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Un codeur optoélectronique est un capteur de position rotatif largement utilisé dans les servosystèmes modernes pour la mesure du déplacement angulaire ou de la vitesse angulaire, et son axe de rotation est généralement lié à l'axe de rotation mesuré, tournant avec lui. Il convertit le déplacement angulaire de l'axe mesuré en un codage binaire ou en une suite d'impulsions.

Les codeurs optoélectroniques sont divisés en deux types: type et incrémental. Les codeurs optoélectroniques augmentés présentent les avantages d'une structure simple, d'une petite taille, d'un faible prix, d'une haute précision, d'une vitesse de réponse rapide et d'une performance stable, pour une application plus large. Dans les systèmes de mesure de vitesse angulaire / déplacement à haute résolution et à grande échelle, les codeurs optoélectroniques augmentifs sont plus * performants. Le codeur de type peut donner directement l'information numérique correspondent à chaque angle, ce qui facilite le traitement informatique, mais nécessite un traitement particulier lorsque le nombre d'avance est supérieur à un tour, et plus de deux codeurs doivent être reliés par un réducteur, constituent un dispositif de détection Multi - étages, ce qui rend leur structure complexe et coûteuse.

1 encodeur augmenté

1.1 structure d'un codeur optoélectronique incrémental

Un codeur incrémental signifie qu'un disque de code tournant avec un axe de rotation donne une série d'impulsions qui sont ensuite additionnées et décomptées avec un compteur selon le sens de rotation, ce qui représente la quantité de déplacement angulaire tournée. Une représentation schématique de la structure du codeur optoélectronique incrémental est représentée sur la figure 1.

Figure 1 Représentation schématique de la structure du disque optoélectronique incrémental

Le disque Opto - électronique est relié à l'axe de rotation. Le disque de code peut être fait de matériau de verre, la surface est plaquée avec une couche de chrome métallique imperméable à la lumière, puis une fente centripète de transmission de la lumière est faite sur le bord. Les fentes de transmission lumineuse sont équiréparties sur la circonférence du disque de code, en nombre variant de quelques centaines à quelques milliers. De cette manière, toute la circonférence du disque de code est divisée de manière égale en N fentes lumineuses. Le disque de code optoélectronique surdimensionné peut également être réalisé en tôle d'acier inoxydable, puis des fentes de transmission de la lumière uniformément réparties sont découpées sur les bords circonférentiels.

1.2 principe de fonctionnement des codeurs incrémentaux

Le principe de fonctionnement du codeur incrémental est illustré sur la figure 2. Il se compose d'un disque de code principal, d'un disque discriminant, d'un système optique et d'un convertisseur optoélectronique. Des fentes étroites rayonnantes de pas égal sont gravées sur la périphérie du disque de code principal (photodisque) de la figure, formant des zones transparentes et opaques uniformément réparties. Le disque discriminant est parallèle au disque de code principal et est gravé avec a, b deux jeux de fentes étroites de détection transparentes décalées l'une de l'autre d'un pas de 1 / 4 pour déphaser de 90° les signaux de sortie des deux phototransformateurs a, B. En fonctionnement, le disque discriminant est immobile, le disque de code principal tourne avec l'axe de rotation et la lumière émise par la source lumineuse est projetée sur le disque de code principal et le disque discriminant. Lorsque la zone opaque du disque de code principal est exactement alignée avec la fente étroite transparente du disque discriminant, les rayons lumineux sont tous occultés et la tension de sortie du convertisseur optoélectronique est faible; Lorsque la zone transparente sur le disque de code principal est exactement alignée avec la fente étroite transparente sur le disque discriminant, tous les rayons lumineux passent et la tension de sortie du convertisseur optoélectronique est importante. Pour chaque période de tangente parcourue par le cadran principal, le convertisseur optoélectronique délivrera une tension sinusoïdale approximative et la différence de phase des tensions de sortie des convertisseurs optoélectroniques a, B sera de 90°.

Figure 2 principe de fonctionnement du codeur incrémental figure 3 forme d'onde de sortie du codeur optoélectronique

Les sources lumineuses des codeurs optoélectroniques sont généralement des diodes électroluminescentes ayant elles - mêmes un effet de condensation. Lorsque le disque de code optoélectronique tourne avec l'axe de travail, la lumière passe à travers le disque de code optoélectronique et la fente de la plaque de garde - corps, formant un signal lumineux faible. L'élément photosensible convertit ce signal lumineux en signal d'impulsion électrique, après avoir traversé le circuit de traitement du signal, le signal d'impulsion de sortie au système de commande numérique, peut également être affiché directement par le tube numérique.

La précision de mesure du codeur optoélectronique est liée au nombre N de franges de fente sur la circonférence du disque de code, l'angle résolu α étant:

α = 360° / N (1) Résolution = 1 / N (2)

Par exemple: le nombre de fentes de transmission de la lumière sur le bord du disque de code est 1024, alors le petit angle résolu α = 360° / 1024 = 0352°.

Pour juger du sens de rotation du disque de code, il est nécessaire de prévoir deux fentes sur la plaque de balustrade lumineuse à une distance (M + 1 / 4) fois la distance des deux fentes sur le disque de code, m étant un entier positif, et de disposer de deux ensembles d'éléments photosensibles correspondents tels que Les éléments photosensibles a, B de la figure 1, parfois aussi appelés éléments COS, sin. Lorsque l'objet de détection tourne, un codeur optoélectronique coaxial ou associé délivre un signal numérique impulsionnel avec une différence de phase de 90° entre les voies a et B. La forme d'onde de sortie du codeur optoélectronique est représentée sur la figure 3. Pour obtenir la position de rotation du disque de code, il est nécessaire de définir un point de référence, tel que la « fente de drapeau de zéro» sur la figure 1. A chaque tour du disque de code, l'élément photosensible auquel correspond la fente de drapeau à zéro génère une impulsion, dite "impulsion d'un tour", l'impulsion C0 de la figure 3.

La figure 4 donne la forme d'onde des signaux a, b lorsque le codeur est inversé positivement et leur relation temporelle, le signal B étant en avance de phase de 90° du signal a lorsque le codeur est inversé positivement, comme représenté sur la figure 4 (A); Lors de l'inversion, le signal B est en avance de phase de 90° sur le signal a, comme représenté sur la figure 4 (b). Le nombre d'impulsions en sortie de A et B est linéairement lié à la quantité de variation du déplacement goniométrique, de sorte que le déplacement angulaire correspondent peut être calculé en comptant le nombre d'impulsions. Selon cette relation entre a et B, le sens de rotation et le déplacement / vitesse angulaire de rotation de la machine testée sont correctement décomptés, ce que l'on appelle la discrimination et le comptage d'impulsions. La discrimination et le comptage des impulsions sont disponibles à la fois en implémentation logicielle et en implémentation matérielle.

Figure 4 forme d'onde positive et inversée du codeur optoélectronique

2. Encodeur de type

Un codeur est un élément de détection qui convertit directement l'angle mesuré en un code correspondent en lisant l'information de motif sur le disque de code. Les disques de codage sont de type optoélectronique, de contact et électromagnétique.

Le disque de code optoélectronique est actuellement l'un des plus utilisés, il est imprimé sur un disque en matériau transparent avec un codage binaire supérieur. La figure 5 représente un disque de code à quatre bits binaires sur lequel chaque anneau circulaire représente chacun une piste numérique à un bit binaire sur laquelle sont imprimés des motifs équidistants en noir et blanc formant un ensemble de codages. La zone opaque noire et la zone opaque blanche représentent respectivement '0' et '1' en binaire. Sur un disque Opto - électronique de quatre bits, il y a quatre boucles de pistes numériques représentant chacune un bit du binaire, un bit haut à l'intérieur et un bit bas à l'extérieur, avec un nombre codable de 24 = 16 sur 360°.

Lorsque vous travaillez, un côté du disque de code est placé l'alimentation électrique et l'autre côté est placé le dispositif photorécepteur, chaque canal correspond à une photocellule et un circuit d'amplification et de mise en forme. Le disque de code passe à différentes positions, le composant optoélectronique accepte le signal optique et se transforme en un signal électrique correspondent qui, après mise en forme amplifiée, devient un signal électrique numérique correspondent. Mais en raison de l'influence de la précision de fabrication et d'installation, lorsque le disque de code tourne dans le processus d'alternance de deux segments de code, une erreur de lecture est générée. Par exemple, lorsque le disque de code tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et passe de la position '0111' à '1000', ces quatre chiffres doivent changer en même temps, ce qui peut fausser la lecture d'un numéro dans l'un des 16 codes, tels que 1111, 1011, 1101,... 0001, etc., créant une erreur numérique importante qui ne peut pas être estimée, une erreur appelée erreur de non - univosité.

Afin d'éliminer les erreurs de non - univosité, la méthode suivante peut être appliquée.

2.1 disque à cycle (ou disque gris)

Le Code cyclique est aussi connu sous le nom de code Gray, c'est aussi un codage binaire avec seulement '0' et '1'. La figure 6 représente un code cyclique binaire à quatre chiffres. Ce codage est caractérisé par le fait qu'il n'y a qu'un seul bit de code qui change entre deux codes arbitrairement adjacents, c'est - à - dire que '0' devient '1' ou '1' devient '0'. Ainsi, lors d'une transformation de deux nombres, l'erreur de lecture qui en résulte ne dépasse pas "1" et ne peut être lue que comme un nombre sur deux adjacents. C'est donc un moyen efficace d'éliminer les erreurs non univoques.

2.2 disque à cycle binaire avec dispositif optoélectronique à bit de décision

Un tel disque de code est incrémenté d'un tour supplémentaire de bits de signal dans la boucle externe du disque de code binaire à quatre bits. La figure 7 représente un disque de code cyclique binaire d'un dispositif optoélectronique à bit de décision. La position des bits de signal sur la bague extérieure de ce disque de code est exactement décalée de l'intersection d'états, et n'est lue que si l'élément optoélectronique au niveau du BIT de signal a un signal, de sorte qu'aucune erreur de non - univosité n'est générée.