Encoder lineari

Ciao a tutti
qualcuno ha analizzato l'impiego di encoder lineari negli assi X e Y per risolvere il problema della perdita di passi e migliorare la risoluzione?
Qualunque info e link sono graditi
Franco

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CoreXY HyperCube , MKDuo, HotEnd 0,4 Repetier Host Cura engine
Mostly CNC con MKDuo

ci sono motori che incoroporano un encoder e si occupano di evitare la perdita di passi, costano un pochino, ma sono una sostituzione immediata li vendeva Openbuilds Italia, ma al momento sono fuori catalogo, probabilmente non ne vendevano molti prova Openbuilds international, però erano NEMA 23 mi sa che NEM17 non ce ne sono.

Erano stati fatti esperimenti, ma poi temo che siano naufragati oppure che siano diventati qualche prodotto commerciale come quello descritto sopra, il problema è come collegare l'encoder e risolvere il problema della perdita di passi o segnalare in modo chiaro il blocco al sistema, ma è una cosa che avevo visto solo di striscio.

Tieni presenti che in ambito industriale i servomotori hanno molta più potenza e fanno la stessa cosa, gli stepper sono usati solo per piccolissime potenze e su macchinari relativamente delicati, eventualmente il controllo viene fatto accoppiando un encoder ad un motore a doppio albero (albero passante) e il controller si occupa di segnalare l'errore e di cercare di risolvere, magari aumentando la corrente di uscita. Alcuni driver come i TMC cercano e riescono a fare qualcosa di simile, senza encoder analizzando le correnti di ritorno infatti hanno la funzione di endstop elettronico su alcune stampanti, però non conosco a fondo l'argomento.


Saluti

Carlo D.

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P3Steel - MKS GEN v1.2 e REPRAP_DISCOUNT_FULL_GRAPHIC_SMART_CONTROLLER + Gen 7 MOSFET (HotBed) + alimentatore step-down 12V -> 5V
Firmware MK4duo 4.3.6 con ABL induttivo con LJ18A3 - Slic3R (Originale) ed ESP3D per controllare la stampante da remoto.
HotEnd Cinese V6 clone con ugello da 0.4mm.

[My Building Log]

Ciao Frankq,
con encoder lineari ho visto pochissimo, e solo a livello di test. Per esempio usando le bande codificate prese da alcune vecchie stampanti. Dai un occhiata a questo link e a quelli collegati: Closed loop
Per la maggior parte ora si preferisce sviluppare usando encoder magnetici montati sul motore, trovi diversi progetti da cui sono stati derivati anche oggetti commerciali come Mechaduino, uStepper, Misfittech e l'immancabile clone cinese MKS Servo 43B.
Personalmente ritengo siano dei progetti interessanti, ma inutili per l'uso su una stampante, dove avendo dei carichi pressochè costanti una buona progettazione e una manutenzione attenta possono fare in modo che i passo-passo lavorino sempre in modo corretto.
Per esperienza l'unico motore che mi fa dannare è quello dell'estrusore, ma solo perchè sono molto vicino ai limiti di flusso dell'estrusore.

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Luca

CoreXY custom (LF Mark1) 395x360x350 - Mega (clone per ora..) + RAMPS1.4 + 4xA4988 + 4 Nema17 17HS4401 - HotEnd V6 clone con ugello da 0.4mm - RepRapDiscount - Display LCD 2004 Smart Controller - Firmware MK4duo 4.2.9 - Repetier-Host 2.1.6

grazie per il link, me lo studio con calma.

Montare l'encoder sul motore non risolve il problema perché è raro che un motore perda passi; mi è successo sull'estrusore ma era da buttare.
La perdita di passi che mi ha fatto dannare era causata dall'usura di un cuscinetto di una puleggina di rinvio cinghia; ogni tanto si bloccava.
Il vero problema è che il firmware non sa dove è posizionato il nozzle! Lo presume.

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CoreXY HyperCube , MKDuo, HotEnd 0,4 Repetier Host Cura engine
Mostly CNC con MKDuo

Oramai anche la maggiornaza dei centri di lavoro non ha più il sistema di misura secondario (vedi riga ottica sugli assi), la vedo dura che venga implementato per le stampanti. Se ne senti la necessità dai un occhiata a questi due video: Linear encoder 1 , Linear encoder 2 . Utilizzando questo vecchio progetto DC servo si dovrebbe poter fare qualcosa di compatibile anche con le stampanti attuali, ma francamente non so se lo sforzo vale la il risultato.

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Luca

CoreXY custom (LF Mark1) 395x360x350 - Mega (clone per ora..) + RAMPS1.4 + 4xA4988 + 4 Nema17 17HS4401 - HotEnd V6 clone con ugello da 0.4mm - RepRapDiscount - Display LCD 2004 Smart Controller - Firmware MK4duo 4.2.9 - Repetier-Host 2.1.6

In realtà l'encoder negli stepper ha anche un'altro vantaggio, il driver sapendo effettivamente come si comporta il motore dosa la corrente in modo dinamico in base allo sforzo necessario. Questo porta un grande beneficio nel calore generato dal motore, dopo ore di funzionamento la mia cnc ha i motori appena tiepidi .Parlo di driver separati che si usano di solito su cnc , all'inizio solo con motori nema 34 ,ma poi 23 e ora ho visto su aliexpress anche i nema 17. Magari questi ultimi potrebbero essere utilizzati sulle stampanti (mi sembra siano da 1.5Nm). Gli stepper muovono una casa ,non quelli da stampante ovvio, la mia cnc monta nema 34 da 8Nm e il portale pesa circa 1qt e lo muove senza problemi. quindi quello che leggevo riguardo l'uso degli stepper solo per piccole macchine non è corretto. In campo semiprofessionale l'introduzione degli stepper close loop permette di ottenere risultati simili ai servo con costi più bassi, dico simili perchè fluidità ,velocità e silenziosita dei servo sono imbattibili (non a caso i centri di lavoro usano solo servi). Come già scritto in una stampante se i motori sono ben dimensionati non perdono passi, ma potrebbe essere che causa collisione con il pezzo , si svita un grano , ecc la cosa potrebbe succedere. Se il drive ha un'uscita di allarme può inviarlo al controller che ferma la macchina. Idem se l'asse sbatte a fondo corsa per un qualsiasi motivo ,il driver va in protezione. Più che di righe ottiche o magnetiche punterei a migliorare la meccanica delle stampanti (non mi riferisco alla tua in particolare) che in certi casi.....
Sulla mia nuova stampante evoluzione della puma3D (c'è un vecchio post ) userò un close loop nema 23 2.6Nm per l'asse Y, ma questa e un caso particolare.

Hai molti pù dat di me, interessante la lettura del tuo post.

Io ovviamente, pensavo all'utiilizzo hobbystico, oramai in campo industriale, trovi in giro di tutto e "un concetto semplice" come i motori stepper si presta bene ad essere "scalato" in fin dei conti solo solo dei magneti montati in modo particolare.

Non so a che epoca risalgano i primi stepper, ho visto qualcosa di simile come concetto ma "diverso come implementazione" in alcuni servomeccanismi aeronautici della seconda guerra mondiale, sarebbe interessante trovare qualche cosa a riguardo, a livello di curiostà personale, ne sai qualcosa? (sulla "storia" degli stepper).

Saluti

Carlo D.

Edited 1 time(s). Last edit at 03/18/2021 05:47AM by onekk.

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HotEnd Cinese V6 clone con ugello da 0.4mm.

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No, mi sono solo informato al tempo quando ho iniziato con le cnc 20 anni fa sul funzionamento, caratteristiche ,come utilizzarli ecc. Sono intervenuto perchè può succedere che una tecnologia sia sottoutilizzata in certi ambiti e quindi ritenuta non "prestante". I passo passo nelle stampanti sono spesso sottodimensionati, sottoalimentati, di qualità mediocre e con driver francobolli all limite delle loro possibilita. Nelle cnc con viti a ricircolo (passo 10 l'ideale) e pattini sempre a ricircolo con gli stepper ci fai le sedi cuscinetti in lavorazione e comunque corre in rapido (la mia l'ho limitata a 5m/minuto anche perchè di più non serve). Ovviamente parliamo di driver close loop alimentati a 60-80v con motori nema34 da 8NM (basterebbero i 4.5 ,ma al tempo c'erano solo quasti ora c'è solo l'imbarazzo della scelta). Se togliamo la fastidiosa vibrazione in manuale a bassa velocità (velocità la quale dipende dal micropasso ed è purtroppo inevitabile) e il rumore in lavorazione (che tanto la fresa ne fa di più) non si sentirebbe l'esigenza dei servo brushless. Per la cronaca i servi sono cosi silenziosi che quando li abbiamo installati su una stampante di grande formato ,al posto degli stepper, non si capiva se era accesa o spenta.

Stepper closed loop nema 17...? NI...!?!
Esistono ormai principalmente 2 tipi:

1) stepper closed loop tradizionale, con encoder in genere a 1000 linee, ove dal motore escono 2 cavi distinti(motore / encoder ) i quali vanno collegati al proprio driver(modulo esterno). In generale sono costosi e i driver offrono pochi microstep di risoluzione. L'acquisto driver + motore è dobbligo

2) stepper cloosed loop magnetici, dove sul retro dello stepper viene montato il driver e un sensore di campo magnetico, sul retro dell'albero motore viene applicato un magnete. Il vantaggio è la compatibilita con le attuali schede per stampanti 3d e non, in quanto alla schedina dullo stepper vengono portati i segnali step, dir, alimentazione ecc.
I più economici tipo S42b (circa 20€ dalla cina) peccano sul driver, che è un A4950 e soffre del salmon skin, o sennò ci sono gli ustepper che montano TMC5130, ma stanno a 50€ al pezzo. La cosa positiva è che sono adattabili a motori esistenti ed infatti i prezzi da me citati riguardano solo il lato pcb, connessioni e magnete. Il motore è escluso.

Quest'ultimi encoder magnetici sono abbastanza nuovi e ci sono pochi test in giro, per cui non mi sentirei di consigliarli.

Secondo mia opinione, su stampanti 3d con cinghia e pulegge, il closed loop è inutile in quanto comunque la stampa, esteticamente, è rovinata.

Punto 1 per essere precisi, costano ma non esageratamente per il nema 23 +driver di cui parlavo prima ho speso 54€ spedizione compresa da Europa. Per i nema 17 il problema è che non sono ancora disponibili in Europa quindi dalla Cina paghi la dogana. Risoluzione? Arriva a 51200.... Che sono inutili, il micropasso su un close loop è differente, non lavora più solo su step fissi di corrente, ma sfrutta l'encoder per determinare il raggiungimento della posizione del micropasso. Questo finché si è dentro la risoluzione dell'encoder che usato in quadratura da 4000 impulsi giro (1000x4). Quindi meglio restare sotto i 4000 impulsi di micropasso. Questo sistema migliora anche il problema della diminuzione di coppia all'aumento del micropasso.
Punto 2 non conosco i driver con encoder magnetico dedicati alle stampanti, dubito siano evoluti come quelli separati da cnc ( che comunque costano poco, si trovano a 18/26€ dalla Cina). Riguardo il controllo tutti usano step/dir quindi tutti possono essere collegati ai controller da stampanti.
Riguardo gli encoder e vantaggi fra ottico, magnetico son collaudatore di encoder da 18anni in una ditta che li fa, se avete dubbi nel limite della mia possibilità son qua.
D'accordo sull'ultimo punto, non sono indispensabili, però magari se bloccano la stampa eviti di far funzionare la macchina ore per nulla e magari ritrovare la mattina dopo filo in giro ovunque.

Edited 1 time(s). Last edit at 03/18/2021 07:06PM by pumapiensa.

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Frankq
grazie per il link, me lo studio con calma.

Montare l'encoder sul motore non risolve il problema perché è raro che un motore perda passi; mi è successo sull'estrusore ma era da buttare.
La perdita di passi che mi ha fatto dannare era causata dall'usura di un cuscinetto di una puleggina di rinvio cinghia; ogni tanto si bloccava.
Il vero problema è che il firmware non sa dove è posizionato il nozzle! Lo presume.

Io poi mi sono fermato per Covid ed altri problemi e non ho più fatto test (non uso la stampante da fine 2019, anche se credo che presto magari...), ma di possibili soluzioni (pure molto economiche) ne avevo parlato qui

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whitedavil
2) stepper cloosed loop magnetici, dove sul retro dello stepper viene montato il driver e un sensore di campo magnetico, sul retro dell'albero motore viene applicato un magnete. Il vantaggio è la compatibilita con le attuali schede per stampanti 3d e non, in quanto alla schedina dullo stepper vengono portati i segnali step, dir, alimentazione ecc.
I più economici tipo S42b (circa 20€ dalla cina) peccano sul driver, che è un A4950 e soffre del salmon skin, o sennò ci sono gli ustepper che montano TMC5130, ma stanno a 50€ al pezzo. La cosa positiva è che sono adattabili a motori esistenti ed infatti i prezzi da me citati riguardano solo il lato pcb, connessioni e magnete. Il motore è escluso.

In realtà nella versione MKS di S42B (che si chiama SERVO42B ) il motore nei 20E è pure compreso vedi mio vecchio post nel link sopra (o almeno lo era nel 2020, ora è ancora compreso ma mi sa che sono saliti i prezzi).

Il salmon skin è stato rilevato su SERVO42A, sui S42B / SERVO42B non è ben chiaro se ci sia ancora, non ci sia proprio o ci sia ma in versione meno evidente.
E le recensioni di Mechaduino e S42A (che sono lo stesso hw o quasi di Servo42A) non parlano del difetto.

Comunque A4950 (su SERVO42B c'è invece A4954LPT) è un driver diverso dagli A4988, non è pilotato in DIR/STEP/EN ma in PWM e quindi presumo che l'eventuale Salmon Skin possa anche essere rimosso con versioni diverse del firmware.

Per esempio il firmware di serie di MKS SERVO42B non lo fa (ma invece l'originale Misftech da cui sono partiti forse si), ma si potrebbe implementare (credo) l'interpolazione a 256 micropassi come fanno i TMC

PS
Anche i TMC 2130 2208, 2209 hanno il feedback per l'encoder esterno
Al peggio credo che si potrebbe anche usare le schede cinesi (con un fw ad hoc) per fare solo da encoder e lasciare pilotare il motore al driver TMC

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truck64

Per la maggior parte ora si preferisce sviluppare usando encoder magnetici montati sul motore, trovi diversi progetti da cui sono stati derivati anche oggetti commerciali come Mechaduino, uStepper, Misfittech e l'immancabile clone cinese MKS Servo 43B.

Non so se negli ultimi 16 mesi sia uscito qualcosa di nuovo, ma un elenco completo a Gennaio 2020 era:

Per nema17:
- Mechaduino
- BigTreeTech S42A
- MKS SERVO42A
- uStepper
- Misfittech Smart Stepper
- Futura Elettronica MotorFish
- BigTreeTech S42B
- MKS SERVO42B

E per nema23 (elenco non completo):
- MKS SERVO57A
- MKS SERVO57B
- uStepper con adattatore

Edited 7 time(s). Last edit at 04/20/2021 06:00AM by FabryR.