roboforum.ru

Технический форум по робототехнике.

 

Прошу помощи: разработка высокоточного координатного стола

Шестерни и колёса, тяги и тросики... Каркасы, скелеты ...

Прошу помощи: разработка высокоточного координатного стола

Сообщение Gryphon » 09 июн 2016, 16:36

Приветствую!
Я хотел бы сделать координатный столик с перемещение по двум или трём осям за минимальные деньги и с точностью и повторяемостью в единицы микрон, но никак не пойму, как рассчитывать конструкцию, и достижима ли такая точность в принципе.
Догадываюсь, что такие промышленные решения очень дороги, но я готов принести скорость, вес, размер и энергоэффективность в жертву точности и дешевизне. Ну, примерно как делали механику и башенные часы в XVIII веке, когда высокоточных станков не было.

Желаемые характеристики: перемещение по XYZ 30/30/15 см, нагрузка - 1000грамм, минимальные - 5/5/3 см и 100 грамм.
Использовать планирую в термостабилизированном кожухе, при температуре 37 +/- 0,5 градусов как предметный стол для микроскопа.

Пока дотумкал до 3 вариантов:
1. Классика: ШВП точности не ниже 7, шаговики с 400 шагами на оборот. Получается 600-1000 баксов на ось
2. Дельта-робот, у которого рычаги связаны с шаговиками не напрямую, а через рычаг или ворот, чтобы большое перемещение на шаговике вызывало маленькое перемещение на тяговом рычаге робота. Не нашёл, чтобы кто-то так делал, как и формул расчёта.
3. Линейные приводы, как на монорельсе. Получается от 1000 баксов на ось, как сделать самопальный линейный привод не нашёл.

Буду благодарен за любые предложения.
Gryphon
 
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 09 июн 2016, 16:03

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение setar » 09 июн 2016, 16:54

что такое класс точности 7 ?
такой только в подшипниках бывает, и это хуже нормы:
по ГОСТ 520-2002
Установлены следующие классы точности подшипников (в порядке повышения точности):
8, 7, 0-(нормальный), 6, 5, 4, Т, 2- для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников;

но вам нужна точность ШВП, там такие циферки:
Снимок экрана 2016-06-09 в 15.49.45.png


Добавлено спустя 3 минуты 39 секунд:
Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного стола
в общем вам нужен класс точности выше IT1, я для таких даже стоимости найти не могу, думаю свыше 3000$ за ось
Аватара пользователя
setar
Site Admin
 
Сообщения: 9248
Зарегистрирован: 04 окт 2004, 12:58
Откуда: St.Petersburg
Skype: taranenko.sergey
ФИО: Сергей Тараненко

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение esisl » 09 июн 2016, 17:11

Динамикой на моторчиках и постоянно мерять лазЁрными интерферометрами :)
esisl
 
Сообщения: 797
Зарегистрирован: 23 июл 2012, 15:24

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение Gryphon » 09 июн 2016, 17:17

Я имел в виду ISO 3408, ему вроде бы аналогичен ГОСТ 2 РЗ1-5-89, ГОСТ 7599-82, или ОСТ 2 РЗ1-4-88, но тут я могу путаться. По зарубежным ценам, на ШВП и готовые изделия получается те самые 600-1000 баксов на ось.

esisl писал(а):Динамикой на моторчиках и постоянно мерять лазЁрными интерферометрами

Т.е. с регуляцией по закрытой петле (closed-loop), ёрзать, пока не попадём куда надо? Куда интерферометром целиться, и не подойдёт ли чего поскромнее, типа оптического энкодера?
Gryphon
 
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 09 июн 2016, 16:03

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение setar » 09 июн 2016, 17:40

коллеги, я картиночку привел выше не просто так,
для того чтобы получить механическую повторяемость в 6 микрон на длинне ШВП в 300 мм нужно покупать изделие с классом точности IT1.
А точность 1 микрон вообще стандартами не описывается.

Из этого следует что получить заданный уровень точности посредством позиционирования по количеству оборотов вала - невозможно.
Следовательно необходимо применение внешней системы позиционирования, вероятно какой то оптической.
И это уже будет не шаговый привод а сервопривод.
Аватара пользователя
setar
Site Admin
 
Сообщения: 9248
Зарегистрирован: 04 окт 2004, 12:58
Откуда: St.Petersburg
Skype: taranenko.sergey
ФИО: Сергей Тараненко

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение Gryphon » 09 июн 2016, 18:13

setar писал(а):Из этого следует что получить заданный уровень точности посредством позиционирования по количеству оборотов вала - невозможно

Я ни в коем случае не хочу Вас обидеть, может, сам чего-то критически не понимаю, но вот в этом документе на странице 10 описан имеющийся у меня столик, правда, с перемещением по 2 осям 120*90 мм. Энкодеров нет, closed-loop нет, движок непосредственно на валу сидит, повторяемость и точность соответствуют заявленной с учётом 10 летнего износа. Проверял по объект-микрометру, через серию снимков, минимальный шаг просел на четверть, остальное как в спецификации. На странице 3 той же пдфки схема, насколько я по ней понял, там ШВП.
Аналогичная схема используется и другими фирмами, например: Marzhauser SCANplus 300 x 300 Эту машинку я сам не трогал, но видел снимки, сделанные с её помощью, вроде бы тоже не врут в спеках.

setar писал(а):Из этого следует что получить заданный уровень точности посредством позиционирования по количеству оборотов вала - невозможно.
Следовательно необходимо применение внешней системы позиционирования, вероятно какой то оптической.
И это уже будет не шаговый привод а сервопривод.

Против энкодеров, линейных или вращения, ничего не имею, а вот closed-loop схема управления мне не нравится, нельзя предсказать, сколько времени займёт перемещение. Варианты с дельта-принтером или линейными двигателем прокомментируйте, пожалуйста. Совсем ересь получается?
Gryphon
 
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 09 июн 2016, 16:03

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение setar » 09 июн 2016, 18:39

Gryphon писал(а):в этом документе на странице 10 описан имеющийся у меня столик

и куда же вы смотрите не 10 странице?
все абсолютно так как я сказал:
0.05μm minimum resolution
<1μm repeatability
6μm absolute accuracy

6 микрометров дает ШВП, остальное при применении оптического вращающегося энкодера, а для высокоточных задач (те самые 0.05μm minimum resolution) при использовании линейного оптического энкодера (For applications that require very high repeatability and accuracy the 99S007 stage adds high resolution linear encoders for the X and Y axes.)
Аватара пользователя
setar
Site Admin
 
Сообщения: 9248
Зарегистрирован: 04 окт 2004, 12:58
Откуда: St.Petersburg
Skype: taranenko.sergey
ФИО: Сергей Тараненко

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение Gryphon » 09 июн 2016, 19:18

Видимо, я чего-то мощно не понимаю. Ещё разок перечитал документ выше, накопал ещё протокол тестирования, от другой фирмы, правда.

abs.accuracy - это то, на сколько мы максимум промахнёмся при движении из любого положения в любое. На рис 1 и 2 протокола при движении на 1 мм промахиваемся относительно показания энкодеров на не более 6 микрон. Как я понимаю, эта ошибка может взяться из-за точности обработки (неоднородности передачи вращательного движения в поступательное) и из-за того, что шаговик может пропускать шаги. Тут нам поможет линейный энкодер, не даст накопиться ошибке: с энкодером ошибка при перемещении на любую допустимую для шпильки длину будет меньше 6 микрон, вплоть до пары микрон, как у некоторых столиков в буклете Bioprecision

repeatability - ушли на произвольное расстояние, потом вернулись в то же положение. Ошибка из-за пропуска шагов и не 100% КПД. Тут поможет энкодер поворота (rotary)

min.resolution - линейное перемещение при минимальном микрошаге шаговика, усредненная величина. Предполагается, что на этом микрошаге мотору хватает момента.
Теперь я правильно понял терминологию и откуда растут ошибки?

При тестировании моего столика, у которого энкодеров нет физически, я получил ошибку перемещения менее 3 микрон при повторяемости менее 1 микрона. Ну, вперло :)
Gryphon
 
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 09 июн 2016, 16:03

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение Zusul86 » 10 июн 2016, 00:44

abs.accuracy - суммарная погрешность, складывается абсолютно из всего... неравномерность шага швп, люфты, неравномерность микрошагов их повторяемость и всего что только может влиять... линейный энкодер возвращает данные о фактическом положении линейки относительно датчика. Если энкодер правильно установлен, он сводит ошибку позиционирования до собственной точности (разумеется если привод способен отработать такое перемещение).
repeatability - повторяемость, ошибка из-за люфтов, низкой жесткости и повторяемости микрошагов.

Gryphon писал(а): получил ошибку перемещения менее 3 микрон
Как вы это определили?
Zusul86
 
Сообщения: 549
Зарегистрирован: 10 авг 2014, 15:02
Откуда: Саров

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение setar » 10 июн 2016, 01:04

а перемещение нужно только в одну сторону доехали и остановились, или может потребоваться остановиться в том же месте на обратном проходе?
Аватара пользователя
setar
Site Admin
 
Сообщения: 9248
Зарегистрирован: 04 окт 2004, 12:58
Откуда: St.Petersburg
Skype: taranenko.sergey
ФИО: Сергей Тараненко

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение Gryphon » 10 июн 2016, 01:23

Zusul86 писал(а):Как вы это определили?

C помощью объект-микрометра. Это грубо говоря, заводская линейка с шагом в 10 микрон на предметном стекле. Вручную выбрал 4 точки в пределах шкалы, примерно квадратом и сделал 2 серии из 200 переходов. В первой серии точки обходились по кругу (каждое перемещение - вдоль одной оси), во второй - как два треугольника, соединенные вершинами (каждое второе перемещение - по двум осям одновременно, остальные - вдоль одной). После каждого перехода делался снимок. Поскольку я знаю, что на каждый пиксел камеры при использованном увеличении отображался квадрат исследуемого объекта 100*100 нанометров (примерно, точную цифру не помню), то, посчитав корреляцию между двумя последовательными снимками одной точки, можно определить относительное смещение. Ни разу смещение не превысило 30 пикселей вдоль одной оси.
setar писал(а):а перемещение нужно только в одну сторону доехали и остановились, или может потребоваться остановиться в том же месте на обратном проходе?

Обычно в пределах препарата (максимальный разброс - 130 мм по одной оси и 90 мм по другой, стандартный культуральный планшет) мы выбираем минимум 2 точки и крайне редко больше 30, и с определённым интервалом их обходим. Точки могут быть разделен как микрометрами, так и сантиметрами.
Назовём обход всех точек циклом; в ходе цикла мы переходим на точку единожды, в определенном порядке (обычно оптимальном), не пропуская точек. Время, которое занимает цикл, должно быть минимально, потом сколько-то ждём, потом повторяем цикл обхода. Циклов в рамках одной съёмки может быть несколько сотен.
Не уверен, что понятно объяснил. Найти видео съёмки?
Gryphon
 
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 09 июн 2016, 16:03

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение setar » 10 июн 2016, 13:38

да в принципе понятно.
в общем нужно экспериментировать, брать швп класса IT1 и по факту думать - нужна ли обратная связь через энкодер
Аватара пользователя
setar
Site Admin
 
Сообщения: 9248
Зарегистрирован: 04 окт 2004, 12:58
Откуда: St.Petersburg
Skype: taranenko.sergey
ФИО: Сергей Тараненко

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение Gryphon » 10 июн 2016, 14:06

А без такого ШВП никак? Я бюджетную версию хотел бы изобразить.
Gryphon
 
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 09 июн 2016, 16:03

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение setar » 10 июн 2016, 14:28

чудес не бывает, требуемую точность можно получить либо с механической стороны (прецизионные направляющие + такого же класса ШВП), либо обратной связью через какие либо энкодеры, причем лучше сразу ориентироваться на те которые будут закреплены непосредственно на предметный столик (убрать неизвестную ошибку от люфта швп гайки).
Аватара пользователя
setar
Site Admin
 
Сообщения: 9248
Зарегистрирован: 04 окт 2004, 12:58
Откуда: St.Petersburg
Skype: taranenko.sergey
ФИО: Сергей Тараненко

Re: Прошу помощи: разработка высокоточного координатного сто

Сообщение Gryphon » 10 июн 2016, 15:55

А если зайти немного с другой стороны?
1. Возьмём не швп класса IT1 с диаметром 6 и шариком 2 мм, а менее точные, но более крупные, самопальные энкодеры (реально, просто они будут короткоживущие,большие, требующие ухода и отдельного проца типа Cortex-M3/M4) и движок помощнее. Сможем ли мы выдержать ту же точность перемещения, что и на тонких и точных ШВП при условии снижения цены?
2. Можно тут придумать что-то кроме ШВП? Годы идут, электроника дешевеет в разы, а хорошая механика - на проценты.
Gryphon
 
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 09 июн 2016, 16:03

След.

Вернуться в Механика

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

Mail.ru counter