Schrittmotor-Microstep oder DC Getriebemotor-Untersetzung?

[Christian Sturm]

Hallo liebes Forum,

ich quäle mich jetzt schon graume Zeit damit,
eine möglichst kleine und präzise Drehung auf einer Achse zu erzeugen.

Das Thema gabs schon 1000 mal hier im Forum,
Teleskop Schwenk - Neigekopf, Panoramafotographie,
oder eine Uhr mit Picosekundenzeiger ;)

Ich denke die plausibelsten Möglichkeiten wären ein ordentlicher Schrittmotor im Microstepbetrieb... mir in der Profiliga wirklich erheblich zu teuer...

oder ein DC Getriebemotor... daher dieser Post... mit einer wirklich hohen Untersetzung, der einfach über Timer gesteuert wird.

Die Frage ist, ob das technisch wirklich zu realisieren ist...

Nehmen wir die Fakten... (ich bin nichtmal besonders Firm in den technischen Aspekten... ich versuchs trotzdem...):

Schrittmotor:
Schrittmotor 1,8Grad Microstep 1/16 müßten dann 3200 Schritte sein...

Das hört sich gut an, ist mit allem drum und dran preislich und vom Aufwand her für mich zunächst eher abschreckend und soweit ich weiß nicht wirklich präzise.

DC-Motor Getriebemotor 1:3000 (http://www.conrad.de/goto.php?artikel=222368):

Das bedeutet, für 3000 Motorumdrehungen macht die Welle 1 Umdrehung.
Minimale Geschwindigkeit ist 1,5 U/min. bei 4,5V
Das wäre also 1,5 U/min /60 = 0.025 U/Sek.
0.025*360=9...

Das würde bedeuten, wenn ich den Motor 1 Sekunde lang fahren lasse,
dann kommen da ungefähr 9 Grad raus?

Bei der hohen Untersetzung?
Habe ich hier einen Rechenfehler in meinem Gedankengang?

Wie kurz kann der ON "Puls" der Motorversorgung per Ardunio oder Atmega geschaltet werden, sodaß vielleicht weniger als 9 Grad dabei herauskommen und das ganze einigermaßen wiederholbar bleibt?

In welchen Dimensionen kann man denken? Sek/10 Sek/100?

Bei der hohen Drehzahl, und der hohen Untersetzung müßte es einigen Spielraum geben.... was die "Unpräzision" der Ansteuerung und der Trägheit des Motors/Getriebes angeht...

Vielleicht mag jemand mit mir mitgrübeln... :)

Da fällt mir ein... gibt es zufällig kaskadierbare Getriebe die vielleicht sogar noch erschwinglich wären? *träum* ;)

Oder nen ordentlichen Bausatz mit Metallritzeln? Ich finde nur Kunstoff Vario Bausätze und ähnliches....

Lieber Gruß
Chris

PS: Bevor jemand fragt... es geht um die Ausrichtung eines Lasers auf lange Distanz... und leider habe ich letzte Woche nicht im Lotto gewonnen... :)

[Besserwessi]

Wenn es nur um einen kleinen Winkel geht, kann man mit eine relativ langen Hebel und eine Linearantrieb, z.b. aus einem alten Diskettenlaufwerk arbeiten. Der Hebel wirkt dann als Getriebe.

Es gibt gelegentlich auch Schrittmotoren mit Getreibe. Damit könnte man eine kleine Schrittweite hinkreigen, allerdings nicht besonders viel Prazision. Das Problem hat man aber auch mit den normalen Getrieben - eine langsame Geschwindigkeit kreigt man schon hin, nur Präzise wird das nicht besonder.

Die Pulse vom µC kann man sehr kurz hinkreigen (< 1µs), nur ein DC Motor kann dem nicht folgen. Langsamer als die etwa 4500 U/min sollte man einen DC Motor aber schon kriegen. Die meisten billigen DC Motoren werden pro Umdrehung so etwa 3-7 Stellungen haben wo sie mehr oder weniger stark einrasten. Das sind das sozusagen die kleinsten Schritte.

[Christian Sturm]

Aha, danke für die Information....

mmh, wenn ein DC Motor also 3-7 Schritte pro Umdrehung hat,
wäre es dann realistisch den Getriebemotor eine Umdrehung fahren zu lassen... also die 3-7 Schritte.... oder geht das technisch nicht?
Vom Timing her ja kein Problem, aber was ist mit der Motorphysik...
Trägheit, Anlauf- / Bremsverhalten....

Mir ist klar, das das nicht besonders präzise wird...

Bei dem DC Getriebemotor habe ich ja eine Untersetzung von 3000:1,
würde bedeuten daß ich irgendwo zwischen 0,12 und xGrad rauskomme...
das wären dann eben fast 3000 Schritte in einer 360Grad drehung...selbst wenn es 1500 wären...

Das wäre immernoch erheblich besser als ein Schrittmotor ohne Microstepping... (vielleicht 200 Schritte) ...

Da hätte ich dann eine sehr günstige Alternative mit einer mittleren Performance... einfachere Ansteuerung, weniger Hardware... günstigerer Preis...

Selbst wenn man mal von 1500 ausgehen würde... und sich nochmal eine Untersetzung per Zahnrad/Zahnriemen baut, sehe ich da von der Präzision her eher blühende Wiesen.... man stelle sich eine Nachgeschatete 10:1 Untersetzung vor....
Dann wäre ich in dem "Worstcase" von 1500 Schritten anstatt 3000 immernoch bei 15.000....

Ich bin mir sicher, solch einen Stepper inkl. Controllerhardware könnte
ich mir nicht leisten....

Schon normale Stepper mit Getriebe lassen mich preislich blaß werden.... :)

So würde ich mich bei einer ordentlichen Umsetzung wohl im 50 Euro Bereich bewegen....

Die Frage ist, ob das nur ein Hirngespinst ist... daher wende ich mich hier
an die Experten... und danke schonmal für die Antwort... und hoffentlich auf die noch folgenden....

Was den Hebel angeht...
der Winkel wäre dann erheblich zu eng... zwischen 90 und 180 Grad wäre minimum.... 360 Grad ist von mir angestrebt....

Wie gesagt... Geschwindigkeit spielt keine Rolle... ganz im Gegenteil....

Hat vielleicht jemand den 3000:1 Motor schonmal ausprobiert?
Ist ja in den Motor-Empfehlungen aufgeführt....

Würde mich brennend interessieren, wieviel Minimal-Umdrehungen/Minute
möglich sind....

Achso, die zu drehende Hardware ist sehr leicht... Drehmoment ist also zu vernachlässigen... und bei der Untersetzung dürfte es so oder so vom Drehmoment oversized sein....

Lieber Gruß
Chris

[ManuelB]

Also bis 1/16 Mikroschritt ist noch relativ günstig zu machen was die Motorsteuerung betrifft. Wenn man auf die relativ integrierten Teiber zurückgreift von z.B. Toshiba oder Allegro hat man mit wenig zusätzlichen Bauteilen einen Treiber mit z.B. Takt-Richtungs Eingang. Lässt sich auch sehr leicht über µC ansteuern. Um ein Getriebe wird man aber wohl trotzdem nicht herumkommen. Gerade bei langen Hebelarmen durch die Distanz des Laserziels machen sich ev. Schrittwinkelfehler bemerkbar.
Wobei ich das positionieren rein über einen Timer ohne Positionsrückmeldung auch nicht als präzise beschreiben würde. Bei geringer Last können auch schnell Drehzahlschwankungen des DC Motors auftreten z.B. durch Erwärmungsprozesse von Lagern/Getriebe etc. so dass man die genaue Drehzahl nicht exakt bestimmen kann.
Ev. wäre es dann sinnvoll einen Enkoder z.b. Zahnscheibe mit Lichtschranke oder ähnliches mit einzusetzten.
MfG
Manu

[Christian Sturm]

Hi Manu!


Ev. wäre es dann sinnvoll einen Enkoder z.b. Zahnscheibe mit Lichtschranke oder ähnliches mit einzusetzten.

Ja, ich habe auch schon dran gedacht... allerdings würde ich ohne Vorkenntnisse denken, daß eine Encoderscheibe mit einer derartigen Auflösung eher schwer zu beschaffen ist.... sofern es sowas überhaupt gibt, wohl eher Spezialequipment... und damit wieder sehr teuer....

Allerdings könnte man sie ab und an, für eine Neukalibrierung nutzen...
insofern sicher ein Gedanke der Vorteilhaft sein könnte....

Gut, also sofern ich Euch richtig verstehe, ist der Gedanke... sofern man mal absolute Präzision ein wenig außen vor läßt, theoretisch machbar.

Nuja,... was den Stepper-Controller angeht... hatte ich mir schon den TMC222 angesehen... und ähnliche...

Alternativ fand ich den EasyDrive 4.0 irgendwo sinnig... gerade für einen Anfänger... unterstützt ja auch Microstepping von Haus aus....

Ich wollte allerdings für mein wirklich erstes "eigenes Projekt" gern
auf Modulvarianten verzichten... irgendwie sträubt es mich schon ein
Ardunio anstatt eine reine AtMega Schaltung in erwägung zu ziehen....

Das ganze ist so denke ich jedenfalls vom Aufwands/Kostenfaktor trotzdem sehr sinng, bewegt sich ja im Selbstkostenbereich, und man hat nicht den Frust (Anfängerfehler/Abrennen etc.) und die Arbeit.... (SMD löten wegen FT232RL.... sowieso schlecht für einen Anfänger)

Insgesammt gesehen wäre dies für die ersten Schritte wohl trotzdem
der sinnigste Gedanke... habe bisher nur grundlegende Erfahrungen mit einer C-Control M-Unit 2.0 und den Stepperendstufen/Schrittmotoren von Pollin.

Das Projekt damals ist am Microschritt-Timing verreckt... allerdings hatte ich da auch versucht vom PC aus zu timen, bzw. entsprechende Schleifen im Pic auszulösen... als es dann an Flanken ging, zeigte sich eindeutig, daß die Latenzen des OS bzw. der Serialschnittstelle das "Aus" bedeutet haben....

Nun, nach fast 3 Jahren möchte ich dieses Projekt "richtiger" angehen...
und nach Möglichkeit für die V1.0 des neuen Gedankens ;) gern die Kosten im Rahmen halten....

Verbesserungen hatte ich mir Vorgestellt, wenn das ganze annähernd so funktioniert wie ich es mir denke... daher wollte ich zunächst erstmal die grundlegende Vorrangehensweise, Hardware und Möglichkeiten klären,
bevor ich wieder im "GESCHEITERT" lande... :)

Danke für die Antwort!!!

Naja, dann werde ich wohl ganz langsam mal anfangen müssen/wollen ;)...

Zunächst müßte ich in erfahrung bringen, wie langsam der Motor "zuverlässig" dreht... werde ihn wohl kaufen müssen,

wenn sich nicht noch jemand durch Zufall meldet :(

Also nochmal... wenn hier jemand den Motor einsetzen sollte,
würde ich um eine kurze Meldung bitten....

Lieber Gruß
Chris