XY duzleminde hareket eden mekanizma icin yataklama

[Mikro Step]

... One of the biggest benefits of digital calipers is their accuracy. Many digital calipers on the market today can provide measurement accuracy of +/-.001" with resolution and repeatability of .0003". ~ 7.6 mikron...

... Hassasiyetinin sınırı altında çalıştırılması öngörülen ve axial yönde hareket eden sensöre ölçüm esnasında radyal kuvvetlerin uygulanması sakıncalı olabilir.

Benim derdim esasen 1 um civarinda cozunurluk ya da 1um tekrarlanabilirlik ya da 1um dogruluk degil.
Benim derdim anlik 0.1mm hatanin altinda hata ile calisabilmek.

Peki hedefim 0.1mm ise neden cevel ile um boyutlarinda olcum yapmaya calisiyorum?

Cunku makenizmam gelisi guzel bir egri boyunca mekanik bozucu kuvvetlere ragmen 0.1mm konum hatasi yapmadan ilerleyebilmesi icin servo sistemin 0.1/100 mm kadar pozisyon bilgisi ile calismasi gerektigi kabulu yapiyorum.

0.1mm/100 de 1um ediyor.

Yani 1um hatadan haberdar olursam birileri de mekanizmamin hareket etmesini engellese bile hata 0.1 mm degere ulasmadan o engel olan kuvveti yenecek karsi kuvvet olusturabilirim.

Bu mantikta ne kadar hakliyim bugune kadar literaturde kesin bilgi bulamadim. Fakat um cozunurlukte pozisyonlama yapan sistemlerde nanometrik olcum yapan sensorlerin kullaniliyor olmasi sanirim beni hakli cikartiyor. (TI'in brosurlerinden edindigim bir alt not bilgi)

Yani isin ozu ben duragan halde konumumu um cozunurlukte olcebilirim sorun degil. Derdim hareket halindeyken 0.1mm hata yapmamak amacim.

Tabiki burada 0.1 mm ile yola cikip 10um alti cetvelle calistigimda belki de 0.05mm dogrulugu yakalayacagim belki de 0.02mm. Bunu uygulamada gorecegiz.

 

[Mikro Step]

Kart montajini yaptim fakat halen voltaj veremedim. Cunku kel alaka iki pad arasinda cok dusuk omaj goruyorum.

Istesem o iki padi ancak uzun bir tel parcasi ile kisa devre edebilirim. Bir birinden cok uzak iki yol.

Aklima gelen tek sey lehimledigim MCU bozuk. Bu yuzden sicak hava tabancasi siparis ettim. MCU yu sokup kisa devre durumunun duzelip duzelmeyecegini gormek disinda carem kalmadi.

 

[Mikro Step]

Mekanik cozunurluk ile sensor cozunurlugu arasindaki oran.

Diyelim ki yere metrelerce uzunlugunda egri bugru bir cizgi cizilmis. Sizide gozunuzu bagladilar cizginin ustunde ayakta duruyorsunuz.
Elinizde +/- 10 cm hata ile cizgiyle olan konumuzu veren sensor var. En fazla cizgiden 10cm uzaklasacak kadar hata ile cizgi uzerinde yurumeniz isteniyor.

Bu sensorle bunu yapmaniz imkansiz. Cunku sensor 10cm hata yaptiniz dedigi anda zaten yapmaniz istenen max hatayi yapmis olacaksiniz. Bu bilgi ile bir sonraki adiminizin hangi yonde olacagini kestiremezsiniz. Cunku yol egri bugru.

O halde sensorunuz +/-10 degil de 5cm olursa sansiniz artar. Fakat sizden ayni zamanda en kisa zamanda bu yolu btirmeniz de istenirse bu kez adimlarinizi biraz uzatmaniz gerekir., Fakat yol egri bugru oldugundan adimlarinizi artirmak hatayi da artirir.
O halde cok kisa adimlarla piti piti kosmaniz gerekir.

Iste bu sartlarda ne kadar hizli hizli kisa adim atar sensorle de konumumuzu ne kadar yuksek cozunurlukte atarsam bu gorevi o olcude basarili ve hizli yerine getirebiliriz.

Haa daha egri bugru yolun saginda solunda onunuzde arkanizda sizi iteleyip yoldan cikartmak isteyen sakaci arkadaslarinizdan bahsetmedik bile.

Bu senaryodan cok yuksek hizda islem yapabilmem ve cok yuksek cozunurlukte cetvel sahibi olmam gerektigini anliyorum.

Ote yandan hic bir zaman hizlica giderken cetvel cozunurlugu kadar hataya inemeyecegim de anlasiliyor.

Haa derlerse ki yolun sonuna geldiginde tami tamina cetvel cozunurlugu kadar hata ile cizgi uzerinde dur onu yaparim. Ama yol uzerinde kosarken cetvelin verdigi cozunurlugun 10 (ben diyorum 100) kati hata yaparsam bu hatadan sayilmaz.

Bu nedenle eger 0.1 mm nin altinda hata ile yol takip edeceksem sensorum 1um falan olcebilmelidir.

Cunku PID gibi sistemler hata ile beslenir. Ne kadar yuksek cozunurluk o kadar yuksek ise yarar faydali ve detayli hata bilgisi demektir.

 

[birisim]

Cunku makenizmam gelisi guzel bir egri boyunca mekanik bozucu kuvvetlere ragmen 0.1mm konum hatasi yapmadan ilerleyebilmesi icin servo sistemin 0.1/100 mm kadar pozisyon bilgisi ile calismasi gerektigi kabulu yapiyorum.

Buna ingilizler error budget hesaplaması derler ve yanlış bilmiyorsam işin hakkını veren makina ureticilerin süreklı yaptığı bir çalışma. Empirik datalar da içeriyor.
Yani bu hesaplama sistemin tüm parçaları için tespit edilmeden, veya tüm bu hataları toplamını test ölçümlerle (örneğin uv led ile uv film kaplı taban üzerinden pattern'leri işleyerek sanayi ölçüm mikroskop veya kalibre yapılmış daha ucuz mikroskopla incelenmesi) alınmadan sistemin test ölçüm için konulan hassasiyetin 1 mikrona kadar indirilmesinin maaliyeti o hassasiyete uygun optik çetvellerin elde edilmesinden geçer. Ayrıca dinamik hata payının ölçülmesi (isteniliyorsa tabii) yapıyı daha karmaşık hale getirir.
Orta kalitede cnc makinaların fabrika çıkış hassasiyetleri yaklaşık 30 mikronlardan daha iyi. Closed loop sadece servoların kafasına takılmış optik enkoderlerle sağlanıyor. Yani mekanik kısmında enkoder yok. Çetvel/enkoderli makinaların hassasiyeti iner tek haneli mikrinlar seviyesine.
Eğer optik çetvel alınması öngörülmüyorsa elinizdeki ölçüm aletlerin hata payı tablosunu Johnsson mastarlarıyla oluşturma şansi var. Lakin, datasheet'inde gösterilen tekrarlama değerlerin altına inmesi için aletin mekanik ve elektronik kısmındakı sorunların aşılmasını gerektirecek.Kumpasın açılı şekilde hareket ettirilmesi, kumparsın reader kafasını ve gövdesini esnetir. Ne kadar? bilemiyor, hiç denemedim. Lakin yeterince etkili olabilir. Örnek için şunu söyleyeyim - 1 metre tabla büyüklüğünde 5 tonluk cnc dik işleme merkezinin şpindl kafasına elle baskı yapılınca tablaya bağlanmış ve ucu kafaya dayalı indikatörde onar mikron seviyesinde oynamalar görülür. Kumpasın ince yapısına gelince esneme şansı daha çok.

 

[birisim]

Kumpas yerine indikatör de kullanılabilir. Mitutoyo tekrarlama değerleri 100mm mesafe için 5 mikron yazılmış. Mastarlarla kalibre edillirse hassasiyetini aynı düzeye getirme şansı var. Fiyatı pahalı. Belki daha ucuz alternatifleri bulunur.

Mitutoyo 3062A-19 (0.01mm) Lug Back Large Coaxial Revolution Counter Dial Indicator Shockproof 100mm - DML

Indicator Features: Range: 100mm Range per rev: 1mm Resolution: 0.01mm Accuracy: ± 0.050mm Retrace: 0.009mm Accuracy 1/10 rev: 0.012mm Accuracy 1 rev: 0.020mm Repeatability: 0.005mm Scale: ±0-100 Measuring Force: 3.2N or less Continous Dial Jeweled Bearing Carbide tipped, thread: M 2.5 x 0.45 mm...

digitalmicrometers.co.uk

 

[Mikro Step]

Benim sistem tamamen kati blok celikten. Boyu da olcukca kisa (25 mm kalinliginda 250x250 mm). Dolayisi ile sicaklik etkisi haricinde boy degisimi/ esneme durumu hemen hemen hic olmayacak.

Cetvellerim de bu kati blok uzerine monteli.

Hata gelirse cetvelin sabit ve hareketli aksaminin paraleliginden gelecek. Paralellik soruna da kendimce onlemler aldim.
Asil hata Cinlinin, sinus patarnimi PCB uzerine ne kadar dogru basabildigine bagli olacak. Ote yandan sistemin sicakligi ve nemi de onemli.
Tabiki sistemin linearitesi daha cok ADC ile alakali olacak.

Sistemin tekrarlanabilirligini ve dogrulugunu ancak tum sistem (servo kontrollar dahil) calistiktan sonra olcebilirim.

Benim de X ekseninde 1m isleme mesafesi olan 1 tonluk kalipci frezemde 5um cetvel varken parmak ucumla X eksenine bastirdigimda gostergedeki degerler 5um oynuyordu. Bir sure sonra zaten vida somun bosluklari hissedilir sekilde artti.

O oynamayi gordukten sonra 5-10 um dogrulugun benim icin bu makinelerde hayal oldugunu farkettim. Zaten parmak freze ile islenen yuzeydeki dalgalanma parmakla hissediliyorsa o is icin dogruluk en fazla 0.1 mm olabilir.

Daha oncesinde mekanik islerimi piyasaya yaptirirken klasik kalipci frezesi ile is yapan ustalar biz %1 hata ile calisiyoruz derlerken bunun tamemen agizdan cikan bir soylem oldugunu ancak montaj asamasinda anladim. O gunlerden sonra nihater kendi frezemi aldim. Aldim da basim goge mi erdi? 0.1 mm hata ile parca isleyebilirsem iyi is cikarttim diyorum.

Ben beceremiyorum ama arkadasim atelyesinde ki makineleriyle 1um dogrulukla cnc makineleri ile is cikartabiliyor ve bunu belgeleyebiliyor.

 

[Mikro Step]

Bu hatayi maliyetlendirme konusuna cok takilmiyorum. Acik cevrim bir sistem olsaydi evet hatalar ana hedeften uzaklasmama neden olacakti. Fakat benim sisteminde hata tamemen servo duzenegin basarisina ve cetvelimin dogruluguna bagli.

Bu ikisinden gelen hata diger tum hatalari etkisizlestirecek.

 

[birisim]

Benim sistem tamamen kati blok celikten. Boyu da olcukca kisa (25 mm kalinliginda 250x250 mm). Dolayisi ile sicaklik etkisi haricinde boy degisimi/ esneme durumu hemen hemen hic olmayacak.

Çelik lineer ray aluminyum malzemesine mi oturtulmuş? Aluminyum ile çelik arasında ısı genleşme değerleri baya farklı.
Etkinin ne kadar olacağına daır fikrim yok.
Ama 0.1 mm varmaz normal oda sıcaklığında.

 

[mechanic]

Bu hatayi maliyetlendirme konusuna cok takilmiyorum. Acik cevrim bir sistem olsaydi evet hatalar ana hedeften uzaklasmama neden olacakti. Fakat benim sisteminde hata tamemen servo duzenegin basarisina ve cetvelimin dogruluguna bagli.

Bu ikisinden gelen hata diger tum hatalari etkisizlestirecek.

bu 1/10 kumpasın çalışma şekli senin cetvele uygulanabilir mi?
mesela 9 sinus max tepesi ikinci cetvelde 10 sinus max tepe içerecek şekilde bölünse ne olur?

 

[Mikro Step]

Hic fikrim yok. Hayal dahi edemiyorum.

9 tane cetvel birbirine paralel yerlestirilirse ve her bir cetvelin alici elektrodlari da kayik yerlestririlirse olabilir gibi. Fakat acaip masrafli ve kocaman bir cetvel olur.
Boyle yapmak yerine sinus paterni yuksek tekonoloji ile bastirsam, ADC cozunurlugunu cok artirsam, islemcinin kapasitesini ve gucunu artirsam
muhtemelen olur.

Zira 24 bit optik encoderlar de benzer mantikla calisiyor.

 

[birisim]

çelik banta yapıştırılmış uygun fiyata manyetik çetveller var ali'de, bant şeklinde satılıyor. 5 mikron çözünürlükle.

 

[Mikro Step]

Ne kadar uygun?

 

[birisim]

ali'de "magnetic scale" ismiyle geçiyor.

 

[alarmko]

@Mikro Step
cetvel okuma sisteminde AET500 serisi veya benzeri bir chip'mi kullanılıyor.

 

[Mikro Step]

Pozisyon/aci olcum uygulamalarinda bu ve benzeri pek cok cip var.

CAM312, AET500

Ozellikle modern otomobillerde direksiyon acisi, kelebeklerin acisi vb olcumlerde potansiyometre turu kontakli sensorler kullanildiginda yaslanma ile birlikte sorun yasatir ve sonuclari olumcul olabilir.

Bu nedenle son zamanlarda cip ureticileri pek cok pozisyon sensoru uretti.