La robotique industrielle s'appuie sur des commandes de précision pour guider ses mouvements et permettre une productivité maximale. De nombreux types de capteurs fournissent des données pour ces contrôles. Pour les besoins de cet aperçu, nous nous concentrerons sur les capteurs de position d'arbre. Cet article de SameSky explore les différences entre les codeurs rotatifs incrémentaux et absolus associés.
Lorsque vous devez mesurer la vitesse, la direction du mouvement ou la position d'un arbre rotatif, vous aurez probablement besoin d'un encodeur rotatif. Et quand vient le temps d’en choisir un, il existe deux types principaux à considérer : le codeur incrémental et le codeur absolu.
Faire le bon choix est important, c'est pourquoi nous avons élaboré ce petit guide sur les codeurs absolus, pour vous aider à comprendre ce qu'ils sont, en quoi ils diffèrent des codeurs incrémentaux et les situations dans lesquelles vous pourriez en avoir besoin.
Qu'est-ce qu'un codeur absolu ?
Un codeur absolu fournit une valeur de position unique ou un mot de données à chaque point de rotation représentant la position « absolue » du codeur. Dès la mise en marche, un codeur absolu peut vous indiquer la position exacte de l’arbre rotatif qu’il mesure. Pour ce faire, il utilise un capteur optique, magnétique ou capacitif pour lire un code unique sur un disque qui tourne avec l’arbre. Il est essentiel qu’un codeur absolu puisse effectuer cette opération sans avoir à tourner l’arbre et puisse suivre cette position même en cas de panne de courant temporaire. Plus il y a de codes uniques sur le disque de l'encodeur, plus votre lecture de position sera précise.
Comparaison d'un disque codeur optique et capacitif
Les résolutions sont représentées en termes de bits (chiffres binaires) qui correspondent au nombre de mots de données uniques sur un tour. Les codeurs absolus sont également disponibles en versions monotour et multitours. Les codeurs monotour fournissent des données de positionnement sur un tour complet, 360°, avec la sortie se répétant à chaque tour de l'arbre. Les codeurs multitours fournissent également des données de positionnement sur un seul tour, mais disposent d'un compteur de « tours » supplémentaire qui mesure le nombre de tours.
Codeurs absolus et codeurs incrémentaux
À l’inverse, un codeur incrémental fonctionne en générant des impulsions lorsque l’arbre tourne. Un codeur incrémental typique génère 2 ondes carrées déphasées de 90 degrés. Ces impulsions doivent être suivies ou comptées par une électronique externe au codeur.
Formes d'onde typiques d'un codeur incrémental déphasées de 90°
Les résolutions sont représentées par le nombre d’impulsions par tour (PPR), et représentent le nombre d’impulsions élevées qu’un codeur incrémental aura à partir de l’une ou l’autre de ses sorties d’onde carrée.
Comme la sortie d’un codeur incrémental n’est jamais que dans un seul des quatre états de répétition, le codeur doit être référencé par rapport à un emplacement fixe connu ou « domicile » pour fournir des informations de positionnement significatives. À partir de la position initiale, souvent alignée sur l’impulsion d’indexation du codeur, la variation incrémentale de la rotation de l’arbre peut alors être suivie et la position absolue de l’arbre connue. Cela doit se produire à chaque fois que vous allumez l'encodeur incrémental ou en cas de coupure de courant temporaire. Par conséquent, il faut plus de temps pour obtenir la lecture de la position absolue – et l’arbre doit tourner pour la fournir.
Les codeurs incrémentaux sont moins complexes que les modèles absolus et donc généralement moins chers (bien que la différence de prix diminue). Si vous surveillez uniquement la vitesse, la direction du mouvement ou la position relative, un codeur incrémental est généralement la meilleure option, mais lorsque la position absolue est votre principale préoccupation, un codeur absolu est la voie à suivre.
Pourquoi choisir un codeur absolu plutôt qu'un codeur incrémental ?
Tout d’abord, parce qu’un codeur absolu maintient la position de l’arbre, la position est connue dès que vous lui fournissez de l’énergie. Vous n’avez pas besoin d’attendre la fin d’une séquence de positionnement ou d’étalonnage et vous pouvez obtenir plus rapidement les données de position dont vous avez besoin au démarrage ou après une coupure de courant, même si l’arbre a tourné alors que le codeur était éteint.
Connaître la position absolue au démarrage peut être essentiel dans de nombreux systèmes, où dans certaines positions, il est sûr de continuer à faire tourner l’arbre dans un sens, mais pas dans l’autre. En fonction de l’application, une erreur peut entraîner des dommages à l’équipement, des blessures corporelles, voire pire. Dans de telles situations, il est essentiel que vous connaissiez la position exacte de votre dispositif rotatif avant que les pièces ne soient déplacées.
Tout aussi important, un codeur absolu fournit la position réelle en temps réel. Comme de plus en plus de systèmes deviennent numériques avec des connexions à un bus de communication central, la possibilité d’interroger le codeur pour obtenir la position en temps réel quand et comme cela est nécessaire, avec un temps de latence minimal, est un grand avantage. Pour garder la trace de votre position avec un codeur incrémental, même après la séquence d’orientation, vous devez suivre toutes les impulsions à l’aide d’un circuit externe (généralement via le décodage en quadrature). En plus du circuit externe nécessaire, cela signifie également qu'il y a une certaine latence dans la détermination de la position.
Les codeurs absolus génèrent un « mot » numérique unique pour chaque position dans la résolution indiquée
Il y a aussi d’autres avantages. Les systèmes qui mettent en œuvre des codeurs absolus sont généralement moins sensibles au bruit électrique car ils obtiennent la position en lisant un code vérifié provenant de codeurs binaires, ou numériquement sur un bus série, plutôt que sur des codeurs incrémentaux qui doivent compter des impulsions.
À cela s’ajoute le fait qu’il est relativement simple de combiner plusieurs codeurs absolus dans le même système, par exemple pour l’automatisation d’une usine ou dans un bras robotisé à articulations multiples. Si vous utilisez des codeurs incrémentaux, le contrôle des sorties de plusieurs appareils peut devenir très compliqué et nécessiter une puissance de traitement importante. Mais avec les codeurs absolus, en particulier ceux que vous pouvez relier à un bus de communication central, vous pouvez obtenir des données de chacun d’entre eux individuellement, ce qui nécessite beaucoup moins de puissance de traitement pour interpréter la lecture.
Applications des codeurs absolus
Après avoir exposé les principales différences entre les codeurs absolus et incrémentaux, examinons brièvement quelques scénarios spécifiques dans lesquels les codeurs absolus sont utilisés.
La robotique est un marché clé : un domaine en pleine expansion qui couvre une grande variété de secteurs. Dans le secteur manufacturier, vous trouverez des bras robotisés utilisés pour l’assemblage, le soudage, la pulvérisation de peinture et d’autres tâches. Vous les retrouverez également dans le domaine de la santé. La chirurgie à distance, par exemple, nécessite de grandes quantités d’informations de position exceptionnellement précises provenant de bras robotisés. Les robots d’assistance à domicile sont un autre cas d’utilisation émergent pour les codeurs absolus.
Cependant, ce n'est là qu'un domaine parmi tant d'autres : avec de plus en plus de systèmes devenant numériques et l'écart de prix entre les codeurs incrémentaux et absolus se réduisant, la variété des applications des codeurs absolus devient presque infinie, tant sur les marchés industriels que grand public. Des portails automatisés et des cardans de caméra à l'automatisation d'usine, les codeurs absolus sont un moyen très efficace et de plus en plus économique de déterminer la position.
Options du codeur absolu
Choisir le bon type de codeur pour la conception de votre produit est essentiel, c'est pourquoi il est si important de comprendre les principales différences entre les codeurs incrémentaux et absolus. Alors que les écarts de prix se réduisent et que les technologies évoluent, les codeurs absolus présentent de nombreux avantages distincts par rapport à leurs homologues incrémentaux, ce qui en fait une option intéressante pour vos besoins de retour d'information de position.