[Schrittmotor] - °/step viiiel zu gering?

[Bernhard1987]

Hallo in die Runde,

ich weis nciht wie das bei euch hier so üblich ist, aber ich stell mich mal kurz vor, bevor ich zum eigentlichen Thema komme.
Wie ihr meinem User Name entnehmen könnt heiße ich Bernhard und bin 18 Jahre alt. Ich besuche eine HTL (Höhere technische Lehranstalt) in Österreich, und arbeite mit 2 Schulkollegen bereits an unserem Diplomprojekt.

Nun zur eigentlichen Frage:
Wir haben eine Schlitten, der über eine Kugelumlaufspindel mit einer Steigung von 2mm über einen Schrittmotor angetrieben werden soll. Unser Problem ist nun, dass wir mit einem handelsüblichen Schrittmotor 1,8°/step nicht auskommen, da unsere Positioniergenauigkeit bei 100nm (Nanometer) liegen muss. Die Spindel ist bereits vorgegeben, da kann man also nciht ändern, ebenso wäre eine Übersetzung äußerst aufwändig und würden wir daher wenn möglich gerne vermeiden.
Kleine Rechnerei:
180° --> 1mm
1.8° --> 0,01mm = 10um (Mikrometer)
Wir benötigen allerdings 0,0001mm = 100nm

Das heißt uns fehlt immer noch Faktor 100 um auf unserer gewünschtes Ergebnis zu kommen.

Ich habe bereits einiges über Schrittmotoren gelesen, allerdings kommt mir da teilweise einiges "spanisch" vor.
Habe im Netz zb diesen Motor hier gefunden:
http://www.micos-online.com/Con_5018.html
Wenn ich die Daten hier so verstehe wie sie gemeint sind, wäre bei diesen bei diesem Motor 300 000 steps pro Umdrehung.

Kann das wirklich sein?
Wo liegt hier der "Hund begraben", dass solch enorm kleine Winkel "ausgegeben" werden können?
Gibt es vielleicht noch andere Möglichkeiten mehr steps pro Umdrehung zu bekommen?
Und warum sind da so enorm große Sprünge zwischen 200steps/Umdrehung und 300 000 ?

Ihr seht schon ich habe ziemlich viele Fragen, und hoffe dass ich hier bei euch richtig gelandet bin. Ich (unsere Team) würde mich wirklich sehr freuen, wenn ihr uns hier weiterhelfen könntet.

Schöne Grüße
Bernhard

[Andree-HB]

Hallo Bernhard....es gibt Schrittmotoren mit vorgesetzten Getrieben, die sind extrem exakt zu positionieren. Vielleicht einfach auch mal in dem Bereich googlen...

[Robotronix]

Habe kürzlich für ein Projekt Mikrostelltische der Fa. PI ( www.pi.de) eingesetzt und schätze daher eure Vorstellungen hinsichtlich geplanter Positioniergenauigkeit mit Stepperantrieb und Spindel als illusorisch ein.
Dafür braucht es schon einiges an Aufwand und der kostet !
Z.B. 50mm Stellweg, 0,1µm unidirektionale Wiederholgenauigkeit ->ca. 3000 €

[Bernhard1987]

Das Gerät an dem wir arbeiten gib es bereits seit 20 Jahren, wurde jedoch sehr lange nicht verwendet. Unsere Aufgabe ist es nun dieses Gerät wieder zum Laufen zu bringen, neue Software etc.
Vielleicht noch zur Erklärung, der Schlitten ist luftgelagert, somit sollten die Toleranzen von vor 20 Jahren doch iengehalten werden können.

[Manf]

Am besten schaust Du Dir mal das Thema "Microstepping" an.
http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/micro.html
Man kann damit beispielsweise die Auflösung um den Faktor 100 erhöhen, also Teilschritte von 1% eines Schrittes, aber es bleibt bei normalen Schrittmotoren nur bis auf 5-10% eines Schrittes linear.

Man kann damit grundsätzlich etwas feiner ansteuern, oder sehr fein wenn die Positionskontrolle von einer Messeinheit übernommen wird.

Sonst kann man Getriebe einsetzen die natürlich bei den hohen Anforderungen alles haben müssen was es Spielfreiheit gibt.
Manfred

Hi
Habe zwar keine grosse Ahnung von dem Zeugs, aber ist eine Genauichkeit von 100nm überhaupt möglich? Schliesslich ist ja ein winzigkleiner Spielraum zwischen Schlitten und Spindel. Ist es möglich dieser Spielraum kleiner als 100nm zu halten? Wenn der Spielraum grösser ist, bringt ja sonst die grosse Anzahl Schritte des Motores nichts.
Gruss Dani

[Manf]

Hier gibt es ein paar Daten zu Kugelumlaufspindeln. Die Daten des eingesetzten Produktes sollte man sich sicher ansehen.
Manfred

http://www.faulhaber-group.com/servlet/com.itmr.waw.servlet.Anzeige?fremdaufruf=ja&kdid=40929&sprachid=2&htdigurl=/sprache2/n170954/i94217.html

[Bernhard1987]

Danke für euer Fachwissen.
Ich bin nun bereits mit einigen Firmen, die Microstepping anbieten in Kontakt und ich bin ehrlich gesagt schon sehr gespannt auf die ersten Datenblätter.

Zur Kugelumlaufspindel kann ich leider nicht wirklich viel dazu sagen. Aber mit genau dieser Kugelumlaufspindel hat das Gerät diese Toleranzen schon eingehalten, einzig die Motoren und die Software sind extrem veraltert bzw wollen von der Firma ausgetauscht werden.
Aber vielleicht noch zur Erklärung: Der Schlitten ist nicht "nur lugtgelagert" - sondern drückt den Schlitten auch in eine Richtung. Sprich wenn man keinen Motor anschließt und die Vakuumpumpe einschaltet fährt der Schlitten automatisch in eine Richtung bis er "anschlägt".
Ich nehme mal sehr stark an, dass dadurch das axiale Spiel enorm verringert wird.

Vielleicht noch eine Frage am Rande: Wäre es theoretisch bzw auch praktisch möglich keine Schrittmotoren zu verwenden, sondern irgendwelche andere Motoren (bitte keine Stelltische oder wie die heißen)?

Schönes Wochenende
Bernhard

EDIT: Warum lese ich so oft "Schrittmotore" und nicht Schrittmotoren?

[Manf]

EDIT: Warum lese ich so oft "Schrittmotore" und nicht Schrittmotoren?
http://de.wiktionary.org/wiki/Motor

http://www.googlefight.com/index.php?lang=en_GB&word1=schrittmotore&word2=schrittmotoren

[user529]

ein regelkreis mit servomotor (http://de.wikipedia.org/wiki/Servomotor) und spielfreiem getriebe (zb HD (http://www.harmonicdrive.de/de/2_6_7.htm))
diese kombi ermöglicht dynamischere verfahrspiele als ein schrittmotor da diese über einen regelkreis angesteuert wird und so höhere beschleunigungen und drehzahlen ermöglicht. 2000s/U*übersetzung(min30)

[RG]

für relativ kleine Stellwege und -kräfte eignet sich das Moving-Coil-Prinzip (auf gut deutsch : Tauchspule)

[Bernhard1987]

Servus,

ich hab mich nun schon einige Firmen angeschrieben, und die Erste hat auch schon geantwortet.

Sie meinten möglicher Weise wäre ein 0.6° Schrittmotor in Kombination mit einem 1/64 Schritt Treiber die Lösung.
Allerdings erscheint mir die ein oder andere Sache noch sehr seltsam.
Zu aller erst einmal hier das Datenblatt des Motors:
http://members.chello.at/flighty87/KT60K06.pdf
Großteils ist mir hier noch alles klar. Aber was ist zB die Y-Achsen Beschriftung der VIBRATION CHARACTERISTICS ?
Weiters würde mcih interessieren ob es Standart ist, dass nur eine 1/4 Microstepping Chart drinnen ist.

Weiters geht es mit dem Treiber:
http://members.chello.at/flighty87/manuel375.pdf
Hier stehen gleich auf Seite 2 die möglichen "step per revolution"
Allerdings liegen Welten zwischen den hier angegebenen Daten und den möglichen steps die man sich ja mit den 0.6° Schritt und 64 Treiber errechnen kann.

Irgendwie kenne ich mich hier gar nicht mehr aus ](*,)

Schöne Grüße
Bernhard

[Manf]

Es gibt 2-Phasenschrittmotoren mit 0,9° /step die mit den genannten Motoren etwa vergleichbar sind. Es wird aber mehr Auswahl an Mikrostep Treibern für 2 Phasen geben.

In jedem Fall solltest Du Unterlagen von verschiedenen Anbietern vergelichen.
Manfred

[Bernhard1987]

Natürlich erkundige ich mich bei mehreren Anbieten, keine Frage.
Aber bei diesem Anbieter war mir eben etwas unklar, deshalb wollt ich ja hier nachfragen. Euer Fachwissen ist schließlich wesentlich höher als meines :)

[tobimc]

HI

Ehrlichgesagt glaube ich auch nicht, dass du mit Kugelumlaufspindeln und Microstepping auf deine geforderten Toleranzen kommst.
Ich würde mit einem 0,8° oder 0,6° Stepper im Halfstep-Verfahren auf ein paar µm positionieren, und alles andere mit einem Präzisions-Piezokristall machen. Die sind extrem genau, und ihr bekommt kleinere Toleranzen als 100µm. Wenn ihr sonst kein Spiel habt...

...Ausserdem gibts ne bessere Note... :D

Aber wozu braucht ihr das so genau, wenn man fragen darf?

VLG Tobi

[Bernhard1987]

Wie bereits mehrfach erwähnt gibt es dieses Gerät bereits seit ca 20 Jahren, und die Toleranzen wurden damals schon so eingehalten.
Unsere Aufgabe sind ua neue Motoren und neue Software.

Note hat nix mit Erfolg zu tun ;)

Ist ein 3D Oberflächen "Scangerät", arbeitet mit Laser und liefert einige Parameter über die Oberfläche (Reinheit, Glanz, "Relief", ...)

[tobimc]

Hi

Ja, das hab ich schon gelesen.
Ich meine nur, dass das Gerät mit dem Piezo noch besser arbeiten würde, und auf dem heutigen Stand der Zeit wäre.

VLG Tobi

[jumbo]

Hi Bernhard

Ich habe mal Berger Lahr Motore im einsatz mit der angabe 500 Step und habe sie im Halfstep verwendet.
Nach dem Datenblatt von Berger Lahr gibt es auch welche mit 10000 Step, 0,036 Grad mit halfstep hättest du deine genauichkeit

Gruß
Jumbo

[Bernhard1987]

@jumbo, danke für den Tipp, ist bisher die einfachste Möglichkeit - DANKE

Könnt ihr mir vll allgemein sagen, was es zu berücksichtigen gibt, wenn man Halfsteps benutzt? Höhere Toleranzabweichungen? Anderes Drehmoment etc. ?

Gruß
Bernhard

[Bernhard1987]

Hallo Leute,

meine Angaben oben von 20.000 Steps haben isch zum Glück als falsch herausgestellt. Das kommt zustande wenn man keine Unterlagen zur Verfügung hat ;)

Nach neuen Berechnungen zufolge (und diesmal sollten diese stimmen) brauchenn wir 2000 steps, mit einer max. Toleranz von 1.3 Winkelminuten.

Ist immerhin schon leichter zu realisieren als 20k, aber immer noch relativ hoch. Ist das rein mechanische gesehen überhaupt möglich? also ich meine durch Microstepping, weil mit Vollschritten hab ich bis jetzt noch nix gefunden bzw hat die Toleranz nicht gepasst.

Schöne Grüße
Bernhard

[Manf]

Jetzt hast Du Dich ja schon mit den Angeboten einger Anbieter vertraut gemacht.

Die 1,3 Minuten sind der 16615. Teil einer Umdrehung. So furchtbar leicht ist das sicher nicht. Bei einem 0,9° Schrittmotor sind es etwa 2,5% von einem Schritt.

Die Schrittwinkel durch Mikroschritte in 2000 pro Umdrehung zu unterteilen geht sicher leicht, die Forderung nach 1,3Minuten Toleranz ist auch für übliche 0,9° Schrittmotoren nicht so leicht zu erfüllen.

Was sagen denn die Anbieter?
Manfred

[Bernhard1987]

Die Anbieter geben meist mal gar keine Toleranz an, aber zb Berger Lahr haben 6'. Und das ist leider schon noch zuviel.

Und die 2000 Schritte sind auch vom mechanischen her locker möglich? Weil von Mikrostepping ist ja theoretisch bis 300.000 möglich was ich so gelesen habe.

Die andere Variante, die wir uns überlegt haben ist DC Motor mit Drehwinkelgeber, allerdings wär uns Stepper wegen einfacher Ansteuerung natürlich lieber.

[Manf]

Die Anbieter geben meist mal gar keine Toleranz an, aber zb Berger Lahr haben 6'. Und das ist leider schon noch zuviel.
Und die 2000 Schritte sind auch vom mechanischen her locker möglich? Weil von Mikrostepping ist ja theoretisch bis 300.000 möglich was ich so gelesen habe.
Die andere Variante, die wir uns überlegt haben ist DC Motor mit Drehwinkelgeber, allerdings wär uns Stepper wegen einfacher Ansteuerung natürlich lieber.
Sicher kann man die Auflösung in der Ansteuerung beliebig steigern, es gibt halt nur Abweichungen beim erreichten Winkel, siehe Toleranzangabe.
Wenn der Schrittmotor genommen werden soll, ok, dann muss man bei der Anforderung eben auch zusätzlich messen.
Manfred

[Bernhard1987]

Hallo,

nach durchforsten der Homepages unzähliger Anbieter komm ich leider zu dem Entschluss, dass es solche Schrittmotoren leider (noch) nicht gibt.

Schade :(

LG
Bernhard