Comment choisir entre les encodeurs autonomes et le retour moteur intégré ?

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Les codeurs autonomes sont des dispositifs indépendants dotés de leurs propres boîtiers et arbres, roulements et joints. Ils sont disponibles dans un large éventail de configurations mécaniques et peuvent être installés pratiquement n'importe où dans une machine où des mouvements rotatifs doivent être surveillés.

Une autre approche consiste à utiliser des servomoteurs ou des moteurs pas à pas à rétroaction qui combinent la propulsion et la rétroaction de position en une seule unité. Dans ce cas, la rétroaction intégrée du moteur est fournie par un codeur "kit" ou modulaire monté à l'intérieur ou à proximité immédiate du boîtier du moteur, les mouvements rotatifs étant mesurés directement à partir de l'arbre d'entraînement. Cette solution peut s'avérer efficace pour les systèmes industriels de contrôle du mouvement alimentés par des moteurs électriques, car elle réduit le besoin de transducteurs de position séparés.

Les codeurs autonomes sont une excellente solution pour les machines qui utilisent des moteurs non électriques comme les moteurs pneumatiques ou hydrauliques. Parce que les dispositifs autonomes peuvent être installés à proximité de l'extrémité opérationnelle de la machine - et pas seulement sur un moteur - ils peuvent éviter la perte de précision positionnelle qui peut se produire lorsque la puissance d'un moteur est transmise par de longs trains d'engrenages, des courroies ou d'autres mécanismes. Les codeurs autonomes peuvent également être utilisés avec un ensemble de câbles de traction ou une roue de mesure pour fournir des mesures de mouvement linéaire.

Grâce aux nombreuses configurations mécaniques et interfaces de communication disponibles, les concepteurs sont presque certains de pouvoir trouver des appareils qui répondent à leurs besoins. Par exemple, pour les environnements difficiles, les codeurs autonomes sont disponibles avec des boîtiers et des joints très résistants qui offrent des indices de protection contre les intrusions allant jusqu'à IP69k. Ces unités sont protégées contre la poussière, l'eau et même les solutions de nettoyage agressives et les jets à haute pression utilisés dans les systèmes de lavage sous pression pour les équipements de traitement alimentaire ou pharmaceutique.

Simplicité du codeur de retour moteur intégré Contrairement aux codeurs autonomes, qui sont conditionnés sous forme d'unités indépendantes, les codeurs "en kit" ou modulaires sont conçus pour être intégrés ou fixés dans le boîtier d'un moteur, mesurant le mouvement rotatif directement à partir de l'arbre d'entraînement du moteur. L'intégration du codeur de retour de position au moteur élimine le besoin d'un arbre, d'un roulement et d'un joint séparés, de sorte que les codeurs en kit pour le retour de position intégré au moteur peuvent être plus compacts et moins coûteux que leurs homologues autonomes. Cette disposition réduit également le nombre de composants séparés dans la machine.

Un servomoteur est généralement un moteur à courant continu sans balais (BLDC) qui possède un codeur intégré pour le retour de position. Dans ce cas, le retour d'information a deux fonctions : surveiller la position de rotation de l'arbre du moteur et fournir un signal de commutation pour contrôler le courant circulant dans les enroulements du stator du moteur.

Les encodeurs en kit peuvent également être utilisés avec des moteurs pas à pas, fournissant un retour de position en boucle fermée. Cela améliore la précision en éliminant les erreurs de positionnement dues aux étapes sautées. (Cela peut devenir un problème important à des vitesses plus élevées lorsque le couple de sortie des moteurs pas à pas est réduit et que la probabilité de pas manqués augmente) L'un des principaux attraits des moteurs pas à pas est leur coût relativement faible, notamment par rapport aux servomoteurs haut de gamme. Des codeurs incrémentaux optiques peu coûteux peuvent améliorer la précision du positionnement en vérifiant qu'un mouvement de pas a bien été effectué. Pour des applications de contrôle de position plus exigeantes, des codeurs magnétiques absolus multitours peu coûteux peuvent être un meilleur choix, car ils fournissent au contrôleur une image complète de la position de rotation de l'arbre du moteur, y compris le nombre de rotations qui ont été effectuées.

Plusieurs technologies de mesure différentes sont utilisées pour les codeurs, qu'ils soient autonomes ou en kit. (Les fabricants proposent parfois les mêmes composants de mesure dans leurs codeurs autonomes et en kit. Dans ce cas, les produits en kit ou modulaires sont, en fait, des versions dégroupées des conceptions autonomes)

Les codeurs optiques : sont disponibles dans une gamme de configurations et de niveaux de performance. Dans le haut de gamme, les systèmes de mesure optique absolue de précision peuvent avoir une précision de +/- 0,02 degré et une excellente réponse dynamique. Ils conviennent aux servomoteurs avancés et aux applications de contrôle de position de précision

Bien que les codeurs optiques puissent offrir une excellente précision, leurs composants internes sont vulnérables à la contamination par la poussière, l'huile et la condensation. De plus, pour obtenir une précision maximale, les disques de code et les réseaux de photorécepteurs doivent être alignés très précisément, ce qui rend ces unités vulnérables aux chocs et aux vibrations.

Les codeurs magnétiques : ils comportent un petit aimant permanent fixé à l'arbre rotatif. Le champ magnétique qui en résulte est mesuré par un ensemble de capteurs à effet Hall dont la sortie est traitée et filtrée par un logiciel fonctionnant sur un minuscule microprocesseur intégré au dispositif. Le résultat est une bonne résolution et une réponse dynamique dans des unités robustes et compactes (jusqu'à 22 mm de diamètre).

Les codeurs magnétiques peuvent être installés dans des conditions normales d'usine car ils peuvent tolérer des désalignements modérés entre l'arbre et le module de mesure. De plus, les codeurs magnétiques sont disponibles avec des capacités de mesure multitours, avec des compteurs de rotation alimentés par la technologie de récolte d'énergie Wiegand. Cette solution élégante élimine le besoin de batteries de secours, ou le système complexe de disques de code souvent utilisé dans les codeurs optiques multitours.

Codeurs en kit à arbre creux : Les codeurs en kit décrits ci-dessus sont souvent montés à l'arrière ou à l'extrémité non entraînée du moteur (voir figures 2 et 3). Dans certains cas, il peut être utile de positionner les éléments de mesure de la rotation à l'extrémité motrice d'un moteur. Les codeurs à arbre creux, qui présentent une grande ouverture centrale, peuvent être installés autour de l'arbre d'entraînement ou à d'autres endroits de la chaîne cinématique. Cela peut s'avérer avantageux lorsque le système d'entraînement comprend des réducteurs amplificateurs de couple. Le montage d'un codeur à arbre creux à l'extrémité de sortie d'un ensemble d'entraînement permet d'éviter les erreurs de positionnement causées par le jeu dans le train d'engrenages.

Les codeurs sans roulement sont un concept relativement nouveau. Ils conservent le boîtier robuste des codeurs autonomes, mais la partie rotative du système de mesure (par exemple, un aimant permanent pour les codeurs magnétiques) est fixée directement sur l'arbre de la machine hôte. Cette disposition élimine les roulements et les joints d'arbre des codeurs autonomes classiques, ce qui permet de gagner de l'espace et de réduire les coûts. L'enveloppe extérieure protège les éléments de mesure des dommages physiques.

Les codeurs autonomes sont disponibles avec un large éventail d'options d'interface de communication, allant des connexions analogiques et numériques point à point aux systèmes Ethernet industriels, en passant par les solutions de bus de terrain. Il est ainsi possible d'intégrer ces appareils dans une grande variété de systèmes de contrôle, des simples commandes de mouvement à un axe aux systèmes complexes d'automatisation de la fabrication à paramètres multiples. Les codeurs dotés d'interfaces de communication avancées peuvent également présenter des capacités d'autodiagnostic qui simplifient la maintenance et le dépannage.

Les systèmes de commande de moteurs intégrés (servomoteurs, moteurs pas à pas à rétroaction) nécessitent souvent des commandes en temps réel. C'est pourquoi ces systèmes utilisent généralement des schémas de câblage point à point (moteur à contrôleur) qui évitent les retards de latence qui peuvent se produire dans les systèmes de bus de terrain ou Ethernet où les canaux de communication sont partagés par plusieurs dispositifs. Plusieurs protocoles de communication propriétaires sont disponibles, mais pour de nombreux utilisateurs, les suites de protocoles SSI et BiSS à code source libre constituent une solution fiable et économique.

SSI (Serial Synchronous Interface) et BiSS (Bidirectional Serial Synchronous) sont des interfaces numériques qui peuvent prendre en charge les communications directes entre les moteurs et les automates ou autres contrôleurs. Les connexions SSI offrent une bonne vitesse (taux d'horloge jusqu'à 2 MHz), une haute résolution, un câblage flexible et une communication fiable jusqu'à quelques centaines de mètres (bien que les taux de bauds soient réduits pour les distances plus longues). Les protocoles SSI assurent une détection de base des erreurs (rupture de fil, court-circuit, cohérence des données). BiSS est une version avancée de SSI qui prend en charge les communications en temps réel entre les dispositifs de commande et les capteurs/actionneurs dans les servomoteurs, les robots et autres systèmes d'automatisation. Cette interface permet également au contrôleur de définir des paramètres opérationnels dans les dispositifs esclaves. Il existe plusieurs variantes de BiSS, notamment BiSS C (communications continues) et BiSS Line (conçu pour les configurations combinant l'alimentation électrique et la transmission de données dans un seul câble). Les normes d'interface SSI et BiSS à code source ouvert ne sont pas propriétaires et les licences sont gratuites.