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Interface d'un codeur incrémental : fonctionnement et caractéristiques

incremental_interfaces_encoders

Les codeurs incrémentaux génèrent un signal carré en sortie dont l'état change à chaque fois que l'arbre tourne d'un certain angle. Le nombre de crêtes par tour définit la résolution du capteur. À la différence du codeur absolu, le codeur incrémental ne fournit pas une valeur absolue de la position (seulement relative). Cela a pour avantage de rendre le capteur moins cher car moins compliqué technologiquement.

La première application des codeurs incrémentaux est le suivi de position. Cela s'effectue par le compte du nombre de crêtes mis en relation avec la position initiale.

Mais ils peuvent tout aussi bien être utilisés afin de mesurer la vitesse d'un composant. Cela s'effectue par le calcul du rapport entre le nombre de crêtes et le temps total d'opération.

Principe de fonctionnement d'un codeur incrémental :

incremental_pulse_diagram

Caractéristiques du codeur incrémental :

PPR (Pulses per revolution) :

Un codeur incrémental possède un signal de sortie composé d'un certain nombre de crêtes que l'on peut assimiler à des 1, les creux étant assimilés à des 0, l'ensemble crête - creux formant une période. Plus le nombre de périodes est grand, plus l'angle physique entre chacune d'entre elles est petit. Ce nombre, que l'on appelle PPR, est habituellement fixe pour un codeur incremental. Cependant, le PPR des codeurs programmables peut être ajusté pour la valeur voulue grâce à l'emploi d'un logiciel de programmation .

Circuit d'attaque de sortie :

La majorité de codeurs incrémentaux ont aujourd'hui un circuit d'attaque de sortie en Push-Pull (HTL) ou RS422 (TTL). Ceux-ci ont remplacé la plupart des anciens circuits tels que collecteur NPN, collecteur PNP et sortie tension.

A) Push-Pull (HTL)

Les circuits Push-Pull (HTL), aussi appelés Totem Pole, génèrent un niveau de tension correspondant à la tension d'alimentation. Celle-ci se situe généralement entre 8 et 30 VDC.

push_pull_1

En utilisant les connections adaptées, il est possible de remplacer un collecteur en sortie par un Push-Pull. Cela s'effectue en connectant un diode extern de manière à limiter le sens du courant.

B) RS422 (TTL)

Les circuits RS422 (TTL) fournissent une tension constante de 5 V indépendante de la tension d'alimentation. Il est possible de choisir de tension d'alimentation différente entre 4.75 et 5.5 VDC (pouvant être utilisées pour remplacer les circuits d'attaque en sortie) ou entre 8 et 30 VDC. En utilisant des signaux différentiels, la sortie répond alors entièrement au standard RS422.

rs422__ttl

Une sortie différentielle a une meilleure réponse en hautes fréquences et présente une meilleure réduction du bruit. Il convient cependant de s'assurer que le récepteur est aussi différentiel.

Replacer des circuits de sortie obsolèthes

1) Remplacement d'un collecteur PNP (Source courant)

pnp

2) Remplacement d'un collecteur NPN (Puit de courant)

npn

Codeur incrémental programmable

Les codeurs incrémentaux non-programmables ne peuvent être configurés selon les caractéristiques utilisateurs uniquement lors de la production. Cependant, pour les applications nécessitant des changements de caractéristiques, les codeurs incrémentaux programmables représentent une solution intéressante et simple d'utilisation. Il suffit en effet de modifier certains paramètres du logiciel à l'aide d'un outil externe (Outil de Configuration UBIFAST ) pour changer :

  • Le circuit d'attaque en sortie – passer de Push-Pull (HTL) à RS422 (TTL)
  • Le PPR (résolution) – programmation pour une valeur choisie
  • Sens du signal de sortie – “A avant B“ ou “B avant A“ (en avance de phase)

La programmabilité d'un capteur est un critère majeur pour les revendeurs, intégrateurs système ou fabricants de machines dans la mesure ou cela permet une réduction du niveau de stock. Il est maintenant possible d'avoir un stock relativement faible constitué de codeurs standards, programmables en fonction de l'utilisation désirée.

Spécifications des codeurs incrémentaux :

Tension de sortie :

Une porte logique interprète certaines tensions de sortie comme haute (1) ou basse (0).
TTL (transistor-transistor-logic): Une tension supérieure à 2 V est interpétée comme un 1 logique et une tension inférieure à 0.8 V sera interpétée comme un 0 logique. La plage de sortie en tension est comprise entre 0 et 5 V.
HTL (high-threshold-logic): Une tension supérieure à 3 V est interpétée comme un 1 logique et une tension inférieure à 1 V sera interpétée comme un 0 logique. La tension de sortie haute dépend de la tension d'alimentation. Du fait de la plus grande différence de tension entre le 0 et le 1 logique, le circuit HTL est moins sujet à des variations dues au bruit.

Logique Utilisée Niveau de tension Tension d'alimentation Tension de sortie
TTL


HTL
Haut
Bas

Haut

Bas
4.75-30 V
4.75-30 V

4.75-9 V
9-30 V
4.75-30 V
min 3 V
max 0.5 V

min 3 V
min Supply Voltage - 3 V
max 0.5 V
Table 1 : Niveau de sortie des codeurs incrémentaux de POSITAL (I=50 mA par voie)

Degrés électriques et mécaniques :

Le degré mécanique décrit la rotation réelle de l'arbre en degrés. Le degré électrique est utilisé pour le signal électrique. Le temps nécessaire pour effectuer un cycle complet en tension/courant définit les 360 degrés électriques (el°). Pour les codeurs incrémentaux, un cycle correspond à une période. Pour une résolution donnée, le degré éölectrique peut être converti en degré mécanique pour n'importe quel capteur.

Quadrature:

Tous les 90 el° le signal de sortie du codeur incrémental présente une crête montante ou descendante sur la voie A ou B, qui est interpétée comme une itération. Si un capteur effectue 1000 PPR, le compteur comptera 4000 itérations (4 par période).

Phase angulaire :

La phase angulaire définit la distance entre deux crêtes en el°. Ce paramètre est généralement défini comme constante de même que l'erreur de phase (erreur quadratique).

incremental_pulse_diagram_phase_angle

Précision (DNL):

La précision DNL traduit la valeur absolue de l'erreur quadratique donnée en degrés mécaniques.

Précision (INL):

Un codeur incrémental présente un nombre défini de période par tour. De fait, chaque impulsion est censée se trouver à une position précise. La déviation maximum entre la position idéale et la position réelle est appelé en anglais integral non linearity (INL). La précision INL devient critique si le capteur est utilisé à des fins de mesures de positionnement.

Duty Cycle:

Le duty cycle décrit le rapport entre les crêtes “hautes” et “basses” du codeur. Celuic-i est généralement de 50%, ce qui peut se traduite par 180 el° hauts et 180 el° bas.
Plus le PPR (la résolution) et RPM (la vitesse de rotation sont grandes), meilleures sont les performances du codeur. C'est l'inverse pour les codeurs optiques. Les valeurs de précisions DNL et INL indiquées pour nos produits sont calculées pour le pire des cas de figure. De meilleures performances sont attendues pour des PPR et RPM plus élevées.

Frequence de réponse:

Il s'agit de la fréquence maximale que le codeur est en mesure de fournir en sortie. Par exemple, un codeur possédant une résolution de 200 PPR et effectuant 600 t/min se situe à 2000 Hz (200 x 600 / 60).