come realizzare corone dentate di alta precisione

Sezione dedicata alla meccanica delle CNC e delle macchine tradizionali.
Antonio Zanardo
Newbie
Newbie
Messaggi: 16
Iscritto il: lunedì 28 maggio 2012, 9:27
Località: Padova

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Antonio Zanardo » mercoledì 30 maggio 2012, 12:26

Andrea,

premetto che mel mio caso la corona e la vite s.f. vengono impiegate in una catena cinematica per far sì che un telescopio "insegua" le stelle con un moto più vicino possibile al perfetto moto siderale.

Questo lo si ottiene, da sempre, curando al massimo la qualità  di tutti i componenti della catena del moto: precisione delle corone e viti senza fine, quella dei riduttori (spesso senza gioco), dei lubrificanti, dei motori, dei loro azionamenti, ecc.

Siccome con questi soli mezzi non si riesce ad ottenere la necessaria precisione del moto, alla fine si rimedia con vari sistemi.
Ne cito solo due: uno attivo, che consiste nell' utilizzare una camera CCD puntata su una stella. L'errore di inseguimento rilevato dal sensore, che è di una frazione di arcosecondo, genera un segnale che viene inviato al motore per accelerare o per rallentare il moto di inseguimento, e quindi a correggerlo.

Il secondo metodo consiste nell'utilizzo di un encoder ad alta risoluzione solidale con l'asse della corona, e quindi con il telescopio. In questo caso si tratta di un sistema passivo. Un quarzo termostatato governa il cinematismo, facendo in modo che il risultante moto di inseguimento *assomigli* in precisione e uniformità  al moto siderale.

Va da sè che questi sistemi di controllo del moto funzionano solo in presenza di una elevata qualità  di tutti gli organi, a cominciare proprio dalla corona e dalla vite.
Dei denti mal realizzati (passo incostante, bave, superfici ruvide ecc.) provocano sobbalzi e irregolarità  che tali sistemi non sono in grado di correggere.

Sto esagerando nella ricerca della precisione di 1 arcosecondo? Sicuramente sì, dal momento che poi la costruzione dell'ingranaggio non potra' rispecchiare tale precisione. Si trattava di un' approssimazione che avevo fatto in prima battuta. Farò un calcolo più preciso per stabilire il tipo dell'encoder e le relative divisioni.
Ma di sicuro non posso accontentarmi delle le tolleranze di svariati primi, che sono comuni con le vecchie tavole manuali: il mio ingranaggio sarebbe da buttare.

Quando dici che l'encoder potrebbe essere utilizzato per controllare il moto, hai ragione; e' quello che, come ho già  detto, si fa in certi casi. Ma, e qui dissento da quanto affermi, tutti i sistemi intesi a ripetere sulla terra la perfezione del moto delle stelle, possono funzionare solo se la meccanica è la più perfetta possibile.
Se si accettano errori un po' dappertutto, va a finire che non si riesce più a correggerli.

Fatta questa eccezione, condivido il resto dei tuoi ragionamenti.

Grazie per l'intervento.

Antonio

Antonio Zanardo
Newbie
Newbie
Messaggi: 16
Iscritto il: lunedì 28 maggio 2012, 9:27
Località: Padova

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Antonio Zanardo » giovedì 7 giugno 2012, 10:47

Zebrauno,

Visto che mi hai consigliato di chiedere un'offerta a Renishaw, ti aggiorno dicendoti che ho ricevuto la visita di un loro rappresentante.
Mi ha offerto un loro encoder ad anello con relativo lettore avente la risoluzione di 1 arcosecondo al prezzo complessivo di circa 1500 euro.
Il rappresentante si è dimostrato estremamente competente e collaborativo nel suggerire la combinazione che meglio soddisfa le mie esigenze.
Ad esempio, abbiamo verificato che la differenza di prezzo da un sistema con una risoluzione di 10 arcosecondi ad un'altra di 1 arcosecondo è solamente di circa 100 euro, per cui ho deciso per quest'ultima.
Ti ringrazio pertanto per avermi suggerito la mossa giusta.

Per quanto riguarda la realizzazione dell'ingranaggio, ritengo corrette le varie obiezioni sul fatto che e' difficilissimo sfruttare appieno l'elevatissima precisione della divisione angolare, dal momento che l'operazione di taglio della ruota e la costruzione della vite dovrebbe essere fatta con altrettanta irragiungibile precisione. Rimane il fatto che, se partissi con divisioni imprecise, come quelle che si ottengono con le tavole a dividere manuali tradizionali, gli ingranaggi che otterrei non potrebbero essere utilizzati in campo astronomico.
Almeno così so che gli inevitabili problemi che sorgeranno riguarderanno solo le fasi successive della lavorazione, ma non quella della corretta divisione angolare dei denti.
Un grattacapo di meno.

Rinnovo i ringraziamenti a tutti coloro che hanno voluto partecipare con le loro osservazioni/consigli a questa discussione.

Antonio Zanardo

Avatar utente
Zebrauno
God
God
Messaggi: 9670
Iscritto il: venerdì 18 settembre 2009, 18:24
Località: Savigliano/Torino
Contatta:

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Zebrauno » giovedì 7 giugno 2012, 11:08

Sono lieto che abbia risolto il primo problema: ripetere e verificare un movimento di 1arcsec. Avevo gia' contattato Renishaw per altre questioni legate all'interferometria, loro sarebbero in grado di assisterti anche per il posizionamento dell'encoder e suggerirti, se necessario, alcune officine iperspecializzate per le tue necessita'.
Come potrai ben immaginare tra i loro clienti ci sono tutti gli enti di ricerca e la maggior parte di coloro che vi collaborano.

Buon lavoro

Antonio Zanardo
Newbie
Newbie
Messaggi: 16
Iscritto il: lunedì 28 maggio 2012, 9:27
Località: Padova

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Antonio Zanardo » giovedì 7 giugno 2012, 14:14

Zebrauno,

ora sto studiando bene la meccanica per l'applicazione in oggetto. Sto considerando se utilizzare parti gia' esistenti oppure costruite l'apparecchiatura ex novo.

Vedo che sei anche moderatore del settore CNC di questo forum.
mi servirebbe il tuo consiglio su come realizzare la motorizzazione controllata della tavola a dividere partendo dagli impulsi ad onda quadra che escono dall'encoder.
Purtroppo, pur essendo utilizzatore di macchine CNC, ho solo un'infarinatura superficiale su come funzionano questi sistemi ad anello chiuso.
Ti sottopongo come immagino che funzioni un controllo, giusto per capire se ho le idee sufficientemente chiare.
Nel mio caso, l'uscita dell'encoder dovrà  collegarsi con un visualizzatore/contatore su cui impostare la quota da raggiungere. Il contatore sarà  collegato ad un'azionamento di un motore a corrente continua. Il motore CC continuera' a girare (e con esso la tavola) fino a che gli impulsi prodotti dall'encoder si approssimano al valore impostato. A quel punto rallenterà , e continuerà  a ruotare a velocità  ridotta fino a raggiungere la quota impostata. A quel punto il motore si fermerà . Giusto?

Preciso che è mia intenzione rivolgermi ad un laboratorio specializzato per fare questo piccolo controllo ad un asse. Se però hai qualche suggerimento per ottimizzare il tutto, ad es. sull' eventuale impiego di componenti commerciali facilmente reperibili ed integrabili fra loro, ti prego di dirmelo, in modo che possa verificare se il lavoro che farà  il tecnico elettronico sarà  adatto e commisurato alle mie esigenze.

Ti ringrazio ancora e ti saluto.

Antonio Zanardo

Avatar utente
Zebrauno
God
God
Messaggi: 9670
Iscritto il: venerdì 18 settembre 2009, 18:24
Località: Savigliano/Torino
Contatta:

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Zebrauno » giovedì 7 giugno 2012, 15:25

Per tua fortuna oggi sono disponibili motori e azionamenti per tutti i gusti, inoltre dovendo attuare il solo movimento di un asse (senza garantirne la sincronia spaziale con altri) potrai fare a meno di usare costosi controllers.

Tutto il tuo sistema closed loop si limiterebbe a:

- motore brushless DC (o AC), oppure brushed DC privo di encoder, con qualsiasi tipo di riduzione meccanica per muovere la tavola

- driver idoneo al motore scelto, che abbia un comune ingresso per encoder da leggere in quadratura (ingressi A+ B+, oppure A+ A- B+ B- e magari Z+ Z-, ma bastano solo i canali A e B).

Il driver potra' essere controllato da Mach3, un software per Windows che mediante porta parallela invia i segnali Step e Dir all'azionamento che muove il motore. Avresti quindi la tua quota visualizzata a video.

Antonio Zanardo
Newbie
Newbie
Messaggi: 16
Iscritto il: lunedì 28 maggio 2012, 9:27
Località: Padova

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Antonio Zanardo » venerdì 8 giugno 2012, 23:25

Ti tingrazio Zebrauno per i tuoi suggerimenti.
Sembra che la cosa sia abbastanza semplice e poco costosa.
Mi pare però che il software Mach3 sia utile sopratutto per controllare motori stepper.
Nel mio caso però non posso usare uno stepper in quanto il segnale d'arresto può non coincidere con il passo del motore, nel qual caso il motore continuerebbe ad oscillare attorno alla quota impostata. O sbaglio?
Notte

Antonio

Avatar utente
Zebrauno
God
God
Messaggi: 9670
Iscritto il: venerdì 18 settembre 2009, 18:24
Località: Savigliano/Torino
Contatta:

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Zebrauno » sabato 9 giugno 2012, 11:42

Con Mach3 puoi controllare un driver per motori servo. Sara' il driver a gestire il closed loop e potrai regolarne i parametri (PID) in modo che non esista pendolamento o extracorsa.
I collegamenti tra Mach3 e driver per motori servo sono identici a quelli con driver stepper (segnali STEP e DIR), l'encoder anulare dialoga solo con il driver.

Antonio Zanardo
Newbie
Newbie
Messaggi: 16
Iscritto il: lunedì 28 maggio 2012, 9:27
Località: Padova

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Antonio Zanardo » sabato 9 giugno 2012, 14:52

Zebrauno,

il motore CC a spazzole di cui avro' bisogno sarà  di piccolissima potenza (penso a circa 50W) dal momento che il suo lavoro sarà  di vincere solamente gli attriti dei due riduttori: quello della vite s.f. che aziona la tavola a dividere (i=90) e un secondo riduttore (i=70) a monte della vite s.f.
Sapresti indicarmi marca e tipo sia del motore con le caratteristiche indicate che del relativo azionamento acquistabili online?
Avendo queste indicazioni, sarei tentato di realizzare in proprio tutto il sistema senza ricorrere a laboratori specializzati, e ciò anche per onorare lo spirito di questo forum. Sono sicuro che mi divertirei pure.

Ti ringrazio di tutto anticipatamente.

Antonio

Avatar utente
Zebrauno
God
God
Messaggi: 9670
Iscritto il: venerdì 18 settembre 2009, 18:24
Località: Savigliano/Torino
Contatta:

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Zebrauno » sabato 9 giugno 2012, 15:39

Se vuoi usare un motore DC a spazzole puoi usare questa chicca di driver servo divulgata nel forum da Marcosin:

https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... r+servo+dc
Se gli scrivi via PM e' anche probabile che ne abbia uno pronto.

Per i motori hai l'imbarazzo della scelta, qualsiasi motore DC puo' andare bene, per esempio questo:
http://www.ebay.it/itm/MOTORE-ELETTRICO ... 4ab86088e5


ciao

Avatar utente
dacchio
Junior
Junior
Messaggi: 195
Iscritto il: domenica 18 dicembre 2011, 17:46
Località: pescara

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da dacchio » sabato 9 giugno 2012, 19:37

in ingranaggio del genere sarebbe bene temprarlo altrimenti perdi i micron in poco tempo...quindi l'ideale serebbe realizzarlo di elettroerosione a filo cosi eviti pure la rettifica...ma io ci lavoro su queste macchine e ti dico che un lavoro del genere ti costa molti soldi...

Antonio Zanardo
Newbie
Newbie
Messaggi: 16
Iscritto il: lunedì 28 maggio 2012, 9:27
Località: Padova

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Antonio Zanardo » sabato 9 giugno 2012, 21:06

Dacchio,

"i centesimi sono piccoli piccoli" diceva un vecchio attrezzista di mia conoscenza, figurarsi i micron. Non sono nemmeno sicuro quale precisione sarò riuscito ad ottenere quando la ruota sarà  finita. E poi sarà  un bel problema misurarla.
Di certo ho bisogno di partire con divisioni perfette, o quasi, e poi mettere la massima cura nelle successive lavorazioni. Gli astrofili sono capaci di costruirsi gli specchi dei loro telescopi con precisioni del nanometro, sia pure con tecniche completamente diverse.
Nel mio caso, non posso tagliare la ruota con l'elettroerosione a filo, per il fatto che il profilo del dente della ruota è concavo, in quanto deve copiare quello della vite senza fine che ha il diametro di 24-30 mm.
Per l'usura, si è avvantaggiati dal fatto che il telescopio da movimentare è, o meglio dovrebbe essere, perfettamente equilibrato. La coppia resistente sui denti della ruota risulta pertanto bassissima (qualche Newton/metro), e con essa quindi anche gli attriti e le usure conseguenti. Non mi risulta che nessun astrofilo abbia mai sostituito questa ruota perchè usurata. Invece, tutti lamentano il fatto che tali ingranaggi non presentano la precisione che sarebbe necessaria!

Antonio

Mecnich
Member
Member
Messaggi: 269
Iscritto il: venerdì 12 febbraio 2010, 12:20
Località: Como provincia

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Mecnich » mercoledì 4 luglio 2012, 23:27

Ciao, intervengo per due dritte dato che attualmente mi occupo proprio della realizzazione di ruote dentate dal micro al macroscopico (modulo 24) con rettifica e misura con evolventimetro di precisione.
Premesso che solitamente le precisioni che richiedi vengono ottenute per via elettronica, solitamente le ruote per vite sf si fanno in bronzo. Questo perché il profilo del dente non è praticamente mai perfettamente corrispondente a quello teorico per diversi motivi costruttivi.
La vite invece solitamente viene cementata, temprata e rettificata, assicurando così la correttezza del passo.
La divisione delle dentatrici sia tradizionali che a cn è sempre molto precisa, e le tolleranze sono sempre nell'ordine di qualche centesimo.
Nel caso si voglia ottenere una divisione angolare come quella che tu richiedi, la soluzione è quella montata sulle nostre rettifiche denti (una fino a 3 m di diametro): motore torque in presa diretta con encoder o altro trasduttore ad alta risoluzione.
Ne troveresti tranquillamente usati su internet a prezzi simili a quelli che vuoi spendere per encoder + sistema di movimentazione, e hanno coppia costante e movimento precisissimo e senza vibrazioni. Ne avevo visto tempo fa uno da 8nm con azionamento a 1200 euro....
Le ruote che richiedi non vengono quasi mai realizzate con queste precisioni, richiedono la rettifica a tuffo con mola profilata e per un pezzo diventano proibitive come costi.
Ci sono aziende come la nostra che realizzano anche solo una ruota, il prezzo non è neanche tanto proibitivo; il discorso ovviamente è valutare la convenienza...
Per me il motore torque sarebbe l'ideale...

Avatar utente
polifemo
Member
Member
Messaggi: 269
Iscritto il: lunedì 30 novembre 2009, 9:33
Località: provincia di Brescia
Contatta:

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da polifemo » martedì 12 marzo 2013, 10:02

Oggi scorrendo i vecchi post ho trovato questo del sig Antonio Zanardo
(che conosco avendo avuto degli interessanti scambi di opinione)
che mi ha molto interessato in quanto pure io cerco di costruire corone dentate
per uso astronomico.

Ecco quindi alcune considerazioni:

Da sempre chi costruisce telescopi cerca la perfezione nella realizzazione delle
corone ma poi deve comunque scendere ad alcuni compromessi in quanto
la coppia perfetta esiste solo nella teoria.

La precisione angolare è utile solo in fase di puntamento del telescopio
ed è (secondo me) accettabile ben oltre il secondo d'arco posto come
oggetto del desiderio.
Il tipico campo di un sensore astronomico è di circa 15 primi e, in genere
ci si può accontentare di centrare una stella entro una decina di secondi d'arco.
Per esperienza posso dire che corone dentate eseguite alla dentatrice od anche sulla fresa,
se ben fatte, stanno ampliamente al di sotto di tale range.

Inoltre la centratura della corona, che difficilmente può raggiungere una accuratezza
inferiore a qualche centesimo, finirebbe comunque per vanificare una ipotetica
esecuzione millesimale della dentatura. L' accoppiamento con la vite e gli inevitabili
backlash faranno il resto.
Anche tutta la struttura meccanica del telescopio contribuisce a deteriorare
la precisione di puntamento: assi, cuscinetti, disallineamenti etc etc , pesano
sulla capacità  di un telescopio di puntare con precisione.
Chi ha messo ancora l'occhio in un telescopio sa benissimo che basta
soffiare sul tubo per vedere le stelle ballare ed andare a spasso nell'oculare.

Più importante è invece la capacità  del sistema di tenere puntata una stella con precisione
per un tempo il più lungo possibile. (ci si accontenta di 5 o 6 minuti) e questo dipende
quasi esclusivamente dalla vite senza fine che, come dice Mecnich deve essere rettificata
con la massima accuratezza.
Polifemo

Le mie costruzioni meccaniche nel campo dell' Astronomia.
Sito web: http://www.ulisse.bs.it
Osservatorio: http://www.osservatoriobassano.org
Youtube = https://www.youtube.com/channel/UCMDyM6 ... 9tCDLyvtdw

Antonio Zanardo
Newbie
Newbie
Messaggi: 16
Iscritto il: lunedì 28 maggio 2012, 9:27
Località: Padova

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da Antonio Zanardo » mercoledì 20 marzo 2013, 22:44

Per Polifemo.

questa volta vorrei tralasciare per il momento il discorso sulle corone, per chiedere a chi ne sa più di me una risposta (se possibile) ad una mia perplessità .

Nella pubblicità  di una nuova montatura equatoriale Vixen di media dimensione (peserà  complessivamente ad occhio e croce circa 15-20kg) per telescopio, il costruttore ha impiegato la bellezza di 13 cuscinetti per supportare l'asse di Declinazione. Secondo una mia stima, tale asse avrà  un diametro di 30-40 mm. max e una lunghezza di circa 250-300 mm.

Ora mi domando: quale ragione avrà  spinto il costruttore ad utilizzare su questo asse la bellezza di 13 cuscinetti? Forse per irrigidirlo oltre ogni limite logico? O per quale altro motivo?

Saluti.

Antonio Zanardo

MMante
Newbie
Newbie
Messaggi: 2
Iscritto il: domenica 27 marzo 2011, 14:21
Località: Varese

Re: come realizzare corone dentate di alta precisione

Messaggio da MMante » mercoledì 3 aprile 2013, 12:10

...e utilizzare un riduttore armonico in funzione di vite senza fine/ruota elicoidale? O, forse meglio, un motore torque come si diceva sopra?

Rispondi

Torna a “Meccanica”