Historie enkodérů

Enkodéry jsou klíčovými senzory v moderních systémech průmyslového řízení a automatizace. Jejich původ sahá do 40. let 20. století, kdy vznikly jako mechanické úhlové převodníky. Díky pokroku v elektronice, optice, komunikaci a MEMS se z enkodérů staly multifunkční platformy s přesností na nanometr, inteligentní komunikací a samočinnou diagnostikou.

1940–1960: První prototypy a mechanická éra

• Ve 40. letech vyvinuli němečtí a britští inženýři kartáčové rotační převodníky pro měření úhlového posunu v oblasti radarů a letecké navigace.
• V roce 1947 představily Bellovy laboratoře v USA koncept převodu mechanického úhlu na elektrické pulzy – předchůdce enkodérového disku.
• Na počátku 50. let byly zavedeny první mechanické enkodéry využívající kontaktní kartáče a přepínací signály.
• Typicky generovaly Grayův kód, používaný v raných vojenských dálkoměrech a analogových počítačích.

Hlavní rysy:

• Plně mechanický kontakt, náchylný k opotřebení
• Výstup signálu byl přepínací nebo analogové napětí
• Omezené použití, především ve vojenském výzkumu

1970–1980: Nástup optických a inkrementálních enkodérů

• V roce 1971 uvedla americká firma BEI první optický inkrementální enkodér, který změnil průmysl.
• Difrakční kotouče z plastu nebo skla obsahovaly vyleptané proužky – světlo procházející těmito proužky bylo detekováno fotodiodami.
• V roce 1974 přidala německá firma Heidenhain kanál Z (nulový impuls) pro referenci počátku.
• V roce 1976 představila japonská firma Koyo Electronics průmyslové inkrementální enkodéry pro CNC systémy.

Inovace:

• Bezkontaktní snímání prodloužilo životnost a zvýšilo spolehlivost
• Standardní rozhraní TTL a HTL
• Rozlišení až 1000–5000 PPR

1990: Absolutní enkodéry a digitální řízení

• V letech 1989–1992 uvedli evropští výrobci jako Baumer a Heidenhain jednootáčkové absolutní enkodéry s paralelním výstupem polohy.
• V roce 1993 vyvinula společnost SICK Stegmann víceotáčkový enkodér s převodovým počítadlem nebo magnetickým snímáním.
• SSI (Synchronous Serial Interface) se stal běžným sériovým standardem (Hubner, Německo).
• Objevily se programovatelné enkodéry s možností nastavení rozlišení a směru.

Technologické pokroky:

• Udržení pozice po výpadku napájení
• Integrované ASIC čipy pro miniaturizaci
• Vyšší odolnost proti rušení

2000: Fieldbus, Ethernet a integrace systémů

• Enkodéry přijaly průmyslové sběrnice: CANopen, Profibus, DeviceNet.
• Průmyslové Ethernet protokoly jako EtherCAT, Profinet a EtherNet/IP se staly standardem.
• V roce 2005 uvedla japonská firma Tamagawa rotační enkodéry s certifikací SIL2 pro výtahy a robotiku.
• Integrace funkcí jako teplotní kompenzace, digitální filtrace a samočinná diagnostika.

Hlavní trendy:

• Komunikace po síti nahradila tradiční pulzní výstupy
• Rozlišení přes 30 bitů
• Hot-plug, online konfigurace, vzdálené aktualizace

2010–současnost: Chytré enkodéry, mikro sady, bezdrátové

• Chytré enkodéry podporují Bluetooth, IO-Link a průmyslové Wi-Fi pro obousměrnou komunikaci s PLC nebo cloudem.
• Magnetické enkodérové sady pro koboty, AGV a drony s průměry od 12 mm a váhou pod 10 g.
• Vysokorozlišující magnetické lineární enkodéry (např. Renishaw, RSF) pro submikronovou přesnost v polovodičovém průmyslu.
• Hybridní senzory s vizuálním rozpoznáváním a integrovanými IMU pro kompletní 6DOF pohybová data.

Výhled do budoucna

1. Inteligence + Edge computing: vestavěné procesory pro prediktivní údržbu a AI.
2. Multisenzorické snímání: integrace s teplotními, točivými a zrychleními senzory.
3. Softwarově definované enkodéry (SD-E): vzdálené nastavení parametrů a diagnostiky.
4. Ekologický design: nízká spotřeba, bezkontaktní materiály, modulární konstrukce.
5. Optimalizace dodavatelského řetězce: důraz na lokální výrobu mřížek, čipů a protokolů.

Závěr

Vývoj enkodérů odráží proměnu průmyslu – od analogového ke digitálnímu, od centralizovaného k inteligentnímu. Od vojenského původu po široké civilní využití nabízejí enkodéry hluboký pohled do technického pokroku a připravují cestu k budoucím senzorickým technologiím.