說到編碼器，用戶最關(guān)心的是其分辨率（ppr，脈沖/轉(zhuǎn)）了，在數(shù)控機(jī)床上還要考慮滿足運(yùn)動(dòng)軸的分辨率（如0.001mm/脈沖）。

對(duì)于增量式編碼器，提高分辨率最直接的辦法是增加碼盤上的刻線數(shù)，但是在直徑不足50mm的玻璃盤上刻數(shù)千條線，顯然不是容易的事。于是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部采用倍頻電路，通過參數(shù)設(shè)置（DMR）來滿足要求。

而對(duì)于絕對(duì)式編碼器，要提高分辨率，就要增加碼道或采用多圈結(jié)構(gòu)，也比較復(fù)雜，成本也高。但絕對(duì)式編碼器的好處是顯而易見的，無論機(jī)床廠家還是機(jī)床用戶都十分喜歡。

這樣結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高、成本適中、又具備絕對(duì)式編碼器優(yōu)點(diǎn)的編碼器在哪里？欸，此刻FANUC橫空出世了！

FANUC編碼器在數(shù)控機(jī)床上十分醒目---每臺(tái)FANUC伺服電機(jī)都戴著的那個(gè)紅帽子，如圖1、2所示。

圖1 配置FANUC數(shù)控系統(tǒng)的多功能機(jī)床

表1列出了幾種FANUC伺服電機(jī)內(nèi)裝編碼器，型號(hào)中帶字母“A”的表示絕對(duì)式編碼器（Absolute），帶字母“I”的表示增量式編碼器（Incremental）。

表1  FANUC公司生產(chǎn)的編碼器          

FANUC的編碼器技術(shù)有什么特點(diǎn)呢？

1

 內(nèi)部含SIN/COS信號(hào)細(xì)分電路

我們從表1注意到FANUC編碼器分辨率出奇得高，且是2的冪次方。例如，中國大陸常用的β128iA，它竟然是分辨率為131072ppr（2¹⁷）的絕對(duì)式編碼器！也就是說，要在大約直徑40mm的玻璃盤上刻劃131072個(gè)邏輯線，這令人難以想象！

通過拆裝，發(fā)現(xiàn)其碼盤屬于增量式（等距向心刻線），且原始物理線數(shù)是2048線（2¹¹，11位），分辨率并不很高。如圖3所示，從左至右依次為碼盤、印制電路板、出線端蓋。

       圖3 FANUC編碼器內(nèi)部器件和外形

▲ FANUC編碼器拆裝實(shí)驗(yàn)視頻

實(shí)際上，F(xiàn)ANUC增量式編碼器的原始輸出信號(hào)為SIN/COS類正余弦信號(hào)，而非常見的方波信號(hào)。通過16倍（2⁴，4位）細(xì)分，得到15位的分辨率，再次4倍頻（2²，2位），得到17位的分辨率（仿佛做了17個(gè)碼道），即131072ppr。這就是日系編碼器所稱17位高位編碼器的由來。

2

本質(zhì)上是增量式編碼器

實(shí)際上，F(xiàn)ANUC的絕對(duì)式編碼器的結(jié)構(gòu)就是增量式編碼器結(jié)構(gòu)，內(nèi)部先通過電子細(xì)分，在電路上增加多位二進(jìn)制位置寄存器，再由電池記憶而成為“絕對(duì)式”（基準(zhǔn)點(diǎn)也由電池記憶）。并非每個(gè)位置有刻出來的一一對(duì)應(yīng)的代碼表示，因而被稱為“偽絕對(duì)式編碼器”。

表2為FANUC編碼器輸出信號(hào)示例。

表2 FANUC編碼器輸出信號(hào)表

表2中，+5V、0V為編碼器的工作電源線，F(xiàn)G、+6V即為備份電池線，備份電池單元安裝在伺服放大器（如βi SVSP上CX5X接口）上，如圖4所示。如果不連接電池單元，則該編碼器仍作增量式編碼器用。

圖4 FANUC編碼器的備份電池

3

信號(hào)為串行輸出

從表2可以看出，F(xiàn)ANUC編碼器并沒有輸出常見的并行六脈沖信號(hào)，而只有兩根信號(hào)線RD、*RD或四根信號(hào)線SD、*SD、REQ、*REQ。這是串行輸出，編碼器和伺服放大器之間有通信協(xié)議，為串行編碼器。

數(shù)據(jù)以串行方式先輸出到伺服放大器上（如βi SVSP上JF1接口），再通過伺服放大器將數(shù)據(jù)輸送到FSSB總線上，并最終輸入至CNC系統(tǒng)中，如圖5所示。

圖5 FANUC編碼器反饋信號(hào)的連接

4

采用格雷碼信號(hào)跟蹤轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置

為了實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)控制主回路中功率元件的自動(dòng)換相，需要隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)隨時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的位置，這項(xiàng)工作也由內(nèi)裝編碼器完成。

為此，碼盤（如圖3左一）上還刻有按二進(jìn)制編碼的4層條紋，經(jīng)印刷電路板處理后輸出波形如圖6中的格雷碼C1、C2、C4、C8，作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息。

圖6 格雷碼信號(hào)

回到本文問題“FANUC編碼器究竟是增量式的還是絕對(duì)式的？”，可以說，日本人聰明地采用增量式的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了絕對(duì)式的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)ANUC編碼器既可以當(dāng)增量式使用，也可以當(dāng)絕對(duì)式使用。前者每次開機(jī)需回參考點(diǎn)，各軸需安裝減速開關(guān)和擋塊；后者參考點(diǎn)設(shè)置完畢后，以后開機(jī)不需回參考點(diǎn)，前提是位置備份電池有電。

（文/湯彩萍）