Motori stepper per pantografo

[borelg]

Buonasera a tutti,

Devo sostituire il sistema di movimentazione per un pantografo a 2 assi.
Il piano di lavoro è circa 4m x 3m. Il carro dell'asse X ha una massa di circa 200kg, il carro dell'asse Y ha una massa di circa 50kg.
Le accelerazioni e le velocità in gioco sono piuttosto basse:

x_axe_mass = 200 #kg
y_axe_mass = 50 #kg
x_max_travel_speed = 0.2 #m/s
y_max_travel_speed = 0.2 #m/s
x_max_accell = 0.1 #m/s^2
y_max_accell = 0.1 #m/s^2

Il pantografo viene utilizzato per il taglio con fiamma ossidrica, quindi non deve sopportare carichi di lavoro.

Vorrei sostituire l'attuale sistema basato su motori DC ed encoder assoluti con un sistema in catena aperta basato su motori stepper. Il mio obiettivo è quello di inserire un controllo CNC (che prima non era presente) nella maniera più semplice e robusta possibile.

Le trasmissioni avvengono tramite cinghie ed attraverso un opportuno sistema di pulegge per avere un rapporto di riduzione adatto al motore.
I motori che pensavo di utilizzare sono i seguenti:
http://www.rta.it/it/product/2692-motor ... h7126-6640

La trasmissione dell'asse più pesante (asse X) avverrà in questa maniera:
motore -> puleggia 50mm -> cinghia -> puleggia 150mm -> albero -> puleggia 50mm -> cinghia -> carro asse X
(le misure delle pulegge corrispondono ai diametri delle stesse)

Con la precedente configurazione e le specifiche di accelerazione e velocità massima dovrei necessitare della seguente coppia e rpm:

MASSIMA COPPIA = 0.20833333333333337 Nm
MASSIMI RPM = 229.1831180523293 rpm

Mi pare di capire che dalle specifiche del motore la coppia massima per 250 rpm sia di circa 1.1 Nm, quindi ben al di sotto della massima coppia che io ho calcolato come necessaria.

Ho scritto questo riassunto per domandare suggerimenti, conferme ed eventualmente commenti su aspetti che sto trascurando.

Grazie per il vostro tempo e complimenti per il forum!

Saluti,
borelg

[pinko12007]

Per curiosita' perche' sostituire i dc con stepper, cambia gli azionamenti e metti il controllo che vuoi.
In ogni caso i motori dc che caratteristiche hanno?

[borelg]

Purtroppo non ho le caratteristiche dei DC perché sono piuttosto vecchi. Proprio per questo vorrei sostituirli. So che sono alimentati a 12V ed assorbono circa 5A. Comunque il sistema di trasmissione che ho descritto non è quello montato ora per i DC, ma è qualcosa di simile di cui ora non ho le caratteristiche.

In ogni caso l'attuale sistema di posizionamento attuale si basa su di un encoder assoluto lineare. Questo non è molto semplice da interfacciare con sistemi CNC commerciali se non riscrivendo una buona parte del codice. Il sistema preesistente permetteva solo di comandare gli assi ad una posizione, ma non di eseguire programmi in G-code.

Questi due punti ed il fatto di non avere bisogno di grandi potenze perchè non ci sono lavorazioni meccaniche da sopportare, mi hanno fatto pensare ai motori stepper.

[pinko12007]

il problema degli stepper su queste dimensioni e' che potrebbero perdere passi, se invece monti driver per motori dccon doppio ingresso non dovresti neanche modificare la meccanica.
sicuro che sui motori non sia presente una tachimetrica o un encoder?

[Fiveaxis]

@borelg
I link commerciali vanno corredati di una o più immagini che raffigurino l'oggetto. (art 8 Integrazioni del Regolamento). Ti invito a provvedere postando un nuovo messaggio con link ed immagine.

[borelg]

@Fiveaxis
Chiedo scusa per la disattenzione. Rimedio subito. Ecco qui alcune immagini esplicative del link che ho inserito nel messaggio precedente:

XXXXXXXXXX

XXXXXXXXXX

@pinko12007
Grazie per la tua risposta. Fra le cose che avrei potuto trascurare alludevo proprio a quel fattore. Mi era già stato fatto questo avvertimento. C'è una maniera per verificare se l'inerzia delle parti in movimento vadano a creare un problema di "salto degli step"? Nel caso ci fosse questo rischio ho abbastanza margine per ridurre ulteriormente la coppia necessaria ed aumentare i giri. Questa scelta dovrebbe ridurre il rischio di "salto degli step".
Potenzialmente potrei anche utilizzare una puleggia lato motore di diametro 20mm ed ottenere quindi un rapporto di riduzione che imponga le seguenti coppia massima motore e RPM massimi motore:
MASSIMA COPPIA = 0.08333333333333334 Nm
MASSIMI RPM = 572.9577951308232
La coppia massima necessaria è 12.5 volte inferiore di quella erogabile a quella velocità di rotazione.
Il fatto di utilizzare motori stepper semplifica notevolmente il controllo e riduce sensibilmente il prezzo del sistema.


Le immagini vanno allegate e non linkate (art. 10 del Regolamento).

[Fiveaxis]

@Borelg
Per un corretto uso del Forum, è necessario che tu legga sia il Regolamento che la sezione Avvisi & Suggerimenti per l'uso corretto del Forum. Sezione nella quale troverai -anche- indicazioni su come allegare le immagini.

[borelg]

@Fiveaxis
Chiedo scusa per la disattenzione riguardo le immagini non allegate ma linkate. Rimedio subito.

325399_MSH22140_1.jpg

326477_103-H7126-6640_tecnica 1.jpg

[Le immagini sono state reperite al seguente link: http://www.rta.it/it/product/2692-motor ... h7126-6640]

@pinko12007
Grazie per la tua risposta. Fra le cose che avrei potuto trascurare alludevo proprio a quel fattore. Mi era già stato fatto questo avvertimento. C'è una maniera per verificare se l'inerzia delle parti in movimento vadano a creare un problema di "salto degli step"? Nel caso ci fosse questo rischio ho abbastanza margine per ridurre ulteriormente la coppia necessaria ed aumentare i giri. Questa scelta dovrebbe ridurre il rischio di "salto degli step".
Potenzialmente potrei anche utilizzare una puleggia lato motore di diametro 20mm ed ottenere quindi un rapporto di riduzione che imponga le seguenti coppia massima motore e RPM massimi motore:
MASSIMA COPPIA = 0.08333333333333334 Nm
MASSIMI RPM = 572.9577951308232
La coppia massima necessaria è 12.5 volte inferiore di quella erogabile a quella velocità di rotazione.
Il fatto di utilizzare motori stepper semplifica notevolmente il controllo e riduce sensibilmente il prezzo del sistema.
Cosa ne pensi?

[lelef]

di solito gli stepper sono la motorizzazione base piu' economica anche se ci sono dei signori stepper, poi ci sono i servi DC e i brushless
la macchina monta gia' dei motori dc, se non sono muniti di encoder basta aggiungerlo ,per quei motori la macchina ha gia' a bordo l'alimentatore
quindi puoi aggiungere gli encoder e usare 2 driver per servi dc che accettino ingressi step dir cosi' con mach3 o linuxcnc li piloti facilmente
alcuni driver possono accettare anche gli encoder lineari che per la risoluzione necessaria ad un taglio a fiamma a mio avviso bastano e avanzano
per sapere le caratteristiche dei motori basta che misuri il voltaggio del loro alimentatore e con un'amperometrica su un cavo di un motore misuri il consumo
ti tieni un margine e scegli i driver ,oggi per fortuna ce ne sono tanti e a buon prezzo, poi in fase di test correggi i parametri per il miglior funzionamento continuo.
con gli stepper c'e' sempre il rischio di poter perder passi e non accorgersi coi servi la macchina sa sempre dov'e' e se per caso non recupera l'errore si ferma. se stai tagliando 2 metri di lastra buttarla per una perdita passi e' un peccato

[borelg]

Grazie lelef per la risposta. Molto gentile!

Ho capito quello che intendi. Le caratteristiche di corrente e tensione della motorizzazione attuale ce l ho: 12V 5A per un totale di 60W.
Il mio piano era quello di orientarmi su degli stepper perché è semplice trovare dei controller adatti che accettino come ingressi la combinazione STEP/DIR. Sapresti suggerirmi qualche prodotto in grado di pilotare dei DC con quegli input?

Alternativamente potrei valutare anche un sistema brushless. L'obbiettivo di questa modifica è anche quello di svecchiare l'intero sistema e dargli ancora diversi anni di vita. Pensavo di raggiungere questo obiettivo con un sistema basato su stepper senza spendere troppo, dici che è una scelta azzardata?
Mi sembrava di capire che i gli stepper venduti da RTA non siano male.

Rimanendo in attesa di un'opinione ringrazio ancora!

[scj]

Parti da un dato di fatto. I 60w dei tuoi motori.
Per muovere gli assi necessiti di una potenza maggiore o uguale di quella.
Hai una riduzione in cascata al motore? Ti sei orientato sui nema 23 perché hai stessa flangia sui tuoi servo?
In rapido arrivi ai 12 m/min?
I tuoi servo faranno 2500/3000 rpm immagino. Considera che uno stepper potrebbe dover lavorare a regimi più bassi di quelli.
Io direi che se necessiti proprio di un nema 23 si trovano motori fino a 3 o 4 Nm su quella taglia. Io abbonderei di coppia se possibile . Il costo: 50/70 euro. Un drive lo trovi ad altrettanti euro. Un alimentatore anche a meno.
Se vuoi capire se la tua idea è buona con un investimento minimo motorizzi un solo asse e vedi che succede. Ma credo migliorerai le prestazioni.
Comunque se pubblichi qualche foto di ciò che hai (macchina, motori, alimentazione) può fare solo che bene alla discussione e incentiva eventuali consigli

[lelef]

a meno di 60 euro trovi i Leadshine DCS810 ma ci sono anche i Whale e altri ,cercando su google te ne escono per tutte le tasche un encoder cinese vien via a 10 euro
di contro se vuoi mettere dei brushless un kit sempre leadshine motore piu' driver da 90w sempre pilotabile in step dir su siti di e-commerce li paghi meno di 140
cosi' hai il motore e driver in closed loop bello e pronto dal fornitore
dipende da quanto vuoi spendere e modificare la struttura attuale
personalmente uso quei driver sul retrofit per il mio tornio e la fresa saranno ormai 10 anni accoppiati a motori di recupero su cui ho messo gli encoder, 10 anni fa le cifre erano ben altre .
una cosa che pero' vorrei capire e' questa: la tua meccanica viaggia su cinghie e pulegge dentate o lisce? te lo chiedo perche' se gli encoder sono linari sugli assi per risparmiare e semplificare sarebbe abbastanza logico accettare possibili imprecisioni della transmissione perfettamente recuperabili dal feedback degli encoder
Tanti anni fa mi fornivo per fare pezzi "pesanti" da una ditta che tagliava a fiamma da lastra e per esempio per una semplice flangia quadra di grosso spessore si era ben conteni di pagare lo sfrido per un abbozzo di foro centrale di grosso diametro piuttosto che ricavare tutto di macchia e causa conicita' del taglio e bave ci si lasciava un buon centimetro di margine che poi andava lavorato alle macchine utensili.
Oggi ,facendo ormai tutto a controllo ottenere sagome complesse vicine al pezzo finito risulterebbe sicuramente un grosso vantaggio.
Se la macchina su cui devi lavorare e' come quella allora non mi sembra importante una grande precisione ,tanto si lascia sempre un buon margine da riprendere in lavorazione ma di contro un errore asse da perdita di passi che ti compromette tutto il pezzo che poi risulterebbe inutilizzabile sarebbe assolutamente da evitare

[scj]

Se in cambio di maggiore sicurezza hai voglia di perdere un po' di tempo in più per settare tutto per bene allora il discorso di lelef non fa una piega visto che i costi sulle basse potenze tra stepper (open o closed) e servo sono ormai appaiati.

[borelg]

Grazie scj e lelef, ottimi consigli!

Dopo alcune riflessioni convengo sul fatto che sia meglio lavorare in closed-loop. Il target principale è l'ottimizzazione della robustezza del sistema, cosa che non raggiungerei utilizzando una soluzione basata su stepper.

A seguire il ragionamento riguarda la scelta si un sistema brushed o di un sistema brushless. Per assunzione iniziale devo necessariamente sostituire i motori attuali, questo implica il fatto di abbandonare anche l'encoder lineare. Non mi sembra comunque un grosso problema visto che si trovano diverse soluzioni con motori DC o BLDC in configurazione servo con un encoder già accoppiato.
Inizialmente avevo scartato la possibilità di utilizzare una motorizzazione basata su motori brushless perchè ero spaventato dal prezzo di motori e controller. Non avevo individuato rivenditori come Leadshine.
Una combinazione di [Motori BLM57090 (90W) + Controller ACS606] dovrebbero svolgere la funzione che mi serve. Consultando un sito di ecommerce americano si vede che il prezzo per la coppia motore+controller si aggira sui 320€. Avendo due assi arrivo a 640€ circa. Il prezzo è accettabile, ma mi piacerebbe individuare un rivenditore Europeo. Conoscete qualcuno che commercializza soluzioni di questo tipo?

[salvatore993]

i servo su macchine come plasma e similari, sono montati per ottenere velocità nei rapidi non raggiungibili con gli stepper. ma bisogna anche ricordare che un buon stepper è meglio di un servo loffio.
il closed loop se non lo si gestisce con un controllo a modo è più un problema che un vantaggio, oltre a diventare inutile.