Высокоточная система с ШД

[goodip]

Приветствую!

Вопрос у меня, возможно, изначально несколько размыт, но что нужно - уточню, ибо сам пока не могу учесть всех нюансов.

Итого, есть задача собрать систему, работающую по принципу револьверного барабана. Барабан из стали, вес около 2 кг. Ближе к краю барабана вырезаны 8 отверстий, расположенных симметрично по кругу (диаметрально противоположные пары отверстий, равные отступы между отверстиями). Диаметр барабана, предварительно - 200мм. Желаемое время, которое будет отводиться на 1 шаг - в районе 1-1.5 секунд. Пауза между шагами - в этих же пределах. Вращение барабана - в горизонтальной плоскости.

Главная задача- вращать барабан с точностью позиционирования по внешнему контуру в районе 0.05-0.07мм.
Есть ли такие системы, какой комплект порекомендуете купить для реализации такой задачи? Применять лучше ШД, ШД с редуктором или сервоприводы?
Информации очень мало, в целом как и опыта в создании таких систем, т.е. пока есть только задумка, но с чего-то надо начинать.

Если на пальцах совсем: в каждом из 8 отверстий - по 1 заготовке определенной детали. Каждую деталь нужно подвести под обрабатывающую зону (опрессовка+лазер). Таким образом, 1 шаг работы системы это поворот барабана на 1\8 (45 градусов), до следующего отверстия, срабатывает обработка детали, находящейся в отверстии. Ну и далее очередной шаг на 1\8.

Думаю, дополнительно требуется установка системы контроля точности позиционирования и её коррекции, т.к. если если отклонение в позиционировании при каждом шаге будет равно или больше 0.09 мм - детали будут уходить в брак, т.к. размер будет не по ГОСТ, а также возможно механическое повреждение детали в виду отсутствия необходимой точности позиционирования.
Также нужна система обратной связи, которая бы "сообщала" остальным подсистемам, что деталь "на позиции" и готова к обработке.


Скорость работы критична. Хотя понимаю, что чем она выше, тем больше нагрузка на систему, влияние на погрешность - инерция, момент и т.п.

Ну вроде так более-менее описал задачку... Нужен совет. Подскажите, каким железом это у вас можно реализовать - параметры, стоимость, и в принципе возможные варианты, ибо думаю он не один такой

[Administrator]

Доброй ночи!
В Вашей системе действительно довольно жесткие требования к точности позиционирования. При указанных параметрах точность позиционирования должна быть 0,03...0,04 градуса. К сожалению, шаговые приводы не реализуют такую точность - это связано с технологией изготовления зубцов ротора. Точность позиционирования шагового привода 0,09 градуса, эта точность не зависит от величины дробления шага. Таким образом, шаговые приводы для такой задачи лучше не рассматривать.

Можно использовать сервоприводы с разрешением энкодера от 17 бит и выше. Например, в сервоприводах SERVO-E-4  разрешение энкодера 131072 имп/об, т.е. такой привод обеспечит заданную точность с запасом погрешности позиционирования +/- 10 импульсов энкодера, если устанавливать привод на оси вращения барабана. Однако, здесь главный нюанс - при установке привода на оси вращения момент инерции барабана будет очень большим. В самом неблагоприятном случае, если масса барабана распределена по краю диаметра, момент инерции (без учета отверстий и обрабатываемых деталей), момент инерции составит 200 кг*см2. Общее правило при подборе сервоприводов - момент инерции ротора должен быть сопоставим с моментом инерции нагрузки (желательно, чтобы  разница была не более, чем в 10-20 раз) - при этих условиях сервопривод может быстро и точно позиционироваться.  Чем больше момент инерции - тем дольше привод будет позиционироваться. Поэтому либо нужно брать сервопривод с большим запасом по мощности (порядка 1,5 - 2кВт), либо снижать приведенный момент инерции механикой. К сожалению, обычный прецизионный редуктор не подойдет, т.к. даже в прецизионных редукторах люфт составляет порядка 10 угловых минут, т.е. 0,17 градуса, что не обеспечивает требуемую Вашей системой точность.
Т.е. выхода в данном случае два:
1) сервопривод с большим запасом по мощности. Плюс - хорошая точность позиционирования. Минус - габариты и стоимость такого привода.
2)изготовление точной механики для снижения влияния инерционности нагрузки. Плюс - можно использовать небольшой сервопривод. Минус - изготовление такой механики - довольно сложная задача, стоимость реализации такой задачи я оценить не могу.
По второму варианту - заданная скорость вращения получается не слишком большой для сервопривода - 5-7,5 об/мин. Это дает возможность использовать механику с коэффициентом редукции более 100.

Так как рассчитанный момент инерции - весьма условный (отверстия в барабане и распределение массы по диаметру барабана уменьшат его, установленные обрабатываемые детали увеличат его), можно предположить, что для реализации первого варианта без дополнительной механики подойдет сервопривод SERVO-E-4-4-0-150-0 (1,5кВт) или SERVO-E-4-4-0-200-4 (2кВт). http://dmotor.ru/servo-1-4.htm  Но точно рекомендовать какой-либо привод можно после уточнения инерции нагрузки и требуемого крутящего момента.
У предложенного сервопривода есть выходной сигнал завершения позиционирования. Он выставляется при погрешности положения менее, чем заданная величина. Можно этот сигнал использовать для "сообщения" остальным подсистемам, что деталь "на позиции" и готова к обработке.

Стоимость и другие вопросы дополнят мои коллеги.

[goodip]

Понял, спасибо за инф...

А пока никто еще не отписал про сервоприводы, спрошу-таки вдогонку про шаговые двигатели - какую точность, в итоге, они могут реализовать? 0.09 градуса - это гарантированная точность позиционирования у ШД? В таком случае, может быть применить понижающий редуктор? И в каком виде эта система должна быть в таком случае реализована - можете показать на вашем железе пример? Что можно купить в таком случае, какую "сборку"? И если предел точности подтянуть до 0.09-0.1 мм - упростит ли это хоть как-то решение\стоимость вопроса?

[Serg]

 0,09 градуса - это основной угловой шаг. Эта серия шаговых двигателей с микрошагом. За один полный оборот ШД сделает 400 шагов. Понижающий редуктор увеличивает крутящий момент в передаточное число раз редуктора. Крутящий момент на точность перемещения не влияет. Если рассматривать пример на нашем железе, то из серии шаговых приводов необходимо рассматривать не ниже серии FL110STH(шаговый двигатель)+ SMSD822(программируемый блок управления) + безлюфтовый редуктор EW для шаговых двигателей.  Блок управления SMSD822 работает от сети 220В. В блоке есть несколько режимов управлений (режим драйвера, режим контроллера, ручной режим, следящий режим). Более подробно о функциональных возможностях блока управления можно посмотреть на нашем сайте вот здесь: http://electroprivod.ru/smsd-822.htm
По вопросу стоимости  и наличия продукции Вы можете позвонить к нам в офис (812) 703-09-81 (812) 493-27-26


При написании этого сообщения была допущена опечатка - основной угловой шаг такого двигателя 0,9 градуса, а не 0,09 (Administrator, 05.07.2018).
   

[Administrator]

Если рассматривать допустимую точность позиционирования ).09...0,1 градуса - это существенно упростит и удешевит задачу.
В этом случае можно действительно использовать шаговый привод. И даже не обязательно серию с основным шагом 0,09 градуса. Даже стандартные шаговые двигатели с основным шагом 1,8 градуса обеспечат нужную точность - точность позиционирования +/- 0,09 градуса при условии, что нет проскальзывания шагов. Шаги могут "проскальзывать" в случае слишком большого момента инерции нагрузки. Так что вопрос опять же упирается в инерционность системы.

Использование редуктора улучшит ситуацию с инерционностью систему, но ухудшит точность позиционирования. Например, редуктор серии EW имеет люфт 16'...24' (т.е. 0,27...0,4 градуса). Серия редукторов EL - 10'...12' (т.е. 0,17...0,2 градуса).

[goodip]

Если рассматривать допустимую точность позиционирования ).09...0,1 градуса - это существенно упростит и удешевит задачу.
В этом случае можно действительно использовать шаговый привод. И даже не обязательно серию с основным шагом 0,09 градуса. Даже стандартные шаговые двигатели с основным шагом 1,8 градуса обеспечат нужную точность - точность позиционирования +/- 0,09 градуса при условии, что нет проскальзывания шагов. Шаги могут "проскальзывать" в случае слишком большого момента инерции нагрузки. Так что вопрос опять же упирается в инерционность системы.

Использование редуктора улучшит ситуацию с инерционностью систему, но ухудшит точность позиционирования. Например, редуктор серии EW имеет люфт 16'...24' (т.е. 0,27...0,4 градуса). Серия редукторов EL - 10'...12' (т.е. 0,17...0,2 градуса).

Хорошо.... Тогда такой подвариант - в целом все те же требования, но входящие параметры такие: диаметр 140-150мм, вес вращаемого "барабана" от 300 до 400 грамм. Так лучше? ) Инерция на более-менее мощном движке, том же FL110STH (он тоже мне понравился, при рассмотрении вариантов двигателей у Вас на сайте) - думаю будет незаметна при таком весе. Или ошибаюсь?

И про редуктор - он-таки ухудшает ситуацию с точностью позиционирования? В итоге, при изменении условий, что выше привёл я - редуктор нужен, или можно (нужно?) отказаться от него?

[goodip]

И еще вопрос - как быть с накоплением неточности - этот эффект будет присутствовать? Допустим система делает 10 000 шагов - неточность в каких размерах может оказаться? Как быть с коррекцией в таком случае?

Читал еще о микрошаговом режиме. Как я понял, в таком режиме двигатель может делать шаг менее 0.9 градуса?

Например вот цитата статьи с Вашего сайта:
"... Во многих приложениях, где требуются малые относительные перемещения и высокая разрешающая способность, микрошаговый режим способен заменить механический редуктор".

При моих параметрах - около 40-50 шагов в минуту по 45 градусов каждый - считается ли это "малым относительны перемещением"? Справится ли движок в микрошаговом режиме с таким режимом работы, при весе приводимой системы 300-500 грамм и диаметре 140-150 мм?

Если все условия удовлетворительны и выполнимы, то еще раз - на какой комбинации железа это реализуется? ) И заодно - как срок исполнения заказа от момента получения оплаты Вами до момента передачи заказа в транспортную компанию?

[Serg]

Ошибка позиционирования не накапливается. Существует допустимая погрешность углового шага +/- 0,09 градуса. Таким образом если совершить 1000 шагов будет погрешность в пределах +/-5%. Эта погрешность сбрасывается по достижении свыше 1000 шагов. Погрешность +/-5% будет всегда, как на 1000 шагах так и на 10000 шагах. Коррекция происходит самопроизвольно.
Также будет погрешность на сопротивление обмоток двигателя 10%, погрешность индуктивности обмоток двигателя 20%, максимальное радиальное биение вала двигателя 0,02мм, максимальное осевое биение вала двигателя 0,08мм, максимальная осевая нагрузка на валу 60Н, максимальная допустимая радиальная нагрузка на валу 220Н.     

[Administrator]

Да, при таких параметрах (масса 500 грамм и диаметр 150 мм) инерция существенно снижается. При самом неблагоприятном варианте она составит 28кг*см2 - а это уже сопоставимо с инерцией ротора двигателей.

По поводу микрошага шаговых двигателей - его, безусловно, можно и нужно использовать - хотя бы для того, чтобы уменьшить явление резонанса шагового двигателя. На точность позиционирования микрошаг никаким образом не повлияет. Погрешность всегда будет оставаться +/- 5% от полного шага, т.е. 0,09 градуса. Т.е. при микрошаге 1/2 каждый шаг двигателя будет отрабатываться с точностью 0,9 +- 0,09 градуса. Эта погрешность не накапливается и всегда остается одной и той же, независимо от того, сделает ли двигатель один шаг или сто шагов (или другое количество шагов). Для Вашего приложения можно один шаг системы (т.е. Ваши 45 градусов) - это 50 полных шагов двигателя (или 100 полушагов).
Если же пропуск шагов произойдет по каким-либо причинам (заклинивание механики, наводки на электронику или что-то еще) - в случае с шаговым приводом эта погрешность уже останется и не скорректируется.
Если же использовать сервопривод (можно использовать 1кВт, 131072 имп/об) - любые погрешности позиционирования автоматически корректируются приводом на основании данных энкодера.

Т.е. у нас получается два возможных варианта:
1) Шаговый привод - мой коллега рекомендует шаговый двигатель FL110STH + блок управления SMSD-822. На мой взгляд, можно даже поменьше серию взять - FL86STH. FL110STH, конечно, даст больший запас, но он больше и дороже.
Из плюсов - значительно проще подключить и настроить. Ваш режим работы (быстрая смена цикла поворот-остановка) более благоприятен для шагового привода. Стоимость шагового привода будет ниже. Из минусов - в случае пропуска шагов (маловероятно, но возможно) погрешность позиционирования будет накапливаться. Шаговый привод обязательно будет греться - до 60-80С (это особенность работы всех шаговых приводов). Шаговый привод при работе гораздо более шумный, чем сервопривод.
2) Сервопривод - SERVO-E-4-4-0-100-0 (дополнительно потребуется источник питания 24В для питания логики - для подачи сигналов управления, мощность минимальная. При желании можно тоже заказать у нас.). Из плюсов - правильно настроенный привод почти бесшумен в работе, исключена возможность накопленной погрешности (пропуска шагов не бывает). Из минусов - немного сложнее в настройках (в любом случае, при возникновении вопросов по настройкам мы поможем), выше цена. Гипотетически для такого режима работы (частый старт-стоп)  может дополнительно  понадобиться тормозной резистор (для гашения рекуперативной энергии). Но скорее всего, не понадобится - это можно уже по месту определить, после подключения к системе.

Все предложенные варианты - популярные модели, обычно поддерживаются на складе. Но лучше уточнить наличие по телефону или электронной почте (http://electroprivod.ru/address.htm).
Продукция со склада отгружается сразу же после получения оплаты. Складов два - в Санкт-Петербурге и в Москве. Если требуется доставка по России - мы отправляем продукцию компанией СПСР Экспресс - стоимость и сроки доставки можно уточнить в нашем офисе по телефону.

И еще у Вас остался вопрос про редуктор - редуктор во всех случаях снижает влияние инерции нагрузки на привод. Но, сам редуктор имеет люфт. Даже в прецизионных вариантах этот люфт присутствует. Как мы писали ранее - этот люфт составит 0,17...0,4 градуса в предлагаемых нами моделях. Поэтому гарантировать нужную Вам точность при использовании редуктора невозможно. Если бы точность позволяла - при использовании редуктора можно было бы обойтись гораздо меньшим по мощности и габаритам приводом. Например, в случае сервопривода, можно было бы использовать привод 200-400Вт (фланец 60мм).
Минус прецизионного редуктора - высокая цена. Высокоточные редукторы не бывают дешевыми. Т.е. если бы допустимая погрешность позиционирования позволяла - можно было бы добавить варианты с редуктором к сравнению.