Les codeurs optiques
Généralités
Un codeur optique est un capteur de position angulaire délivrant une information numérique :
lié mécaniquement à un arbre qui l'entraîne, son axe fait tourner un disque qui lui est solidaire. Le disque comporte une succession de parties opaques et transparentes.
une lumière émise par des Diodes Electro-Luminescentes (DEL), traverse les fentes de ce disque créant sur les photodiodes réceptrices un signal analogique.
électroniquement ce signal est amplifié puis converti en signal carré, qui est alors transmis à un système de traitement.
Un codeur optique est donc un dispositif électromécanique dont la sortie électrique représente sous forme numérique une fonction mathématique de la position angulaire de l'axe d'entrée. Il est composé de 3 parties :
un axe codeur (partie mécanique),
un disque gradué (partie optique),
une étage de lecture et traitement du signal (partie électronique).
Complément : Les codeurs incrémentaux
Principe de fonctionnement : Les capteurs incrémentaux sont destinés à des applications de positionnement et de contrôle de déplacement d'un mobile par comptage et décomptage des impulsions qu'ils délivrent. Leur tambour entraîne un codeur incrémental intégré, générant des signaux de comptage, au moyen d'un disque incassable. |  |
Le disque comporte au maximum 3 pistes. Une ou deux pistes extérieures divisées en (n) intervalles d'angles égaux alternativement opaques et transparents. Pour un tour complet du codeur, le faisceau lumineux est interrompu (n) fois et délivre (n) signaux carrés (A et B) en quadrature. |  |
La piste intérieure (Z : top zéro) comporte une seule fenêtre transparente et délivre un seul signal par tour. Ce signal Z d'une durée de 90° électrique, détermine une position de référence et permet la réinitialisation à chaque tour.
Le comptage-décomptage des impulsions par l'unité de traitement permet de définir la position du mobile.
Le déphasage de 90° électriques des signaux A et B permet de déterminer le sens de rotation :
dans un sens pendant le front montant du signal A, le signal B est à 0.
dans l'autre sens pendant le front montant du signal A, le signal B est à 1.
Rotation à gauche :
Rotation à droite :
Avantages et inconvénients
Inconvénients
Sensibilité aux coupures du réseau
Tous les segments étant d'égale longueur et représentés de la même manière par les signaux A et B, chaque coupure du courant fait perdre la position réelle du mobile. Il faut alors procéder à la réinitialisation. Ce temps de réinitialisation peut être pénalisant pour certaines applications.
Sensibilité aux parasites en ligne
Un parasite reçu sur la ligne peut être comptabilisé par le système de traitement comme un signal d'incrément, sauf en cas de traitement du signal complémentaire.
Avantages
Généralement moins coûteux, encombrants que les codeurs absolus
Nécessite moins d'entrées sur l'API (6 entrées au maximum)
Complément : Les codeurs absolus
Principe de fonctionnement :
Le disque des codeurs absolus comporte un nombre « n » de pistes concentriques divisées en segments égaux alternativement opaques et transparents. A chaque piste est associé un couple émetteur / récepteur optique. Chaque piste a donc son propre système de lecture. |  |
La piste intérieure est composée d'une moitié opaque et d'une moitié transparente. La lecture de cette piste (« bit de poids le plus fort »), MSB = Most Significant Bit, permet de déterminer dans quel demi-tour on se situe. La piste suivante est divisée en quatre quarts alternativement opaques et transparents. La lecture de cette piste combinée avec la lecture de la piste précédente permet alors de déterminer dans quel quart de tour ( ¼ ) on se situe. Les pistes suivantes permettent successivement de déterminer dans quel huitième de tour ( 1/8 ), seizième de tour ( 1/16 ), ... etc... on se situe. La piste extérieure donne la précision finale et est appelée LSB = Least Significant Bit (bit de poids le plus faible). Cette piste comporte 2 puissance « n » points ( 2n ) correspondant à la résolution du codeur. Pour chaque position angulaire de l'axe, le disque fournit un « code binaire » de longueur « n » correspondant à 1/2n ème de tour. Un codeur absolu délivre en permanence un code qui est l'image de la position réelle du mobile à contrôler. |  |
Mode de codage
Le nombre de sorties parallèles est le même que le nombre de bits ou de pistes sur le disque.
Elles sont désignées par B1...Bn (binaire pur), ou G1...Gn (Gray).
Suivant le mode de traitement (automates, commandes numériques, ordinateurs, cartes, ...), le choix se portera soit sur un code binaire pur, soit sur un code de Gray.
Avantages et inconvénients
Avantages
Insensibilité aux coupures du réseau
Pas de besoin de réinitialisation en cas d'arrêt d'alimentation désirée ou non.
Insensibilité aux parasites en ligne
Inconvénients
Généralement plus coûteux, encombrants que les codeurs incrémentaux
Nécessite plus d'entrées sur l'API (au minimum une par bit pour des capteurs 10 ou 12 bits par exemple).
Complément : Les codeurs absolus multitours
Principe de fonctionnement : Le codeur absolu multi-tours est basé sur le même principe que le codeur absolu monotour. Il permet, grâce à l'ajout d'un système d'axes secondaires d'indiquer le nombre de tours. |  |
Complément : Les règles optiques
Principe de fonctionnement
Le principe de mesure des règles optiques est la détection photoélectrique, sans contact et sans usure d'une piste finement graduée sur une règle en verre ou en acier.
Comme pour les codeurs optiques, il existe des règles absolues et des règles incrémentales.
Avantage
Elle permettent de mesurer un déplacement en translation au plus proche de l'effecteur et non de l'actionneur (moteur et codeur optique) et donc de mesurer plus précisément le déplacement réel.
