Familles principales
Un codeur rotatif convertit la position angulaire d'un arbre en signal numérique exploitable. On distingue deux familles majeures : le codeur incrémental qui fournit des impulsions à chaque incrément angulaire (par exemple 1 024 imp/tour), et le codeur absolu qui fournit en permanence une position unique sur 360° (monotour) ou sur plusieurs tours (multitour).
Les fabricants français produisent des gammes complètes pour les applications industrielles courantes (machine-outil, manutention, ascenseurs) ainsi que des codeurs très haute résolution pour la robotique de précision et la métrologie. Les interfaces vont du classique TTL/HTL à RS-422 aux interfaces numériques modernes SSI, BiSS-C, EnDat, EtherCAT et PROFINET IRT.
Catégories techniques
Le choix d'un codeur dépend de la précision exigée, de l'environnement, et des fonctions de sécurité éventuelles.
Matériaux principaux
| Type / Variante | Application typique | Caracteristique cle |
|---|---|---|
| Codeur incrémental ABZ | Vitesse moteur, comptage simple | 100 à 12 000 imp/tour, signal TTL/HTL |
| Codeur absolu monotour | Position unique sur 360° | 13 à 17 bits, interface SSI ou BiSS-C |
| Codeur absolu multitour | Position sur 4 096 tours | Total 25 à 31 bits, interface industrielle |
| Codeur magnétique IP69K | Environnements sévères, lavage haute pression | Robuste aux poussières et humidité |
| Codeur optique métrologique | Machine-outil précision, métrologie | Résolution sub-micrométrique |
Interfaces de communication
- Sortie ABZ HTL ou TTL, push-pull ou différentiel RS-422
- SSI synchrone série, transmission jusqu'à 100 m
- BiSS-C ouvert, bidirectionnel, position et diagnostic
- EnDat 2.2 propriétaire HEIDENHAIN, idéal moteurs Siemens et Bosch
- EtherCAT, PROFINET IRT, EtherNet/IP pour intégration PLC
Normes et certifications
Les codeurs industriels suivent un cadre normatif principalement CEI pour la communication et CEI 61508 pour les versions sécurité.
- CEI 61131-2 - exigences électriques générales pour interfaces TOR
- CEI 61784 - profils de communication industrielle (PROFINET, EtherCAT)
- CEI 61508 / 61784-3 - codeurs sécurité SIL 2 et SIL 3
- DIN 32878 - dimensions normalisées des codeurs synchro et clamping
- Directive ATEX 2014/34/UE pour zones explosibles
Conception et fabrication
La fabrication d'un codeur précision combine micromécanique optique et électronique embarquée temps réel.
1. Fabrication du disque codeur
Disque optique en verre photogravé pour la haute précision, ou tambour magnétique pour les codeurs IP69K. Précision de gravure sub-micrométrique exigée.
2. Assemblage capteur de lecture
Tête de lecture optique LED + photodiode ou capteur magnétique Hall, alignée précisément sur le disque pour minimiser les erreurs de comptage.
3. Électronique de traitement
Carte électronique embarquée pour le comptage, la conversion en interface série, le diagnostic d'usure de la tête de lecture, la protection ESD.
4. Montage en boîtier
Boîtier aluminium ou inox selon environnement, étanchéité IP54 à IP69K. Roulements précision pour limiter le voilage du disque.
5. Étalonnage individuel
Étalonnage sur banc rotatif de référence avec correction logicielle des erreurs cumulatives. Pour les codeurs métrologiques, certificat COFRAC fourni.
6. Test fonctionnel et marquage
Test de comptage à pleine vitesse (jusqu'à 12 000 tr/min), vérification de l'absence de glitches, archivage du PV individuel et marquage CE.
Marché et positionnement
Le marché français des codeurs industriels représente environ 110 millions d'euros, dominé par les fabricants allemands (HEIDENHAIN, Sick, Hengstler, Pepperl+Fuchs, Baumer) et japonais (Tamagawa, Nikon). Quelques PME françaises se positionnent sur les codeurs spéciaux (ferroviaire, défense, nucléaire) ainsi que sur les codeurs sécurité SIL 3 pour applications critiques.
Les tendances structurantes sont l'émergence des interfaces ouvertes BiSS-C qui défient le propriétaire EnDat, l'intégration des codeurs sécurité directement dans les servomoteurs (encoder safe), et l'apparition des codeurs IO-Link qui simplifient le câblage et la maintenance prévisionnelle.
Applications types
Les codeurs équipent toutes les applications où la position ou la vitesse d'un arbre doit être mesurée précisément.
- Servomoteurs et axes CN de machines-outils
- Robotique 6 axes, cobots et SCARA
- Ascenseurs et monte-charge (sécurité positionnement cabine)
- Antennes radar et orientation suiveurs solaires
- Bobinage textile et papier (régulation de vitesse précise)
- Turbines et générateurs d'énergie (mesure vitesse rotor)
Questions fréquentes
Incrémental ou absolu : quel choix ?
Incrémental pour la simplicité et le coût (mesure de vitesse moteur, comptage). Absolu pour la position unique sans risque de perte au reset (axes CN, robots, ascenseurs). L'absolu multitour évite l'opération de référencement (homing) à chaque mise sous tension.
BiSS-C ou EnDat : différence ?
BiSS-C est un standard ouvert sans royalties, supporté par de nombreux fabricants. EnDat est propriétaire HEIDENHAIN, optimisé pour les servomoteurs Siemens et Bosch Rexroth. Performances comparables, choix dépend de l'écosystème variateur déjà en place sur le site.
Quelle est la durée de vie d'un codeur ?
Codeur optique : 10 ans typiques en service nominal, limité par les roulements et la dégradation LED. Codeur magnétique : 15 à 25 ans, beaucoup plus robuste, sensible toutefois aux champs magnétiques externes. Vérifier la classe IP en environnement sévère.
Quelle précision attendre d'un codeur 13 bits ?
13 bits = 8 192 positions par tour = précision théorique de 0,044°. La précision réelle inclut l'erreur de gravure (typiquement ±0,05° à ±0,2°), l'erreur de montage (±0,1° si pas de bague de centrage) et la dérive thermique. Compter 0,1° à 0,3° en pratique sur tour.
Faut-il un codeur sécurité SIL 3 ?
Oui pour les fonctions de sécurité Stop-Cat 1, Safe Limited Speed (SLS), Safe Direction (SDI). Le codeur sécurité dispose d'une architecture interne redondante (deux capteurs comparés) et atteint SIL 2 ou SIL 3 selon CEI 61508. Sans codeur sécurité, la fonction se dégrade à SIL 1 ou un STO seul.