Capteurs inductifs : tout sur les détecteurs de proximité inductifs dans l’industrie

Les capteurs inductifs sont certainement les capteurs les plus répandus dans l’industrie. On peut sans mentir les compter par millions dans tous les secteurs. Ils détectent les objets métalliques sans contact et se caractérisent par une longue durée de vie et une robustesse exceptionnelle. C’est pour cette raison qu’ils sont utilisés en production industrielle pour automatiser les processus de fabrication. Disponibles en différentes versions de commutation, de formes de boîtiers et de matériaux, ils conviennent à de multiples usages et s’adaptent à toutes les configurations d’applications et de machines, de la plus simple à la plus exigeante.

Définition du capteur inductif

Appelés également détecteurs de proximité, les capteurs inductifs sont généralement utilisés pour la mesure de position ou de vitesse, ou plus simplement pour de la détection de présence. Ils utilisent les propriétés du courant électrique alternatif qui génère un champ électromagnétique oscillant.

Fonctionnement du capteur inductif

Les détecteurs de proximité inductifs fonctionnent de la manière suivante :

1. Les capteurs inductifs sont équipés à leur face avant d’un oscillateur.
2. Quand un objet métallique (donc conducteur) vient à proximité de ce champ magnétique, celui-ci se modifie. C’est ce qu’on appelle un courant d’induction (ou courant induit).
3. Plus l’objet est près de la source du champ magnétique, plus l’amplitude des oscillations diminuent. À partir d’un certain seuil, un signal de sortie est généré et le capteur commute, indiquant donc la présence de l’objet métallique.
4. Selon le seuil paramétré dans le capteur, il est possible de connaître la distance à laquelle se situe l’objet métallique détecté.

Exemple de l'usinage d'un tube métallique en acier

Dans l’automatisation industrielle, prenons l’exemple de l’usinage d’un tube métallique en acier. Prenons l’exemple d’un capteur qui a une portée moyenne de 6mm sur une cible acier. Si le tube n’est pas assez près, l’usinage ne peut pas commencer. Mais une fois à la bonne position, le détecteur de proximité commute et déclenche le démarrage du processus.

Quels sont les usages du capteur inductif ?

Leur fiabilité étant reconnue, les capteurs inductifs sont essentiellement utilisés pour la détection de position des pièces de machines (cames, butées, ...) ou encore le comptage d'objets métalliques. En usage détection de présence (détecteur de proximité), ils peuvent aussi gérer le déclenchement d’un processus, dès lors que l’objet est détecté. On trouve des capteurs inductifs dans les machines-outils, les machines destinées à l’industrie textile, l’industrie automobile, dans les lignes d’assemblage, etc. Comme ils sont robustes, on peut les installer dans des environnements difficiles (vibrations, chocs, changement de températures, poussières…).

Une caractéristique importante de ce type de capteur est sa fréquence de commutation. C’est le nombre de changement d’état qu’un capteur inductif peut réaliser par seconde. Cette valeur se compte généralement en centaines. Par conséquent, ces capteurs conviennent à des processus de production rapides (pièces qui défilent rapidement par exemple) ou à des surveillances en temps réel.

Sans contact, donc pas d’usure

La première caractéristique du détecteur de proximité tient à son principe de fonctionnement, la détection sans contact. Il permet donc de détecter des objets fragiles ou fraîchement peints par exemple. Cette propriété limite aussi l’usure du capteur et préserve l’intégrité des matériaux détectés.

Par exemple, pour détecter la fin d’un rouleau de film de protection dans l’agroalimentaire, une bande adhésive métallique est apposée avant la fin du film pour indiquer à l’opérateur le changement de rouleau imminent. Cette méthode, alternative à la détection du diamètre de rouleau, est simple et fiable pour automatiser l’alimentation en film. Ce procédé sans contact n’abîme pas le matériau détecté.

Robustesse, sans pièce mécanique mobile

Les bobines qui constituent l’oscillateur du capteur sont insensibles aux vibrations mécaniques, aux variations de température ou aux effets de l'humidité. De fait, les capteurs inductifs sont robustes et résistants aux conditions ambiantes difficiles impliquant des contraintes mécaniques et chimiques importantes.

Sur quelles caractéristiques choisir un capteur inductif ?

Petit ou grand, cylindrique ou parallélépipédique, en acier inoxydable ou plastique : les détecteurs de proximité inductifs sont disponibles sous de multiples versions.

Les choix se détermineront selon vos applications industrielles et contraintes : les caractéristiques mécaniques de la machine, les besoins de détection (type de métal, vitesse, type de processus), les conditions d’utilisation, etc.

Les principales caractéristiques de choix portent donc sur :

Formes de boîtiers :

• capteurs inductifs cylindriques : différents diamètres disponibles (plus le diamètre est grand, plus la surface de détection est grande), et différentes longueurs (ultra-court à standard). Ils sont souvent faciles à installer, un simple trou fileté et ils sont fixés.
• capteurs inductifs parallélépipédiques : ils présentent souvent une face active plus large que les formats cylindriques, donc une plus grande surface de détection. Les boîtiers cubiques présentent aussi l’avantage d’être plus courts, donc plus adaptés dans certaines configurations mécaniques.

Montage : 

• en version capteurs inductifs noyable - affleurant ou non sur le support de fixation. Les versions noyables ne permettent pas la détection sur les côtés
• en version capteurs inductifs non-noyable – dépassent du support de fixation. Ces versions autorisent un champ de détection sur la périphérie. Pratique quand on a des incertitudes sur la position d’arrivée de l’objet à détecter.

D’autres types de montage moins courants existent également : Quasi-noyable et sur-noyable. Ces adaptations sont utiles pour les configurations mécaniques spécifiques.

Distances de commutation (portée) :

Le matériau de la cible est crucial pour choisir la portée nécessaire du capteur. Pour information, l’acier zingué a la plus longue portée de détection. Tous les autres matériaux réduisent la portée de détection ! Les détecteurs inductifs de proximité les plus puissants peuvent aller jusqu’à 60 mm.

Commutation :

Ils sont disponibles en différents types de sorties, PNP ou NPN ; en version électrique de CC 2 à 4 fils ; analogique, contact NF, contact NO, OSSD.

Matériau / Indice de protection :

en acier, acier inoxydable, plastique, d’un seul bloc, encapsulé dans de la résine, IP65 à IP69K… ces caractéristiques permettent de choisir le niveau de résistance du capteur à son environnement, quand il peut être fortement exposé (en contact avec huiles, lubrifiants réfrigérants et produits de nettoyage…)

Plage de températures :

Bien que globalement insensibles aux variations de températures, certaines conceptions d’inductifs sont davantage adaptées à des amplitudes de températures élevées.

Interface de communication :

Certains détecteur de proximité inductifs sont équipé d’IO-Link ce qui dote le capteur de fonctionnalités avancées (visualisation réglage, diagnostic…)

Détecteurs de proximité inductifs SICK : du standard au plus pointu

Chez SICK, les capteurs inductifs existent en une très large variété de versions. De la plus simple à la plus perfectionnée. Avec la toute dernière technologie ASIC, les détecteurs SICK offrent la plus grande précision et la meilleure fiabilité. Avec IO-Link, des possibilités de diagnostic avancées et des fonctionnalités intelligentes sont aussi possibles directement dans le capteur et non plus au niveau du système de commande PLC. Ceci simplifie les maintenances prédictives et réduit les temps d’immobilisation de la machine.

Capteurs inductifs standards

Grâce à la triple distance de commutation, même les capteurs les plus compacts atteignent des portées de plusieurs centimètres. Cela permet d’économiser de l’espace d’installation de la machine et de réduire le risque de dommages mécaniques en raison d’une plus grande distance de détection. On gagne ainsi en disponibilité machine. Ils sont également plus stables. La gamme des capteurs inductifs cylindriques IMx et cubiques IQB proposent cette caractéristiques.

Capteurs inductifs de sécurité

En tant que capteur de position, les capteurs inductifs peuvent jouer le rôle d’interrupteurs de sécurité. Compacts, ils jouent un rôle décisif dans la surveillance sûre de position, par exemples dans les applications de véhicules sans conducteur (AGV/AMR). Petits, ils s’intègrent facilement et ont un niveau de sécurité jusqu’à PL e. La gamme IME2S est en version cylindrique et les IQB2S en version parallélépipédique.

Capteurs inductifs pour engins mobiles

Les capteurs de proximité inductifs IMS avec homologation de type E1 sont parfaitement adaptés à une utilisation dans des engins mobiles (tracteurs, camions-benne, moissonneuses-batteuses, véhicules de pompier, de ramassage des ordures…). Ils travaillent dans toutes les conditions météorologiques : protection contre les décharges, haute compatibilité électromagnétique, large plage de tension et de température, extrême robustesse et étanchéité.

Conclusion

Les capteurs de proximité inductifs sont donc des incontournables de l’automatisation et de la détection de présence dans le monde industriel. Ils ne détectent que les métaux conducteurs, mais ils se déclinent sur une grande variété de formats de boîtiers. Ils sont robustes, précis, fiables et peu onéreux. Leur portée de détection est réservée à la détection de proximité (< 80 mm) mais ils ont une fréquence de commutation élevées ce qui les rend parfaits pour des processus haute vitesse. Le choix de la portée dépendra du type de métal à détecter.

Comment rendre une machine plus intelligente avec un inductif intelligent ?

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