2. Sigma编码器类型与选型依据
在Yaskawa Sigma系列伺服系统中，编码器是决定定位精度、速度响应和系统可靠性的核心反馈元件。选型时如果只看“多少位”或“多少线”，很容易在调试阶段才发现分辨率够但精度不够、接口不匹配或高速下信号失真。本节从编码器类型、接口形式、分辨率与精度指标三个层面展开，并给出按机械负载与速度要求选型的判断方法。
一、增量式与绝对式：先确定“要不要记位置”
增量式编码器输出A、B、Z三相差分信号，A/B相正交用于计数和辨向，Z相每转输出一个零脉冲作为机械原点参考。伺服上电后必须执行回零动作，找到Z相或外部原点开关后才能建立坐标系。它的优点是信号简单、响应快、成本低；缺点是断电后位置丢失，且Z相受噪声干扰时可能产生零点偏移。
绝对式编码器每个位置对应唯一编码值，断电后由电池或超级电容维持多圈计数，上电即可读取当前机械角度和多圈位置，无需回零。Sigma-7等系列常用17位、20位、23位单圈绝对编码器，配合多圈计数可覆盖较大的行程范围。对于需要频繁上下电、不能执行回零动作的设备（如机械手关节、立式轴、带制动的垂直轴），绝对式几乎是必选项。
判断依据可以归纳为：设备每次上电是否允许回零、断电后轴是否可能被外力移动、是否需要多轴同步建立统一坐标系。若三者中任一为“是”，优先选绝对式；若为简单旋转轴、上电可安全回零、成本敏感，增量式仍可用。
二、串行与并行接口：信号链路的取舍
并行接口把多位数据用多根线同时传输，早期增量式编码器常用A/B/Z加U/V/W的并行形式。线数多、接插件大、抗干扰能力有限，但延迟低、协议简单。串行接口用一对或两对差分线传输编码数据，Yaskawa Sigma系列采用串行编码器通信（如Σ-Ⅶ的MECHATROLINK-Ⅲ或专用串行协议），线缆少、抗干扰强、可传输更多状态信息（温度、故障码、多圈数据）。
选型时要注意：编码器接口必须与驱动器型号匹配。同一系列不同功率段可能使用不同接口，不能仅凭电机型号判断。串行编码器还涉及通信周期，若驱动器电流环周期为125 μs，编码器通信必须在该周期内完成数据更新，否则会引入反馈延迟，影响增益和刚性。
三、分辨率与精度：两个不能混用的指标
分辨率是编码器能分辨的最小角度或位移，由位数决定。单圈17位对应 2^17 = 131072 个脉冲/转，角度分辨率约 360°/131072 ≈ 0.00275°；20位约 0.00124°；23位约 0.000155°。多圈位数决定断电后能记录多少圈，常见12位（4096圈）、16位（65536圈）。
精度是编码器输出值与真实角度的偏差，受码盘刻线误差、安装偏心、信号细分误差和温度漂移影响。高分辨率不等于高精度：一个23位编码器如果安装偏心0.01 mm，在直径50 mm的码盘上引入的角度误差约为 0.01/25 rad ≈ 0.023°，远大于其分辨率。因此选型时要同时看重复精度、线性度、允许偏心量和安装要求。
工程上常用“分辨率余量”来校核：若定位精度要求为 ±0.01 mm，丝杠导程10 mm，则每毫米需要100个脉冲，整圈需要1000个脉冲；考虑2~5倍余量，选17位（131072脉冲/转）已非常充裕。但若机械存在反向间隙、丝杠螺距误差，实际精度仍由机械决定，编码器只能保证反馈不成为瓶颈。
四、按机械负载与速度要求选型
选型不是先挑编码器再配机械，而是从负载反推。第一步计算负载惯量折算到电机轴的惯量比，一般要求 ≤ 10，高动态场合 ≤ 5。惯量比过大时，即使编码器分辨率很高，系统也会因增益受限而出现定位超调或振荡。第二步计算最高转速：n_max = V_max / P_b，其中 V_max 为最大进给速度（mm/min），P_b 为丝杠导程（mm/r）。例如 V_max = 30000 mm/min，P_b = 10 mm，则 n_max = 3000 r/min，所选编码器允许转速必须高于该值并留10%~20%余量。
第三步校核分辨率：所需每转脉冲数 = 定位精度要求对应的脉冲当量。若脉冲当量为0.001 mm，丝杠导程10 mm，则每转需要10000个脉冲；17位编码器131072脉冲/转，余量约13倍，足够。若脉冲当量要求0.0001 mm，则每转需要100000个脉冲，17位余量仅1.3倍，建议选20位或23位。
第四步确认接口与多圈需求：若设备上电不能回零，选绝对式并配置多圈电池；若驱动器只支持串行接口，则不能选并行增量式。最后核对编码器电缆长度、屏蔽和接地，串行编码器对电缆长度和阻抗更敏感，通常要求屏蔽双绞并单端接地。
五、选型校核示例
以一台Σ-Ⅶ伺服驱动垂直轴为例：负载惯量折算后惯量比6.8，最高速度3000 r/min，丝杠导程10 mm，定位精度要求±0.01 mm，上电不允许回零。判断：不允许回零 → 绝对式；驱动器支持串行 → 选串行绝对编码器；惯量比6.8 ≤ 10，速度3000 r/min在允许范围内；分辨率按±0.01 mm、导程10 mm计算，每转需1000脉冲，17位余量131倍，20位更充裕。最终可选23位单圈、16位多圈串行绝对编码器，既满足断电记忆，又为后续提高精度留出余量。
若该轴改为水平轴且上电可安全回零，则可改用增量式17位编码器，降低成本；但需确认Z相抗干扰和回零速度设置，避免回零时撞击机械限位。选型的本质是把机械需求翻译成编码器参数，再用校核数据确认没有短板。