteurs, etc. |
| Codeur multivoies | Sort plusieurs types de signaux (p. ex. A/B/Z + UVW + interface série) pour répondre aux besoins combinés de commutation moteur, de détection de position et de communication réseau |
| Codeur programmable | Les paramètres (mode de sortie, résolution, sens de rotation, etc.) peuvent être configurés via un logiciel ou un dispositif dédié |
| Format de codage | Type de code en sortie pour un codeur absolu, comme Gray Code, Binary, BCD, Excess Code, etc. |
Protocoles de communication et interfaces industrielles
| Protocole/Interface | Définition |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface : interface série synchrone pour la transmission de données des codeurs absolus ; simple de conception et résistante aux interférences |
| BiSS-C | Protocole série synchrone ouvert à haute vitesse, supportant le full-duplex et les topologies en chaîne pour multi-axes ; courant chez les codeurs absolus haut de gamme |
| EnDat | Interface série bidirectionnelle de Heidenhain, assurant une vérification d’erreur et une rétroaction haute résolution |
| CANopen | Protocole ouvert basé sur le bus CAN, utilisant un dictionnaire d’objets et un réseau multi-nœuds, largement utilisé dans l’automatisation industrielle en Europe |
| Profibus-DP | Norme de bus de terrain, avec un débit élevé et supportant l’échange cyclique de données. Souvent utilisé dans les grosses installations de process et d’assemblage |
| DeviceNet | Protocole de bus CAN défini par Allen-Bradley, privilégiant l’interconnexion simple entre dispositifs et contrôleurs |
| EtherCAT | Protocole temps réel sur Ethernet développé par Beckhoff, avec horloge distribuée et synchronisation multi-axes, idéal pour les applications rapides et de grande précision |
| PROFINET | Standard d’Ethernet industriel soutenu par Siemens, combinant IT et communication temps réel ; utilisé en automatisation de process et d’usine |
| IO-Link | Protocole de communication point à point entre capteurs et actionneurs, offrant diagnostic intelligent et configuration à distance |
| Ethernet/IP | Protocole dans la famille CIP (Common Industrial Protocol) soutenu par Rockwell, adapté aux entraînements distribués, aux équipements de terrain et aux systèmes SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Protocole maître-esclave ouvert, adapté aux I/O distantes et aux systèmes distribués évolutifs |
| UART | Interface série asynchrone universelle (par ex. RS232/RS485), souvent utilisée dans des codeurs simples ou à faible coût |
| SPI/I²C | Interface série au niveau des puces (semi-conducteurs), adaptée aux codeurs miniatures ou à faible consommation |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, protocole de contrôle de mouvement temps réel sur fibre optique ou Ethernet, utilisé en CN et pour les servocommandes de haute précision |
Terminologie liée au montage et à l’interface mécanique
| Terme | Définition |
|---|---|
| Arbre plein | L’arbre central du codeur est un cylindre plein ; nécessite un accouplement ou un dispositif de serrage externe pour transmettre le couple |
| Arbre creux | Le codeur possède un arbre creux, pouvant être directement inséré sur l’arbre du moteur, réduisant ainsi les besoins en accouplement |
| Arbre semi-creux | Un arbre creux fermé d’un côté, combinant gain de place et facilité de montage |
| Fixation à bride | Le codeur est fixé à l’équipement via une bride avant ou synchronisée ; couramment normalisé DIN (bride circulaire ou carrée) |
| Bride synchrone | Bride circulaire standard (Synchro Flange) fixée par pincement ou vis |
| Bride de serrage servo | Bride avec rainure de serrage ou trous de positionnement, facilitant l’alignement rapide et la fixation sur le moteur ou le système mécanique |
| Entraxe des vis | Distance entre les vis de fixation sur le boîtier du codeur, à assortir avec la surface de montage de la machine |
| Profondeur de montage | Profondeur d’insertion de l’arbre ou de l’arbre creux, trop faible pouvant engendrer des jeux et trop importante risquant d’endommager le codeur |
| Accouplement | Élément reliant l’arbre plein du codeur à l’arbre moteur/mécanique ; divers types : accouplement flexible, à soufflet, rigide, etc. |
| Charge radiale/axiale | Limite de charge radiale ou axiale supportée par le roulement du codeur, une surcharge pouvant affecter la durée de vie et la précision |
Adaptation à l’environnement et fiabilité
| Terme | Définition |
|---|---|
| Indice IP | Niveau de protection contre les poussières et l’eau défini par l’IEC 60529 (ex. IP65, IP67, IP68) ; plus la valeur est élevée, meilleure est la protection |
| Temp. de fonctionnement | Plage de température dans laquelle le codeur fonctionne normalement à la précision nominale (ex. -20°C à +85°C) |
| Temp. de stockage | Plage de température autorisée lorsque le codeur est hors tension |
| Résistance aux vibrations | Capacité du roulement et de la structure interne du codeur à supporter des vibrations mécaniques ; généralement exprimée en g |
| Résistance aux chocs | Limite de choc instantané ou accélération importante, exprimée en g |
| CEM (EMC) | Compatibilité Électromagnétique ; inclut l’immunité aux interférences et la limitation des perturbations électromagnétiques émises |
| ESD | Immunité aux décharges électrostatiques (Electrostatic Discharge), évalue la sensibilité du codeur aux impulsions d’électricité statique |
| Niveau SIL | Safety Integrity Level ; niveau de sécurité fonctionnelle (SIL2, SIL3, etc.) pour des applications critiques (ascenseurs, robots, ferroviaire...) |
| MTBF | Mean Time Between Failures ; temps moyen entre pannes, indicateur de la fiabilité globale du dispositif |
| RoHS / REACH | Directives sur la restriction de substances dangereuses et réglementations sur l’enregistrement des substances chimiques, liées à la conformité environnementale et sécuritaire des matériaux |
Précision, erreurs et terminologie de l’étalonnage système
| Terme | Définition |
|---|---|
| Précision du système | Écart maximal entre la valeur mesurée et la position réelle ; inclut les erreurs du codeur, d’installation, du contrôleur, etc. |
| Pouvoir de résolution (ou sensibilité) | La plus petite variation de position détectable par le codeur ; plus cette valeur est élevée, plus il peut capter de faibles déplacements |
| Répétabilité | Degré de cohérence des résultats de mesure lors d’un retour multiple à la même position, principalement influencée par les jeux mécaniques et le bruit du signal |
| Erreur de linéarité | Écart de linéarité entre la valeur de sortie du codeur et la véritable position, généralement compensé par un étalonnage ou un algorithme logiciel |
| Erreur de zéro | Décalage entre l’impulsion de référence (Z) ou le signal d’origine et le zéro mécanique réel ; se corrige mécaniquement ou via un logiciel |
| Erreur de codage | Défauts mineurs causés par la fabrication du disque de code, la distribution inégale des pôles magnétiques, un montage incorrect, etc. |
| Coefficient d’étalonnage | Paramètre de calibration ou de correction linéaire pour améliorer la précision globale |
| Boucle PID (PID Feedback) | Dans un système servo, le codeur agit comme capteur de la boucle fermée ; le système ajuste proportion, intégration et dérivation pour suivre précisément la consigne |
| Hysteresis | Erreur de retour en position, due à un changement de sens de déplacement, engendrant un décalage. Certains codeurs incrémentaux ou systèmes de transmission y sont sujets |
Autres termes courants et compléments
| Terme | Définition |
|---|---|
| Code Gray (Gray Code) | Méthode de codage où deux codes consécutifs ne diffèrent que d’un bit ; réduit les oscillations lors des transitions. Très utilisé dans les codeurs absolus |
| Codage binaire (Binary Code) | Le codeur absolu fournit directement la valeur en binaire, facilement exploitable par le contrôleur |
| Code BCD (Binary-Coded Decimal) | Représentation en décimal par groupes de 4 bits (chaque groupe encode un digit décimal) ; anciennement employé par certains codeurs absolus ou instruments de mesure |
| Excess Code | Code décalé facilitant des transitions plus fluides ; utilisé dans certains anciens codeurs absolus ou systèmes spécifiques |
| Entraînement multiple par engrenages | Pour les codeurs absolus multicercle mécaniques : un train d’engrenages interne permet de compter le nombre de tours |
| Multicercle électronique | Comptage du nombre de tours via électronique ou mémoire magnétique, sans engrenages mécaniques. Commun sur les codeurs intégrés dans les moteurs sans balais (BLDC) |
| Voies UVW | Signaux incrémentaux de commutation pour synchroniser les enroulements triphasés du moteur. Courant sur les servomoteurs et les entraînements BLDC |
| Rapport S/B (Signal to Noise Ratio) | Rapport signal/bruit, évalue la netteté et la stabilité du signal fourni par le codeur |
| Vitesse de rotation max | Vitesse maximale à laquelle le codeur peut tourner en maintenant sa précision ; au-delà, le signal peut être altéré et l’usure des roulements peut s’aggraver |
| Vitesse linéaire max | Vitesse maximale de déplacement linéaire qu’un codeur linéaire peut mesurer sans dégradation (manque de bande passante ou altération du signal incrémental) |
| Codeur redondant | Double capteur ou double voie de sortie pour une utilisation critique (SIL3, etc.) ; le codeur de secours prend la relève en cas de défaillance du codeur principal |
Normes de référence et extensions
- IEC 60050-351 : Terminologie relative aux mesures et au contrôle industriels
- ISO 13849 : Norme de sécurité des fonctions pour les machines (souvent référencée pour les codeurs de sécurité)
- IEC 60529 : Définit les indices de protection (IP) des boîtiers
- IEC 61800-5-2 : Exigences de sécurité pour les systèmes d’entraînement à vitesse variable, courantes pour les servomoteurs et codeurs de sécurité fonctionnelle
- CiA 406 : Spécification de périphérique pour codeurs CANopen
- IEC 61158 : Ensemble de protocoles de bus de terrain industriels
- EnDat, BiSS, SERCOS : Principaux protocoles de communication série pour codeurs
Remarque : Les définitions peuvent varier légèrement selon les marques ou les standards du secteur. Il est recommandé de consulter la documentation produit spécifique pour une vérification supplémentaire. Cette page sera mise à jour régulièrement pour couvrir davantage de technologies émergentes et de cas d’application. Nous vous invitons à contribuer vos ajouts et révisions sur Encoder.wiki !