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De plus en plus précis et fiables

Guide réalisé par Christian Guyard
- De la détection pure à la mesure la plus fine, plusieurs principes sont mis en oeuvre et couvrent tous les besoins dans toutes les conditions.

La détection couvre un très large éventail d'applications. On peut vouloir simplement détecter une présence. Mais très vite on souhaite connaître plus qu'une simple "présence / absence" et mesurer une distance, un éloignement, une vitesse, délimiter des contours ou connaître des caractéristiques optiques (éclairement, contraste, couleur). On peut vouloir connaître une position latérale ou en hauteur, compter plus ou moins vite des objets sur une chaîne, vérifier un marquage, détecter un niveau de liquide ou de produits pulvérulents (par exemple la hauteur de remplissage d'une lotion de beauté ou les granulés de bois dans les installations de chauffage). L'offre actuelle de détecteurs de présence répond à toutes ces demandes !

Bien cerner les paramètres environnementaux

La difficulté viendra donc du choix du capteur et de son principe de détection et pas des limitations des produits disponibles. Mieux le cahier des charges sera défini, plus aisé sera le choix (lire p.70, les questions à se poser). Un aspect un peu particulier de la détection est la sécurité des personnes avec les barrières immatérielles délimitant un périmètre interdit. En plus des spécifications techniques, il faudra intégrer celles relevant des conditions de travail.

Un paramètre important du choix d'un détecteur est l'environnement de détection qui pourra donner lieu à des interférences de signal. Les conditions environnementales sont très diverses : atmosphère ambiante commune, température élevée ou au contraire très basse, atmosphère raréfiée, gaz particulier ou périmètre Atex, poussières... De cette pluralité de conditions dépendra le choix d'un principe de détection. Un autre facteur influant le choix du principe de détection est la nature des matériaux et des surfaces constituant les objets à détecter.

La qualité de l'installation est primordiale

Le besoin de détection peut être exprimé dès la conception d'une installation ou d'une machine ou au long de la vie de l'équipement. Dans le premier cas, la manière d'installer le détecteur et son câblage reste large. Selon le principe mis en oeuvre, le détecteur est plus ou moins volumineux. Pour prendre encore moins de place, notamment pour de la détection très proche, il est tentant de l'intégrer complètement dans l'équipement, on parle alors de montage noyé. C'est particulièrement le cas des détecteurs inductifs lorsque la face active du détecteur est placée à hauteur du support. Il faut alors faire très attention au matériau entourant. Cette remarque sur la qualité de l'installation vaut pour la plupart des détecteurs : l'information retirée dépend d'abord de la qualité de l'installation et du bon réglage du détecteur (champ couvert, distances, seuil de détection). Certains constructeurs attachent beaucoup d'importance à la standardisation des dimensions de leurs capteurs ce qui simplifie le travail des concepteurs d'équipement et du personnel de maintenance lorsqu'il faut procéder à des changements.

Si le détecteur est installé sur une machine existante les contraintes géométriques pourront être déterminantes. La plupart des constructeurs de capteurs apportent un soin particulier aux accessoires de montage et aux possibilités de connexion du détecteur pour placer le dispositif au mieux et de manière pérenne. En matière d'encombrement, les capteurs optiques ont un avantage décisif sur tous les autres principes : la possibilité de véhiculer le signal par une fibre peu encombrante et surtout de déporter la partie détection de celle du traitement du signal. Ceci a pour principal avantage de soustraire le détecteur à des environnements trop agressifs ; en cas de problème il suffit de changer une fibre. Les autres principes de détection ne sont pas en reste : entre astuce de conception et utilisation de matériaux résistants, tous les indices de protection sont couverts jusqu'au plus exigeant (IP 67). Les constructeurs mettent également en exergue la qualification Atex pour leurs matériels.

Le développement des logiciels de gestion de production pousse à récupérer un maximum d'informations au plus près du fonctionnement et les détecteurs de proximité n'échappent pas à cette tendance lourde. D'où le développement d'un nouveau standard de communication IO-Link issu du regroupement de nombreux fabricants de capteurs et d'équipements d'automation notamment au sein de Profibus.

Les détecteurs offrent des performances améliorées

Les premiers produits IO-Link font leur apparition depuis quelques mois. Une demande de normalisation relative à cette spécification est en cours à la CEI. C'est non seulement l'homogénéité des informations et de leur remontée qui est en jeu mais aussi les coûts induits par l'installation des dispositifs, les coûts d'intégration au système sans oublier les coûts de maintenance. Siemens a été pionnier avec le développement de IQ Sense pour l'intégration intelligente des détecteurs dans les automatismes. Depuis un pupitre de contrôle, l'opérateur peut ainsi descendre jusqu'au capteur individuel, ce qui facilite la maintenance en cas de dysfonctionnement puisque chaque voie est individualisée. S'il faut changer un détecteur, les paramètres enregistrés sont chargeables dans le nouveau capteur pour le reconfigurer immédiatement.

Sur les principes de détection eux-mêmes, il n'y a pas eu d'innovation au sens d'un nouveau principe. En revanche, pour tous les principes (sauf le contact, très basique) les progrès de la microélectronique et des logiciels (maîtrise du signal tant à l'émission qu'à la réception et au traitement) poussent les performances des détecteurs. Ceci grâce à la résolution temporelle (grande précision des bases de temps) à la discrimination de signaux dans un bruit de fond, à la résolution optique (niveau de gris, longueurs d'ondes) et sonore (fréquence de 80 à 500 kHz). Ainsi un détecteur qui fournissait auparavant une information binaire, peut avoir aujourd'hui plusieurs seuils de détection et fournir ainsi une information plus riche, accéder à des fonctions impossibles auparavant.

L'ESSENTIEL

- Ils détectent toutes sortes d'objets et matériaux y compris transparents, pulvérulents ou liquides. - Ils se jouent des distances, de la fraction de millimètre à plusieurs dizaines de mètres. - Ils s'intègrent de plus en plus dans les réseaux d'entreprise pour rendre la détection plus cohérente, tracée et fiable. - Ils sont conformes aux normes RoHS et Atex.

Six grands principes de détection

1. CONTACT Le plus ancien principe. Le déplacement du palpeur entraîne l'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique. Rustique et simple, il garde des créneaux d'application. 2. ULTRASONS Un émetteur envoie un signal ultrasonore, réfléchit par l'objet à détecter. Sans contact, avec très peu d'interférences, peu sensible aux variations d'environnement, il est très polyvalent. 3. OPTIQUE Principe basé à l'origine sur la cellule photoélectrique répondant à la lumière. Les fantastiques progrès de l'électronique et l'arrivée des lasers ont ouvert de nombreuses variétés d'applications avec une constante, la précision de l'information obtenue (distance, longueur d'onde, intensité). 4. CAPACITIF La détection s'effectue par la variation de capacité d'un condensateur électrique dont la valeur est affectée par la constante diélectrique de l'objet. Réservé à la détection très proche. 5. INDUCTIF Ce type de détecteur s'adresse aux matériaux métalliques. D'office, ce principe sélectionne le type d'objets à détecter et supprime certaines interférences avec d'autres objets. 6. MAGNÉTIQUE Détection passive liée à la présence d'un aimant placé délibérément sur l'objet à détecter et plus généralement celle d'un objet aimanté.

LES CRITÈRES DE CHOIXLES QUESTIONS À SE POSER

- Que veut-on détecter ? Le simple passage d'un objet, la proximité, la présence dans une zone ? Veut-on mesurer une distance, une vitesse de déplacement, contrôler une couleur, un contraste ? S'agit-il de corps solides ou de pulvérulents voire des liquides ? - Dans quel volume ou à quelle distance ? Barrière de sécurité, détection d'intrusion sur un périmètre, présence ou non d'un objet sur une bande transporteuse, passage d'une pièce à une fraction de millimètre : l'éventail est large. Dans l'intervalle ou le volume de détection, il existe peut-être des sources de perturbations à prendre en compte. - A quelle fréquence ? Présence sporadique ou au contraire un défilement rapide et régulier avec comptage des objets ? Voir la fréquence et l'hystérésis de commutation du dispositif. - Où doit remonter l'information ? Qu'il s'agisse de mesure de sûreté (intrusion), de sécurité au travail (danger de machine) ou de suivi de production, l'information remonte à différents niveaux. Elle peut rester locale (sécurité machine isolée) ou au contraire entrer dans le système général d'information de l'usine. Les standards de communication et leur compatibilité doivent être pris en compte.

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