Codeurs — Capteurs angulaires rotatifs

Le positionnement dans divers types d'équipements industriels est assuré à l'aide de dispositifs simples - des encodeurs (ou en d'autres termes, des capteurs d'angle).

Les codeurs sont utilisés pour convertir un mouvement linéaire ou rotatif en un signal numérique binaire. Un codeur est un appareil dont l'arbre est relié à l'arbre tournant de l'objet étudié et assure le contrôle électronique de l'angle de rotation de ce dernier. Selon le principe de fonctionnement, les codeurs sont divisés en optique et magnétique.

Sur l'arbre de l'encodeur optique, il y a un disque avec des fenêtres intermittentes autour du périmètre, contre lequel il y a une LED et un phototransistor, qui assurent la formation d'un signal de sortie sous la forme trains d'impulsions rectangulaires avec une fréquence proportionnelle à la fois au nombre de fenêtres et à la vitesse de rotation du disque/arbre. Le nombre d'impulsions indique l'angle de rotation.

Les codeurs optiques sont disponibles en tant que codeurs incrémentaux et absolus.

Les codeurs incrémentaux ont un disque intermittent avec de nombreuses fenêtres de la même taille que le rayon de base et deux lectures optocoupleurs, ce qui vous permet de fixer à la fois l'angle de rotation et le sens de rotation de l'arbre.Sur le rayon supplémentaire du disque, il y a une fenêtre de rupture unique et un optocoupleur correspondant qui définissent la position de départ (home).

Couple négatif - Les codeurs incrémentaux fournissent une lecture relative de l'angle de rotation, dont les informations ne sont pas enregistrées lorsque la rotation est arrêtée. Leurs avantages incluent la simplicité de conception (et, par conséquent, un faible coût) à haute résolution et à haute fréquence de fonctionnement.

Les codeurs incrémentaux à durabilité accrue sont destinés aux applications industrielles - dans l'ingénierie mécanique, les laminoirs, la construction navale, le textile, la chaussure, le travail du bois. Pour de tels codeurs, les paramètres décisifs sont la résolution de l'angle de rotation, la capacité de travailler à des fréquences élevées, un degré de protection élevé pour résister aux conditions de l'environnement difficile.

Un disque avec des lignes ou des encoches qui interrompent le faisceau lumineux vers le capteur optique. Un circuit électronique détecte les ruptures de faisceau et génère des impulsions de sortie numériques à partir du codeur.

Disque de codage - un dispositif pour convertir les déplacements angulaires de l'arbre sous forme numérique. Une image géométrique d'un code numérique est appliquée au disque de codage. Les symboles de bit de code sont appliqués sur une piste concentrique, et les bits les moins significatifs (moins significatifs) sont situés plus près de la périphérie.

Selon le mode de lecture du code (contact, photoélectrique, électromagnétique, induction, électrostatique, etc.), l'image géométrique du code est constituée d'éléments électriquement conducteurs et électriquement isolés, transparents et opaques, magnétiques et amagnétiques, etc.

Les plus répandus étaient les disques d'encodage avec des variétés de code binaire, qui excluent l'apparition d'erreurs lors du franchissement des limites de sections discrètes séparées, lorsque certains bits peuvent être lus d'un côté de la limite et d'autres de l'autre (en raison d'une installation inexacte d'appareils amovibles ou à cause d'un code de lecture non simultanée pendant que le disque tourne. Ces codes comprennent ce que l'on appelle le code Fau (code Barker) et le code Reflex (code Grey).

Certains codeurs rotatifs optiques utilisent un disque codeur réfléchissant. Ce disque a des sections alternées qui absorbent ou réfléchissent la lumière, et la source lumineuse ainsi que le récepteur sont situés sur un côté du disque. S'il n'y a qu'une seule source lumineuse et un seul récepteur, la séquence d'impulsions du capteur vous permet de savoir de combien de pas le disque a tourné par rapport à sa position précédente.

Un capteur ne peut pas indiquer le sens de rotation, mais si vous ajoutez une deuxième paire source-récepteur, déphasée de 90 par rapport à la première, le microcontrôleur pourra déterminer le sens de rotation du disque par la différence de phase entre les trains d'impulsions.

Rappelons que tout système qui détecte la rotation relative du disque mais ne peut pas mesurer sa position angulaire absolue est un codeur incrémental.

Un codeur absolu possède un disque discontinu avec des fenêtres concentriques de rayons différents dont les tailles relatives sont déterminées par le code binaire et qui sont lues simultanément, donnant un signal de sortie codé pour chaque position angulaire (code Gray, code binaire...).

Dans ce cas, il est possible d'obtenir des informations sur la position instantanée de l'arbre sans compteur numérique ni retour à la position initiale, car la sortie possède un mot codé - «n bit», protégé du bruit électrique.

Les codeurs absolus sont utilisés dans les applications qui nécessitent un stockage prolongé des données d'entrée, mais leur conception est plus complexe et plus coûteuse.

Les codeurs absolus avec une interface de bus de terrain disposent d'une interface de sortie pour la communication de bus de terrain conformément aux normes CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus et utilisent un code binaire pour déterminer l'angle de rotation. Les interfaces de communication ci-dessus sont programmables selon un certain nombre de paramètres : par exemple sens de rotation, résolution d'impulsion par tour, débit en bauds.

Les encodeurs montés sur l'arbre du moteur fournissent efficacement un contrôle de positionnement précis. De tels codeurs sont généralement produits dans la version «trou» et les accouplements spéciaux sont des éléments importants de leur conception, qui permettent de compenser le jeu de l'arbre du moteur.

Le positionnement dans les conditions ci-dessus fournit le plus efficacement un codeur magnétique, dans lequel la conversion du déplacement angulaire de l'arbre en un signal électronique est effectuée sans contact sur la base de l'effet Hall, n'est pas liée à la rotation du hacheur optique à l'intérieur le capteur et permet le traitement du signal avec des vitesses allant jusqu'à 60 000 tr/min.

Dans un codeur magnétique, la rotation à grande vitesse d'un arbre externe, sur lequel est fixé un aimant cylindrique permanent, est détectée par un capteur Hall combiné sur un seul cristal semi-conducteur avec un contrôleur de traitement du signal.

Lorsque les pôles de l'aimant permanent tournent sur le microcircuit avec Capteur à effet Hall le vecteur d'induction magnétique variable induit la tension de Hall, qui contient une information sur la valeur instantanée de l'angle de rotation de l'arbre. Le microcontrôleur permet une conversion rapide de la tension Hall en paramètre d'angle de positionnement.

La possibilité d'une telle conversion sans connexion mécanique directe de l'aimant et des éléments du capteur Hall est le principal avantage des codeurs magnétiques, leur confère une grande fiabilité et durabilité et leur permet de fonctionner efficacement dans des applications à grande vitesse liées à l'automatisation industrielle, l'impression, le travail des métaux , de mesure et d'équipement de mesure.