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Cours et TD-Codeurs optiques v2-prof

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CODEURS OPTIQUES
1 PROBLEMATIQUE
Le système d’ouverture de porte automatique
suivant nécessite la connaissance de la
position des portes, afin de le piloter
correctement.
Un codeur incrémental de résolution 1024 pt,
directement monté sur l’axe moteur, a été
choisi pour cette application.
Extrait du cahier des charges :
 Vitesse d’ouverture < 0.12m/s,
 Transmission Poulie (Ф=40mm) courroie,
 Course totale des portes L = 1m.
 Précision de positionnement p = 1mm.
Choix du capteur :
 Le capteur doit permettre d’obtenir la précision souhaitée,
 L’exploitation du signal du capteur permet de connaitre la
vitesse de rotation du moteur et donc la vitesse de
déplacement de la porte.
Signal obtenu :
Nimp = 2500 impulsions
Fréquence : 500 Hz
t (s)
Objectif :
Informations de position
et de vitesse
DETERMINER la fréquence de rotation mesurée, la relation entre le nombre d’impulsions
et la position des portes, ainsi que la précision de position.
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Codeurs optiques
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2 DEUX TYPES DE CODEUR OPTIQUE
Le codeur incrémental
Le codeur absolu
Son disque comporte en général 3 pistes (A, B, Z). Le Son disque peut comporter un grand nombre de
nombre de fenêtre (ou points) de la piste A correspond à piste. Le codage des pistes est réalisé avec un nombre
la résolution du codeur.
codé en binaire.
9
0
Résolution de
90 points
Le déphasage entre le signal de la voie A et celui de la Le disque ci-dessus possède 8 pistes soit 2^8 = 256
voie B permet en observant le front montant de A de combinaisons. Ce nombre correspond à sa résolution.
déterminer le sens de rotation.
Bit 1
Bit 2
Bit 3
Bit 4
Bit 5
Bit 6
Bit 7
Bit 8
A
B
A
B
La piste intérieure (Z) permet de compter les tours.
 MESURES de vitesse et de position relative.
 MESURES de vitesse et de position absolue.
(position initiale connue : N = 0000 00002)
3 RESOLUTION D’UN CODEUR
Portes automatiques :
La résolution d’un codeur optique correspond aux nombre de points de
mesure sur un tour entier :
Résolution de 1024 pas / tr
(donnée constructeur)
 Codeur incrémentale : nombre de "fenêtre".
 Codeur absolue : lié au nombre n de pistes  2n.
La résolution permet de déterminer la précision de mesure du codeur.
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2 impulsions
4 DETERMINATION DE LA PRECISION
La précision d’un codeur correspond au déplacement
angulaire du disque entre :
 2 impulsions dans le cas d’un codeur incrémental
 2 secteurs dans Le cas d’un codeur absolu.
Cet angle est souvent exprimé en degré.
Angle en
degré
Portes automatiques :
Précision codeur : Δθ = 360/1024 = 0,352 °
Relation Transmission : x = R.θ (θ en Rad)
Précision position : Δx = 20 x 0,352 x 2π / 360 = 0,123 mm
5 RELATIONS : INFORMATIONS – GRANDEURS CINEMATIQUES
Seul, le cas du codeur incrémental est traité ici …
5.1
POSITION
Expression de la position angulaire du codeur :
θ = N x Δθ
θ : position angulaire (°, rad ou tr)
Nimp : Nbre impulsion
5.2
Portes automatiques :
Position angulaire : θ = Nimp x Δθ = 879 °
= 15,3 Rad
= 2,44 tours
VITESSE
Expression de la vitesse angulaire du codeur :
Portes automatiques :
f = 1/60xNxR
f : fréquence du signal (Hz)
N : Fréquence de rotation (tr/min)
R : Résolution (pas/tr)
5.3
Fréquence de rotation : N = 500x60/1024
= 29,3 Tr / minRad
Vitesse de rotation : w = 2π.N/60 = 3,07 rad/s
INTEGRATION AU MECANISME : DEPLACEMENT DES PORTES
Portes automatiques :
V = 0,02 x 3,07 = 0,0614 m/s
N et θ
V et x
X = 0,02 x 15,3 = 0,306 m
V = R.w
= 30,6 cm
X = R.θ
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= 61,4 mm/s
Codeurs optiques
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6 APPLICATION : ASTROLAB
Le télescope motorisé SET assure de manière automatique le pointage et le suivi d’un objet céleste.
L’acquisition de la vitesse et de la position du tube optique s’effectue au niveau des arbres de sortie de
chacun des moteurs d’axe à l’aide de capteurs spécifiques appelés « codeurs ».
VT1
Arbre de sortie moteur
Disque denté
Emetteur infra-rouge
T1
LED
T2
Récepteurs infra-rouge
VT2
L’émetteur infra-rouge est une LED spéciale, les récepteurs sont deux photo-transistors T1 et T2. Le
disque, lié à l’arbre de sortie du moteur, provoque, lorsqu’il tourne, la coupure et le rétablissement du
faisceau lumineux entre la LED et les transistors. Il s’ensuit que les transistors sont alternativement
bloqués ou saturés.
Relevés des signaux ENCA et ENCB dans le sens direct puis inverse :
Q1. Quelle est la vitesse de rotation du moteur pour chaque sens ?
Q2. Sachant que le rapport de réduction entre l’axe de sortie de l’embase et l’arbre du moteur d’azimut
vaut 1/12320, à combien d’impulsions du codeur correspond un tour de l’embase ?
En déduire le format binaire (nombre de bits) minimal du compteur associé.
Q3. Pourquoi le codeur a-t-il 2 signaux de sortie ENCA et ENCB ? Expliquer en détail.
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