Types d’encodeurs
Les encodeurs sont les « yeux » des systèmes d’automatisation industrielle et de contrôle de mouvement de précision, capables de convertir avec exactitude le mouvement mécanique en signaux électriques. Selon les besoins applicatifs et la technologie employée, on peut les classer selon trois critères : type de signal de sortie, forme de mesure et principe de détection. Voici une analyse professionnelle et détaillée.
I. Classification par type de signal de sortie
1. Encodeur incrémental (Incremental Encoder)
- Principe de fonctionnement : Génère des impulsions quadrature A/B via détection optique ou magnétique, et une impulsion Z unique pour la remise à zéro.
- Indicateurs clés :
- Résolution : Typiquement 500–10 000 PPR ; interpolation (4×, 16×) possible jusqu’à plusieurs dizaines de milliers ou millions de PPR.
- Qualité du signal : Erreur de phase < 5°, jitter < ±1 LSB.
- Normes de sortie : TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422 différentiel.
- Avantages & limites :
- Avantages : Faible coût, réponse rapide ; idéal pour le contrôle en boucle fermée de vitesse/position.
- Limites : Perte de la position en cas de coupure d’alimentation ; nécessite un compteur externe et une procédure de remise à zéro.
- Applications typiques : Servomoteurs, mesure de vitesse de moteur, suivi de course dans des mécanismes alternatifs.
2. Encodeur absolu (Absolute Encoder)
- Principe de fonctionnement : À chaque position correspond un code binaire ou Gray unique, permettant la lecture directe de la position sans remise à zéro ; les versions multitours utilisent un engrenage ou un circuit de comptage.
- Indicateurs clés :
- Résolution single‑turn : 8–20 bits ; plage multi‑turn : 16–32 bits.
- Formats de code : Gray, binaire, BCD, Excess‑3, etc.
- Interfaces : SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (synchrone), CANopen, Profinet (réseau).
- Avantages & limites :
- Avantages : Conserve la position après coupure d’alimentation ; adapté aux systèmes multi‑axes à haute fiabilité ; paramétrage en ligne possible.
- Limites : Coût élevé ; les interfaces série requièrent des contrôleurs à large bande passante.
- Applications typiques : Articulations de robot, machines CNC multi‑axes, systèmes de sécurité critiques.
3. Encodeur hybride (Hybrid Encoder)
- Définition : Combine les sorties incrémentale et absolue dans un même boîtier, alliant rapidité des impulsions et mesure de position absolue.
- Caractéristiques : Fournit simultanément des impulsions haute fréquence et une valeur absolue ; couramment utilisé pour la redondance SIL en sécurité fonctionnelle.
- Applications typiques : Systèmes de sécurité SIL, surveillance de parachutes aérospatiaux, AGV logistiques intelligents.
II. Classification par forme de mesure
1. Encodeur rotatif (Rotary Encoder)
- Construction : Axe plein, creux ou semi‑creux, montage sur bride ou face avant.
- Caractéristiques mécaniques : Diamètre d’axe φ3–φ20 mm ; charge radiale 10–50 N ; charge axiale 5–20 N ; durée de vie L₁₀ ≥ 10⁷ h.
- Conseils d’installation : Concentricité < 0,05 mm ; éviter les charges latérales et fortes vibrations.
- Exemples d’application : Rétroaction servomoteur, contrôle de plateau tournant, positionnement de vanne.
2. Encodeur linéaire (Linear Encoder)
- Types : Règle optique, magnétique ou capacitive ; écart entre tête de lecture et règle 0,1–1 mm.
- Précision : Résolution 0,01–1 µm ; erreur de linéarité < ±1 µm / m.
- Adaptation à l’environnement : Les versions optiques requièrent un environnement propre ; les versions magnétiques fonctionnent dans des atmosphères poussiéreuses ou huileuses.
- Exemples d’application : Tables de CN, bras de machine à mesurer tridimensionnelle (MMT), unités d’exposition en micro‑électronique.
3. Encodeur à câble (Draw‑Wire Encoder)
- Construction : Bobine à ressort avec câble acier, portée de plusieurs mètres.
- Précision : Résolution 0,1 mm ; répétabilité < ±0,5 mm.
- Cas d’utilisation : Mesure de hauteur de plateformes élévatrices, détection de position de stores enrouleurs, relevés en galeries.
- Conseils d’installation : Maintenir le câble vertical bien tendu ; éviter les traction obliques et les flexions.
III. Classification par principe de détection
1. Encodeur optique (Optical Encoder)
- Méthode de détection : Source lumineuse → disque codeur → photodétecteur ; impulsions générées par variations de transmission/réflexion.
- Avantage en résolution : Jusqu’à plusieurs millions de PPR ; jitter < ±0,1 arcsec.
- Inconvénients : Sensible à la poussière, aux huiles et aux variations de température.
- Norme : Conforme à ISO 23125 pour encodeurs optiques.
2. Encodeur magnétique (Magnetic Encoder)
- Méthode de détection : Capteurs à effet Hall ou magnétorésistifs mesurent les variations du champ magnétique.
- Fiabilité : Résistant à la pollution, aux vibrations et aux dérives thermiques ; précision typique 0,1–0,5°.
- Exemples d’application : Positionnement de cabine d’ascenseur, contrôle angulaire de machines lourdes.
- Norme : Conforme à DIN 32701 pour encodeurs magnétiques.
3. Encodeur capacitif (Capacitive Encoder)
- Méthode de détection : Variation de capacité entre deux plaques mesurée avec excitation AC.
- Caractéristiques : Faible consommation, encombrement réduit, résistant aux vibrations ; précision ±1 µm.
- Inconvénients : Sensible aux environnements métalliques et aux charges électrostatiques.
- Exemples d’application : Micro‑robots, bras robotiques médicaux, plateformes micro/nano.
4. Encodeur inductif (Inductive Encoder)
- Méthode de détection : Mesure de distance via variations du couplage inductif entre bobine et cible métallique.
- Avantages : Tolère températures et pressions élevées, fortes interférences électromagnétiques.
- Précision : Généralement ±10 µm ; adapté à l’industrie lourde et au transport ferroviaire.
- Norme : Conforme à IEC 62130 pour capteurs de position inductifs.
IV. Recommandations de sélection
- Clarifier les besoins : Type de mouvement (rotatif/linéaire), type de signal (incrémental/absolu).
- Accorder précision et vitesse : Une haute résolution exige une bande passante adéquate du contrôleur et des capacités d’interpolation.
- Adapter à l’environnement : Encodeurs optiques pour salles propres ; magnétiques/inductifs pour environnements difficiles.
- Fiabilité mécanique : Tenir compte de la charge des roulements, de la durée de vie et de l’alignement à l’installation.
- Compatibilité des communications : Vérifier la prise en charge des protocoles et interfaces pour l’intégration système et le diagnostic.
Grâce à cette classification à trois dimensions et à cette comparaison de performances, vous pourrez choisir rapidement l’encodeur le plus adapté, optimiser la performance de vos équipements et réduire les coûts de développement et de maintenance.