X-Y Positioniersystem

[Breviceps]

Hallo,
ich soll ein X-Y Positioniersystem realisieren. Hatte mir gedacht ich nehme 2 Linearmodule mit Schrittmotoren und setze diese zu einer Art Kreuztisch zusammen. Mit dem Aufbau soll schließlich ein Objekt in der X-Y Ebene verfolgt werden, das sich ungefähr mit 4cm/sec fortbewegt. Die Lasten sind sehr gering. Das eine Modul müsste das andere + 1kg tragen können. Die Positioniergenauigkeit müsste unter 0,5 mm liegen. Nun zu meinen Fragen:
1. Welche Linearmodule sind dafür geeignet? Reicht ein Spindelantrieb für diese Geschwindigkeit? Die Linearschienen sollten schon fertig zusammengebaut sein und die möglickeit besitzen eigene Motoren zu nehmen (spätere Ansteuerung).
2. Welche Schrittmotoren sind für diese Geschwindigkeit geeignet bzw. habt ihr Berechnungshilfen zur Auslegung?

[TheDarkRose]

Wie sieht den dein Budget aus?

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- X-Y Positioniersystem
- ein Objekt in der X-Y Ebene verfolgt werden
- 4cm/sec
- Positioniergenauigkeit unter 0,5 mm

Wie groß ist die X-Achse?
Wie groß ist die Y-Achse?
Wieviel wiegt auch immer, was du zum verfolgen des Objektes benutzen möchtest?

Vorher braucht man sich keine Gedanken um Motoren zu machen wenn man nicht mal weis welche Strecken zu überbrücken sind und damit welche Biegelasten auf die Achsen wirken. Damit steigt dann nämlich auch das Gewicht der Achsen, wenn sie biegesteifer sein müssen.

[Breviceps]

Oh Sorry!
Kurze Korrektur erstmal! Soll x-z ebene sein! Also eine Achse vertikal!
Es soll jeweils ein Hub von 16cm realisiert werden! Also nichts Großes deshalb hat ich das vergessen ;-)
Also Last nicht mehr als ein Kilo! Hat ich aber auch geschrieben.
Mfg
Und thx schonmal für die Antworten!
P.S. Uni Budget aber für Studienarbeit also sols auch nich so sehr den Rahmen sprengen!

[i_make_it]

Also die reine Nutzlast ist ein Kg?
ich hatte es so gelesen das du für die zweite Achse schon ein Gewicht von 1Kg postuliert hättest.

Also haben wir:
- X-Z Positioniersystem
- X-Achse 160mm Verfahrweg
- Z-Achse 160mm Verfahrweg
- ein Objekt in der X-Z Ebene verfolgt werden
- 4cm/sec
- Positioniergenauigkeit unter 0,5 mm
- Nutzlast an Z-Achs Schlitten 1Kg

Bei 16cm dürfte es keine großen Probleme mit Durchbiegen geben.

Ist die Nutzlast ein Sensor der ein Objekt verfolgt und darüber die Positionierung regelt?
Oder soll eine Steuerung ein Positionieren mit einer Genauigkeit <0,5mm durchführen?

Im erstern Fall benötigst Du nämlich nicht umbedingt Stepper, da der Sensor, das Rampen der Motordrehzahl und die Sprungantwort des Reglers für die Positioniergenauigkeit verantwortlich sind.

Bei einem Positioniersystem das festgelegte Koordinaten anfahren können muß, sind die Stepper Antrieb und (virtuelles) Meßsystem in einem.

[Breviceps]

Ja Nutzlast nich mehr als Kilo! Also müsste die eine Schiene dann das Kilo Plus Gewicht der 2. Schiene tragen.
Steuerung soll das Positionieren mit einer Genauigkeit <0,5mm durchführen!
Mit I2C und eventuell rn-schrittmotor als Board.

[i_make_it]

Bei Steppern hat man ja meist 1,8° für einen Vollschritt.
Das sind 200 Schritte pro Umdrehung. Bei einer Spindel mit 4mm Steigung sind das 0,02mm je Schritt.
Da kanst du 25 Schritte machen um die 0,5mm auszureizen.

Bei 160mm Verfahrweg und 1Kg Last denke ich aber das du eher bei Spindeln mit 2,5mm Steigung oder weniger rauskommst.

Kommt halt auf den Anbieter an.

Da kommt dann schon das Thema, hast du schon Anbieter im Kopf oder fehlen dir da noch die Adressen?

[Breviceps]

Genau da liegt jetz aber mein Problem bei der Auslegung! Was ist denn nun sinnvoller für meinen Aufbau?
1. Größere Spindelsteigung und damit größerer Vorschub je Schritt
oder
2. kleinere Spindelsteigung und kleinerer Vorschub?

Und dann, was is bei der Motorwahl noch zu bachten? 1,8° oder 0,9° haben sie ja alle! Sollte ja auch für die geforderte Genauigkeit ausreichen. Nur was ist mit benötigtem Drehmoment, Motorstrom...
Kenne mich da leider nicht so wirklich mit aus, da das praktische Arbeiten doch an der Uni sehr kurz kommt...
Hatte z.B. sowas hier im Auge!
http://www.a-drive.de/produkte_aktuatoren.php#linear_lrs
Ganz unten die Linearschienen...

[i_make_it]

Also das System ist fertig motorisiert, fehlt nur die Motoransteuerung mit Leistungstreibern.

Die Lineareinheit LRS ist in Verbindung mit der patentierten NEMA 17 Hybrid Linear Aktuator Reihe
erhältlich, die über ein außerordentliches Leistungsvermögen verfügt. Die Auflösung liegt zwischen
0,001524 mm/Schritt und 0,048768 mm/Schritt bei Kräften von bis zu 222 N.

Leistungsstärke
· Max. Geschwindigkeit 0,5 m/s
· Max. Länge des Schlittens 1.000 mm
· Max. Nennkräfte:
w „Z“ Last.........................225 N
w Hängende / Zugkraft.....225 N
w Schermoment...............8.5 Nm
w Drehmoment ................ 8.5 Nm
w Biegemoment ............... 8.5 Nm
· Seitenabweichung in Längsrichtung: +/- 1,0 mm/m
· Drehmoment-Abweichung: +/- 0,75 °/m


500mm/s bei 22,5Kg sind mehr als ausreichend für deinen Bedarf.
Die Schrittauflösung im Hundertstel bis Mikrometer Bereich auch.

Vermutlich wird dir nur beim Preis übel werden.
Bei den unten aufgeführten ist A-Drive auch dabei, ich habe die einfach schnell mal gegoggled mit

"linearführungen mit spindelantrieb"

http://www.ketterer.de/files/4613_linearfuehrung.pdf

http://www.isel-germany.de/products/category.php?lang=de&ID=c56

http://www.drylin-w.com/wpck/default.aspx?PageNr=2363&CL=DE-en

http://www.a-drive.de/produkte_lineareinheiten.php

http://www.expo21xx.net/motion21xx/15857_st2_linear_drive/default.htm

http://www.haydonkerk.de/89/Produkte/Linearschienen,_-fuehrungen_und_Splines.htm
Das heist anrufen, anmailen, anschreiben Spezifikationen angeben und mal die preislichen Angebote ansehen.
Teilweise weden die Dinger halt schon motorisiert und teilweise nackt angeboten. Das ist zu berücksichtigen.

Aber vermutlich werden auch da die Preise für zwei Achsen ohne Motor ab ca. 200,-€ nach oben gehen.

Und dann gibt es die Alternative Eigenkonstruktion wenn das Buget es nicht hergibt, oder die Aufgabenstellung mehr Eigenleistung vordert.

Bei Eigenkonstruktion kommt es halt massiv auf die Handwerklichen Fähigkeiten und den Maschinenpark drauf an.
Von Multiplex mit Schubladenführungen und Gewindestangen aus dem Baumarkt bis zum Zukauf einzelner Führungselemente und Spindeln und dem Schweißen/Fräsen des Tragwerks ist da alles möglich.

Wichtig ist erst mal die Z-Achse mit Schlittenmasse und Reibwerten zu bestimmen und die maximale Beschleunigung. Also nicht nur die Maximalgeschwindigkeit des zu verfolgenden Objektes sondern auch wie schnell das Teil von Null auf 40mm/s kommt.
Damit kann dann die resultierende maximale Kraft am Antrieb berechnet werden. und darüber mit Reserver dann der Motor gewählt werden. Die gesammte Masse von Nutzlast, Z-Achse und Motor fließt dann Als Nutzlast in die Berechnung der X-Achse ein.
Was Gerne vergessen wird, sind so Nettigkeiten wie die Kräfte die zum Bewegen der Zuleitungen notwendig sind (Energieketten).
Dürfte bei der Größe aber eigentlich nicht so großartig in Gewicht fallen.

Die Kraft die sich aus zu bewegender Masse, Reibung und notwendiger Beschleunigung ergibt, gibt dir dein Drehmoment vor.
Die Spindelsteigung und die Maximalgeschwindigkeit, die Drehzahl.


########NACHTRAG######

Bei den Steppern sollte für den Selbstbau 1,8° langen. du kannst ja immer noch Halbschritt und Microschritt fahren.

Die Steigung ist nur entscheident wenn es im extreme Präzision geht oder wenn mit der gewählten Steigung keine Spindel - Motorpaarung mehr möglich ist um innerhalb der Betriebsparameter zu bleiben.

An sonsten so machen wie ich es im Beispiel gemacht habe einfach mal die Steigung durch die Stepps pro Umdrehung teilen und sehen was da raus kommt.
Bei 25 Schritten zum ausreizen der Tolleranz und durchschnittlich einem Schrittverlust pro 10.000 Schritten.
Und der Annahme das alle Schritte in die selbe Richtung verlohren gehen, ist nach 250.00 Schritten die Tolleranz spätestens überschritten.
Wenn 200 Schritte 4mm sind, dann sind das 5000mm.
Bei 40mm/s währen nach 125 Sekunden spätestens der Tolleranzbereich verlassen.

Das gilt nur für eine Steuerung nicht für eine Regelung, die ja durch die Rückführung das kompensiert.

Anhand des Beispiels solltest du in der Lage sein einige Überlegungen zur Planung und den Betriebsparametern anzustellen.

[Besserwessi]

Für 40 mm/s und einer Spindelsteigung von z.B. 4 mm muß der Motor schon 10 Umdrehungen pro Sekunde machen. Das ist für einen Schrittmotor schon relativ schnell, geht aber noch. Man sollte deshalb aber lieber einen Motor mit wenig Schritten, ggf. auch einen mit nur 48 Schritten pro Umdrehung Wählen, und auch zusehen, das die Steigung nicht kleiner wird. Auch mit 48 Schritte und 4 mm Steigung hat man noch ca. 0,1 mm Auflösung bei Vollschrittbetrieb. Dafür reichen einem dann auch noch moderate 480 Schritte pro Sekunde für 40 mm/s.


Da ist zwar etwas Reserve dirn, aber so etwa stimmen sollte die Steigung/Schrittweite schon, sonst wird es doch etwas langsam.



Mit Schrittverlusten sollte man eigentlich nicht rechnen, da sollte man lieber weniger Schritte machen, und gar keine verlieren. Da gehört nicht viel zusätzliche Last oder fehlende Spannung dazu um von 1 Schrittverlust auf 10.000 Schritte auf 9 verlorenen Schritte von 10 zu kommen. Wenn man einmal einen Schrittverloren hat, stimmt die ganz Beschleunigung nicht mehr, und der Motor steht und brummt nur noch, zumindest wenn der Schrittverlust beim Beschleunigen und eher hoher Geschwindigkeit passiert. Genau da ist auch die Gefahr am Größten das man Schritte verliert.

[i_make_it]

@Besserwessi
Na ja bis jetzt ist ja noch nicht mal bekannt ob überhaupt ein Schrittmotor benötigt wird.



Mit dem Aufbau soll schließlich ein Objekt in der X-Y Ebene verfolgt werden, das sich ungefähr mit 4cm/sec fortbewegt.

Eine Verfolgung impliziert ja eigentlich einen Sensor der die aktuelle Position des "Objektes" relativ zur eigenen Position erkennen kann und ein entsprechendes Nachregeln der Achsen um möglichst jederzeit dekungsgleich zur Position des "Objektes" zu liegen.

Und da ist es ja egal ob es ein Stepper ist.

Wenn die X-Z Position des "Objektes" dokumentiert weden soll, ginge das dann auch über ein externes Meßsystem ohne jegliche Gefahr von Schrittverlusten.

[Breviceps]

Hallo nochmal!
Also bin jetz am überlegen, ob man nicht einfach einen X-Y Tisch vertikal stellen kann!? Kennt ihr eventuell Anbieter bei denen man einen Tisch mit I2C ansteuern kann? Die Geschwindigkeit sollte ja eigentlich kein Problem darstellen! Stepper soll es auf jeden Fall sein.
MFG