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Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Closed Loop Stepper Steuerung- Spielkompensation ?


Autor: Ernst H. (e12345)
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Closed Loop Stepper Steuerungen z.B. HBS57  ... HBS86 sind um die 100€ 
zu haben.
Normaler Weise ist am Steppermotor ein Drehgeber montiert und damit kann 
die Steuerung überwachen ob der Schritt wirklich gemacht wurde.
Ich habe eine robuste Fräsmaschine (ca. 1000kg) an welcher ich 
Linearmaßstäbe montieren möchte und die Spindel mit Schrittmotoren 
(denke Nema 42 mit 12Nm müssten Direktantrieb schaffen) betreiben.
Das Spindelspiel ist schon einiges - wohl auch im mittleren Bereich mehr 
als in den Randbereichen (also nicht durch Software zu eliminieren).
Frage: wenn der PC einen Schritt-Impuls ausgibt, es aber 10 Schritte 
benötigt um am Linearmaßstab diesen einen Impuls zu erhalten, kommen 
dann von der Steuerung die notwendigen 9 Impulse ? wenn ja mit welcher 
Geschwindigkeit ?

Autor: Hans (Gast)
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Hallo,
du willst eine Positionsregelung anstatt einer Motorsteuerung... dann 
bedarf es eine Reglers. Also nicht nur stumpf die Winkelposition der 
Antriebe stellen sondern auf die Position der Linearmesstäbe regeln.
Bieten deine favorisierten Steuerungen so ein Feature?
Grüße Hans

Autor: David .. (volatile)
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Ich bezweifle, dass du so eine steife Regelung aufgebaut bekommst. Du 
wirst wohl ein System brauchen, was sowohl einen Motorencoder als auch 
die linearen Geber benutzt.
Schau dir zB mal das am: 
https://granitedevices.com/wiki/Dual-loop_feedback...

Autor: Ernst H. (e12345)
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Hans schrieb:
> Bieten deine favorisierten Steuerungen so ein Feature?

as würde ich eben gerne wissen.
Bei Closed Loop Servomotorsteuerungen (welche oft mit Takt-/Richtungs- 
Signalen vom PC arbeiten - wobei ein Takt in der Regel größer ist als 
die Drehgeberauflösung, da der Servomotor eine Schritttolleranz 
benötigt) wird solange Spannung anliegen bis die Rückmeldung vom 
Drehgeber (im Tolleranzbereich) erfüllt ist (also geregelt).
Eigentlich sollte das bei Schrittmotoren ähnlich funktionieren ?
Also mehr Schritte wenn notwendig, bzw. weniger Schritte wenn schon 
erreicht ?

Autor: Ernst H. (e12345)
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David .. schrieb:
> https://granitedevices.com/wiki/Dual-loop_feedback...

Also das Dual Loop Feedback - kann diese Steuerung sicher nicht.

Autor: Georg (Gast)
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Ernst H. schrieb:
> Das Spindelspiel ist schon einiges

Das lässt sich am Motor garnicht kompensieren. Wenn es einen Unterschied 
macht, ob eine Position von links oder rechts angefahren wird, so liesse 
sich das nur "kompensieren", indem die Position immer von der gleichen 
Seite anfährt - was eine Bahnsteuerung ausschliesst. Bei einer 
Punktsteuerung oder von Hand macht man das so, ist jeder Feinmechaniker 
gewöhnt.

Auch wenn die Position unabhängig vom Motor mit einem Linearmassstab 
erfasst wird, kommt eine Bahnsteuerung ins Schwingen, wenn es einen 
Totbereich um die Sollposition herum gibt. Ist die Position z.B. zu weit 
rechts, so versucht die Steuerung, nach links zu fahren, aber wegen des 
Spiels passiert da eine Weile nichts, so dass die Steuerung den Motor 
hochregelt, und dann fährt der Schlitten wahrscheinlich nach der anderen 
Seite übers Ziel hinaus.

Es hilft nichts, für eine Bahnsteuerung muss das Spiel weitgehend 
eliminiert werden.

Georg

Autor: David .. (volatile)
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Je nach Maschine koennte man das aber mechanisch ausgleichen (vorspannen 
etc).
Interessant waere, ob man das im CAM kompensieren kann, also die Achsen 
immer einseitig belasten und die Bahnen so generieren...

Autor: Ernst H. (e12345)
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Georg schrieb:
>
> Auch wenn die Position unabhängig vom Motor mit einem Linearmassstab
> erfasst wird, kommt eine Bahnsteuerung ins Schwingen, wenn es einen
> Totbereich um die Sollposition herum gibt. Ist die Position z.B. zu weit
> rechts, so versucht die Steuerung, nach links zu fahren, aber wegen des
> Spiels passiert da eine Weile nichts, so dass die Steuerung den Motor
> hochregelt, und dann fährt der Schlitten wahrscheinlich nach der anderen
> Seite übers Ziel hinaus.

Das sollte ja die Aufgabe der "Closed Loop" Regelung sein das einerseits 
das Spiel rasch überwunden wird, andererseits aber ein Überschwingen 
verhindert wird ?

>
> Es hilft nichts, für eine Bahnsteuerung muss das Spiel weitgehend
> eliminiert werden.
Zumindest in der X-Richtung ist eine Tellerfederbelastete Trapezspindel 
- also nahezu spielfrei - in Y Richtung aber erhebliches Umkehrspiel.

Autor: Ernst H. (e12345)
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David .. schrieb:
> Interessant waere, ob man das im CAM kompensieren kann, also die Achsen
> immer einseitig belasten und die Bahnen so generieren

mit meinem Filou 2,5D  würde das glaube ich auch gehen - wenn es die 
Steuerung kann wäre es aber noch bequemer

Autor: Georg (Gast)
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David .. schrieb:
> also die Achsen
> immer einseitig belasten und die Bahnen so generieren...

Und wie fräst man so einen Kreis?

Georg

Autor: David .. (volatile)
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Georg schrieb:
> David .. schrieb:
>> also die Achsen
>> immer einseitig belasten und die Bahnen so generieren...
>
> Und wie fräst man so einen Kreis?

Indem man ihn in Segmente gleicher Achskraft teilt und diese getrennt 
anfaehrt. Einfach mit dem Fraeser eintauchen und Kreis fahren macht man 
ja sowieso nicht mehr heute, verbunden mit trochoidalem Fraesen koennte 
das klappen...

Autor: Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite
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Hallo Ernst,

>> Es hilft nichts, für eine Bahnsteuerung muss das Spiel weitgehend
>> eliminiert werden.
> Zumindest in der X-Richtung ist eine Tellerfederbelastete Trapezspindel
> - also nahezu spielfrei - in Y Richtung aber erhebliches Umkehrspiel.

Ich würde als erstes bei der Spindel ansetzen. Kompensation macht man 
nur dann, wenn man die Ursache nicht mit vertretbarem Aufwand beseitigen 
kann. Es dürfte hier preiswerter und sinnvoller sein, die 
Trapezgewindespindel gegegn spielarme oder spielfrei eingestellte 
Kugelrollspindeln auszutauschen. Du gewinnst, neben der besseren 
Genauigkeit, durch den deutlich höheren Wirkungsgrad zusätzlich mehr 
Vorschubgeschwindigkeit.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

Autor: Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite
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Hallo David,

> Interessant waere, ob man das im CAM kompensieren kann, also die Achsen
> immer einseitig belasten und die Bahnen so generieren...

Im CAM hat sowas aus Prinzip nichts verloren. Gerade wenn das Spiel 
positionsabhängig ist, gehört das wenn überhaupt in die Steuerung, damit 
das vom CAM generierte Programm halbwegs unabhängig von der Maschine 
bleibt. Sonst würde schon eine geänderte Aufspannung dafür sorgen, dass 
das Programm nicht mehr passt.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

Autor: Ernst H. (e12345)
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Thorsten O. schrieb:
> Es dürfte hier preiswerter und sinnvoller sein, die
> Trapezgewindespindel gegegn spielarme oder spielfrei eingestellte
> Kugelrollspindeln auszutauschen

Das scheitert schon am Platz der Kugelmuttern - das ist alles massives 
Gußeisen - alleine die y/x Teile  haben mehrere 100kg. Baujahr im 
übrigen etwa 1950.
Alleine das zerlegen ist schon einiges an Aufwand.

Autor: Ernst H. (e12345)
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Thorsten O. schrieb:
> Im CAM hat sowas aus Prinzip nichts verloren

Sehe ich auch so.
Es muss ja ein Unterschied sein zwischen einer normalen 
Schrittmotorsteuerung und einer mit Closed Loop (kostet ja auch das 
fünffache).
Die Aufgabe der Regelung kann ja nur sein, wenn ein Schritt mechanisch 
nicht ausgeführt wird, das ein zusätzlicher Schritt eingefügt wird - 
eventuell solange bis die Rückmeldung erfüllt ist. ?
So gesehen müsste es egal sein, ob ein Drehgeber am Motor verwendet 
wird, oder eben der Linearmassstab ?
Das einzige was dagegen spricht ist, das ich nirgends finde wo die 
Geschwindigkeit für zusätzliche Impulse eingestellt werden könnte - das 
ist ja vollkommen von der Mechanik abhängig.

Autor: Ryven (Gast)
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Dann schau dir die Mesa Karten kann, die können Positionsregelung.
Geben dir Takt/Richtung aus und damit kannst du erst mal drannhängen was 
du willst.
http://www.shop.cncmonster.de/LinuxCNC/Messkarten:...
http://www.mesanet.com/motioncardinfo.html

Aber ich würde bei zuviel Spiel ehr den Weg gehen Platz für andere 
Spindeln zu schaffen. Oder geteilte verspannte Trapezmuttern einbauen.

Gruß
Ryven

Autor: Benjamin F. (Firma: Privat) (batterist)
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> Aber ich würde bei zuviel Spiel ehr den Weg gehen Platz für andere
> Spindeln zu schaffen. Oder geteilte verspannte Trapezmuttern einbauen.

Genau das.

Wenn die alten Gewindespindeln zu viel Spiel haben, wirst du beim Fräsen 
nicht glücklich.

Du wirst nie begreifen, wieso die teuren Hartmetallfräser immer 
abbrechen...

Es gibt auch gute Trapezgewindespindeln, die man mit Doppelmutter nahezu 
spielfrei einstellen kann.

Das baut kleiner und billiger als Kugelumlaufspindeln.


Meine Fräse hat ~2000kg und da gab es die gleichen Probleme.


Ich würde übrigens Servo statt Stepper nehmen falls du das noch 
aussuchen kannst.

Autor: Ernst H. (e12345)
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Benjamin F. schrieb:
> Ich würde übrigens Servo statt Stepper nehmen falls du das noch
> aussuchen kannst

Wie ist es dann bei Servomotoren - kann ich da die Linearmassstäbe für 
die Rückmeldung nehmen ?

Autor: klick klack (Gast)
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Ernst H. schrieb:
> Wie ist es dann bei Servomotoren - kann ich da die Linearmassstäbe für
> die Rückmeldung nehmen ?

Wenn die Servoverstärker entsprechende Eingänge haben: Ja.

Autor: Benjamin F. (Firma: Privat) (batterist)
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>> Wie ist es dann bei Servomotoren - kann ich da die Linearmassstäbe für
>> die Rückmeldung nehmen ?
>
> Wenn die Servoverstärker entsprechende Eingänge haben: Ja.

Soweit ich weiß, haben die meisten Endstufen in Problem mit 
Spielbehafteten Systemen. So wie deines.

Vor allem bei den niedrigpreisigen Endstufen dürfte das nicht gut 
funktionieren.

Ich weiß aber, dass sowas mit EMC2 zufriedenstellend realisiert wurde.

Recherchier doch mal in die Richtung.

Mit EMC2 hat man unvorstellbar viele Möglichkeiten, aber auch den 
Einarbeitungsaufwand.

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