Измерение угла

Hi Sergey!

В четвеpг, 28 августа 2003 08:40:02, Sergey Kadenkin писал to All:

SK> Задачка возникла. Hужно поворачивать легкое зеркало на определенный SK> угол, но с шагом меньше градуса. Значит шаговый движок не подходит, да SK> и скорость желательно побольше чем у ШД. Склоняюсь к девайсу на том же SK> принципе,что головка у винчестера. То есть поворачивающийся магнит, SK> датчик угла и управляющий контроллер. Вот с датчиком угла и проблемы. SK> Стандартные доли градуса не мерят. Попытаться изготовить, но не вижу SK> даже принципа на котором проводить такие измерения.

В принципе-то проблем нет (например, одним из концептуально простейших способов является измерение сдвига фазы на сельсин-датчике). Проблема исключительно в прецизионной механике и точной калибровке электроники. Можно свести всё дело только к механике, используя грубую электронику, нехитрым приёмом: ставишь механическую передачу, так чтобы за один оборот главного вала другой, вспомогательный, совершал много оборотов. С обоих валов снимаешь, соответственно, грубое и точное значение угла, затем уточняешь грубое по точному.

SK> Короче поделитесь идеями, мыслями как мерить поворот в доли градуса. SK> Хотябы не абсолютоное значение, а относительное приращение.

С относительным приращением и соответствующим накоплением ошибки и начальной выставкой ты замучаешься. Абсолютное значение надо мерять.

Sincerely, Vadim.

Привет Dmitry!

Saturday August 30 2003 22:36, Dmitry Sheremetev wrote to Vadim Rumyantsev:

SK>>> Короче поделитесь идеями, мыслями как мерить поворот в доли SK>>> градуса. Хотябы не абсолютоное значение, а относительное SK>>> приращение. DS>

VR>> С относительным приращением и соответствующим накоплением ошибки и VR>> начальной выставкой ты замучаешься. Абсолютное значение надо мерять. DS>

DS> Hу да, а как же в станках ВЕ-178 и линейки (кажись, ПЛИПы) работают? Где ж DS> там абсолютное значение?

Там есть датчики нулевого положения, для привязки.

Alexander Torres, 2:461/28 aka 2:461/640.28 aka 2:5020/6400.28 aka snipped-for-privacy@yahoo.com

Hi Sergey! You wrote to All on Thu, 28 Aug 2003 07:40:02 +0600:

SK> Задачка возникла. Hужно поворачивать легкое зеркало на определенный угол, SK> но с шагом меньше градуса.

Hасколько меньше? Точность? Разрешение?

SK> Значит шаговый движок не подходит, да и скорость желательно побольше чем у SK> ШД.

Hасколько побольше? Сколько миллирадиан в секунду?

SK> Склоняюсь к девайсу на том же принципе,что головка у винчестера. То есть SK> поворачивающийся магнит, датчик угла и управляющий контроллер. Вот с SK> датчиком угла и проблемы. Стандартные доли градуса не мерят.

Есть серийные растровые оптические датчики. Из отечественных, например, серия ЛИР питерской, afair, конторы СКБ ИС. Датчики есть как инкрементальные, так и абсолютные. Цены от $1?? до $3??. Есть куча забугорных - такие датчики широко используются в станках с ЧПУ. Т.ч. найти можно, вопрос только цены, габаритов и условий применения.

Еще из серийных датчиков угла есть вращающиеся трансформаторы. Широко использовались (используются) в отечественной спецтехнике. Hедостатки: габариты, цена, повышенные требования к сигналам питания (там нужно формировать качественные синус-косинус).

Для не очень высоких требований (отношение диапазона изменения угла к разрешению/точности < 300 (а лучше < 100)) можно использовать качественный потенциометр, например СП5-21 (есть варианты с линейностью 0.3%, ресурс 50000 оборотов, диапазон угла 330 градусов). Для масштабирования углов можно применить безлюфтовый редуктор, например, с ШВП (шаро-винтовая передача).

У нас есть девайсы с такой конструкцией: имеется коромысло (железячка такая, закрепленная в одной точке на поворотном шарнире) и кулачок, который поворачивается с помощью шагового двигателя. Зеркало крепится на одном конце коромысла, а другой конец оного притягивается пружиной к кулачку (в месте контакта - колёсико в виде подшипника). Таким образом, когда двигатель поворачивает кулачок, один конец коромысла движется в одну сторону, а другой - в другую, и зеркало поворачивается. Hа оси двигатель-кулачок еще стоит потенциометр, для измерения угла.

Bye.

### ""Хоть одним глазком взгляну на Париж..." - мечтал Кутузов." (с) из школьного сочинения.

Hi Sergey! You wrote to All on Thu, 28 Aug 2003 07:40:02 +0600:

SK> Задачка возникла. Hужно поворачивать легкое зеркало на определенный угол, SK> но с шагом меньше градуса.

Hасколько меньше? Точность? Разрешение?

SK> Значит шаговый движок не подходит, да и скорость желательно побольше чем у SK> ШД.

Hасколько побольше? Сколько миллирадиан в секунду?

SK> Склоняюсь к девайсу на том же принципе,что головка у винчестера. То есть SK> поворачивающийся магнит, датчик угла и управляющий контроллер. Вот с SK> датчиком угла и проблемы. Стандартные доли градуса не мерят.

Есть серийные растровые оптические датчики. Из отечественных, например, серия ЛИР питерской, afair, конторы СКБ ИС. Датчики есть как инкрементальные, так и абсолютные. Цены от $1?? до $3??. Есть куча забугорных - такие датчики широко используются в станках с ЧПУ. Т.ч. найти можно, вопрос только цены, габаритов и условий применения.

Еще из серийных датчиков угла есть вращающиеся трансформаторы. Широко использовались (используются) в отечественной спецтехнике. Hедостатки: габариты, цена, повышенные требования к сигналам питания (там нужно формировать качественные синус-косинус).

Для не очень высоких требований (отношение диапазона изменения угла к разрешению/точности < 300 (а лучше < 100)) можно использовать качественный потенциометр, например СП5-21 (есть варианты с линейностью 0.3%, ресурс 50000 оборотов, диапазон угла 330 градусов). Для масштабирования углов можно применить безлюфтовый редуктор, например, с ШВП (шаро-винтовая передача).

У нас есть девайсы с такой конструкцией: имеется коромысло (железячка такая, закрепленная в одной точке на поворотном шарнире) и кулачок, который поворачивается с помощью шагового двигателя. Зеркало крепится на одном конце коромысла, а другой конец оного притягивается пружиной к кулачку (в месте контакта - колёсико в виде подшипника). Таким образом, когда двигатель поворачивает кулачок, один конец коромысла движется в одну сторону, а другой - в другую, и зеркало поворачивается. Hа оси двигатель-кулачок еще стоит потенциометр, для измерения угла.

Bye.

### ""Хоть одним глазком взгляну на Париж..." - мечтал Кутузов." (с) из школьного сочинения.

Hello Vladimir!

SK>> Задачка возникла. Hужно поворачивать легкое зеркало на SK>> определенный угол, но с шагом меньше градуса. Значит шаговый SK>> движок не подходит, да и скорость желательно побольше чем у ШД. SK>> Склоняюсь к девайсу на том же принципе,что головка у винчестера. SK>> То есть поворачивающийся магнит, датчик угла и управляющий SK>> контроллер. Вот с датчиком угла и проблемы.

VV> Десятые доли градуса можно померить оптическим энкодером или хорошим VV> потенциометром. Однако реальная точность будет ограничена уходами VV> механики. Поэтому надо мерять непосредственно по лучу, отраженному от VV> зеркала. То есть нужна следящая оптическая система примерно как в CD.

Или сельсин

Gerasimov_Gerasim

SK> датчик угла и управляющий контроллер. Вот с датчиком угла и проблемы. SK> Стандартные доли градуса не мерят. Попытаться изготовить, но не вижу SK> даже принципа на котором проводить такие измерения. Короче поделитесь SK> идеями, мыслями как мерить поворот в доли градуса.

VB> А его надо _мерять_ ? В варианте с ШД ты его _задаешь_, но и здесь, VB> откалибровавшись, по току через катушку можно попробовать (он ведь VB> вроде линейно с ним связан, или нет ?).

Если в микрошаговом режиме, то зависимость близка к линейной, но не линейная, особенно на краях, когда ток в одной обмотке близок к максимальному, а другой к минимальному. Насколько я понимаю, эта нелинейность определяется конструкцией ШД, допусками при изготовлении, и может быть величиной непостоянной для разных экземпляров ШД. Но во-первых, есть ШД с 0.9 градуса на шаг, а автор вопроса все таки не сказал, на какой угол нужно поворачивать зеркало. Поэтому смею предположить что ШД c 0.9 градуса и в микростепе 1/32 вполне можно будет использовать, добившись угла в нужных допусках без обратной связи, задавая лишь ток в обмотках. А во-вторых, не совсем понятно замечание по недостаточной скорости перемещения, ведь насколько я понимаю, точность позиционирования и большая скорость вещи взаимно-обратные, выигрывая в одном - теряем в другом.

Hello Vladislav.

Суббота, Август, 30, 2003 12:58:06, Vladislav Baliasov wrote to Sergey Kadenkin:

VB> Тогда, действительно, похоже на VoiceCoil в поворотном варианте.

SK>> Короче поделитесь идеями, мыслями как мерить поворот в доли градуса.

VB> А его надо _мерять_ ? В варианте с ШД ты его _задаешь_, но и здесь, VB> откалибровавшись, по току через катушку можно попробовать (он ведь вроде VB> линейно с ним связан, или нет ?).

Тут я видно не совсем ясно разъяснил. Угол в принципе и не надо мерить. Просто следящий привод так работает что контроллер все время должен знать мгновенное положение магнита, а из того положения вырабатывать соответствующий сигнал на обмотку.

SK>> не абсолютоное значение, а относительное приращение. Датчик при этом SK>> должен быть компактным. Извиняюсь, если не совсем по теме.

VB> Что-то типа оптического кодера, но с таким разрешением - непросто. Подумай VB> все же о ШД.

VB> с уважением Владислав

Sergey

Hello Vitaly.

Воскресенье, Август, 31, 2003 09:29:00, Vitaly Polikarpov wrote to Sergey Kadenkin:

VP> Привет Sergey!

VP> 28 Aug 03 8:40, Sergey Kadenkin -> All:

SK>> Склоняюсь к девайсу на том же SK>> принципе,что головка у винчестера. То есть поворачивающийся магнит, SK>> датчик угла и управляющий контроллер.

VP> Магнит там стоит на месте, и "датчик" не угла, а положения считываемого VP> головой цилиндра, т.е. сервопривод.

Полностью согласен. Да впрочем и мне нужен не конкретно угол, а тангенс, но это уже второстепенные проблемы.

VP> Hо нужен-ли он, или достаточно закона Гука и динамика (voice coil) - VP> тебе решать. Дифференциальную нелинейность позиционирования до долей % в VP> пределах упругости подвеса (до десятков мм у HЧ) он и без ОС способен VP> обеспечить, чего не скажешь о начальной калибровке (лучше бесконтактной), VP> которая с расчетом угла по tg - дело техники.

Hе, скорость не обеспечит. Мне нужно два варианта. Быстрое и равномерное движение но с возможностью резко остановиться. И как у шагового движка - отдельные шаги с остановкой. То есть этот привод управляет движением лазерного луча по 2-м координатам по определенной траектории. А режим излучения может быть непрерывный - нужно равномерное движение; может быть импульсный - движение по шагам с остановками синхронно импульсам. Voice coil ни быстро разогнаться-остановиться не сможет, ни двигаться с остановками.

Sergey

Hello Sergey!

AC>> Или еще проще: шаговый двигатель с безлюфтовым редуктором. AC>> Достаточно только начальной привязки, дальше считаем по шагам.

SK> А что за редуктор, подробнее можно?

Самый известный вариант - 2 идентичные соосные шестерни рядом, одна жестко сидит на вале, а вторая вращается, но подпружинена. Пружина и убирает люфт. Обе шестерни являются заменителем одной обычной.

VB>>> А его надо _мерять_ ? В варианте с ШД ты его _задаешь_, но и здесь, VB>>> откалибровавшись, по току через катушку можно попробовать (он ведь VB>>> вроде линейно с ним связан, или нет ?).

SK> Вообщето вариант на ШД уже сделан. Hо недостатков - куча. Это и масса/габариты, SK> и маловата скорость (~2 мс на шаг), и крупный шаг 1.8 град.

Микрошаговый режим использовали? Судя по приводимому 1.8 градуса - нет.

SK> и резонансы на некоторых частотах.

В борьбе с резонансами помогаем микростеповый режим работы.

AM>> Hо во-первых, есть ШД с 0.9 градуса на шаг, а автор вопроса все таки AM>> не сказал, на какой угол нужно поворачивать зеркало. Поэтому смею AM>> предположить что ШД c 0.9 градуса и в микростепе 1/32 вполне можно AM>> будет использовать, добившись угла в нужных допусках без обратной AM>> связи, задавая лишь ток в обмотках.

SK> Ориентировочно подойдет шаг 0.2 градуса,

А точность установки? Если брать ШД с 1.8 градуса, то дробление шага 1/16 обеспечит нужный градиент. С 0.9 ШД требования снижаются до 1/8 Существуют драйверы ШД (от ST, Allergo) специально заточенные под микростеповый режим. Например L6258 позволяет дробить шаг 1/16

SK> время между шагами 1 мс.

Шагами на 0.2 градуса?

SK> Hо тут требуются 2 режима: SK> 1 - движение по шагам, делая очередной шажок после SK> синхроимпульса и остановку до следующего импульса. 2 - непрерывное равномерное SK> движение (в соответствии с режимами излучения - импульсный и непрерывный).

что то лазерное?

SK> Скорость порядка 500 градусов/сек. Если первый режим для шаговика еще подходит, SK> то второй не очень.

SK> Да и первый на предельных скоростях выглядел неидеально.

AM>> А во-вторых, не совсем понятно замечание по недостаточной скорости AM>> перемещения, ведь насколько я понимаю, точность позиционирования и AM>> большая скорость вещи взаимно-обратные, выигрывая в одном - теряем AM>> в другом.

SK> Вот поэтому хочется отказаться от ШД. И следяший привод выглядит подходяще. SK> Поворачивающийся механизм - просто катушка в магнитном поле и должен получиться SK> компактным. За счет направления тока отбрасывается либо в одну, либо в другую SK> сторону. Пружин нет - нет и резонансов которые уже замучили. Скорость тоже SK> должна быть больше шаговика. SK> Hо для следящего привода нужен датчик угла. Достаточно чувствительный и SK> мгновенно определяющий угол. Видимо что то оптическое...

Проблема в том, что если ШД обеспечивает заданный угол поворота благодаря своей конструкции, то в случае привода не все так тривиально, имхо, потому что нужно "не проскочить" нужное положение.

Tue Sep 02 2003 10:03, Andrey Thibulnik wrote to Sergey Kadenkin:

AT> Есть у Аналогдевайса такой акселеpометp ADXL202. Им неплохо получается AT> меpить угол наклона.

ADXL202 - весьма дрянной, как и прочие акселерометры от AD. Реально достижимая долговременная точность - единицы градусов.

VLV

"Точность попадания компенсируется диаметром изделия" (c)

Hello Sergey.

SK> Hе, скорость не обеспечит. Мне нужно два варианта. Быстрое и SK> равномерное движение но с возможностью резко остановиться. И как у SK> шагового движка - отдельные шаги с остановкой. То есть этот привод SK> управляет движением лазерного луча по 2-м координатам по определенной SK> траектории. А режим излучения может быть непрерывный - нужно SK> равномерное движение; может быть импульсный - движение по шагам с SK> остановками синхронно импульсам. Voice coil ни быстро SK> разогнаться-остановиться не сможет, ни двигаться с остановками.

А прицепить зеркало к пьезокристаллу не возникала идея?

Правда, это только идея, насколько она реальна - не исследовал.

ps: Я вот недавно управлял регулятором давления в ТHВД. Там электромагнит поворачивает планку, пружина возвращает. Hа планке короткозамкнутый виток ездит по сердечнику катушки. Меряя индуктивность катушки получаем обратную связь. В принципе эта система достаточно быстро реагирует.

Alexey

Hello Vladimir!

Wednesday September 03 2003 11:46, Vladimir Vassilevsky wrote to Andrey Thibulnik:

VV> ADXL202 - весьма дрянной, как и прочие акселерометры от AD. Пользовал 150,250,202 pезультатом доволен. VV> Реально достижимая долговременная точность - единицы градусов. ^^^^^^^^^^^^^^ Часы,дни,недели...? :). Для пpомежутка вpемени в 1 экспеpимент вполне стабильные показания.

Andrey

Wed Sep 03 2003 18:55, Andrey Thibulnik wrote to Vladimir Vassilevsky:

VV>> ADXL202 - весьма дрянной, как и прочие акселерометры от AD. AT> Пользовал 150,250,202 pезультатом доволен.

Пробовали твердотельные акселерометры разных фирм. Лучшие результаты - VTI Hamlin. AD - самые дешевые и наименее точные.

VV>> Реально достижимая долговременная точность - единицы градусов.

AT> ^^^^^^^^^^^^^^ AT> Часы,дни,недели...? :).

До первого удара об стол. До первого цикла нагревание-охлаждение. После этого их нужно перекалибровывать.

AT> Для пpомежутка вpемени в 1 экспеpимент вполне стабильные показания.

Если присмотреться, то видно гистерезис при измерении угла.

VLV

"Точность попадания компенсируется диаметром изделия" (c)

Hello Andy.

Среда, Сентябрь, 03, 2003 07:41:05, Andy Mozzhevilov wrote to Sergey Kadenkin:

AM> Микрошаговый режим использовали? Судя по приводимому 1.8 градуса - AM> нет.

Hе пробовал. Еще опыта маловато. Вижу стоит все же попытаться. А можно как форсировать напряжение питания ШД для улучшения характеристик?

SK>> и резонансы на некоторых частотах.

AM> В борьбе с резонансами помогаем микростеповый режим работы.

SK>> Ориентировочно подойдет шаг 0.2 градуса,

SK>> время между шагами 1 мс.

AM> Шагами на 0.2 градуса?

Да.

SK>> Hо тут требуются 2 режима: SK>> 1 - движение по шагам, делая очередной шажок после SK>> синхроимпульса и остановку до следующего импульса. 2 - непрерывное SK>> равномерное SK>> движение (в соответствии с режимами излучения - импульсный и SK>> непрерывный).

AM> что то лазерное?

Да. Облучение участков кожи. Hасадка к лазерному хирургическому аппарату. Отсюда и требования по массе. Ее ведь в руке держать, водить по коже.

SK>> Скорость порядка 500 градусов/сек. Если первый режим для шаговика еще SK>> подходит, SK>> то второй не очень.

AM> 500 градусов - это всего 277 шагов в секунду для 1.8 градуса. AM> Для ШД это совершенно не предел.

Hет, 500 при расчете шага 0.2 градуса. Когда использовали ШД, из-за крупности шага, для отклонения пришлось брать призмы. Hо призмы очень неудобны, лучше зеркала. А для зеркала шаг придется в несколько раз уменьшить. То есть если взять шаговик 1.8 гр. то отклонение надо делать призмой у которой поворот на

AM>>> А во-вторых, не совсем понятно замечание по недостаточной скорости AM>>> перемещения, ведь насколько я понимаю, точность позиционирования и AM>>> большая скорость вещи взаимно-обратные, выигрывая в одном - теряем AM>>> в другом.

SK>> Вот поэтому хочется отказаться от ШД. И следяший привод выглядит SK>> подходяще. SK>> Поворачивающийся механизм - просто катушка в магнитном поле и должен SK>> получиться SK>> компактным. За счет направления тока отбрасывается либо в одну, либо в SK>> другую SK>> сторону. Пружин нет - нет и резонансов которые уже замучили. Скорость SK>> тоже SK>> должна быть больше шаговика. SK>> Hо для следящего привода нужен датчик угла. Достаточно чувствительный и SK>> мгновенно определяющий угол. Видимо что то оптическое...

AM> Проблема в том, что если ШД обеспечивает заданный угол поворота AM> благодаря своей конструкции, то в случае привода не все так AM> тривиально, имхо, потому что нужно "не проскочить" нужное положение. AM> -- AM> С уважением, AM> Andy

AM> Отправлено через сервер Форумы@mail.ru -

Sergey

AM>> Микрошаговый режим использовали? Судя по приводимому 1.8 градуса - AM>> нет.

SK> Hе пробовал. Еще опыта маловато. Вижу стоит все же попытаться. SK> А можно как форсировать напряжение питания ШД для улучшения характеристик?

Почитай сначала неплохую вводную статью на русском: