Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Positionsmessung eines ServoMotors


von Patrick B. (p51d)


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Hallo miteinander

Ich stehe momentan etwas auf dem Schlauch:
Was gibt es für Möglichkeiten die Ist-Position eines Schlittens zu 
erfassen?
Der Schlitten macht ~50Mio Zyklen jährlich, also fällt ein Poti schon 
weg.
Dann dachte ich an LVDT, aber die sind >250Euro. Un das ist zu viel für 
ein Nachrüsten.
Weiter dachte ich an die Resolver-Signale des Servos, aber hier ist 
massiver Rechnungs- und Hardwareaufwand zu bewerkstelligen. Bei einem 
Modul im Servoumrichter würde die Position auch nur alle 1ms 
aktualisiert, was dann wieder eine Ungenauigkeit von 1.5mm wäre (ca 
Faktor 10 zu hoch).

Dann dachte ich an optisch, aber hier ist es ein wenig heickel: Die 
Maschine steht in einer Werkstatt und die Auflösung auf 0.1mm ist auch 
nicht überall gegeben (Materialabhängig).

Achja, der zu erfassende Weg ist 50mm, die Beschleunigung ~60m/s2 und 
die max Geschwindigkeit ist ~1.5m/s

Hat jemand eine Idee?

von Oliver (Gast)


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Ehrlich gesagt, wenn dir für eine Produktionsmaschine mit den Daten (50 
Mio Zyklen/anno mit 6g Beschleunigung) 250 Euro für einen Sensor, der 
die Aufgabe erfüllt, zu viel sind, vergiß das einfach. Mit Bastelkram 
wird das nichts.

Oliver

von Udo S. (urschmitt)


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Oliver schrieb:
> Mio Zyklen/anno mit 6g Beschleunigung) 250 Euro für einen Sensor, der
> die Aufgabe erfüllt, zu viel sind, vergiß das einfach.

und einem max. Fehler < 0,15mm und in < 0,1ms also > 10KHz Abtastrate!

Stimme Oliver völlig zu.

von Reinhard Kern (Gast)


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Patrick B. schrieb:
> Un das ist zu viel für
> ein Nachrüsten.

Bei der Auffassung unbedingt einen Profi beauftragen, wie schon 
angemerkt, allerdings stellt sich erstmal die Frage, wieso überhaupt 
eine offensichtlich laufende Maschine jetzt plötzlich mit einer 
Positionsmessung nachgerüstet werden soll - nur so zum Spass?

Gruss Reinhard

von Patrick B. (p51d)


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Reinhard Kern schrieb:
> überhaupt
> eine offensichtlich laufende Maschine jetzt plötzlich mit einer
> Positionsmessung nachgerüstet werden soll - nur so zum Spass?

Nein, das ist nicht einfach nur so zum Spass. Das ganze ist eine SPS die 
mit 1.8ms Taktrate arbeitet. Und da das Werkstück hier mit den oben 
genannten Werten beschleunigt wird sind die Verzögerungen zu gross um 
die Position über die Servoumrichter und SPS auszulesen.
Die Erweiterung ist ein Sensor zur Qualitätskontrolle, welche von den 
Kunden gefordert wird. Also nicht einfach Spass.

Bei den Preisen stimme ich euch zu, ich würde sofort 500 Euro für einen 
Sensor investieren, wenn ich auf der Sensor-Seite nur einen Analogkanal 
einlesen muss und die Position dann auf ~0.02mm genau habe. Aber 
Entwicklung, Verkauf, Managment haben leider immer andere Ansichten...
Ich soll nach Alternativen suchen und mir sind keine bekannt.

Da ich die 2 anderen Varianten für untauglich halte (grosser Software- 
und Hardwareaufwand für schlechte Encodersignale, oder sehr grosser 
Softwareaufwand für eine Interpolation/Nachbildung der Kurven wenn die 
Zeiten bekannt wären...)

Jetzt muss ich das meinem Chef einfach mal so erklähren, dass die 
Wünsche der andern sich nicht erfüllen lassen 
(Eierlegende-Woll-Milch-Sau).

von Sven J. (svenj)


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Moin,

mein erster Tipp wär ein Magnetencoder. Inkrementell oder absolut zu 
haben, 50mm Band sind auch absolut nicht teuer.
Ich habe gerade ein System hier auf dem Tisch liegen das einen absoluten 
Fehler von 20µm/m hat und eine Auflösung von 10µ liefert, wenn man 
AB-Quadratur ausgibt.

Kostet als Einzelnes Gerät keine 100eur im EK. Die Signale können bis 
90m/s ausgegeben werden, bei 1,5m/s kommt man auf 150kHz am Taktsignal, 
da ist die Auswertung dann auch nicht mehr schwierig, wenn man die nicht 
sowieso komplett fertig zukauft.

--
 SJ

von Reinhard Kern (Gast)


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Patrick B. schrieb:
> sind die Verzögerungen zu gross um
> die Position über die Servoumrichter und SPS auszulesen.

Also funktioniert die Maschine nicht richtig - da erscheint mir eine 
Diskussion, ob eine Verbesserung nicht zu teuer ist wenig angebracht. 
Soll die Maschine/Konstruktion aufgegeben werden, wenn der Sensor mehr 
kostet als veranschlagt? Man soll zwar auch als Techniker nicht gutes 
Geld schlechtem hinterherwerfen, aber da stecken doch in der Entwicklung 
schon ganz andere Beträge drin.

Aber du hast natürlich insofern Recht, als das Sache deines Chefs ist. 
Natürlich wünscht er sich erstmal eine kostenlose bis kostengünstige 
Lösung, aber das von dir beschriebene Problem ist keineswegs trivial. Es 
wird auf einen abgedichteten optischen Geber hinauslaufen, der ist nicht 
billig und muss auch ausgewertet werden. Und 50 Mio Zyklen sind immer 
ein Problem, nicht für die Optik, aber für die Lager.

Gruss Reinhard

von Uwe (Gast)


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Guck doch mal bei Renishaw

von Patrick B. (p51d)


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Reinhard Kern schrieb:
> Also funktioniert die Maschine nicht richtig - da erscheint mir eine
> Diskussion, ob eine Verbesserung nicht zu teuer ist wenig angebracht.
> .... aber da stecken doch in der Entwicklung
> schon ganz andere Beträge drin.

Die Maschine funktioniert einwandfrei. Nur ist das Konzept des Aufbaus 
nicht kompatibel mit den Wünschen. Hier wird eine Echtzeitanforderung 
gestellt die auf der SPS mit 1.8ms Takt läuft und obendrauf ist dann 
noch ein Windows-PC... sprich ich muss die Daten sowieso irgendwie 
Puffern aber das ist nicht das Problem. Da der Weg 
Encoder-Servoumrichter-SPS-Sensor nunmal auf 1.8ms beschränkt ist, führt 
kein anderer Weg daran vorbei, dass ich mir die Positionsdaten woanders 
herhole.

Die Entwicklungskosten sind immer ein Thema. Die Maschine ist nun schon 
ca 6 Jahre auf dem Mark und natürlich muss dann alles immer 
Abwärtskompatibel sein... was es nicht unbedingt einfacher macht.
Aber ich arbeite momentan ein paar Vorschläge aus und dann sollen die 
Herren mit den Wünschen entscheiden, mit was sie sich abfinden können. 
Weil Kosten kommen so oder so. Entweder 500 Euro und etwas wenigs für 
Softwareentwicklung und HW anpassen, oder kein Sensor aber min. 1 Woche 
für Softwareanpassungen beim Sensor, SPS, Servoumrichter... und keine 
Garantie dass es läuft.

von Patrick B. (p51d)


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Sven Johannes schrieb:
> mein erster Tipp wär ein Magnetencoder.

Sieht ganz interessant aus. Wie empfindlich sind die Bauteile? Wenn in 
der Nähe starke Motoren ein und ausgeschalten werden?

von amateur (Gast)


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Glasmaßstäbe vor allem zum Nachrüsten von alten Fräsen sind im Handel zu 
haben.
Das Ergebnis findest Du dann an handbetriebenen Fräsen und Drehbänken 
mit Digitalanzeige.
Soweit mir bekannt halten die Teile, weil optisch beguckt, fast ewig.

von Oliver (Gast)


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UNd weil die Dinger "ewig" halten, haben wir immer Ersatz im Lager.

Bei 6g Beschleunigung und 50Mio Zyklen im Jahr ist die Definition von 
"ewig" zudem spannend. 4 Wochen? 3 Monate?

Oliver

von Reinhard Kern (Gast)


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Oliver schrieb:
> ist die Definition von
> "ewig" zudem spannend. 4 Wochen? 3 Monate?

Leitplastik-Wegaufnehmer haben "extrem hohe Lebensdauer", konkret 5 Mio 
Zyklen. Da liegt du mit 4 Wochen nicht sehr daneben.

Gruss Reinhard

von amateur (Gast)


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Wir hatten keine als Ersatz am Lager und waren trotzdem zufrieden...

von Clemens S. (zoggl)


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möchtest du die genaue kurve aufzeichnen (was willst du dann damit 
machen?) oder nur umkehrpunkte (Grenzwerte) vermessen? teilweise können 
Umrichter auf einen triggereingang den Positionswert ausgeben, oder 
Extremwerte loggen (positionsabweichung min/max; Triggerpositionen...) 
dann ist die Übertragung mit 1.8ms nicht mehr tragisch, da der 
Zeitstempel des Triggers zählt.
vll lässt sich so eine kostengünstige Lösung realisieren.
sg

von Reinhard Kern (Gast)


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Patrick B. schrieb:
> Die Maschine funktioniert einwandfrei. Nur ist das Konzept des Aufbaus
> nicht kompatibel mit den Wünschen.

Ich kann mir nicht helfen, aber für mich ist das eine euphemistische 
Definition von Fehlkonstruktion. Wenn ich ein Auto bestelle und ein 
Fahrrad bekomme, lasse ich mich auch nicht damit vertrösten, dass das 
Fahrrad doch einwandfrei funktioniert...

Die Eurohawk-Drohne war ja auch bloss ein bisschen inkompatibel, aber 
sonst einwandfrei. Du solltest deine Formulierung an den Minister 
schicken, vielleicht hilft ihm das.

Gruss Reinhard

von Oliver (Gast)


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Nu ja, daß neue Produkte mit neuen Anforderungen auf bestehendem 
Equipment produziert werden müssen, oder neue Kunden andere 
Qualitätsanforderungen haben, kommt halt vor.

Die Aufgabenbeschreibung ist allerdings wirklich wirr. Selbst, wenn es 
einen Sensor gäbe, der die Bewegung mit geforderter Genauigkeit 
aufnimmt, was dann? Daten aufzeichnen? Für was?

Oliver

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Das Problem ist hier ja offensichtlich nicht (nur) der Sensor, sondern 
auch die Erfassung des Signals. Es würde ja nichts nützen, den Motor 
durch einen Servo mit Encoder zu tauschen (der dann im Motor gut 
gekapselt ist) oder ein zusätzliches Messsystem (magnetisch oder 
induktiv) anzubauen, wenn die SPS zu langsam ist, das Signal zu 
verarbeiten.

Zur Signalerfassung fehlen aber noch weitere Informationen. Sollen nur 
bestimmte Positionen erfasst werden, oder soll die Position 
kontinuierlich erfasst werden? Wie sollen dann die Daten gesichert 
werden, Werkstückbezogen, Batchweise gemittelt oder Langzeitlogging?

Es gibt auch SPSen, die schnell genug für solche Aufgaben sind und sogar 
Buslaufzeiten kompensieren können. Von Beckhoff gibt es z.B. sehr 
schnelle I/Os für sowas.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Gordon Shumway (Gast)


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Nur so am Rand, da ich keine Lösung anbieten kann...

Aber hast Du schon mal die Zeit und den bisherigen Aufwand zur Suche 
einer Lösung ermittelt und mit den oben angenommenen Investitionskosten 
von 500 Euro in Verbindung gebracht...

Es scheint immer mehr in Richtung Geiz ist Geil bei Investitionen zu 
gehen ohne dabei den Nebenkriegsschauplatz zur Findung einer Lösung in 
Betracht zu ziehen. Kenne das aus eigener Erfahrung wenn Business Cases 
gerechnet werden, da soll immer nur der zu erzielende Gewinn auftauchen 
aber wehe man packt da die tatsächlichen Aufwände rein... so nach dem 
Motto die sind ja sowieso da, also warum ausweisen...

Ähnlich sehe ich das hier... Du wirst ja eh bezahlt, also kannst Du auch 
nach einer billigen Lösung suchen... was betreibswirtschaftlich 
betrachtet natürlich grosser Unsinn ist.

Das waren meine 5 Cent... leider ohne eine technische Lösung

von Sven J. (svenj)


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Moin,

zur Empfindlichkeit kann ich nichts sagen, der einzige Motor bei unserer 
Anwendung ist ein harmloser Stepper. Mechanisch dürften die 
Kabeleinführungen das kritische sein. Ansonsten vermutlich unzerstörber 
da komplett gekapselt.

So ein bischen fehlt mit bei der Aufgabe aber auch nocht das Fleisch: 
Welches DING soll nun in welcher zeitlichen und räumlichen Genauigkeit 
genau welchen Parameter erfassen? Und wozu? Muss dass an die SPS als 
Input zurück oder nur zur Dokumentation? Da haperts noch irgendwie.

--
 SJ

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