Comments 54
Из любопытства, все же где нужна такая точность? Если это не секрет. Много лет назад в радиолокации использовали сельсины.
сложный вопрос, если по простому такой точности там нет в принципе, чтобы её получить нужно потратить много денег на механику, сам привод и тд, а эти датчики более "ширпотребные" и в целом при их применении идет речь о погрешностях уровня единиц угловых минут
ну и основное преимущество большого разрешения в данном случае это большее разрешение скорости, применяется на прямых приводах - производственные, роборуки, делительные головки, токарные ЧПУ и тп, большее разрешение позволяет быстрее перейти к нужной позиции, задрав Kp и Кd
чтобы её получить нужно потратить много денег на механику,
Где можно купить микромеханику для таких точных вещей как энкодер: фланцы, подшипники, стержни, винты, гайки, шайбы, граверы, шпонки, шестерни, муфты, slip ring, втулки, диски, пружины, шплинты?
В чип и дип не особо большой ассортимент на детали машин, на aliexpress долго ждать, да еще и покупаешь кота в мешке.
сложно сказать, все зависит от задач
муфты СКБИС делает, в целом неплохо и конкурентно по цене
подшипники в целом есть на рынке, просто выбирать надо, могут быть дорогие
механику заказывать, и тут есть много вариантов по цене, повторяемости, времени, качеству и прочему
винты, гайки и прочее в принципе продается, например, в SVM (первое, что пришло в голову)
а шестеренки и диски для чего?
Если у робота рука длиной 0.5м, и хочешь точность в 1 мм, то энкодер уже должен быть с точностью минимум 0.1 градуса.
Для устройств компенсации вращения Земли в телескопах, или других механизмах, где нужно сопровождать механически движущиеся объекты с увеличением зума.
В инерциальных системах ориентации и навигации.
А как именно? Они же сейчас почти все на лазерных гироскопах, насколько я понимаю.
Например, можно использовать обкрутку высокоточного гироскопа для компенсации моментов. И вот тут нужно знать точный угол обкрутки, чтобы восстанавливать систему координат. Или вообще гироскоп компенсируется поворотом кардана и нужен точный угол кардана.
Они же сейчас почти все на лазерных гироскопах, насколько я понимаю.
Не совсем. Когда надо привести изделие из точки А в точку Б на расстояние 20 тыс. км с точностью 100 м используют и много чего другого. :)
В рулетке?
Классно. Хорошая и не заезженная тема. Я бы даже сказал вообще не сильно популярная тема, но от этого не менее интересная!
Знаю одно применение, где такие точности нужны...
А на каких скоростях может работать данный датчик? Я так понимаю, на достаточно больших.
Как сильно изменяется погрешность при нагреве платы? FR4, на котором сделан датчик, термостабильностью не отличается. И элементы сенсора вытравлены, поэтому их края могут довольно сильно гулять из-за погрешности принтера и неравномерности травления. Поэтому гарантированная погрешность ±45" во всех 360°… Не верю.
45" это максимальная статическая погрешность в НКУ во всем диапазоне
как она получается, опишу в следующей статье, неравномерность травления роли не играет, потому как каждая пара ротор-статор отдельно калибруются
так же предусмотрена самокалбировка при установки датчика на целевой привод
причем эта погрешность будет гарантироваться за счет двух сенсоров расположенных на 180 градусов друг от друга - те один будет врать в + второй в -, а в сумме будет около 0
а вообще вопрос правильный, особенно для преобразователей встраиваемого типа, и основная погрешность, написанная в ТО в целом далека от погрешности в конечном приводе, об это пойдет речь в следующей статье
Если интересно, то у нас есть DIY датчики, правда оптические и медленные, с точностью 0,5 угловых секунд, причем прошедшие проверку в институте метрологии. Делаются на коленке и не требуют ничего прецизионного. Время реакции, к сожалению, единицы секунд. Можно довести до 0,05 угл. сек, но лень. Требуется уже хорошие термостаты. Так что годятся только для калибровки
Названная точность - расчетная или фактически измеренная?
измеренная, правда калибровка пока не совсем честная: измеряются данные сенсоров(на датчике), обрабатываются в матлабе, вносится компенсация, измеряется погрешность
с другой стороны, если калибровать к эталону, погрешность будет около 10 угл. сек., но это совсем не корректно
и еще, я понимаю, что проводить измерения и заявлять о 45" таким образом - это совсем не корректно, а еще более не корректно заявлять о 23 битах и пульсациях 0.4", потому что в данном случае речь идет о размерах порядка 50 нм, а тут кругом пластик, да и еще не особо стабильный
и на самом деле этот датчик отчетливо улавливает поток воздуха от кондиционера и связано это скорее всего с деформацией пластика
в общем, рассказывать про недостоверность полученного результата лично я могу очень долго, подробнее про параметры измерения, процесс и результаты я расскажу в следующей статье, пока все довольно сыро для публикации
Статья хорошая, единственное я бы не стал это позиционировать как DIY. По факту процесс мало отличается от стандартной промышленной разработки устройства.
А сколько будет стоить заказать у вас пару датчиков минимального диаметра с погрешностью всего лишь 0,02 градуса?
В статье написано, что датчик самокалибруется и сам определяет свою погрешность. Было бы интересно на этом моменте остановиться более подробно. Как определяется в данном случае систематическая и случайные погрешности? Только за счет считывания информации через 180 градусов?
ну у вас есть один ротор с повторяющимся рисунком
ставите два сенсора через 180 градусов, далее замеряете разницу между двумя сенсорами и у одного вычитаете эту разницу (можно 1/2, 1/4 и тд за раз) в положен +0, а у второго в +180
Со съемом сигналов с 2-х головок через 180 градусов понятно. Сигналы можно сложить и произойдет автокомпенсация установочного эксцентриситета и ещё ряда гармоник (нечетных) из-за биения подшипника. Сигналы можно вычитать и получать туже величину, а затем её вычитать. Но это все же режим автокомпенсации и определяет он только часть составляющих результирующей погрешности. Как с 2-х головок можно определить систематическая погрешность - неточность изготовления рисунка и случайную (N.R.R.O -Non-Repetitive Run-Out) погрешность подшипника? С 3-х головок через 120 градусов информации больше, но и это не самокалибровка.
в общем сама процедура самокалибровки/оценки погрешности еще включает калибровку на эталоне конкретной пары ротор/статор, измерение эксцентриситета и торцевого биения ротора, смещение статора в x/y/z, третий сенсор там тоже есть
в общем, что можно - калибруется при производстве, остальное - высчитывается и компенсируется
Вы писали, что работали на самой точной гониометрической установке в России. Это случайно не в Санкт-Петербурге?
да, 58422-14 номер, в целом это не суть важно и не имеет отношения к данному датчику
Да, понятно, что не имеет. Вопрос был из любопытства. Мы тоже занимаемся разработкой высокоточных фотоэлектрических датчиков угловых перемещений. Поэтому стараемся отслеживать все конторы, которые занимаются в этой области. А что касается погрешности и разрешающей способности, то с фотоэлектрическими датчиками сравнится на сможет. Это факт.
все так, но и цена там будет больше на порядок( а то и два)
Не факт. Японцы разработали (в 2012 году) угловой датчик с режимом самокалибровки типа SelFa. Точность +/- 0.2 угл. сек. Диаметр корпуса 85 мм. Цена - 1500 у.е. Думаю, что сделать за 150 у.е. такой датчик маловероятно.
я не спорю что есть точнее, но просто это другая ценовая категория
в целом можно получить что-то типа 2 угл. сек за условные 150 $ при больших объемах
просто нужно использовать HDI статор и керамический ротор + допуски на посадки придется сильно зажать
и на самом деле, чтобы 0.2 угл. сек. нужно потратить на механику намного больше 1500$, особенно в России, ну либо это будет работать с большими уточнениями в ограниченном виде
Думаю, что это не совсем так. Если упор делать на точность механики, то отпадает потребность в самокалибровке. Кстати, японцы изначально получили погрешность +/- 60 угл. сек (т.е. механика была очень простая). А режимом самокалибровки уменьшили погрешность в 300 раз. С другой стороны, если Вы будете переходить на керамический ротор и ужесточать допуски, то уложиться в 150 у.е. будет сложно.
когда речь идет о 0.2" на 85 мм, то это 10-20 нм на посадочном размере(у подшипников биение обычно ~2-4 мкм), это сталь(20...40х), термичка, закалка, стабилизация, подшипники скользящие на воздушном/масляном клине, термостабильное помещение и тд
а керамический ротор стоит 10-15 долларов всего при заказе 200 шт - это обычные платы на оксиде алюминия - как корпуса у металлокерамических микросхем
в целом думаю можно и меньше 2" получить но это как минимум НИР и довольно большой бюджет, на том что у меня сейчас есть меньше 2" я гарантировать не смогу однозначно, если говорить о 0,2" нужна как минимум призма с нуль индикатором или даже с парой
хотя стабильные 25 бит(абсолютных) с постоянной времени 1 мс в принципе получить можно и сейчас
в общем говорить об это можно сколько угодно, но у меня в наличии только "коленки")
Ну вот, снова вернулись к теме точной механики. Когда в 2009 году я был на Вашем предприятии, все это видел. Но такие требования избыточны, когда речь идет о самокалибровке (естественно, это не значит, что механические детали можно делать напильником). Основная задача самокалибровки в режиме реального времени выявлять возникшие отклонения, в первую очередь связанные с подшипниковым узлом (износ, нагрев и т.д.). Вы делаете датчик встраиваемого типа. После установки датчика на объект, проблема подшипников проявится сама собой (особенно, если речь будет идти о точности в несколько угловых секунд). И вот здесь каждый разработчик применяет собственные технические решения. Фирма FLUX использует интегральное считывание с 360 градусов, японцы используют EDA и MRH-методы. Мы на единой подложке рисуем топологию 2-х растров - углового и линейного. Именно линейный растр в режиме реального времени измеряет биения подшипника. В Вашем описании не до конца понятны термины "самокалибровка" и "метод компенсации". Методы самокалибровки начали развиваться именно для датчиков встроенного типа, т.к. для них плохо подходят методы компенсации. Т.е. откалибровать датчик Вы можете только установив его на объект управления. А использование эталонной установки мало подходит, т.к. подшипники разные и реальная погрешность будет отличаться от снятой ранее. Хотя для точностей в десятки угловых секунд может и будет работать. Но не для точных измерений. Сделать 2 секунды на коленке это не реально. Нужно ставить технологию.
в общем мы говорим о разных вещах, я покажу реальную погрешность при разных установках чуть позже
у меня сейчас речь идет о десятках угловых секунд, а не долях
если речь пойдет о долях, много чего придется менять, и скорей всего этого не будет
потребностей делать такие точности не так много и мне это пока совсем не интересно, я больше рассчитываю на что-то с потребностью погрешности 1...3 угл минуты - большинство роботов, промышленных приводов, где цена тоже имеет значение
в будущем хочется еще затронуть поворотные столы для ЧПУ с погрешностью в 10-20 угл. сек, но пока об этом говорить рано
еще одно направление это датчики с самоконтролем и повышенной надежностью
а что у вас за датчик то, описание есть?
Да, конечно есть. Делаем разные разработки. Вот ссылки на некоторые публикации. Публикации можно скачать с сайта elibrary.ru. Надо только зарегистрироваться.
1) Высокоточный угловой преобразователь для шпиндельного узла лазерного генератора изображений CLWS-300/C / А.В. Кирьянов // Научный вестник НГТУ. – 2008. – №4 (33). – С. 188-195.
Это классический датчик, сделанный по методу частичной активной компенсации. В английской литературе MRH-метод.
2) Повышение точности угловых измерений с помощью фотоэлектрических преобразователей комбинированного типа / А.В. Кирьянов, В.П. Кирьянов // Автометрия. – 2012. – № 6 (48). – С. 84-91.
А в этой статье описан полный метод автокомпенсации или, как еще называют, метод самокалибровки.
так у вас просто периодическая шкала, а преобразователь инкрементный/двухотсчетный без сшивки?
на самом деле на Авангарде мы делали дорожки со штрихами 8 мкм причем абсолютного типа, и чисто технически их(каждый штрих из 32 тыс) можно по трем считывателям откалибровать на постоянной скорости вращения довольно точно, думаю десятые доли секунд(а то и меньше) там получатся легко, если взять импортные компоненты, а не ВП
но тут возникает проблема с применением - установка, юстировка и прочее, погрешность муфт, люфт механизмов, биение подшипников и прочее
так что повторюсь, с Вами я не конкурирую никак, это абсолютно разные сферы и потребности, и то что написано "самый точный в мире" - ниже расписано, что справедливо для преобразователей встраиваемого типа на печатных платах, и перечислены аналоги
можно было бы добавить оптические аналоги типа Nikon или Ichaus, но в целом они тоже не особо конкуренты
если есть еще какие-то аналоги, о которых я не знаю, рад буду выслушать
Да нет, конкурентов мы не боимся. Наоборот, очень хорошо, что есть люди, которые занимаются разработкой угловых датчиков. Лично меня не очень волновали слова про высокую точность. В первую очередь заинтересовали другие - самокалибровка, методы компенсации и т.д. Всегда интересно ознакомиться с новыми подходами в методах повышения точности датчиков. Будет интересно ознакомиться с новой статьей.
ну сложно рассказать больше, потому что тут очень много математики именно расчета обмоток и ротора, от туда получаются гармоники (кратные 1,2,4), нечетные на 180 всегда в противофазе, четные высчитываются косвенно, потому что рисунок не совсем периодический, в общем простая математика, но рассказывать подробно не хочется
если очень просто, возьмем редукцию 3x16, гармоника 1 - эксцентриситет, 3 - искусственная связана с амплитудой физического моделирования, четные гармоники будут 16, 32 и 64, их амплитуду всегда можно оценить по гармоникам 13, 19, 29, 35, 61 и 67 - зная что часть от 3 не меняется, а от 16 - зависит от зазора/смещения статора
кстати таким же образом можно делать и фотоэлектрический абсолютный датчик на одной дорожке
Вопрос немного в сторону. А почему ваша контора перестала выпускать эти абсолютные фотоэлектрические датчики? Теперь выпускаете аналог Kübler в 16 разрядов?
А чем обычный то оптический не угодил ?
цена, сложность производства, погрешность, разрешение, да что угодно
смотря с каким обычным сравнивать?
Насчёт сложности мне уже кажется его проще сделать, просто на выходе с фотоэлемента мы имеем тот же син/кос который можем интерполировать. Ну и плюсы с помехами
В каком плане сделать проще? Я предлагаю вообще не делать ничего, а заказывать готовые (собранные) изделия в Китае за предельно низкую цену. На месте (производстве) лишь предусмотрена прошивка, калибровка и выходной контроль, что делается автоматически за пару минут. При этом датчик устанавливает на стандартные винты с большими допусками/отклонениями, не боится пыли и масла. Имеет хорошие характеристики и тд.
Помехи опять же будут меньше, потому как исходные сигналы тут токовые и довольно больших уровней.
В общем, напишите аналог, который продается, с чем можно сравнить, и я скажу в чем будут плюсы и минусы.
Понимаю, что вопрос несколько в сторону, а датчиками линейных перемещений вы не занимались? Не подскажете что почитать на эту тему?
если нужен не абсолютный, а инкрементный, можно пример от Renesas развернуть в линию
концевик достаточно механический, потому как в пределах 10 мм(одного периода) не сложно восстановить
в целом планирую так же сделать абсолютный линейный датчик в течение нескольких месяцев
кстати забыл, у Microchip есть примеры линейный датчиков на для их микросхем
https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/SE/ApplicationNotes/AppnoteSourceCode/L02-14W100R2L3G.zip
тут в целом про индуктивные датчики от Microchip
https://www.microchip.com/en-us/products/sensors-and-motor-drive/inductive-position-sensors/getting-started-with-inductive-position-sensors
Как сделать самый точный в мире преобразователь угла на коленке