1 L’offre en détection Tout Ou Rien ultrason capacitif inductif photo-électrique magnétique mécanique potentiométrique LVDT codeur branchement principe.

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1 1 L’offre en détection Tout Ou Rien ultrason capacitif inductif photo-électrique magnétique mécanique potentiométrique LVDT codeur branchement principe branchement principe Interfaces (rappels)

2 2 Détecteurs de proximité Il en existe trois types: –Inductif ; –Capacitif ; –Photo-Électrique. Caractéristiques générales: –Sortie logique tout-ou-rien; –Opèrent à distance sans contact; Portées de 25  m à plusieurs mètres. –Aucun contact mécanique.

3 3 Détecteurs de proximité Inductifs Un oscillateur crée en avant de la face sensible un champ électromagnétique alternatif ayant une fréquence de 100 à 600 kHz. Lorsqu'un objet conducteur pénètre dans ce champ, il est le siège de courants induits circulaires qui se développent à sa périphérie. Ces courants constituent une surcharge pour le système oscillateur et entraînent de ce fait une réduction d'amplitude des oscillations. La détection de l'objet est effective lorsque la réduction de l'amplitude des oscillations est suffisante.

4 4 Détecteurs de proximité inductifs Principe de fonctionnement : Lors de la présence d’une pièce métallique dans le champs magnétique, un courant de Foucault est généré. Portée du détecteur : –La portée dépend de la taille de la cible: –La portée est entachée d’une tolérance de fabrication de  10 %. –La portée varie avec la température (  10 %). –La portée dépend aussi du métal composant la cible:

5 5 Détecteurs de proximité inductifs Portée du détecteur (suite): –La portée dépend aussi de la façon dont se présente la cible: Latéralement ouAxialement

6 6 Détecteurs de proximité inductifs La méthode de montage doit obéir à certaines règles. –Le détecteur peut être blindé (Shielded); –Le détecteur peut être non-blindé (Unshielded);

7 7 Courbe de détection

8 8 Calcul de Sa 1) Distance de travail cames métallique ou contrôle de rotation S a = S n /2. autres applications : S a = 0,8 x S n 2) Correction pour tenir compte des matériaux Les facteurs de correction typiques sont : Acier = 1 Inox = 0,7 Laiton = 0,4 Aluminium = 0,3 Cuivre = 0,2 exemple S a inox = S n x 0,8 x 0,7 3) taille de la pièce La taille de la pièce à détecter est au moins aussi grande que la face active du détecteur inductif ! Sinon diminution de Sa Tenir compte du défaut de planéité de la pièce à détecter

9 9 2 fils,3 fils PNP & NPN et 4 fils montage parallèle & série noir (sortie NO) - blanc (sortie NF) - marron (24v) - bleu (0v)

10 10 Si le détecteur est blindé (Shielded): –il peut être noyé dans une masse métallique; Implantation

11 11 Si le détecteur n'est pas blindé (Unshielded) –il ne doit pas être noyé dans une masse métallique. Implantation (2)

12 12 Implantation (3) Les détecteurs noyables dans le métal ont un blindage qui bloque l'extension latérale du champ magnétique. Leur portée nominale est inférieure à celle des détecteurs sans blindage, qui ne sont pas noyables dans des supports métalliques.

13 13 Applications Avantages : grande durée de vie pas de problème de rebond peu sensible aux conditions ambiantes résistant aux chocs et vibrations haute fréquence de commutation En comparaison avec les capteurs optiques : prix plus bas pas sensible aux poussières et salissures Adaptés pour: Contrôle de présence/absence, de fin de course; Détection de passage; Positionnement, comptage de pièces; Barrages de protection. Recommandés lorsque : Vitesse de l'objet à détecter est rapide; Pièces fragiles ou petites.

14 14 Exemple

15 15 Détecteurs de proximité inductifs En conclusion: –Ils sont robustes et fiables; –Ils ne détectent que les métaux; –Leur portée varie de 25 micromètres à 60 mm; –Ils sont sensibles aux champs magnétiques.

16 16 Détecteur Capacitif Capacitive sensor Un détecteur de proximité capacitif est principalement constitué d'un oscillateur dont le condensateur est formé par 2 électrodes placées à l'avant de l'appareil. Lorsqu'un objet de nature quelconque se trouve en regard de la face sensible du détecteur, ceci se traduit par une variation du couplage capacitif Cette variation de capacité provoque le démarrage de l’oscillateur. Après mise en forme, un signal de sortie est délivré.

17 17 Distance de détection fonction du produit Si la cible est de l’alcool, alors la distance de détection (Sr) est approximativement 85% de la distance nominal

18 18 Applications

19 19 Exemple

20 20 Détecteurs de proximité capacitifs En conclusion: –Ils détectent tous les matériaux; –Très sensible pour la détection; –Très sensible à l'environnement; Température, humidité. –Portée de quelques centimètres.

21 21 Détecteurs de proximité Choix d ’un détecteur de proximité –Courant résiduel Ir –Tension de déchet Ud

22 22 Détecteurs de proximité Exemple –Détecteur de proximité inductif, deux fils, alimentation non polarisée Réf. 3S1.M DA 210 TELEMECANIQUE Courant résiduel (Ir), état ouvert  0.6 mA Tension de déchet (Ud), état fermé  5.2 V –Carte automate SIEMENS Module d ’entrée de l ’API SIEMENS Réf. 6E S5. 430 8MB1 Caractéristiques d ’entrée pour un signal 4,5 mA sous 24V

23 23 Détecteurs de proximité Branchement –Technique 2 fils Alimentation en courant continu (DC)

24 24 Détecteurs de proximité Branchement –Technique 2 fils Alimentation en courant alternatif ( AC) et alternatif - continu (AC-DC)

25 25 Détecteurs de proximité Branchement –Technique 3 fils

26 26 Détecteurs de proximité

27 27 Détecteurs de proximité (-)

28 28 La détection par ultrasons est un principe sans contact qui permet de travailler sur des objets solides ou des liquides quelques soient leur couleur, leur brillance et leur opacité. Détecteur à ultrason ultrasonic sensor

29 29 Mode Barrage & Proximité En mode barrage, un détecteur émet l’onde sonore et un autre détecteur, monté en face de l’émetteur, la reçoit. En mode proximité, un seul et même détecteur émet l’onde sonore puis écoute l’écho renvoyé par un objet.

30 30 Zone Morte blind zone La face de détection des détecteurs à ultrasons comporte une zone morte. La taille de la zone morte dépend de la fréquence du capteur. Il est impossible de détecter les objets situés dans la zone morte de façon fiable.

31 31 Environnement La vitesse du son diminue avec l'augmentation de la température de l'air ou de la pression atmosphérique ou du taux d’humidité relative. les détecteurs ultrasoniques ne fonctionneront pas dans le vide. Les matériaux souples tels que le tissu ou le caoutchouc mousse sont difficiles à détecter par les ultrasons parce qu’ils ne renvoient pas les sons.

32 32 Précautions de Montage

33 33 Applications

34 34 Exemple

35 35 Détecteur magnétique Magnetic sensors Technologie magnéto-inductive sensibilité : très bonne (0,8 mT) fréquence : très élevée (jusqu'à 5000 Hz) résistance aux vibrations : très bonne Technologie ampoule reed sensibilité : bonne (2 mT) fréquence : faible (jusqu'à 500 Hz) résistance aux vibrations : mauvaise Coût : peu élevé

36 36 Détecteur mécanique tête de commande avec son dispositif d'attaque + corps & contacts électriques Interrupteur de fin de course : Sortie logique tout ou rien Contact avec l’objet à mesurer Vie utile de 30 000 000 cycles Usure et fatigue

37 37 Détecteur mécanique Mise en œuvre d ’interrupteur de position Alimentation et raccordement Unité de traitement A.P.I. Alimentation Carte d ’entrée automate Raccordement Détection

38 38 Détecteur mécanique Mise en œuvre d ’interrupteur de position Alimentation et raccordement Raccordement Alimentation Unité de traitement A.P.I.

39 39 Détecteur mécanique Mise en œuvre d ’interrupteur de position Alimentation et raccordement Raccordement Alimentation Unité de traitement A.P.I.

40 40 Détecteurs Photoélectriques photoelectric sensor Tous les détecteurs photoélectriques ont un émetteur à diode électroluminescente (DEL) et un récepteur à phototransistor. Selon les modèles de détecteurs et les impératifs de l’application, l'émission se fait en lumière non visible infrarouge (cas le plus courant), en ultraviolet (détection de matériaux luminescents), en lumière visible rouge ou verte (lecteurs de repères) et en laser rouge (grande portée et petite focale).

41 41 Détecteurs photo-électriques Méthodes de détection possibles: –Méthode de la barrière; –Méthode rétro-réflective; –Méthode diffuse; –Méthode du champ-fixe; –Méthode spéculaire.

42 42 Système barrage Avantages : Détection de produit très réfléchissants Détection de petits objets sur de grandes distances (avec utilisation de diaphragmes) Grande portée : jusqu’à 300m (laser) Bonne répétabilité de la détection due à la forme bien définie du faisceau Forte puissance permettant une utilisation dans de mauvaises conditions (Pluie, brouillard, fumée, poussières ) Inconvénients : Seule contrainte : le montage de deux éléments Alignement précis de l'émetteur et du récepteur

43 43 Détecteurs photo-électriques Méthode de la barrière: –Mesure + précise de détection de position

44 44 Marge de gain Afin de prévenir d'éventuelles salissures, lors d'une utilisation en ambiances difficiles (poussières, fumées, brouillard), il faut tenir compte de la courbe de gain. Gain = Signal reçu par le photo-récepteur / Signal nécessaire à la commutation La portée maximale est donnée pour un gain égal à 1. Ambiance poussiéreuse : utiliser un gain > 5 Ambiance polluée (brouillard) : utiliser un gain > 10 Ambiance très polluée (fumées) : utiliser un gain > 50

45 45 Système Reflex Avantages : Emetteur et récepteur dans un seul boîtier Solution et montage économique : moins de câbles Ajustage simple sur le réflecteur (+/- 15° par rapport à l’axe optique) Coût réduit d’installation Forte puissance permettant une utilisation dans de mauvaises conditions (Pluie, brouillard, fumée, poussières ) Portées: jusqu'à 23 m (75') ; LASER: jusqu'à 70 m (225'); Précaution d'emploi : Pas de sûreté de détection des petits objets à grande distance (sauf barrière réflex Laser) Sensible aux objets réfléchissants (sauf si filtre de polarisation) Dans le cas de produits transparents, l'utilisation de barrière reflex "spécial verre" est recommandée.

46 46 Détecteurs photo-électriques Méthode rétroréflective (objet réfléchissant):

47 47 Choix du réflecteur Le réflecteur fait partie intégrante d'un système de détection reflex. Son choix, son installation et sa maintenance conditionnent le bon fonctionnement du détecteur qui lui est associé. Un réflecteur doit toujours être plus petit que l'objet à détecter.

48 48 Marge de gain Ambiance standard: utiliser un gain > 3 (portée utile) Ambiance poussiéreuse: utiliser un gain > 5 Ambiance polluée (brouillard): utiliser un gain > 10 Ambiance très polluée (fumées): utiliser un gain > 50 Afin de prévenir d'éventuelles salissures, lors d'une utilisation en ambiances difficiles (poussières, fumées, brouillard), il faut tenir compte de la courbe de gain. Gain = Signal reçu par le photo-récepteur / Signal nécessaire à la commutation La portée maximale est donnée pour un gain égal à 1.

49 49 Système proximité Avantages : Un seul boîtier à alimenter Pas de réflecteur à fixer Coût réduit d’installation Précaution d'emploi : La nature de l’objet et en particulier ses propriétés de ré-émission auront une influence sur les performances de détection Difficultés sur objets brillants (verre, métal) Portée très réduite (<6m) Son utilisation en environnement pollué est déconseillée. La portée dépend : de la couleur de la cible et de son pouvoir réfléchissant (un objet de couleur claire peut être détecté à une distance plus grande qu'un objet de couleur sombre), des dimensions de la cible (la portée diminue avec les dimensions).

50 50 Détecteurs photo-électriques Méthode du Champ-fixe: –Portée: jusqu'à 400 mm (16") –Objet: mince

51 51 Détecteurs photo-électriques Matrices de capteurs:

52 52 Système reflex à élimination d’arrière plan Ce type de détecteur est couramment utilisé dans les deux cas suivants : Détection d'objets très sombres. Détection d'un objet avec une surface complexe ex : métal strié ou inox lisse. le capteur détecte en permanence le fond et l’information de la présence d’un objet est donnée par la non-détection. La sortie est alors désactivée. Le fonctionnement est donc similaire à celui d'une barrière réflex. Le rôle du réflecteur est joué par l'arrière plan

53 53 Système reflex polarisé La lumière est par nature la résultante de 2 ondes électromagnétiques, l’une verticale, l’autre horizontale. En l'absence de cible Le faisceau émis, polarisé verticalement, est renvoyé par le réflecteur après avoir été dépolarisé par ce dernier. Le filtre récepteur laisse passer la lumière réfléchie dans le plan horizontal. En présence de cible Le faisceau émis est renvoyé par la cible sans subir de modification. Le faisceau réfléchi, polarisé verticalement, est donc bloqué par le filtre horizontal du récepteur. Pour détecter des objets ayant une surface très brillante ou réfléchissante (acier, inox, aluminium ou fer-blanc par exemple)

54 54 Détecteurs photo-électriques Mise en oeuvre

55 55 Détecteurs photo-électriques En conclusion: –Ils détectent tous les matériaux; –Ils peuvent avoir de très longues portés; –Ils sont sujet à certains problèmes en présence de: Poussières, chocs, radiations,...

56 56 Capteurs de déplacement: Potentiomètre L'usage d'un potentiomètre est une façon simple de mesurer un angle ou une distance. En distance, la portée peut atteindre 20'.

57 57 Capteurs de déplacement: Potentiomètre Conclusion: –Ce capteur est très économique et simple; –La course est relativement étendue; –Le problème majeur est celui de l'usure; –Un potentiomètre n'est pas étanche; –Besoin d'un lien (fil) avec l'objet; –La vitesse de l'objet est limité.

58 58 Capteurs de déplacement: LVDT LVDT: –Linear Variable Differential Transformator Principe de fonctionnement:

59 59 Capteurs de déplacement: LVDT (2)

60 60 Capteurs de déplacement: LVDT (3) Principe de fonctionnement:

61 61 Capteurs de déplacement: LVDT (4)

62 62 Capteurs de déplacement: LVDT (5) En conclusion: –Étendues de mesure: ±1 à ±1000 mm –Ils sont très linéaires (jusqu’à 0.05%); –Ils ont une excellente résolution (0.1 um); –Ils sont fiables et robustes (MTBF 228 ans) –Ils sont sensibles aux champs magnétiques; –Les LVDT-AC exigent une électronique de conditionnement pour convertir le signal AC du capteur en signal DC (4-20mA ou autre).

63 63 Codeurs de déplacement Principe de fonctionnement: –Absolu Incrémental.

64 64 Codeurs Optiques Codeurs optique absolu: –Principe de mesure de position:

65 65 Codeurs Optiques

66 66 Codeurs Optiques Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique incrémental –Exemple d ’utilisation d ’un codeur optique incrémental Caractéristiques de la machine : – Longueur des profilés : 0.02 m < L < 1m – Précision de la longueur de coupe : 1 mm – Vitesse de rotation des rouleaux d ’entraînement : 60 tr. Min -1 – La prise de cote de à longueur du profilé est contrôlée par un codeur incrémental. – Contrôle barre en position initiale avant prise de cote, longueur pièce (L), réalisé par le détecteur inductif.

67 67 Codeurs Optiques Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique incrémental –Choix du codeur incrémental Calcul du nombre de point (n) nombre d ’impulsion électrique par tour du codeur. K : rapport de réduction entre le rouleau et le codeur –axe du codeur monté sur l ’axe du rouleau  K = 1 P : conversion du mouvement de rotation en mouvement de translation –D ’où Le nombre de points par tour d ’un capteur se nomme la résolution CODEUR CHOISI / RESOLUTION 360 POINTS / TOUR

68 68 Codeurs Optiques Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique incrémental –Calcul de la fréquence (f) des impulsion de sortir du codeur N : vitesse de l ’axe d ’entraînement en tr/mn R : résolution du codeur choisi en points/tour. Remarque : pour un codeur incrémental, il est indispensable de calculer la fréquence maximale d ’utilisation afin de s ’assurer des compatibilités des caractéristiques électriques avec les entrées du système de traitement (fréquence de traitement des cartes d ’entrées de base, des cartes de comptage rapide, des comptages rapides intégrés à l ’automate…) Caractristiques du codeur optique incrémental choisi : TELEMECANIQUE XCC - HD 0 H 20 Résolution 360 p.tr-1 Étage de sortie PNP nombre de voies, A,B,Z

69 69 Codeurs Optiques Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique incrémental –Raccordement

70 70 Codeurs Optiques Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique absolu –Exemple : contrôle du positionnement d ’un plateau Contrôle du positionnement d ’un plateau dont le déplacement linéaire est obtenu par une chaîne cinématique avec vis à billes entraînées par un moteur asynchrone Vis à bille : Pas : 20 mm * tour -1 Longueur : 1 mètre

71 71 Codeurs Optiques Calculs : Calcul du nombre de points (n) nombre de solutions codables par tour K : rapport de réduction entre la vis et l ’axe du codeur si l ’axe du codeur est monté directement sur l ’axe de la vis : K = 1 P : conversion du mouvement de rotation en mouvement de translation pas de lavis : 20 mm.tr -1 Précision du positionnement 0.01 mm n = 2000 points par tour : RESOLUTION DU CODEUR Il faut choisir un codeur absolu de plus de 2000 points en puissance de 2  2 11 = 2048 points Si l ’on souhaite également connaître le nombre de tours effectuées, il faut choisir un codeur absolu multi-tours permettant de compter au minimum jusqu ’à : Capteur choisi : 2048 points par tour et 2 6 (64 tours) (2 5 < 50 < 2 6 )

72 72 Codeurs Optiques Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique

73 73 Codeurs Optiques Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique Exemple –Calcul du déplacement du plateau –Position initiale : état de sorties du codeur G1 à G17 : état binaire (0) soit l ’état suivant des sorties du codeur : Code gray Code Binaire Code Décimal Nombre de points pour un déplacement de 1 mètre –50 tr x 2048 points * tr-1 = 102 400 points Déplacement du plateau pour le code Gray ci-dessus :

74 74 Codeurs Optiques En conclusion: –La précision des codeurs optiques est bonne; –Ils sont sensibles à l'environnement: Température Chocs et vibrations Poussière

75 75 Rappel sur le fonctionnement des Interfaces d ’Entrée et Sortie Tout Ou Rien (T.O.R.) Schéma de principe : interface d ’entré 24 V Alternatif A.P.I.

76 76 Rappel sur le fonctionnement des Interfaces d ’Entrée et Sortie Tout Ou Rien (T.O.R.) Schéma de principe : interface de sortie à triac 24 V Alternatif A.P.I.