FANUC编码器是增量式还是绝对式的？

说到编码器，用户最关心的是其分辨率（ppr，脉冲/转）了，在数控机床上还要考虑满足运动轴的分辨率（如0.001mm/脉冲）。

对于增量式编码器，提高分辨率最直接的办法是增加码盘上的刻线数，但是在直径不足50mm的玻璃盘上刻数千条线，显然不是容易的事。于是数控系统内部采用倍频电路，通过参数设置（DMR）来满足要求。

而对于绝对式编码器，要提高分辨率，就要增加码道或采用多圈结构，也比较复杂，成本也高。但绝对式编码器的好处是显而易见的，无论机床厂家还是机床用户都十分喜欢。

这样结构简单、分辨率高、成本适中、又具备绝对式编码器优点的编码器在哪里？欸，此刻FANUC横空出世了！

FANUC编码器在数控机床上十分醒目—每台FANUC伺服电机都戴着的那个红帽子，如图1、2所示。

图1 配置FANUC数控系统的多功能机床

表1列出了几种FANUC伺服电机内装编码器，型号中带字母“A”的表示绝对式编码器（Absolute），带字母“I”的表示增量式编码器（Incremental）。

表1  FANUC公司生产的编码器      

FANUC的编码器技术有什么特点呢？

1

 内部含SIN/COS信号细分电路

我们从表1注意到FANUC编码器分辨率出奇得高，且是2的幂次方。例如，中国大陆常用的β128iA，它竟然是分辨率为131072ppr（2‍¹⁷）的绝对式编码器！也就是说，要在大约直径40mm的玻璃盘上刻划131072个逻辑线，这令人难以想象！

通过拆装，发现其码盘属于增量式（等距向心刻线），且原始物理线数是2048线（2¹¹，11位），分辨率并不很高。如图3所示，从左至右依次为码盘、印制电路板、出线端盖。

       图3 FANUC编码器内部器件和外形

▲ FANUC编码器拆装实验视频

实际上，FANUC增量式编码器的原始输出信号为SIN/COS类正余弦信号，而非常见的方波信号。通过16倍（2⁴，4位）细分，得到15位的分辨率，再次4倍频（2²，2位），得到17位的分辨率（仿佛做了17个码道），即131072ppr。这就是日系编码器所称17位高位编码器的由来。

2

本质上是增量式编码器

实际上，FANUC的绝对式编码器的结构就是增量式编码器结构，内部先通过电子细分，在电路上增加多位二进制位置寄存器，再由电池记忆而成为“绝对式”（基准点也由电池记忆）。并非每个位置有刻出来的一一对应的代码表示，因而被称为“伪绝对式编码器”。

表2为FANUC编码器输出信号示例。

表2 FANUC编码器输出信号表

表2中，+5V、0V为编码器的工作电源线，FG、+6V即为备份电池线，备份电池单元安装在伺服放大器（如βi SVSP上CX5X接口）上，如图4所示。如果不连接电池单元，则该编码器仍作增量式编码器用。

图4 FANUC编码器的备份电池

3

信号为串行输出

从表2可以看出，FANUC编码器并没有输出常见的并行六脉冲信号，而只有两根信号线RD、*RD或四根信号线SD、*SD、REQ、*REQ。这是串行输出，编码器和伺服放大器之间有通信协议，为串行编码器。

数据以串行方式先输出到伺服放大器上（如βi SVSP上JF1接口），再通过伺服放大器将数据输送到FSSB总线上，并最终输入至CNC系统中，如图5所示。

图5 FANUC编码器反馈信号的连接

4

采用格雷码信号跟踪转子磁场位置

为了实现同步电机控制主回路中功率元件的自动换相，需要随着电动机的转动随时检测转子磁场的位置，这项工作也由内装编码器完成。

为此，码盘（如图3左一）上还刻有按二进制编码的4层条纹，经印刷电路板处理后输出波形如图6中的格雷码C1、C2、C4、C8，作为电机转子位置信息。

图6 格雷码信号

回到本文问题“FANUC编码器究竟是增量式的还是绝对式的？”，可以说，日本人聪明地采用增量式的结构实现了绝对式的优势，FANUC编码器既可以当增量式使用，也可以当绝对式使用。前者每次开机需回参考点，各轴需安装减速开关和挡块；后者参考点设置完毕后，以后开机不需回参考点，前提是位置备份电池有电。

（文/汤彩萍）