A História dos Encoders

Os encoders são sensores essenciais nos sistemas modernos de controle e automação industrial. Sua origem remonta à década de 1940, surgindo como conversores angulares mecânicos. Com os avanços em eletrônica, óptica, comunicação e MEMS, os encoders evoluíram para plataformas multifuncionais com precisão em nível nanométrico, comunicação inteligente e capacidade de autodiagnóstico.

1940–1960: Protótipos iniciais e era mecânica

• Na década de 1940, impulsionados pelas tecnologias de radar militar e navegação aérea, engenheiros alemães e britânicos desenvolveram conversores rotativos com escova para medir deslocamento angular.
• Em 1947, os Laboratórios Bell (EUA) propuseram o conceito de converter ângulos mecânicos em sinais de pulso elétrico, um protótipo do disco codificador.
• No início da década de 1950, foram introduzidos os primeiros encoders mecânicos, utilizando contato por escovas para gerar sinais de chaveamento por meio de contatos rotativos.
• Esses encoders geralmente emitiam o Código Gray, usados em telêmetros militares e computadores analógicos.

Características principais:

• Contato totalmente mecânico, sujeito a desgaste e instabilidade de sinal
• Saída de sinal baseada em chaveamento ou tensão analógica
• Uso muito limitado, principalmente em laboratórios de defesa

1970–1980: Surgimento dos encoders ópticos e incrementais

• Em 1971, a BEI Precision Instruments (EUA) lançou o primeiro encoder incremental óptico comercial, revolucionando o setor.
• Discos de retícula em plástico ou vidro com listras gravadas permitiam a passagem da luz, detectada por fotodiodos para gerar sinais de pulso A/B.
• Em 1974, a empresa alemã Heidenhain adicionou o canal Z (pulso de referência) para definição de origem.
• Em 1976, a japonesa Koyo Electronics lançou encoders incrementais industriais, promovendo seu uso em sistemas CNC e popularizando a tecnologia.

Inovações:

• Detecção sem contato aumentou a vida útil e confiabilidade
• Interfaces de saída padrão TTL e HTL
• Resoluções alcançavam 1000–5000 PPR

1990: Encoders absolutos e a era do controle digital

• Entre 1989 e 1992, fabricantes europeus como Baumer e Heidenhain lançaram encoders absolutos de volta única, com discos multifaixa e fotodetectores para gerar dados de posição em paralelo.
• Em 1993, a SICK Stegmann (Alemanha) desenvolveu encoders absolutos multivoltas, usando engrenagens de contagem ou sensores magnéticos.
• O SSI (Interface Serial Síncrona) tornou-se padrão serial promovido pela Hubner (Alemanha).
• Encoders programáveis foram introduzidos, permitindo configuração de resolução e direção via software.

Avanços técnicos:

• Retenção da posição mesmo após perda de energia (armazenamento absoluto)
• Chips ASIC integrados permitiram miniaturização e maior integração
• Maior confiabilidade e imunidade a ruídos

2000: Fieldbus, Ethernet e integração de sistemas

• Encoders adotaram comunicação via fieldbus industrial: CANopen (CiA 406), Profibus, DeviceNet, ideais para redes multinodo.
• Protocolos emergentes de Ethernet industrial, como EtherCAT (Beckhoff), Profinet (Siemens) e EtherNet/IP (Rockwell), tornaram-se padrão no controle em alta velocidade.
• Em 2005, a japonesa Tamagawa lançou encoders rotativos com redundância certificada SIL2, usados em elevadores, robôs e sistemas ferroviários.
• Encoders começaram a integrar compensação de temperatura, filtragem digital e autodiagnóstico, avançando para sensores inteligentes.

Tendências principais:

• Comunicação em rede substituindo fiação de pulso tradicional
• Resolução multivoltas ultrapassando 30 bits
• Introdução de hot-plug, configuração online e atualizações remotas

2010 até hoje: Encoders inteligentes, micro kits e comunicação sem fio

• Encoders inteligentes passaram a oferecer suporte a Bluetooth, IO-Link e Wi-Fi industrial, permitindo comunicação bidirecional com CLPs ou plataformas em nuvem.
• Kits de encoders magnéticos surgiram para robôs colaborativos (Cobots), AGVs e drones, com diâmetros a partir de Φ12 mm e peso inferior a 10g.
• Encoders lineares magnéticos de alta resolução (ex: Renishaw, RSF) atendem dispositivos semicondutores com precisão submicrométrica até nanométrica.
• Sensores híbridos combinando reconhecimento visual e IMUs integradas estão em ascensão, oferecendo dados de movimento com 6 DOF completos.

Perspectivas futuras

1. Inteligência + Computação de Borda: Encoders com processadores internos para pré-processamento de dados, manutenção preditiva e IA embarcada.
2. Sensoriamento multidimensional: Integração com sensores de temperatura, IMU, torque e aceleração para detecção de movimento abrangente.
3. Encoders definidos por software (SD-E): Configuração remota de resolução, direção, protocolos de comunicação e diagnóstico.
4. Design sustentável: Baixo consumo de energia, materiais sem atrito e instalação modular como prioridades crescentes.
5. Otimização da cadeia de suprimentos: Com a demanda por soberania tecnológica, países investem em produção local de retículas, chips customizados e protocolos.

Conclusão

A evolução dos encoders reflete a transformação industrial – do analógico ao digital, do centralizado ao inteligente, do fechado ao aberto. Com raízes em aplicações militares, tornaram-se onipresentes na indústria civil. Conhecer sua história é entender sua essência técnica e se preparar para o futuro da detecção industrial.