Kodargivarnas historia

Kodargivare är avgörande sensorer i moderna industriella styr- och automationssystem. De har sitt ursprung på 1940-talet, först som mekaniska vinkelomvandlare. Med utvecklingen inom elektronik, optik, kommunikation och MEMS har kodargivare utvecklats till multifunktionella plattformar med nanometernivåns precision, intelligent kommunikation och självdiagnostik.

1940-talet–1960-talet: Tidiga prototyper och den mekaniska eran

• På 1940-talet, drivet av militär radar och flygnavigeringsteknik, utvecklade tyska och brittiska ingenjörer roterande borstmätare för att mäta vinkelavvikelse.
• År 1947 föreslog Bell Labs i USA konceptet att omvandla mekanisk vinkel till elektriska pulssignaler – en prototyp till kodarskivan.
• I början av 1950-talet introducerades de första mekaniska kodargivarna, vilka använde borstkontaktprincipen för att utlösa brytarsignaler via roterande kontakter.
• Dessa kodargivare levererade ofta Gray-kod, använd i militära avståndsmätare och analoga datorer.

Nyckelfunktioner:

• Full mekanisk kontakt, känslig för slitage och instabila signaler
• Signalutgång var brytbaserad eller analog spänning
• Mycket begränsad användning, främst i försvarslaboratorier

1970-talet–1980-talet: Optiska och inkrementella kodare tar fart

• År 1971 lanserade BEI Precision Instruments (USA) den första kommersiella optiska inkrementella kodaren, vilket revolutionerade branschen.
• Gitterdiskar av plast eller glas med etsade linjer lät ljus passera till fotodioder och genererade A/B-pulssignaler.
• År 1974 lade tyska Heidenhain till Z-kanalen (nollpuls) för referenspunkt.
• År 1976 släppte japanska Koyo Electronics industriella inkrementella kodare, vilket möjliggjorde spridning i CNC-system.

Innovationer:

• Kontaktlös avkänning förbättrade livslängd och tillförlitlighet
• Standardiserade TTL- och HTL-gränssnitt uppstod
• Upplösning ökade till 1000–5000 PPR

1990-talet: Absoluta kodare och den digitala kontrollens uppsving

• Från 1989 till 1992 lanserade europeiska tillverkare som Baumer och Heidenhain envarvs absoluta kodargivare, med flerbanediskar och fotodetektorer för parallell positionsdata.
• År 1993 utvecklade SICK Stegmann (Tyskland) flervarvs absoluta kodare med växlar eller magnetisk avkänning för rotationsräkning.
• SSI (Synchronous Serial Interface) blev standard för seriell kommunikation, främjad av Hubner (Tyskland).
• Programmerbara kodargivare möjliggjorde inställning av upplösning och riktning via mjukvara.

Tekniska genombrott:

• Kodare behöll position efter strömavbrott (absolut värdelagring)
• Integrerade ASIC-chips möjliggjorde miniatyrisering och högre integration
• Förbättrad tillförlitlighet och störningsimmunitet

2000-talet: Fältbuss, Ethernet och systemintegration

• Kodare började använda industriella fältbussprotokoll: CANopen (CiA 406), Profibus, DeviceNet – anpassade för nätverk med flera noder.
• Nya industriella Ethernet-protokoll som EtherCAT (Beckhoff), Profinet (Siemens) och EtherNet/IP (Rockwell) blev standard för högpresterande styrning.
• År 2005 släppte japanska Tamagawa roterande kodare med SIL2-certifierad redundans, använd i hissar, robotar och järnvägssystem.
• Kodare började inkludera temperaturkompensation, digital filtrering och självdiagnostik – en övergång mot intelligenta sensorer.

Viktiga trender:

• Nätverkskommunikation ersätter traditionell pulskabeldragning
• Flervarvsupplösning över 30 bitar
• Stöd för hot-plug, online-konfiguration och fjärruppdatering

2010-talet till idag: Smarta kodare, mikropaket och trådlöst

• Smarta kodargivare stöder Bluetooth, IO-Link och industriell Wi-Fi, med tvåvägskommunikation mot PLC eller molnplattformar.
• Magnetiska kodarpaket utvecklades för samarbetsrobotar (Cobots), AGV:er och drönare, med diametrar ner till Φ12 mm och vikt under 10 g.
• Magnetiska linjära kodare med hög upplösning (ex. Renishaw, RSF) används inom halvledarindustrin, med submikron till nanometers precision.
• Hybridgivare som kombinerar visuell avkänning och integrerade IMU:er blir vanligare, med fullständig 6-DOF rörelsedata.

Framtida trender

1. Intelligens + Edge Computing: Kodare med inbyggda processorer för databehandling, prediktivt underhåll och edge-AI.
2. Multidimensionell sensorfusion: Integrering med temperatur-, IMU-, moment- och accelerationssensorer för omfattande rörelsedetektion.
3. Programvarudefinierade kodare (SD-E): Fjärrkonfiguration av upplösning, riktning, kommunikationsprotokoll och diagnostik.
4. Grön energidesign: Låg strömförbrukning, friktionsfria material och modulär installation prioriteras.
5. Global optimering av leveranskedjan: Nationer stärker lokala kapaciteter inom gitter, specialchip och kommunikationsprotokoll.

Slutsats

Kodargivarnas utveckling speglar industrins bredare omvandling – från analogt till digitalt, från centraliserat till intelligent och från slutna till öppna system. Ursprungligen för militära syften har kodare blivit oumbärliga i civila industrier. Att förstå deras historia ger insikt i deras tekniska kärna och hjälper oss att förbereda oss inför framtidens industriella avkänning.