ประวัติของเครื่องเข้ารหัส

เครื่องเข้ารหัสเป็นเซ็นเซอร์สำคัญในระบบควบคุมและระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมสมัยใหม่ โดยมีจุดเริ่มต้นในช่วงปี 1940 ในรูปแบบตัวแปลงมุมเชิงกล และได้พัฒนาต่อเนื่องผ่านเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ ออปติก การสื่อสาร และ MEMS จนกลายเป็นแพลตฟอร์มอเนกประสงค์ที่แม่นยำระดับนาโน มีระบบสื่อสารอัจฉริยะ และความสามารถในการวิเคราะห์ตัวเอง

ทศวรรษ 1940–1960: ต้นแบบยุคแรกและยุคกลไก

• ในช่วง ทศวรรษ 1940 วิศวกรเยอรมันและอังกฤษพัฒนา เครื่องแปลงแบบแปรงหมุน เพื่อวัดการเคลื่อนที่เชิงมุม จากแรงจูงใจด้านเรดาร์และการนำทางการบิน
• ในปี 1947 Bell Labs สหรัฐอเมริกาเสนอแนวคิดแปลงมุมกลเป็นสัญญาณพัลส์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นต้นแบบของแผ่นดิสก์เครื่องเข้ารหัส
• ต้นทศวรรษ 1950 ได้มีการพัฒนา เครื่องเข้ารหัสแบบกลไก ที่ใช้การสัมผัสด้วยแปรงและวงจรสวิตช์
• ส่วนใหญ่ให้สัญญาณในรูปแบบ Gray Code สำหรับเครื่องคำนวณแบบอะนาล็อกและระบบทหารยุคต้น

ลักษณะสำคัญ:

• ระบบสัมผัสเต็มรูปแบบ เสื่อมสภาพง่าย
• สัญญาณออกเป็นพัลส์สวิตช์หรือแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อก
• ใช้งานจำกัดในห้องทดลองทางทหาร

ทศวรรษ 1970–1980: การเติบโตของเครื่องเข้ารหัสแบบออปติคอลและแบบเพิ่มค่า

• ปี 1971 BEI Precision Instruments (สหรัฐฯ) เปิดตัว เครื่องเข้ารหัสแบบเพิ่มค่าด้วยแสง เชิงพาณิชย์เครื่องแรก
• ใช้แผ่นเกรตติงพลาสติกหรือแก้วที่มีลวดลายแกะสลัก แสงที่ผ่านจะถูกตรวจจับด้วยโฟโตไดโอดเพื่อสร้างสัญญาณ A/B
• ปี 1974 Heidenhain (เยอรมนี) เพิ่ม ช่อง Z (ศูนย์) เพื่อใช้กำหนดตำแหน่งเริ่มต้น
• ปี 1976 Koyo Electronics (ญี่ปุ่น) เปิดตัวเครื่องเข้ารหัสในงานอุตสาหกรรม รองรับระบบ CNC อย่างกว้างขวาง

นวัตกรรม:

• ตรวจจับแบบไม่สัมผัส ช่วยยืดอายุการใช้งาน
• อินเตอร์เฟซ TTL และ HTL มาตรฐานเริ่มแพร่หลาย
• ความละเอียดสูงถึง 1000–5000 PPR

ทศวรรษ 1990: เครื่องเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์และยุคควบคุมดิจิทัล

• ระหว่างปี 1989–1992 ผู้ผลิตในยุโรปเช่น Baumer และ Heidenhain เปิดตัว เครื่องเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์รอบเดียว
• ปี 1993 SICK Stegmann (เยอรมนี) พัฒนา เครื่องเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์หลายรอบ โดยใช้ตัวนับเฟืองหรือการตรวจจับแม่เหล็ก
• โปรโตคอล SSI (Synchronous Serial Interface) กลายเป็นมาตรฐานที่ Hubner สนับสนุน
• เริ่มมีการใช้เครื่องเข้ารหัสที่สามารถโปรแกรมค่าได้ เช่น ความละเอียดและทิศทางผ่านซอฟต์แวร์

ความก้าวหน้าทางเทคนิค:

• บันทึกตำแหน่งแม้ปิดเครื่อง
• ใช้ชิป ASIC ขนาดเล็กลง
• ทนทานต่อสัญญาณรบกวนมากขึ้น

ทศวรรษ 2000: Fieldbus, Ethernet และการรวมระบบ

• เครื่องเข้ารหัสเริ่มรองรับการสื่อสาร Fieldbus: CANopen, Profibus, DeviceNet
• โปรโตคอล Ethernet อุตสาหกรรม เช่น EtherCAT, Profinet, EtherNet/IP ได้รับความนิยม
• ปี 2005 Tamagawa (ญี่ปุ่น) เปิดตัวเครื่องเข้ารหัสพร้อมระบบ SIL2 redundancy สำหรับลิฟต์ หุ่นยนต์ และระบบราง
• ฟังก์ชันใหม่ เช่น การชดเชยอุณหภูมิ ฟิลเตอร์ดิจิทัล และการวิเคราะห์ตัวเอง เริ่มใช้งานแพร่หลาย

แนวโน้ม:

• การสื่อสารเครือข่ายแทนสายสัญญาณพัลส์
• ความละเอียดรอบหลายรอบเกิน 30 บิต
• รองรับการเชื่อมต่อขณะทำงานและปรับแต่งระยะไกล

ทศวรรษ 2010 ถึงปัจจุบัน: เครื่องเข้ารหัสอัจฉริยะและขนาดจิ๋ว

• เครื่องเข้ารหัสอัจฉริยะ รองรับ Bluetooth, IO-Link และ Wi-Fi สำหรับสื่อสารกับ PLC หรือระบบคลาวด์
• ชุดเครื่องเข้ารหัสแม่เหล็ก สำหรับ Cobot, AGV, และ โดรน มีขนาดเล็กสุดถึง 12 มม. น้ำหนักต่ำกว่า 10 กรัม
• เครื่องเข้ารหัสเชิงเส้นแม่เหล็กความละเอียดสูง ใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ (เช่น Renishaw, RSF) ให้ความแม่นยำระดับนาโน
• เซ็นเซอร์ไฮบริดที่รวมการมองเห็นกับ IMU ให้ข้อมูลการเคลื่อนไหวแบบ 6 แกน

แนวโน้มในอนาคต

1. AI + Edge Computing: ประมวลผลข้อมูลในตัว พร้อมวิเคราะห์เชิงคาดการณ์
2. การรวมหลายมิติ: ผสานข้อมูลจากอุณหภูมิ IMU แรงบิด ความเร่ง
3. เครื่องเข้ารหัสที่กำหนดค่าด้วยซอฟต์แวร์: ปรับความละเอียด/ทิศทาง/โปรโตคอลผ่านระบบระยะไกล
4. การออกแบบประหยัดพลังงาน: ลดแรงเสียดทาน ใช้พลังงานต่ำ ติดตั้งแบบแยกส่วน
5. ท้องถิ่นของซัพพลายเชน: พัฒนาเทคโนโลยีพื้นฐานในประเทศ เช่น แผ่นเกรตติง ชิปสั่งทำ และโปรโตคอล

สรุป

การพัฒนาเครื่องเข้ารหัสสะท้อนการเปลี่ยนผ่านของอุตสาหกรรม จากระบบอนาล็อกสู่ดิจิทัล จากการควบคุมรวมสู่ระบบอัจฉริยะ ปัจจุบันเครื่องเข้ารหัสถูกใช้งานในภาคพลเรือนอย่างแพร่หลาย ความเข้าใจในประวัติของมันช่วยให้เราพร้อมรับมือกับอนาคตของการวัดและควบคุมการเคลื่อนไหวในระบบอุตสาหกรรม