Comment fonctionne un codeur linéaire ?

Le fonctionnement d’un codeur linéaire repose sur la conversion d’un déplacement linéaire en une information exploitable par un système de commande. Cet appareil permet de mesurer la position, la mesure de distance et la vitesse d’un axe rectiligne. Il est utilisé dans des environnements comme les machines-outils, la robotique, les systèmes d’automatisation, les systèmes de manutention ou encore la technique médicale.

Un codeur linéaire est composé de deux éléments : une tête de lecture et une échelle de mesure. L’échelle peut être une règle en verre, une règle en acier, un ruban magnétique ou encore une grille de mesure. Lorsque la tête de lecture se déplace le long de cette échelle, elle produit un signal proportionnel au déplacement linéaire. Ce signal est ensuite décodé et transformé en valeur exploitable pour piloter un axe.

Le codeur optique s’appuie sur une interaction entre un faisceau lumineux et une grille de mesure gravée sur une règle en verre ou en acier. La variation lumineuse est détectée par des capteurs, puis convertie en signal. Cette technologie est utilisée dans les systèmes de mesure de haute précision, les machines-outils et les systèmes de métrologie.

Le codeur magnétique repose sur un ruban magnétique codé en pôles nord et sud. La tête de lecture capte le champ magnétique grâce à des dispositifs tels que l’effet Hall, une bobine de détection ou un capteur magnétorésistif. Ce principe est adapté aux environnements exposés à la poussière, à l’eau, à l’huile et aux vibrations. On le retrouve dans la robotique, les systèmes de manutention ou les centrales électriques.

La lecture capacitive mesure les variations de capacité électrique entre la tête et l’échelle. Chaque variation correspond à un déplacement. Cette technologie est utilisée notamment dans les instruments de mesure électroniques comme les étriers numériques. Elle reste sensible aux salissures, qui peuvent perturber la constante diélectrique locale.

La lecture inductive utilise des phénomènes électromagnétiques pour détecter la position. Elle présente une résistance accrue à la contamination et peut être intégrée dans des instruments exposés à des liquides de refroidissement. On l’emploie dans des machines-outils ou des systèmes industriels nécessitant une résistance élevée aux conditions extérieures.

La télémétrie laser repose sur la mesure de phase ou d’interférences lumineuses. Elle permet d’obtenir une mesure de distance sur de grandes longueurs avec une très haute résolution. Cette technologie est courante dans les systèmes de stockage, les transstockeurs et certaines installations en centrales électriques.

Un codeur linéaire transmet deux types principaux de signaux :

• Le signal absolu, qui indique directement la position sans qu’il soit nécessaire d’effectuer un mouvement préalable.
• Le signal incrémental, basé sur des impulsions. Chaque impulsion d’index permet de suivre le déplacement relatif d’un axe.

Ces signaux peuvent être transmis sous forme analogique ou numérique. Les systèmes utilisent des circuits en Push-Pull ou en Line Driver. En complément, la méthode de quadrature permet de déterminer le sens de déplacement.

Le signal généré est transmis via des interfaces de communication. Ces interfaces permettent la connexion avec des systèmes de commande et des automates industriels. Le contrôleur de mouvement décode ensuite les données et assure la synchronisation avec l’axe piloté. L’utilisation en boucle fermée permet un asservissement complet du mouvement. Cette configuration est courante dans les entraînements linéaires, où la correspondance entre la commande envoyée et la position réelle est indispensable.

Les codeurs linéaires sont conçus pour fonctionner selon le principe de la mesure sans contact, ce qui limite l’usure et garantit un fonctionnement sans usure. Pour assurer leur durabilité et leur stabilité dans un environnement industriel, plusieurs caractéristiques sont intégrées :

• Les constructeurs intègrent une protection IP67 ou IP69K afin que le codeur résiste à la poussière, à l’huile et à l’eau.
• Les fabricants conçoivent une structure modulaire qui sépare la tête de lecture de la bande de mesure, ce qui réduit les risques liés aux chocs et aux vibrations.
• Les systèmes appliquent une compensation thermique afin de limiter les erreurs causées par le jeu mécanique, les erreurs de pas ou l’échauffement de vis à billes.

Les machines-outils utilisent largement les codeurs linéaires pour assurer un contrôle précis des déplacements. Ces dispositifs suivent la position des pièces à usiner et mesurent la vitesse des axes linéaires. Le signal transmis au contrôleur de mouvement permet d’éviter les écarts liés au jeu mécanique, aux erreurs de pas ou à l’échauffement de vis à billes. Dans une fraiseuse, un tour ou un centre de commande numérique, cette maîtrise du déplacement linéaire garantit une trajectoire stable et une cohérence entre l’ordre de commande et la réalité mécanique.

Dans le domaine de la robotique, les codeurs linéaires interviennent dans le pilotage des mouvements des bras et des systèmes automatisés. Leur rôle est de fournir un retour de position qui alimente la boucle fermée de l’asservissement. Ce retour en temps réel est indispensable pour synchroniser plusieurs axes et assurer la répétabilité des mouvements. Dans les environnements industriels, ils permettent aux robots d’effectuer des opérations complexes comme l’assemblage, le conditionnement ou la manutention de pièces sensibles.

Les systèmes de manutention et de stockage automatisé s’appuient également sur les codeurs linéaires. Dans un entrepôt équipé de transstockeurs ou de convoyeurs, ces capteurs guident le positionnement des palettes et des conteneurs. Le signal numérique ou le signal analogique envoyé à l’automate central assure la synchronisation de l’ensemble du processus. Grâce à cette précision de mesure de distance, les flux de marchandises sont mieux coordonnés et les opérations logistiques gagnent en fiabilité.

Dans les installations énergétiques, comme les centrales électriques solaires, les codeurs linéaires participent à l’orientation des panneaux photovoltaïques en suivant le mouvement du soleil. Le capteur transmet des informations de position qui permettent d’ajuster les mécanismes et de maintenir l’efficacité du système. On les retrouve également dans les éoliennes, où ils servent à contrôler le déplacement de composants mécaniques. Dans ce type d’environnement, la résistance à la poussière, à l’huile ou à l’eau est un critère décisif.

La technique médicale et la technique d’analyse représentent un autre champ d’application. Dans une table de scanner, le positionnement doit être maîtrisé au millimètre pour garantir la fiabilité des examens. Les laboratoires emploient également des codeurs linéaires pour déplacer des échantillons ou piloter des instruments de mesure. La mesure sans contact et le fonctionnement sans usure sont des atouts essentiels dans ces environnements, car ils permettent une utilisation répétée sans perte de précision.