Influenza Risoluzione Encoder Sulla Precisione Di Posizionamento

[Aspirante bravo ingegnere]

Buongiorno a tutti, vorrei prima di tutto presentarmi.

Sono un "Aspirante bravo ingegnere", dunque, come potete capire facilmente, sono ancora uno studentello di ingegneria di 23 anni (Ingegneria Meccanica).

Mi sono appena registrato, e trovo tutto il sito in generale veramente molto interessante. Per me è quindi la prima volta che inizio una discussione e spero di farlo nel modo corretto.

Detto questo, vorrei esporvi una questione che inizialmente ritenevo banale, ma poi il dubbio mi si è subito insinuato, essendo questa la prima volta che mi confronto con questo genere di cose.

In poche parole, sto progettando l'azionamento di un albero cui è richiesta una estrema precisione sulla posizione angolare. Detto albero è bullonato alla flangia di uscita di un riduttore (gioco inferiore ad 1 arcmin), il quale, a sua volta, è mosso da un servomotore (passo passo). Il tutto, opportunamente sorretto, giace su uno stesso asse. Mi chiedevo, allora, se la risoluzione dell'encoder accoppiato al motore(4096 ppr), sebbene elevata ma comunque finita, influisse anch'essa sull'errore di posizione complessivo dell'albero, essendo richiesta, come già anticipato, una precisione estrema.

In parole povere, mi chiedo se il fatto che l'encoder stesso non può leggere valori minori di 360/4096 gradi possa determinare un ulteriore contributo all'errore complessivo (oltre al gioco del riduttore e alla sua rigidezza torsionale) oppure se la risoluzione non porta ulteriore incertezza sulla posizione finale dell'albero. Ripeto, anche a costo di essere ridondante, che è richiesta una precisione estrema.

Ringrazio tutti per la cortese attenzione e resto in attesa di illuminanti consigli.

[Werner]

Ciao,

occorrono dei dati e delle precisazioni sul montaggio.

Precisione estrema, e' il risultato finale e gli devi dare un valore.

L'encoder e' montato sul motore o diretto sull'albero da posizionare?

Rapporto riduzione riduttore?

Marca e modello encoder?

Poi ti chiedo una cosa io:

1 arcmin=0.0166667° ?

[Aspirante bravo ingegnere]

Ciao,

volevo prima di tutto ringraziarti per l'interessamento.

Hai ragione sono stato un pò approssimativo nella descrizione.

Premetto che, come avevi intuito, 1 arcmin=0.0166667° (il riduttore ha un gioco addirittura molto inferiore, pari a 5 secondi d'arco = 5/3600 gradi = 0.00139)

L'encoder è montato sul motore ed il rapporto di riduzione è 1:100

La precisione che desidererei ottenere sulla posizione angolare dell'albero in questione è di 0,0015 gradi, dunque già il gioco angolare del riduttore si avvicina molto a questo valore e da questa constatazione scaturiva la mia domanda.

Purtroppo non ho ancora scelto in maniera dettagliata l'encoder perchè pensavo che la sua risoluzione fosse il solo dato che interessasse conoscere ai fini della questione posta.

Ti sarei molto grato se potessi darmi ulteriori delucidazioni, ringraziandoti nuovamente per la disponibilità

[Livio Orsini]

La risoluzione della posizione angolare, con rapporto di riduzione 1:100, è pari a: 1/409600; questo perchè l'encoder eseguirà 100 rivoluzioni complete ogni rivoluzione completa dell'albero.

Se si ha l'accortezza di effettuare lo zero secondo metodo canonico si eliimina anche il gioco del riduttore, purchè il posizionamento avvenga nel senso di rotazione dell'azzeramento.

Trascurando il gioco del riduttore 1 passo di encoder corrisponderà a 1296000/409600 = 3.164" o, se preferisci, esprimendo in centesimo di grado, a 36000/409600 = 87.89 gradi * 10^-6 (87.89 millionesimi di grado).

Questa è la risoluzione di misura.

A questa va aggiunto il gioco pari a 1.39 gradi * 10^-3 . Differente è il ragionamento relativo alla precisione di posizionamento. Tu scrivi: "è mosso da un servomotore (passo passo)". Se effettivamente è un motore passo-passo si deve conoscere il numero di passi per rivoluzione del motore. Questo è determinante per la precisione di posizionamento. Il calcolo si effettua in modo identico a quello usato per determinare la risoluzione di misura.

Quanto segue è da considerarsi annullato in base allae cosiderazione riportate nel messaggio #6

Se la precisione richiesta è di 1.5 gradi * 10^-3 il sistema è abbondandemente fuori specifica gia come risoluzione di misura.

Il consiglio che mi sento di darti è aumentare di almeno 2 ordini il rapporto di riduzione, oppure montare un encoder da 500.000 ipr direttamente sull'albero. Non è facile reperirli, sono in pochissimi a farli, sono costosissimi e...vanno ordinati con molto, molto anticipo. In pratica sono encoders il cui disco è moltiplicato rispetto all'albero tramite ingranaggi di precisione a bassissima coppia resistente. Quasi un lavoro da orologeria di precisione.

Modificato: 30 dicembre 2013 da Livio Orsini
Corretto un errore di calcolo (parte segnata in rosso)

[Aspirante bravo ingegnere]

Ciao Livio Orsini,

ti ringrazio per la celerità e la chiarezza della tua risposta

[Livio Orsini]

Mi scuso ma ho commesso un errore nel calcolo della risoluzione, ovvero ho diminuito di 2 ordini la precisione (la fretta fa fare anche di questi errori ).

L'effettiva risoluzione attuale è pari 878.9 µ grado (878.9*10^-6). Quindi è adatta alla precisione richiesta.

Ovviamente è degradata dal gioco del riduttore però, come ho scritto in precedenza, è possible annullare il gioco in fase azzeramento.

L'ultimo paragrafo del precedente messaggio è da considerarsi annullato. RImane l'incognita del motore.

[Aspirante bravo ingegnere]

Figurati Livio, non c'è problema...la fretta non è mai una buona alleata !!!

Quindi mi sembra di aver capito che per quanto riguarda la precisione con cui effettuo la misurazione posso stare tranquillo.

Relativamente al motore, stavo pensando a 400 step a giro, dato che sapevo che l'errore di posizione del rotore si aggira, di norma, sul 5% del valore del passo angolare (per favore correggimi se sbaglio). Dunque, per 400 step/giro, il passo angolare è 0.9° e quindi l'errore di posizione vale 0.9 * 5 /100 = 0.045° che si rifletterebbe, dato il rapporto di riduzione, in un errore di posizione angolare dell'albero azionato pari a 0.00045°. Se a questo errore aggiungo il gioco del riduttore (non posso eliminarlo perché l'albero deve poter ruotare in entrambi i versi) ottengo il massimo errore complessivo che potrei riscontrare sulla posizione angolare dell'albero azionato (0.00045 + 0.001389 = 0.001839, sono leggermente fuori specifica ma lo potrei accettare). Pensavo anche di pilotare il suddetto motore per micropassi, ottenendo una risoluzione di comando pari a 0.9°/256= 0.0035 (vorrei aumentarla ma sinceramente non so proprio come fare).

Mi piacerebbe conoscere la tua opinione su questi ragionamenti.

Grazie comunque per l'attenzione

[lelos]

ciao

gli encoder montati su motori brushless di oggi attivano tranquillante a 1048575 (impulsi giro ed anche oltre).

I Servoazionamenti tengono inoltre conto del gioco di eventuali riduttore o viti senza fine che si usano quindi il tuo errore di gioco è cosi piccolo da essere impercettibile.

[Aspirante bravo ingegnere]

ciao,

ti ringrazio per la preziosa informazione!

[Livio Orsini]

Relativamente al motore, stavo pensando a 400 step a giro,

O usi un brushless, un motore in cc o, al limite, un asincrono in modalità vettoriale, oppure devi avere un numero di passi tale che un passo corrisponda a (1.39 gradi * 10^-3)/2. Questa è la risoluzione minima usando un motore passo-passo.

Con 4000 passi avrai una quantizzazione pari a 0.9 gradi * 10^-3 che è appena sufficiente per ottenere l'errore voluto. Anzi teoricamente potresti trovarti in condizione di superare l'errore.

[Aspirante bravo ingegnere]

Grazie ancora Livio per la disponibilità.

In effetti stavo pensando anch'io di cambiare motore e passare ad un brushless...sembra essere la cosa migliore

[lelos]

In effetti stavo pensando anch'io di cambiare motore e passare ad un brushless...sembra essere la cosa migliore

non penso costi molto più , ma alla fine ci guadagni perché funziona sicuramente (non sbagliare la potenza motore)