Hallo,
ich suche einen passenden Antrieb für mein Pick & Place Projekt. Basis
ist eine vorhandene Portalfräse (Selbstbau). Ich möchte den
Spindelantrieb durch einen Riemenantrieb austauschen, um mehr
Geschwindigkeit zu bekommen. Die mechanische Seite ist für mich kein
Problem.
Mir fehlt aber Erfahrung in Sachen Antriebe... Ein Schrittmotor könnte
das Zahnriemenrad direkt antreiben, so wie vorher die Spindel.
Allerdings ist fraglich, ob die vorhandenen Schrittmotoren für den
Spindelantrieb genug Drehmoment aufbringen und auch sonst geeignet sind.
Wenn ich nämlich einen Vollschritt, also 1,8°, am Riemenrad drehe,
bewegt sich der Schlitten schon fast einen halben Millimeter. Das ist
mir zu ungenau. Ich bräuchte also auf jeden Fall eine
Microstep-Ansteuerung, was ich bisher nicht habe.
Überall hört man von Servomotoren, und dass sie der heiße Scheiß sind.
Was ist eigentlich genau der Unterschied zum Schrittmotor? Mir scheint,
es handelt sich auch nur um sequentiell angesteuerte Spulen.
Kennt sich hier jemand gut aus? Wo kann ich mich nach passenden Motoren
und Steuerungen umschauen? Das ganze sollte natürlich preiswert bleiben,
d.h. ich löte mir lieber einen Arduino- oder Sparkfun-Bausatz zusammen
als ein professionelles Fertiggerät zu kaufen.
Schrittmotoren, nur die können präzise stoppen, und wenn deren Schritt
zu gross ist, musst du eben eine andere Getriebeuntersetzung wählen, und
wenn du daran schon scheiterst, vergiss das ganze Projekt.
MaWin schrieb:> Schrittmotoren, nur die können präzise stoppen
Quatsch, Servomotoren stoppen auch exakt. In jeder Werkzeugmaschine sind
Servos verbaut und die Hersteller wissen schon warum. Servos sind z.B.
dynamischer und haben keine so extreme Reonanzfrequenzen wie Stepper und
er "verschluckt" auch keine Schritte. Der Nachteil bei einem Servo ist
die aufwändigere Steuerung und Istwertrückführung.
Johann schrieb:> Mir fehlt aber Erfahrung in Sachen Antriebe... Ein Schrittmotor könnte> das Zahnriemenrad direkt antreiben, so wie vorher die Spindel.> Allerdings ist fraglich, ob die vorhandenen Schrittmotoren für den> Spindelantrieb genug Drehmoment aufbringen und auch sonst geeignet sind.
Schrittmotoren werden dir nie genügend Drehmoment aufbringen, damit
musst du über ein Getriebe ran welches dir dann (neben üblem
Umkehrspiel) Geschwindigkeit nimmt. Bestückautomaten sind ziemlich
heftig. Nötig ist eine vernünftigen Beschleunigung (-> Placerate) eines
möglichst stabilen, nicht zu schweren Heads. Ich würde da eher in kW
denken. Für ein 1kg Portal wirst du schon 1kW brauchen ...
Johann schrieb:> Kennt sich hier jemand gut aus? Wo kann ich mich nach passenden Motoren> und Steuerungen umschauen?
Was hast du eigentlich an präziser Istwerterfassung der Positionen?
Das ist erst mal das A und O für eine Regelung.
Unseren (professionellen) CNC Fraese benutzt Stepper Motors incl einen
optischen encoder auf die Axe. Damit detectiert er ob die Steppers einen
step gemisst haben. Er kann recht schnell bewegen aber wahrscheinlich
fuer ein P&P zu langsam. Besser Servo aber dann musz man doch einen sehr
guten Positions-messer drauf haben.
Guck dich auch mal dieser video an :
http://www.youtube.com/watch?v=0-Kpv-ZOcKY
>>> schrieb:> Für ein 1kg Portal wirst du schon 1kW brauchen
Das kommt mir viel zu viel vor... Man sieht doch diverse
X/Y-Vorrichtungen, bei denen Schrittmotoren das Zahnriemenrad direkt
antreiben.
welche Bestückleistung willst du denn mit deinem Portal Ereichen?
50000 BE/Std. geht damit sowieso nicht!
Nimm einen Stepper für deine Versuche, Preiswerter wirst du nicht
wegkommen bis du das Projekt Aufgibst, das Portal ist dein kleinstes
Problem....
>>> schrieb:> Schrittmotoren werden dir nie genügend Drehmoment aufbringen, damit> musst du über ein Getriebe ran welches dir dann (neben üblem> Umkehrspiel) Geschwindigkeit nimmt.
Aha, was du alles weisst. Dennoch machen es viele genau so, wie du nicht
glaubst.
Natürlich ist Geschwindigkeit vs. Bewegte Masse immer ein Kompromiss,
aber das heisst ja nichf, dass man keinen guten Kompromiss finden kann.
Bleibt mal locker. Die Haft- und Gleitreibung des Portals in der
Linearführung lässt sich mit einer Federwaage in 30 Sekunden messen. Die
Masse und damit die Trägheitskräfte des Portals sollten dem Erbauer
bekannt sein. Das einzige, was vielleicht ein bisschen schwieriger ist,
aber auch noch machbar: Die zusätzlichen Reibungskräfte in der Führung,
die durch das Moment des Portals entstehen, welches aus der
Beschleunigung des höherliegenden Schwerpunktes des Portals resultiert.
Aber das so ermittelte Moment lässt sich durch einen am Portal
angeschraubten Hebelarm mit Gewicht simulieren und dann ebenfalls mit
der Federwaage messen.
Mit diesen Informationen kann man das nötige Motormoment bei der
gewünschten Beschleunigung BERECHNEN und einen entsprechenden Motor
kaufen.
Dieses ganze Rumgerate ist nicht nötig.
Einen Encoder auf der Motorachse würde ich aber auf jeden Fall vorsehen.
Alleine um die Maschine bei Problemen stoppen zu können und nicht
Bauteile durch die Gegend zu werfen.
Nimm dann kleinere Riemenräder. Diese fangen bei 10 an, man kann aber
je nach Anforderungen auch 12/14/15/16 nehemen. Datenblatt jedoch
beachten.
Ich habe ein 14 gewählt, THD3M . Das sind dann ca 1Mil Auflösung je
8er Mikrostep. Wenn ich es nochmals bauen würde, dann würde ich einen
26er wählen.
Wie schnell soll die Achse denn nun sein? Welche Masse wird dabei
bewegt? Und wie genau muss die Positionierung erfolgen?
Ohne diese Angaben vom OP kann man sich die weitere Diskussion hier
eigentlich sparen. Einen Stepper mit Zahnriemenantrieb müsste man schon
"closed loop" betreiben, um eine brauchbare Positioniergenauigkeit
erreichen zu können. Mikroschritt erhöht zwar die Auflösung, aber nicht
die Genauigkeit [1]. Und mit closed loop hat man dann quasi einen
Servoantrieb, allerdings keinen besonders dynamischen, weil
Schrittmotoren eine hohe Polpaarzahl haben. Vielleicht ist also doch
eine Spindel mit hoher Steigung (z.B. 20mm/U) eine Alternative. Damit
kommt man immerhin auf 0,05mm/Halbschritt und sollte Vorschübe im
Bereich 100-250 mm/s erreichen können (je nach Versorgungsspannung und
Endstufe).
Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann
[1]
http://www.schrittmotor-blog.de/die-bedeutung-des-lastwinkels-bei-schrittmotoren/
Vielen Dank für eure Kommentare soweit.
Ich stelle mir eine Geschwindigkeit von 500 mm/s vor (ohne Beschleunigen
und Abbremsen zu berücksichtigen natürlich). Wenn das nicht machbar ist,
würde ich aber eher meine Vorstellungen zurückschrauben als den
Bauaufwand zu erhöhen.
Die Positioniergenauigkeit sollte bei 0,1 mm liegen, damit Bauteile mit
0,4 mm Pitch noch zuverlässig bestückt werden können. Ich habe aber
schon gemerkt, dass alleine das Spiel in den drei Achsen leicht über
diesem Wert liegen kann. Es wird also nicht einfach. Man könnte
natürlich immer von der gleichen Seite aus anfahren, um das zu
verringern.
Preislich im Rahmen wäre für mich ein Encoder auf der Motorachse mit
4000 Inkrementen pro Umdrehung, und ein Referenzschalter pro Achse. Aber
das reicht, weiß ich nicht. Ihr werdet es mir sagen :)
Die Masse des Portals kann ich noch nicht genau angeben, da ich es noch
nicht fertig konstruiert habe. Ich schätze, es werden wohl 2 bis 3 kg
werden. Der Schwerpunkt könnte 150 mm über dem Zahnriemen liegen.
Encoder für Stepper ist ein Overkill. Die Fehlertabelle des Motors wird
generell optisch ermittelt mittels A3 Millimeterpapier aus dem
Zeichnbedarf.
USB Kamera ist ja generell vorhanden. Auch werden damit die
Geschwindigkeits-
profile optimiert. Die Industrie macht es genauso, nur werden da geätzte
Glasplatten als Referenz hergenommen.
Encoder Feedback braucht man nur, wenn man die Achsen schneller gehen
lässt
als erlaubt. Dies wird teilweise auch in der Industrie praktiziert.
Normalerweise wird nach jedem Pick and Place die Position optisch
ermittelt.
Dazu wird eine Schraube, ein Punkt, ... auf Subpixelbasis während des
pickups erfasst. Sollte eine Verschiebung erkannt werden dann wird die
Geschwindigkeit reduziert und die Fehlerstatistik aktualisiert, sowie
eventuell optisch das Bauteil nachkontrolliert. Das optische
Nachkontrollieren funktioniert nur wenn entweder die Gerberdaten in ein
Bild umgewandelt wurden oder der Nutzen eingescannt wurde.
Ein Drehencoder auf der Achse bringt dir nichts, du brauchst einen
Linearencoder, am besten aus einem Drucker, aber dann wirst du auch
gleich
den Servomotor des Druckers verwenden und diesen einfach mit einem
L298 ansteuern und EMC2 welcher den Encoder auswertet.
Auf der Achse brauchst du nur einen Indexpunkt, damit du den Stepper an
der gleichen Stelle anfährst, damit deine Fehlertabelle stimmt.
Ein optischer Reflexsensor reicht da.
Ansonsten ein
