LVDT VS ACANTO

Les palpeurs sont des instruments de base dans de nombreux laboratoires de métrologie et sur les lignes d'assemblage. Ils offrent un moyen rapide, facile et peu coûteux pour déterminer si une pièce dépasse les tolérances de fabrication. Les palpeurs HEIDENHAIN et les palpeurs LVDT (Linear Variable Differential Transformers) sont deux systèmes de mesure que l'on retrouve fréquemment dans de nombreux appareils de contrôle. Bien que les palpeurs LVDT et les palpeurs HEIDENHAIN soient utilisés dans le même but, leur principe de fonctionnement reste fondamentalement différent.

LVDT PrincipePrincipe de mesure des palpeurs LVDT

Les palpeurs LVDT fonctionnent selon un principe de mesure inductif. La loi de Faraday sur l'induction électromagnétique établit que la tension induite dans un circuit varie lorsqu'il y a variation du flux magnétique à travers ce circuit. Dans une bobine, cette variation est proportionnelle à son nombre de spires. Un palpeur LVDT est constitué d'un enroulement primaire et de deux enroulements secondaires avec un noyau ferromagnétique situé au centre. Une tension alternative alimente la bobine primaire qui génère un champ magnétique. Ce champ magnétique engendre un flux magnétique qui dépend de la résistance magnétique de la bobine et de la position du noyau. Selon la position du noyau, le flux magnétique entre l'enroulement primaire et les enroulements secondaires varie entraînant une variation de la tension induite. Les enroulements secondaires sont déphasées de 180° par rapport au centre de sorte que la tension de sortie du LVDT est la différence entre les tensions individuelles des bobines secondaires Cette tension est nulle au centre des deux enroulements. De petites variations de la position du noyau engendrent des tensions de sorties différentes, qui peuvent être interprétées en tant que valeurs de positions. Parce que les différents niveaux de tension peuvent être rapportés à différentes valeurs de positions, la sortie d'un palpeur LVDT est absolue. Dès la mise sous tension du palpeur LVDT, celui-ci fournit une valeur de mesure absolue.

Optique PrincipePrincipe de mesure des palpeurs optiques HEIDENHAIN

Les palpeurs incrémentaux HEIDENHAIN (SPECTO, METRO, CERTO), fonctionnent selon un principe de balayage optique. Chaque palpeur dispose un petit étalon de mesure de longueur connue constitué d'une règle en verre ou en céramique de verre. Cette règle contient des graduations précises en métal dont la valeur d'incrément est connue. Une lumière est présentée à travers un réticule comportant une graduation identique à celle de l'étalon, cette lumière traverse la règle graduée en verre pour atteindre une photodiode. En fonction du mouvement du palpeur, les graduations de la règle et celles du réticule commencent à se chevaucher bloquant partiellement la lumière qui atteint la photodiode. Lors du mouvement du palpeur, la lumière est alternativement occultée puis révélée à la photodiode. La photodiode convertit cette variation d'intensité lumineuse en un signal de sortie sinusoïdale dont la période est une valeur connue, déterminée par l'écart physique entre les graduations de la règle (pas de gravure). Une marque de référence doit être franchie afin d'initialiser la valeur de mesure. Cette technologie de mesure, couplée à une grande précision de gravure, permet de réaliser des mesures très précises et d'une extrème efficacité sur de petits pas de mesure.

Parce que les mesures sont basées sur un étalon physique (règle disposant d'une gravure très précise), les palpeurs HEIDENHAIN sont très résistants aux vibrations et aux chocs et ont un comportement thermique complètement défini. Les varitions de pression atmosphérique ou d'humidité relative n'ont aucune influence sur la précision de la mesure. En outre, la règle étant balayée par de la lumière, l'étalon de mesure ne souffre d'aucun contact physique pouvant occasionner une usure quelconque.

Cette différence fondamentale de technologie entre les palpeurs LVDT et les palpeurs optiques HEIDENHAIN conduit à plusieurs différences de fonctionnement. Parce que la mesure par palpeur optique repose sur un étalon physique (règle graduée) la sortie de ce palpeur est une distance réelle dont la précision est à l'image de la précision de la gravure. En revanche, la sortie d'un palpeur LVDT est un niveau de tension qui doit être rapporté à une distance. Cela est obtenu par un processus d'étalonnage min/max visant à associer deux distances différentes à deux niveaux de tension différents.

L'afficheur ou dispositif d'acquisition auquel est relié le palpeur LVDT doit être en mesure d'extrapoler d'autres mesures en s'appuyant sur un étalonnage min/max. De plus, la technologie LVDT s'appuyant sur le principe de l'induction, la tension de sortie n'est pas linéaire sur toute la course de mesure. Les fabricants de palpeurs LVDT tentent de fabriquer des bobines secondaires enroulées aussi étroitement que possible afin d'augmenter la plage de linéarité de leurs palpeurs. Mais les extrémités seront toujours non-linéaires et donc inutilisables. La principlae différence entre palpeurs LVDT et palpeurs optiques reste néanmoins la nécessité de recalibration (ré-étalonnage). Les changements de température modifient la résistance des fils composants les bobines. Cette variation de résistance entraîne une modification de la tension de sortie créant une erreur de mise à l'echelle de la valeur de position necessitant une recalibration. Rien que le fait d'alimenter le palpeur LVDT entraîne l'échauffement des bobines. Les palpeurs HEIDENHAIN ACANTO, SPECTO, METRO, CERTO, tirent leur précision d'un étalon physique et ne necessitent donc pas de recalibration ou d'opérations de maintenance visant à garantir leur précision sur le long terme. La précision des palpeurs HEIDENHAIN est valable sur toute leur étendue de mesure alors que celle des palpeurs LVDT dépend de leur position de mesure.

LVDT Non Linearite

Jusqu'à ce jour, une autre différence entre les palpeurs LVDT et les palpeurs à technologie optique HEIDENHAIN résidait dans le fait que les palpeurs LVDT délivrent une mesure absolue alors que les palpeurs HEIDENHAIN nécessitaient une prise de référence (mesure incrémentale) avant de démarrer les mesures. Cette lacune est aujourd'hui levée par la mise sur le marché des palpeurs absolus HEIDENHAIN ACANTO, ces palpeurs reposent toujours sur un procédé de mesure optique, mais l'étalon de mesure dispose désormais d'une grille codée permettant la formation d'une valeur de mesure absolue dès la mise sous tension du palpeur. Chaque position de l'étalon de mesure est représentée par un code unique permettant d'obtenir une valeur de position dès la mise sous tension.

Principe mesure absolue

La plupart des défauts des palpeurs LVDT peuvent être maitrisés en disposant d'un environnement stable et en procédant à des étalonnages périodiques. Les palpeurs optiques sont bien plus efficaces, particulièrement sur des courses plus importantes. Les plapeurs LVDT sont quant à eux plus compacts. Les deux systèmes de mesure ont leurs avantages et inconvénients et ceux -ci doivent être pris en compte lors de la conception. Dans certains cas, les palpeurs LVDT sont la réponse appropriée, dans d'autres une mesure basée sur un étalon physique ne nécessitant pas d'étalonnage périodique et stable en température justifie l'utilisation des palpeurs HEIDENHAIN.

Inspiré d'un article de Marc Tian, Spécialiste produit HEIDENHAIN