Geschiedenis van de encoder

Encoders vormen een essentieel onderdeel van moderne industriële controle- en automatiseringssystemen. De technologie gaat terug tot de jaren 40 van de 20e eeuw. Door de opkomst van elektronica, optica, communicatietechnologie en micro-elektromechanische systemen (MEMS) zijn encoders geëvolueerd van eenvoudige mechanische hoekomvormers tot multifunctionele meetplatformen met nanonauwkeurigheid, slimme communicatie en zelfdiagnosecapaciteiten.

1940–1960: Oorsprong en mechanisch tijdperk

• In de jaren 40, parallel aan de ontwikkeling van militaire radarsystemen en luchtvaartnavigatie, ontwikkelden Duitse en Britse ingenieurs de eerste borstelgebaseerde rotatie-omvormers om rotatiehoeken te meten.
• In 1947 introduceerde Bell Labs in de VS een concept waarbij mechanische hoeken werden omgezet in elektrische pulssignalen, een voorloper van de encoder-codeerschijf.
• Begin jaren 50 verschenen de eerste mechanische encoders, gebaseerd op borstelcontact, waarbij draaiende verbindingen schakelsignalen activeerden.
• Deze encoders gebruikten meestal Gray-code en vonden toepassingen in militaire afstandsmeters en analoge computers.

Kenmerken:

• Volledig mechanisch contact, snelle slijtage, lage signaalstabiliteit
• Signaaluitvoer in schakelvorm of analoge spanning
• Zeer beperkte toepassing, vooral in defensie-onderzoekslabs

1970–1980: Opkomst van optische encoders en incrementele technologie

• In 1971 introduceerde BEI Precision Instruments uit de VS de eerste commerciële optische incrementele encoder, wat een revolutie betekende.
• De roterende schaal werd gemaakt van transparant plastic of glas, met geëtste periodieke strepen; licht door deze strepen werd opgevangen door fotodiodes om A/B-pulssignalen te genereren.
• In 1974 integreerde het Duitse Heidenhain voor het eerst een nul-puls (Z-kanaal) in zijn encoderproducten voor referentiepositieherkenning.
• In 1976 bracht het Japanse Koyo Electronics industriële incrementele encoders op de markt, gericht op CNC-machines, wat brede acceptatie bevorderde.

Innovaties:

• Contactloze detectie verhoogt levensduur en betrouwbaarheid
• Standaard TTL- en HTL-uitgangen verschenen
• Resolutie bereikt 1000–5000 PPR

1990: Doorbraak van absolute encoders en digitale besturing

• Tussen 1989 en 1992 lanceerden Europese fabrikanten zoals Baumer en Heidenhain single-turn absolute encoders, met meerdere optische sporen en sensorarrays die parallelle positie-informatie genereerden.
• In 1993 ontwikkelde het Duitse SICK Stegmann de eerste multi-turn absolute encoder, met interne tandwielmechanismen of magnetische detectie om omwentelingen te tellen.
• In dezelfde periode werd SSI (Synchronous Serial Interface) gepromoot als standaard seriële encodercommunicatie door Hubner (Duitsland).
• Programmeerbare encoders verschenen, waarbij gebruikers resolutie en uitgangsrichting via software konden configureren.

Technologische doorbraken:

• Encoder behoudt exacte positie na stroomuitval (absolute waardeopslag)
• ASIC-integratie leidde tot miniaturisatie en hogere integratiegraad
• Betere robuustheid en immuniteit tegen interferentie

2000: Veldbussen, Ethernet en systeemintegratie

• Encoders begonnen gebruik te maken van industriële veldbuscommunicatie zoals CANopen (CiA 406), Profibus en DeviceNet, geschikt voor meernode-netwerken.
• Tegelijkertijd kwamen industriële Ethernetprotocollen zoals EtherCAT (Beckhoff), Profinet (Siemens) en EtherNet/IP (Rockwell) op, en werden ze mainstream in snelle regelsystemen.
• In 2005 bracht Tamagawa (Japan) een encoder uit met SIL2-veiligheidscertificering, voor toepassingen in liften, robots en treinbeheersystemen.
• Encoders kregen slimme functies zoals temperatuurcompensatie, digitale filtering en zelfdiagnose, en evolueerden richting slimme sensoren.

Trends:

• Netwerkcommunicatie vervangt traditionele pulslijnen
• Multi-turn absolute waarden bereikten 30 bits of meer
• Ondersteuning voor hot-swapping, online instellingen en remote updates

2010–heden: Slimme encoders, compacte kits en draadloze technologie

• Slimme encoders ondersteunen Bluetooth, IO-Link en industriële Wi-Fi en kunnen bidirectioneel communiceren met PLC’s of cloudplatforms.
• Magnetische encoderkits, geschikt voor cobots, AGV's en drones, met een diameter tot slechts Φ12 mm en gewicht <10g.
• Magnetische lineaire encoders met hoge resolutie (zoals van Renishaw, RSF) worden toegepast in halfgeleiderapparatuur met submicron- tot nanonauwkeurigheid.
• Visuele encoders en geïntegreerde IMU-sensoren ontstaan, die zes vrijheidsgraden (6-DOF) kunnen detecteren.

Toekomstperspectieven

1. Slim + edge computing: Encoders krijgen ingebouwde processors voor gegevensverwerking, voorspellend onderhoud en AI op de rand.
2. Multisensorfusie: Integratie met temperatuur-, vocht-, IMU-, koppel- en versnellingssensoren voor volledige bewegingsdetectie.
3. Softwaregedefinieerde encoders (SD-E): Gebruikers kunnen op afstand resolutie, richting, protocol en diagnose wijzigen.
4. Groen ontwerp: Lage energieconsumptie, frictieloze materialen en modulaire installatie zullen de standaard worden.
5. Lokalisering van toeleveringsketens: Wereldwijde focus op technologische onafhankelijkheid stimuleert de ontwikkeling van lokale kerntechnologieën zoals optische schalen, ASIC's en industriële protocollen.

Conclusie

De geschiedenis van encoders weerspiegelt de evolutie van industrie: van analoog naar digitaal, van centraal naar slim, van gesloten naar open. Wat begon als een militair hulpmiddel is uitgegroeid tot een alomtegenwoordige technologie in automatisering. Inzicht in deze geschiedenis helpt niet alleen bij het begrijpen van hun technische kern, maar bereidt ons ook voor op de toekomstige uitdagingen van slimme sensoren.