1. Qu'est-ce qu'un encodeur ?
Lors du fonctionnement d'unMoteur CC à réducteur à vis sans fin N20Des paramètres tels que le courant, la vitesse et la position relative de l'arbre de rotation sont surveillés en temps réel afin de déterminer l'état du moteur et de l'équipement remorqué, et de contrôler en temps réel les conditions de fonctionnement du moteur et de l'équipement. Ceci permet de réaliser des fonctions spécifiques telles que le servomoteur et la régulation de vitesse. L'utilisation d'un codeur comme élément de mesure frontal simplifie considérablement le système de mesure tout en garantissant précision, fiabilité et performance. Le codeur est un capteur rotatif qui convertit les grandeurs physiques de position et de déplacement des pièces en rotation en une série de signaux d'impulsions numériques. Ces signaux sont ensuite collectés et traités par le système de contrôle afin d'émettre des commandes permettant d'ajuster et de modifier l'état de fonctionnement de l'équipement. Associé à un engrenage ou à une vis sans fin, le codeur peut également servir à mesurer la position et le déplacement de pièces mobiles linéaires.
2. Classification de l'encodeur
Classification de base des encodeurs :
Un codeur est un dispositif de mesure de précision combinant mécanique et électronique. Il permet d'encoder, de convertir et de stocker des signaux ou des données en vue de leur communication, transmission et stockage. Selon leurs caractéristiques, les codeurs sont classés comme suit :
● Disque de codage et échelle de codage. L'encodeur qui convertit un déplacement linéaire en signal électrique est appelé échelle de codage, et celui qui convertit un déplacement angulaire en signal de télécommunication est un disque de codage.
● Encodeurs incrémentaux. Fournissent des informations telles que la position, l'angle et le nombre de tours, et définissent la fréquence respective par le nombre d'impulsions par tour.
● Encodeur absolu. Fournit des informations telles que la position, l'angle et le nombre de tours par incréments angulaires, chaque incrément angulaire se voyant attribuer un code unique.
● Encodeur absolu hybride. L'encodeur absolu hybride produit deux ensembles d'informations : un ensemble d'informations est utilisé pour détecter la position du pôle avec une fonction d'information absolue, et l'autre ensemble est exactement le même que les informations de sortie de l'encodeur incrémental.
Encodeurs couramment utilisés dans les moteurs :
● Encodeur incrémental
Ce dispositif utilise directement le principe de conversion photoélectrique pour générer trois séries d'impulsions carrées A, B et Z. Le déphasage de 90° entre les séries A et B permet de déterminer facilement le sens de rotation. La phase Z, correspondant à une impulsion par tour, sert de point de référence pour le positionnement. Avantages : conception simple, durée de vie mécanique moyenne de plusieurs dizaines de milliers d'heures, forte immunité aux interférences, grande fiabilité et adaptation aux transmissions longue distance. Inconvénient : incapacité à fournir la position absolue de l'arbre de rotation.
● Encodeur absolu
Le capteur comporte plusieurs canaux de codage concentriques disposés radialement sur sa plaque de codage circulaire. Chaque canal est composé de secteurs transparents et opaques. Le nombre de secteurs de deux canaux adjacents est le double. Le nombre de canaux sur la plaque correspond au nombre de bits. Lorsque la plaque de codage est positionnée différemment, chaque élément photosensible convertit un signal de niveau correspondant à la lumière reçue ou non, formant ainsi le nombre binaire.
Ce type d'encodeur se caractérise par l'absence de compteur et la lecture d'un code numérique fixe correspondant à la position, quelle que soit la position de l'axe rotatif. Bien entendu, plus le nombre de canaux de code est élevé, plus la résolution est importante. Ainsi, pour un encodeur à résolution binaire N bits, le disque de code doit comporter N canaux. Actuellement, des encodeurs absolus 16 bits sont disponibles en Chine.
3. Principe de fonctionnement de l'encodeur
Un disque de codage photoélectrique, dont l'axe est centré, comporte des lignes circulaires et des inscriptions sombres. Des dispositifs de transmission et de réception photoélectriques permettent sa lecture. Quatre groupes de signaux sinusoïdaux sont combinés en A, B, C et D. Chaque onde sinusoïdale présente un déphasage de 90 degrés (360 degrés par rapport à une onde circonférentielle). Les signaux C et D sont inversés et superposés aux phases A et B, ce qui renforce la stabilité du signal. Une impulsion de phase Z est générée à chaque tour pour représenter la position de référence zéro.
Comme les deux phases A et B sont déphasées de 90 degrés, on peut déterminer si la phase A est en avance ou la phase B afin de distinguer la rotation avant/arrière de l'encodeur. Le bit de référence zéro de l'encodeur est obtenu grâce à l'impulsion zéro. Les matériaux utilisés pour la plaque codeuse de l'encodeur sont le verre, le métal et le plastique. La plaque en verre est constituée d'une fine ligne gravée déposée sur le verre ; elle offre une bonne stabilité thermique et une haute précision. La plaque en métal, sans gravure, est plus résistante, mais son épaisseur limite sa précision et sa stabilité thermique est nettement inférieure à celle du verre. Enfin, la plaque en plastique est économique, mais sa précision, sa stabilité thermique et sa durée de vie sont moindres.
Résolution - l'encodeur qui indique le nombre de lignes gravées en transparence ou en noir par 360 degrés de rotation est appelé résolution, également connu sous le nom d'indexation de résolution, ou directement le nombre de lignes, généralement de 5 à 10 000 lignes par révolution.
4. Principe de mesure de position et de contrôle par rétroaction
Les codeurs jouent un rôle essentiel dans les ascenseurs, les machines-outils, le traitement des matériaux, les systèmes de rétroaction des moteurs, ainsi que dans les équipements de mesure et de contrôle. Le codeur utilise un réseau de diffraction et une source de lumière infrarouge pour convertir le signal optique en un signal électrique TTL (HTL) via un récepteur. L'analyse de la fréquence du niveau TTL et du nombre de niveaux hauts permet de visualiser l'angle et la position de rotation du moteur.
Comme l'angle et la position peuvent être mesurés avec précision, l'encodeur et l'onduleur peuvent être intégrés dans un système de contrôle en boucle fermée pour rendre le contrôle plus précis, ce qui explique pourquoi les ascenseurs, les machines-outils, etc. peuvent être utilisés avec une telle précision.
5. Résumé
En résumé, les codeurs se divisent en deux catégories selon leur structure : incrémentaux et absolus. Ils convertissent tous deux des signaux, comme des signaux optiques, en signaux électriques analysables et contrôlables. Les ascenseurs et les machines-outils courants reposent sur le réglage précis du moteur ; grâce à la régulation en boucle fermée du signal électrique, le codeur associé à un variateur de fréquence constitue une solution naturelle pour obtenir un contrôle précis.
Date de publication : 20 juillet 2023