說到編碼器，用戶最關心的是其分辨率（ppr，脈沖/轉）了，在數控機床上還要考慮滿足運動軸的分辨率（如0.001mm/脈沖）。
對于增量式編碼器，提高分辨率最直接的辦法是增加碼盤上的刻線數，但是在直徑不足50mm的玻璃盤上刻數千條線，顯然不是容易的事。于是數控系統內部采用倍頻電路，通過參數設置（DMR）來滿足要求。
而對于絕對式編碼器，要提高分辨率，就要增加碼道或采用多圈結構，也比較復雜，成本也高。但絕對式編碼器的好處是顯而易見的，無論機床廠家還是機床用戶都十分喜歡。
這樣結構簡單、分辨率高、成本適中、又具備絕對式編碼器優點的編碼器在哪里？欸，此刻FANUC橫空出世了！
FANUC編碼器在數控機床上十分醒目---每臺FANUC伺服電機都戴著的那個紅帽子，如圖1、2所示。
圖1 配置FANUC數控系統的多功能機床
圖2 各種型號的FANUC編碼器
表1列出了幾種FANUC伺服電機內裝編碼器，型號中帶字母“A”的表示絕對式編碼器（Absolute），帶字母“I”的表示增量式編碼器（Incremental）。
表1 FANUC公司生產的編碼器
型號 | 分辨率（ppr） | 絕對/增量 | 型號 | 分辨率 （ppr） | 絕對/增量 |
αA1000 | 1000000（4000r/min） | 絕對 | βA32B | 32768（215） | 絕對 |
αA64 | 65536（216） | 絕對 | βI32B | 32768（215） | 增量 |
αI64 | 65536（216） | 增量 | βA64B | 65536（216） | 絕對 |
αA32B | 32768（215） | 絕對 | βI64B | 65536（216） | 增量 |
αI8 | 8192（213） | 增量 | β64iA | 65536（216） | 絕對 |
β128iA | 131072 （217） | 絕對 |
FANUC的編碼器技術有什么特點呢？
1
內部含SIN/COS信號細分電路
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）的絕對式編碼器！也就是說，要在大約直徑40mm的玻璃盤上刻劃131072個邏輯線，這令人難以想象！
通過拆裝，發現其碼盤屬于增量式（等距向心刻線），且原始物理線數是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編碼器內部器件和外形
▲ FANUC編碼器拆裝實驗視頻
實際上，FANUC增量式編碼器的原始輸出信號為SIN/COS類正余弦信號，而非常見的方波信號。通過16倍（24，4位）細分，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
本質上是增量式編碼器
實際上，FANUC的絕對式編碼器的結構就是增量式編碼器結構，內部先通過電子細分，在電路上增加多位二進制位置寄存器，再由電池記憶而成為“絕對式”（基準點也由電池記憶）。并非每個位置有刻出來的一一對應的代碼表示，因而被稱為“偽絕對式編碼器”。
表2為FANUC編碼器輸出信號示例。
表2 FANUC編碼器輸出信號表
表2中，+5V、0V為編碼器的工作電源線，FG、+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
信號為串行輸出
從表2可以看出，FANUC編碼器并沒有輸出常見的并行六脈沖信號，而只有兩根信號線RD、*RD或四根信號線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議，為串行編碼器。
數據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據輸送到FSSB總線上，并最終輸入至CNC系統中，如圖5所示。
圖5 FANUC編碼器反饋信號的連接
4
采用格雷碼信號跟蹤轉子磁場位置
為了實現同步電機控制主回路中功率元件的自動換相，需要隨著電動機的轉動隨時檢測轉子磁場的位置，這項工作也由內裝編碼器完成。
為此，碼盤（如圖3左一）上還刻有按二進制編碼的4層條紋，經印刷電路板處理后輸出波形如圖6中的格雷碼C1、C2、C4、C8，作為電機轉子位置信息。
圖6 格雷碼信號
回到本文問題“FANUC編碼器究竟是增量式的還是絕對式的？”，可以說，日本人聰明地采用增量式的結構實現了絕對式的優勢，FANUC編碼器既可以當增量式使用，也可以當絕對式使用。前者每次開機需回參考點，各軸需安裝減速開關和擋塊；后者參考點設置完畢后，以后開機不需回參考點，前提是位置備份電池有電。
（文/湯彩萍）
