Bien choisir un codeur rotatif

Un codeur rotatif est un dispositif permettant d’obtenir des informations relatives à une position angulaire pour des applications de commande de mouvements. Les informations récoltées concernent la vitesse angulaire, la position, le déplacement, la direction ou l’accélération.

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Comment choisir un codeur rotatif ?

Codeurs rotatifs de la marque Pepperl Fuchs
Codeurs rotatifs de la marque Pepperl Fuchs

Pour choisir un codeur rotatif, vous devrez d’abord déterminer si vous devez utiliser un codeur de type incrémental ou de type absolu.

• Les codeurs rotatifs incrémentaux fournissent des impulsions en fonction de la rotation de l’axe. Une impulsion, ou incrément, est un signal digital carré. La résolution du codeur correspond à son nombre d’incréments par tour. Les codeurs rotatifs ne contiennent aucune information sur l’emplacement lors de la mise sous tension. Ils doivent être réinitialisés à chaque coupure d’alimentation.
• Les codeurs rotatif absolus intègrent leur propre compteur, dans le sens où ils conservent la dernière valeur enregistrée lors d’une coupure d’alimentation.

Le codeur rotatif incrémental est le plus économique, mais vous devrez plutôt choisir un codeur rotatif absolu si :
• la réinitialisation du comptage est pénalisante pour votre application ;
• votre système de traitement du signal peut être perturbé par des parasites qui pourraient générer de fausses impulsions ;
• les risques de non-comptage d’impulsions sont importants (par exemple à des fréquences élevées) ;
• le mouvement rotatif est de type oscillant et ne correspond pas à une rotation complète ;
• il est important de connaître à tout moment la position réelle de l’axe ;
• il est nécessaire de comptabiliser le nombre de tours effectués. Dans ce cas, vous devrez sélectionner un codeur rotatif absolu multitour.

 

Pour choisir votre codeur rotatif, vous devrez aussi déterminer ses dimensions en fonction du système dans lequel il sera intégré. Vous choisirez donc son encombrement, c’est-à-dire le diamètre du boîtier, sa longueur, ainsi que le diamètre de l’arbre de sortie (arbre plein ou arbre creux).

Il faudra enfin identifier les contraintes environnementales et mécaniques auxquelles le codeur devra faire face, afin de choisir le degré de protection approprié.

Comment fonctionne un codeur rotatif incrémental ?

Codeur rotatif de la marque Baumer
Codeur rotatif de la marque Baumer

Le codeur rotatif incrémental mesure un déplacement angulaire par rapport à une position de référence. Après une coupure d’alimentation, le système de traitement des données doit attendre que le codeur envoie l’information correspondant à la position de référence pour pouvoir exploiter correctement les informations liées au déplacement angulaire.

Les codeurs rotatifs incrémentaux sont conçus à partir de différentes technologies qui présentent chacune des avantages et des inconvénients. Les technologies les plus utilisées sont :
Le codeur rotatif incrémental optique : ces codeurs utilisent des diodes électroluminescentes (LED) pour « lire » le déplacement angulaire. Ces codeurs rotatifs sont économiques et offrent des résolutions importantes (haute précision). Cette technologie est très utilisée dans l’industrie, mais le système de lecture optique peut être perturbé si l’environnement présente des risques de salissure (poussière, huile, etc.).
Le codeur rotatif incrémental magnétique : les impulsions sont émises par des aimants. Cette technologie est aussi très présente dans l’industrie car les codeurs magnétiques sont moins sujets aux risques d’encrassement.

 

Quel que soit le principe de fonctionnement du codeur rotatif, le signal de sortie est une série d’impulsions qui constitue un codage binaire, c’est-à-dire une succession de 1 et de 0 qui correspond au déplacement angulaire, en fonction de la résolution du codeur. Ce signal pourra être utilisé pour déterminer le sens de déplacement, la valeur du déplacement par rapport à la position de référence, la vitesse ou l’accélération.

Avec un codeur incrémental, vous pouvez connecter les fils du codeur sur les entrées d’un automate. Les entrées à utiliser seront déterminées par la fréquence de fonctionnement du codeur. Cette fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de l’axe et à la résolution du codeur. Dans le cas où la fréquence est élevée, le signal correspondant à la position de référence permet de corriger les erreurs de non-comptage de certaines impulsions.

En règle générale, le codeur rotatif est équipé de 5 à 12 sorties (fils ou bornes d’un connecteur), qui doivent être reliées à un compteur. Dans le cas d’un codeur à 5 sorties, deux fils sont utilisés pour l’alimentation électrique et les trois autres pour envoyer les signaux correspondant au déplacement angulaire.

Comment fonctionne un codeur rotatif absolu ?

Codeur rotatif de la marque Renishaw
Codeur rotatif de la marque Renishaw

Le codeur rotatif absolu indique une position angulaire dès sa mise sous tension. Il délivre en permanence un signal qui correspond à la position réelle de l’axe auquel il est couplé. Il existe deux types de codeurs absolus :

• Le codeur absolu simple tour qui indique la position de l’axe. La valeur envoyée par le codeur est identique à chaque rotation. Le codeur absolu simple tour permet de connaître à tout moment la position de l’axe (même à l’arrêt), en plus des informations liées au déplacement angulaire.
• Le codeur absolu multitour qui intègre des codeurs rotatifs secondaires permettant d’indiquer le nombre de tours effectués en plus de la position de l’axe.

Comme pour les codeurs rotatifs incrémentaux, les technologies principalement employées pour les codeurs rotatifs absolus sont les codeurs optiques qui proposent une haute précision, mais qui peuvent être sensibles aux risques de salissure, et les codeurs magnétiques.

Avec un codeur rotatif absolu, la position de l’axe est définie par un code unique qui est envoyé dès la mise sous tension du codeur. Il peut être exploité tel quel ou transformé pour être transmis sous forme de signal numérique à travers un bus terrain tel que SSI, CANopen ou Profinet.

Qu’est-ce que la résolution d’un codeur rotatif ?

La résolution d’un codeur rotatif correspond au nombre maximum de points qu’il peut mesurer sur un tour. Pour un codeur incrémental, la résolution est liée directement au nombre d’impulsions qu’il délivre par tour. Pour un codeur absolu, elle est liée au nombre de bits sur lequel s’effectue le codage. Par exemple, un codeur 16 bits aura une résolution de 65 536 points par tour.

Le choix de la résolution d’un codeur se fait en fonction de la résolution attendue pour répondre à l’application et de la précision des composants mécaniques qui forment la chaîne de mesure. Le codeur est relié à un dispositif électronique, un contrôleur ou un compteur, qui tolère une fréquence maximale en entrée à laquelle vous devrez prêter attention. En effet, un codeur incrémental haute résolution fournit un plus grand nombre d’impulsions sur un tour qu’un codeur incrémental basse résolution. En fonction de la vitesse de rotation imposée par l’application, le signal de sortie du codeur peut présenter une fréquence plus élevée que ce que le dispositif relié au codeur est capable de supporter. Dans ce cas, vous devrez vous tourner vers un codeur rotatif avec une résolution plus faible.

Comment monter un codeur rotatif ?

Le montage d’un codeur rotatif dépend de sa forme. Il est donc important de déterminer comment le codeur rotatif pourra être relié à l’axe à mesurer.

Il existe trois montages principaux :
• Le codeur rotatif avec un arbre plein qui peut présenter différentes formes comme le cylindre tronqué, le carré ou l’hexagone. Ce codeur peut être monté au bout d’un axe creux ou, par exemple, dans un pignon d’engrenage.
• Le codeur rotatif avec une sortie creuse, dans lequel on peut insérer un axe.
• Le codeur rotatif en deux parties. Il comprend un disque qui se monte en bout d’axe et une « tête de lecture » qui sera fixée au-dessus du disque.