Seguimiento de rotación con precisión extremadamente alta

Question

Me gustaría pista de la posición angular de una manera bastante lenta motorizado de brazo giratorio (direct-drive; vea la ilustración abajo), pero requieren de precisión angular de menores de 0.05°, y una resolución similar.

Como @gbulmer se indicó en los comentarios, que es equivalente a la de seguimiento de la punta del brazo de posición a lo largo de la circunferencia, con una precisión de (2×ý×10 cm)/(360/0.05) = 0,08 mm.

¿Hay algún actualmente realizable sensor o método electrónico que puede alcanzar este nivel de precisión en la rotación de detección sin gastar una fortuna?

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Esto es lo que he intentado hasta ahora, desde los más simples a complejas:

• Brújula Digital/magnetómetro: empecé con esto; pero, obviamente, en ningún lugar cerca de el rendimiento que estoy buscando.

• Rotary codificación: Potenciómetro basado en / de Efecto Hall sensor basado en la codificación: no se Pudo obtener la suficiente resolución y no es significativo error de linealidad.

• La máquina de visión: Intentado colocar una óptica marcador en la punta del brazo (desde la punta traza el arco más largo) y el uso de la cámara (OpenCV) para realizar el seguimiento del marcador de posición: no se pudo resolver muy pequeñas rotaciones tan bien, dado el brazo de rotación abarca un 10x10 cm área.

• Lineal encoder magnético: actualmente estoy investigando el uso de un Magnético multipolo anillo (con cada uno de los postes de 1 mm de largo), de unos 4 cm de diámetro, colocado con el anillo del centro en el eje del motor de la posición. Voy a intentar poner un lineal encoder magnético en una posición adecuada en el brazo-AS5311 de Austria Microsystems; su hoja de datos de reclamaciones de INL error < 10 µm. No está seguro de cómo susceptibles esta será la exactitud de mi posicionamiento de los componentes, pero esto es donde estoy actualmente. Algo como esto (por supuesto, en mi caso, el sensor podría estar moviéndose por encima de anillo estacionario):

Answer 1

Lo que estás haciendo es posible, pero no veo cómo vas a hacer es barato.

.05 grados (3 minutos de arco) implica una resolución de 7200 cuenta/rev, o el equivalente de 13 bits (8192). Peor aún, ya que estamos tratando de hacer un lazo de posición, usted necesitará por lo menos un poco más de resolución, o de 14 bits del sistema. El problema radica en el hecho de que su lazo de posición no puede detectar un error de menos de un bit, por lo que si el brazo comienza a derivar el ángulo del sensor no detecta hasta que la salida es un poco apagado. El lazo de posición impulsará el brazo hacia el otro lado, y va a dejar de conducir cuando el error se reduce a cero. Pero, esto permite el balanceo de los brazos de la otra manera hasta que se cuente en la dirección opuesta, etc. Así, por ejemplo, si desea que el brazo para mantener un sensor de conteo de 100, el sistema puede también producir 100, 101, 100, 99, 100, etc.

Sugiero que un codificador óptico es su mejor apuesta, pero un 14 bits (16,384 ppr) codificador no será barato. Otra posibilidad es la de una resolución o de sincronía, con un RDC o SDC (resolución de/convertidor digital o synchro/digital converter) como segunda posibilidad, pero esto va a costar aún más. Synchros/resoluciones tiene 2 inconvenientes. En primer lugar, que ha sido sustituida por los codificadores ópticos entonces, ¿qué vas a encontrar en el mercado son en su mayoría excedente de unidades. Segundo, la precisión no es normalmente suficiente. Tamaño 23 resoluciones son generalmente clasificados en unos 5-10 minutos de arco, de modo que necesita una alta precisión de la unidad, y buena suerte en la búsqueda de uno.

Inductosyns le dará excepcional resolución y precisión, pero va a costar incluso más de un codificador óptico. Esencialmente, usted necesita una alta velocidad de RDC para leer la salida.

Su preocupación acerca de codificador óptico de precisión se basa en un fabricante específico del papel, pero que es esencialmente un susto pieza. Las posibilidades de error son los mismos para todos los fabricantes, y los vinculados fabricante no es de alguna manera mejor que la de otros fabricantes. En general, para la precisión de los codificadores, la precisión es la misma resolución.

Mientras que es posible obtener de los codificadores ópticos con el paralelo de las salidas, usted está probablemente mejor con un codificador incremental y rodar sus propios arriba/abajo del contador. Si usted va esta ruta, tendrás que usar el "hogar" de la señal para restablecer la posición de contador cada vez que se encienda el sistema.

Answer 2

Creo que lo OP sugieren que no es una mala idea en absoluto. Lo que él quiere usar está hecho de anillo: http://ams.com/eng/Products/Position-Sensors/Magnets/AS5000-MR10-128 , tiene 128 polos = 64 pares de polos. La resolución es de 16 bits=65536, max 305).
Si usted toma aparte de una alta resolución de encoder óptico usted encontrará que es casi imposible para alinear el detector sin necesidad de herramientas especiales, de hecho, el uso de este nuevo método es muy simple.
Usted necesita una máquina de inflexión para hacer un ajuste apropiado para el anillo y, a continuación, coloque el sensor a una distancia cercana, no especial de la alineación es necesaria. El sensor en sí viene en el kit de versiones ya soldada en placa adaptadora, lo que usted necesita es una referencia adicional del sensor de vacío con fotodetector, entonces usted puede hacer referencia a que el codificador dentro de un par de polos con la combinación de índice de salida de + ext ref sensor.

Answer 3

Ya que es una pregunta de reflexión, y WhatRoughBeast ya se ha mencionado todo lo que yo considero, por qué no añadir a la armónica de las unidades de la lista? En teoría (no he comprobado con estimaciones empíricas, o primeros cálculos), que le permite obtener 20:1 relación de engranajes fácilmente sin ningún tipo de reacción (100:1 es común), con lo que el número de pasos necesarios hacia abajo a 720/rev Podría ser algo que vale la pena echar un vistazo a. Armónico unidades no son baratas, pero son generalmente mucho más barato que los sensores de alta resolución especialmente para esta relación de engranajes.

Answer 4

Parece perfectamente adecuado para un vernier digital, normalmente se utiliza para medir las distancias exactas, consulte:

¿Cómo electrónica de la pinza de trabajo?

Son similares a los capacitiva de codificadores (que ya vimos en http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2012/apr/a-designers-guide-to-encoders).

La parte electrónica de un lineal calibre digital, probablemente, puede ser reutilizado, por lo que sólo había necesidad de hacer un cuarto disco con el patrón correcto.

PS: La precisión podría incluso permitir que usted trabaje con un off-the-shelf lineal.

Answer 5

No sé lo consideramos que son una fortuna, pero usted podría querer considerar http://www.inductosyn.com/