Quand et comment utiliser les codeurs multitours

Les codeurs rotatifs multitours sont des capteurs électromécaniques de précision conçus pour mesurer non seulement la position angulaire d'un arbre au cours d'un seul tour (0° à 360°), mais également le nombre cumulé de rotations complètes. Contrairement aux codeurs monotours qui réinitialisent leur sortie à chaque tour, les codeurs multitours fournissent à la fois la position angulaire absolue et le nombre total de rotations, permettant un retour de position exact sur des plages de mouvements étendues.

Dans les applications avancées de contrôle de mouvement, la capture de l'angle de l'arbre pour un seul cycle de 360° est insuffisante pour la surveillance fiable du système. Lorsque le mouvement de rotation est mécaniquement couplé à un déplacement linéaire, à des trains d'engrenages ou à des équipements à grande échelle, le suivi du nombre total de tours devient essentiel. Les codeurs multitours répondent à cette exigence en fournissant des données de position absolue continues, garantissant la synchronisation et le contrôle précis dans les systèmes électromécaniques complexes. Cet article aborde plus en détail les codeurs multitours, notamment leur fonctionnement, leur utilisation et d'autres considérations d'intégration.

Fonctionnalités et avantages des codeurs multitours

Bien qu'il puisse sembler possible de suivre les rotations complètes de l'arbre par logiciel en surveillant le moment où un codeur monotour passe de 359° à 0°, cette approche pose de sérieux problèmes de fiabilité. Des échantillons manqués, des coupures de courant, des problèmes de communication ou même du bruit induit par les vibrations peuvent désynchroniser le nombre de tours. Les inversions rapides proches de la limite 0°/360° perturbent souvent davantage la logique de détection de dépassement (rollover), entraînant des erreurs cumulatives. Même avec un filtrage étendu et un réglage des algorithmes, les solutions logicielles restent sujettes à des pertes d'exactitude.

Les codeurs absolus multitours répondent à ces défis au niveau matériel en intégrant deux capacités critiques : une résolution angulaire fine au sein d'un seul tour et un compte-tours intégré pour suivre les tours complets de l'arbre. La mesure angulaire est généralement gérée par des technologies de détection capacitive, magnétique ou optique, tandis que le compte-tours est mis à jour en synchronisation avec les données angulaires. Cette combinaison fournit une véritable position multitour absolue, offrant un retour d'information robuste et sans erreur sans dépendre d'une logique de dépassement externe.

Le compte-tours lui-même peut être mis en œuvre de plusieurs manières. Les codeurs mécaniques utilisent des systèmes à engrenages, les conceptions magnétiques utilisent souvent l'énergie d'impulsion de fils Wiegand pour enregistrer les tours, et les implémentations numériques reposent sur une alimentation électrique continue. L'implémentation numérique requiert généralement une conception système minutieuse pour maintenir la continuité de l'alimentation — généralement via des batteries de secours ou des protections logicielles — afin de conserver le nombre de tours pendant les interruptions.

Gestion des codeurs multitours au démarrage

L'un des principaux défis de conception des codeurs multitours est la gestion de la réinitialisation à la mise sous tension, car la perte du nombre de tours enregistré peut compromettre les données de position absolue. Pour atténuer ce problème, plusieurs stratégies techniques sont fréquemment mises en œuvre :

• Référence d'origine ou de fin de course – Au démarrage, le système entraîne le mécanisme vers un point de référence prédéfini et réinitialise la position du codeur.
• Conservation de la dernière valeur connue – Si un contrôleur hôte ou une mémoire non volatile est disponible, le système peut stocker le dernier angle et le dernier nombre de tours enregistrés avant l'arrêt. Après le redémarrage, ces valeurs sont réappliquées, à condition que l'arbre n'ait pas bougé pendant le temps d'arrêt.
• Verrouillage mécanique de l'arbre – Lors d'arrêts planifiés ou d'états ultrabasse consommation, l'arbre peut être physiquement verrouillé pour empêcher tout mouvement. La valeur du codeur stockée est alors valide lors de la mise sous tension, permettant une restauration transparente. Cette méthode est particulièrement utile dans les systèmes portables ou alimentés par batterie.
• Réinitialisation au niveau système – Pour les applications où la perte de quelques tours est tolérable, le système peut simplement se réinitialiser et se réétalonner au démarrage à l'aide de capteurs externes ou d'états par défaut sécurisés. Cela réduit la complexité mais n'est viable que dans les applications à retour de position non critiques.

Pour les applications dans lesquelles la perte du nombre de tours lors d'une coupure de courant n'est pas acceptable, l'intégration d'une batterie de secours constitue l'une des solutions les plus fiables. Au lieu de dépendre de capteurs auxiliaires ou de méthodes de réétalonnage externes, cette approche garantit que le codeur reste alimenté en continu, que la panne soit de courte ou de longue durée.

Du point de vue de la consommation d'énergie, c'est là que le choix de la technologie devient important. Les codeurs capacitifs, tels que ceux de la série AMT de Same Sky, fonctionnent typiquement à seulement ~80 mW, ce qui les rend très efficaces pour les conceptions embarquées et alimentées par batterie. Leur efficacité minimise la consommation d'énergie de secours, permettant un support longue durée sans capacité de batterie excessive.

Les codeurs magnétiques, quant à eux, consomment généralement entre 150 mW et 500 mW, tandis que les codeurs optiques requièrent souvent entre 200 mW et plus de 1 W dans les systèmes LED ou haute résolution. Grâce à cet avantage en termes d'efficacité, les codeurs capacitifs constituent une option intéressante dans les environnements à puissance limitée où chaque milliwatt est critique.

Figure 1 : Consommation d'énergie standard par technologie de codeur. (Source de l'image : Same Sky)

Exemples d'applications utilisant des codeurs multitours

Voici quelques scénarios pratiques courants où un retour d'information monotour n'est tout simplement pas suffisant et où des codeurs multitours sont nécessaires :

• Transmissions à engrenages ou à courroie – Lorsqu'un moteur effectue plusieurs tours pour chaque rotation de l'arbre de sortie (par exemple, un rapport de 10:1), le suivi de l'angle final seul est insuffisant. Le système doit tenir compte de tous les tours intermédiaires pour maintenir l'exactitude de positionnement.
• Vis à billes et vis trapézoïdales – Chaque rotation de l'arbre correspond à une distance linéaire fixe. Les tours manquants se traduisent directement par des erreurs de position linéaire, ce qui rend le suivi multitour essentiel pour un positionnement de précision.
• Mécanismes à crémaillère et à pignon – Une course linéaire continue est générée par une entrée de rotation. Un retour d'information exact implique de compter chaque rotation pour calculer la distance réelle parcourue.
• Axes rotatifs en robotique et automatisation – Les articulations, les tourelles et les plateformes rotatives excèdent souvent un tour. Sans retour multitour, les systèmes risquent des erreurs de mouvement, voire des collisions pendant le fonctionnement.

D'un point de vue général, un système de contrôle de mouvement peut bénéficier d'un codeur multitour si l'application présente les exigences suivantes :

• Suivi de position étendu – Systèmes devant surveiller le mouvement de l'arbre au-delà de 360°.
• Conversion rotative-linéaire – Entraînements mécaniques où chaque tour correspond à une course linéaire précise.
• Rapports de démultiplication élevés – Systèmes à engrenage ou à courroie où le nombre de tours du moteur dépasse largement le mouvement de l'arbre de sortie.
• Exactitude absolue avec filtrage minimal – Applications ne tolérant pas les erreurs cumulatives dues à la détection de dépassement du logiciel.
• Logique de démarrage rationalisée – Conceptions bénéficiant d'une initialisation plus simple et plus fiable après la mise sous tension.

La gamme de codeurs absolus AMT de Same Sky comprend des modèles multitours compacts avec interfaces numériques SPI et RS-485. Conçus pour les systèmes de mouvement embarqués, ces codeurs se caractérisent par une basse consommation, une flexibilité de montage modulaire et une communication directe, ce qui est idéal lorsqu'un suivi multitour absolu est requis. La gestion appropriée des réinitialisations à la mise sous tension garantit une exactitude ininterrompue tout au long des cycles de fonctionnement.

Bien que le protocole de communication exact varie, la plupart facilitent la lecture de la position angulaire et du nombre de tours avec un petit nombre d'octets ou de commandes. Les commandes pour les codeurs AMT de Same Sky sont documentées dans leurs fiches techniques respectives.

Conclusion

Les codeurs multitours rationalisent le contrôle de mouvement en gérant en interne le suivi des tours, éliminant ainsi le recours à une logique de dépassement complexe ou à un filtrage logiciel étendu. Cette capacité intégrée garantit des données de position exactes sur des plages de mouvements étendues. C'est pourquoi ces codeurs constituent des composants indispensables pour les ingénieurs développant des systèmes d'automatisation fiables et évolutifs.

Les codeurs multitours absolus AMT de Same Sky améliorent encore la flexibilité de conception, en prenant en charge des diamètres d'arbre moteur de 2 mm à 15,875 mm (5/8 pouces). Cette compatibilité mécanique étendue permet l'intégration dans un large éventail de plateformes de moteurs, offrant une détection de position robuste sans personnalisation supplémentaire.