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Quels outils utiliser pour réaliser vos mesures de position et vitesse ?

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Dans bien des domaines, industriels ou autres, la mesure du mouvement (de position ou de vitesse) représente une information indispensable au bon fonctionnement des systèmes et des machines.

Il existe de multiples appareils destinés à réaliser ces mesures. Ces outils, souvent appelés capteurs de position, présentent des caractéristiques qui varient de l’un à l’autre. Il est donc nécessaire de sélectionner le capteur qui présente les caractéristiques les plus en accord avec la mesure à réaliser.

Cet article a pour but d’explorer les différentes solutions à la disposition de l’utilisateur en présentant les plus adaptées à chaque type d’applications. Nous allons pour cela séparer l’analyse de l’application en deux : le type de mouvement et le type de mesure.

Type de mouvement

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Nous allons dans un premier temps nous intéresser au type de mouvement à mesurer. Un mouvement est normalement scindé en composantes (vecteurs) linéaires et rotationnelles. Ces deux types de composantes sont généralement analysés (i.e. mesurés) indépendamment.

Rotation

On parle de rotation lorsqu’un système tourne autour d’un axe. On citera en exemples les bras mécaniques, les moteurs ou encore les clapets de vannes. La mesure sera alors donnée en unité d’angle.

Monotour

A rotation is called "single turn" when it does not exceed 360°. In this context, the orientation of the system with respect to a reference axis is simply measured. Two different position sensors can then be used to make such a measurement:

Chacun présentant ses avantages et inconvénients propres :

Les inclinomètres présentent l’avantage majeur de pouvoir être montés virtuellement n’importe où et dans n’importe quelle position sur le système : ceux-ci n’ont pas besoin d’être adjoints à l’axe de rotation pour mesurer une inclinaison. Si l’on ajoute à cela leur taille compacte, ils sont donc naturellement indiqués lorsque l’encombrement est une contrainte de premier plan.

Les codeurs monotour (codeurs rotatifs absolus monotour) doivent en comparaison être obligatoirement montés sur l’axe. Cependant leurs performances dynamiques et leur précision sont souvent meilleures. Ils possèdent de plus une très bonne résistance aux chocs et vibrations tout en présentant l’énorme avantage d’être disponibles avec toutes les interfaces du marché. Enfin, la version magnétique de ces codeurs est à la fois plus économique, plus compacte et moins sensible aux agressions du milieu (humidité, poussière, chocs, température).

Pour obtenir des informations plus détaillées, vous pouvez consulter notre analyse Comparaison entre Codeurs Monotour Vs Inclinomètres .

Multitour

Les rotations multitour concernent les mouvements de rotation impliquant logiquement plusieurs tours. Pour ces mouvements, on comptera non seulement la position et/ou la vitesse sur un tour mais aussi le nombre de tours.

Dans ces cas particuliers, seuls les codeurs rotatifs absolus multitour permettent le suivi du mouvement.

Vous trouverez plus d’informations en consultant un article détaillé sur lescodeurs absolus .

Nous avons de plus rédigé une explication sur la différence entre codeurs monotour et multitour .

Translation

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Un mouvement de translation est un mouvement qui s’effectue le long d’un axe, de manière parallèle à celui-ci. On parle familièrement de mouvement linéaire. La mesure s’effectuera alors en unité de longueur.

Enrouleur à fil

Cet appareil est constitué d’un codeur rotatif couplé à un adaptateur qui a pour mission de convertir un mouvement de translation en mouvement rotatif. Un câble s’enroule et se déroule autour d’un axe, permettant une mesure via un codeur rotatif. Une extrémité du câble est accrochée au système dont on veut mesurer le déplacement tandis que la partie codeur reste fixe par rapport au référentiel.

Les enrouleurs pouvant inclure n’importe quel codeur en possède donc toutes les caractéristiques. L’utilisateur a donc à sa disposition toutes les interfaces de sortie existantes. Cependant, ceux-ci présentent l’inconvénient d’être encombrants par le volume du boîtier et par le besoin en place pour le fil. Celui-ci étant relativement fin et fragile, rien ne doit venir le perturber. La résolution, elle, dépendra de la plage de mesure linéaire .

Roue de mesure

Une roue de mesure est un composant que l’on fixe sur l’arbre d’un capteur de mouvement rotatif. Celle-ci est entraînée en rotation par adhérence à son diamètre extérieur. Cela se fait généralement en l’accolant à un tapis roulant. Il s’agit du même principe que le couple pignon/crémaillère (les roues dentées étant remplacées par l’adhérence).

Ce système est intéressant dès lors que l’on a un espace réduit et dédié au capteur de mouvement linéaire et/ou un mouvement « sans fin », type tapis roulant.

Type de mesure

Le type d’application définira le type d’appareil à utiliser, du moins en partie. En effet, il convient aussi de définir le type de mesure que l’on souhaite réaliser. En fonction de celle-ci on s’orientera vers des caractéristiques différentes.

Relative (incrémentale)

Dans certaines applications, il n’est nécessaire que de mesurer un mouvement en comparaison avec une situation initiale (pas de point de référence fixe) i.e. un déplacement par rapport au moment précédent ou une vitesse. Ce genre de mesures relatives peuvent être parfaitement réalisées grâce aux codeurs incrémentaux. Cela concerne évidemment les mouvements de rotation mais aussi les mouvements de translation dont le capteur de mouvement est constitué à 50% d’un codeur rotatif.

Les codeurs incrémentaux présentent les avantages non négligeables d’être très économiques et de tailles compactes. Dès lors que seules la vitesse et/ou la position relative sont nécessaires, cette solution sera préférée.

Absolue

Cependant, certains systèmes de contrôles ont besoin de connaître la position exacte en relation à un référentiel qui n’évolue pas au fur et à mesure des étapes de travail. Les codeurs absolus et inclinomètres ont été conçus exactement à cette fin. Il est évidemment possible de rajouter un offset et d’effectuer une remise à zéro à un moment donné. Étant capable de mesurer la vitesse aussi, la principale différence résidera donc dans cette capacité à suivre le mouvement tout au long du cycle, et ce même après une coupure de courant !

Mais cette fonction supplémentaire n’est pas sans contrepartie. La technologie nécessaire au comptage de tour a un coût. Les codeurs absolus seront donc sensiblement plus chers qu’un codeur incrémental.

Il est au passage intéressant de noter que les technologies de comptage de tour de POSITAL sont sans pile ni batterie (moins de maintenance !). En particulier, la technologie effet Wiegand constitue un bond technologique dans le milieu des capteurs.

Conclusion : lequel choisir ?

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En définitive, lorsque vous vous posez la question "quel capteur de position choisir pour mon application", essayez d'abord d'analyser quel type de mouvement vous voulez mesurer et quel type de mesure est nécessaire pour que votre système de contrôle fonctionne. POSITAL s'efforce de vous fournir les meilleurs produits et solutions tout en vous assistant lors de la phase de conception.

À propos de POSITAL FRABA
POSITAL est un fabricant de capteurs pour les systèmes de sécurité et de surveillance des mouvements. Les produits proposés par l'entreprise, comprenant des encodeurs rotatifs, des capteurs de position linéaire et des inclinomètres, sont utilisés dans de nombreux cadres, de la fabrication à l'exploitation minière, et de l'agriculture à l'énergie. POSITAL est membre du groupe international FRABA. Dans sa forme actuelle, le groupe FRABA est une entreprise de premier plan qui utilise des technologies avancées pour la conception des produits et les procédés de fabrication afin de permettre à ses clients de bénéficier d'avantages en termes de leadership technologique, de choix, de qualité du produit et de prix compétitifs. Le groupe FRABA est aussi à la pointe de l'innovation du design produit, process de fabrication ainsi qu'un pionnier de l'Industrie 4.0. POSITAL est un groupe à portée mondiale et possède des filiales en Europe, en Amérique du Nord et en Asie - et des partenaires commerciaux et de distribution à travers le monde. Les produits sont fabriqués dans des usines de production dernier cri. Le système de production semi-automatisé guidé par ordinateur suit chaque capteur depuis l'ordre, l'assemblage et l'essai jusqu'à la livraison finale.