Tovább a 2. fejezethez, a legújabb mérések ismertetéséhez.

1. Fejezet.

A Robsy motor dinamikai mérőrendszerrel számos olyan mérés elvégezhető, amivel egy adott motorhajtás dinamikai tulajdonságait, paramétereit megállapíthatjuk. Szinte minden típusú villamos motornál ezek a mérések elvégezhetők, és az egyik legfontosabb fogalom, ami hajtás dinamikai kérdéseknél, elemzéseknél megkerülhetetlen, ami nem más, mint egy adott motor elektromechanikai időállandója. Ennek a szakirodalom szerinti definíciója az, hogy a terheletlen motort a névleges fordulatszámának megfelelő sebesség egységugrással elindítjuk a T=0 időpillanatban, és azt az eltelt időt nevezzük a vizsgált motor elektromechanikai időállandójának, amikor a gyorsulási folyamata kapcsán a fordulatszáma elérte a maximum ~63%-át. A motor tengelyének szögsebesség változását egy e-ad x alapú speciális tranziens függvény írja le melynek értelmezését, időbeli felfutását az alábbi ábrán jól szemlélteti:

A Robsy motor dinamikai mérőrendszerrel megállapítható, bemérhető egy adott motorra ez a fontos adat. A továbbiakban majd ezen alapvizsgálati módszert alkalmazhatjuk különböző típusú (DC, AC szervo, léptető, aszinkron) teljesítményű, minőségű motorokra vagy teljes hajtásláncokra. Ennek kapcsán igen sok hasznos tény adathoz, információhoz jutunk, amiknek kapcsán minősíthetjük, jellemezhetjük a bevizsgált hajtást.

DC kefés motor mérések.

Konrét alkalmazási, mérési példaként bemutatok egy 10 W-os DC kefés szervo jellegű motoron elvégzett egységugrás tesztet, amiből sok fontos olyan alap információ, műszaki, valós tény adat megállapítható erre a konkrét motorra, ami CNC hajtástechnikai szempontból alapvető. Ezekből aztán komoly, és igen tanulságos összefüggéseket állapíthatunk meg. A mérést a DC motoron az alábbi fotó, és videó mutatja:

DC motor bemérése sebesség egységugrással. (video 3.4 Mb)

A motor egységugrás teszt során a Robsy motordinamikai mérőrendszer sok-sok mérési adatából (~500000 mérés/s) a vizsgált motor dinamikai szögelfordulás, fordulatszám függvényeit, azok jellegét, változását, valamint 3 különböző időpillanatban külön is számszerűsítve a pontos értékeket az alábbi képen láthatjuk:

A mérés adatait lementhetjük, és egy kiértékelő megjelenítő programmal összehasonlíthatjuk egy másik adatbázissal, így az objektív adatok alapján eldönthető, melyik rendszer a dinamikusabb. Pl. ha egy másik DC szervo motor mérési eredményeivel (piros út, sebesség görbék) összevetjük az előzőt (zöld), akkor jól látható a dinamikai képességek közti különbség.

Léptetőmotor mérések.

Manapság sok helyen alkalmaznak léptető motorokat is pozicionáló hajtások esetén. Különösen fontos, hogy ismerjük egy adott léptető motoros hajtás pozíció követési képességét. Elsőként vizsgáljuk meg, mi is történik a valóságban egy step jel kiadása után, hogyan viselkedik egy léptető motor egész lépéses üzemmódban 1.8 fokos elmozdulás kapcsán. Az alábbi mérési eredmény jól mutatja a jelenséget, miszerint a step jel kiadása után csak elég tetemes (akár több 10 ms) lecsengési időt követően csillapodó lengések sorozata után áll csak be a pozícióba a motortengely. Ezt támasztja alá az alábbi mérési eredmény, amit egy mai átlagos Nema 17-es méretű 0.47 Nm nyomatékú motorra jellemző.

Az előbbi mérés folytatásaként egy másik Robsy mérőrendszer alkalmazásával tanulmányozható az előbbi jelenség hatása, csak itt már folyamatos a step jel küldés, így nincs elég ideje a motor tengelynek beállni, ezért szinte állandóan egyfajta rezgéssel, tranziens folyamattal próbálja követni az ideális zöld pontokkal meghatározott lineárisan változó elméleti elmozdulást.

Az alábbi mérési eredményen jól megfigyelhetjük, hogy a motor saját rezonancia frekvenciájának környezetében a léptetőmotor kieshet a szinkronból, és bekövetkezhet a lépésvesztés, lépéstéveszés jelensége.

A most következő mérési eredmények kapcsán tanulságos megállapításokat tehetünk az egész és a mikrolépéses üzemmód pozícióhibáinak mértékéről. Itt már több különböző fordulatszám ugrásra kapott mérési diagram szerepel egy koordinátrendszerben, így jól látható és összehasonlítható a pozicionálási hibák mértéke és változása a különböző szögsebességeknél.

Azok az összehasonlító mérések is igen fontosak, amikor különböző típusú motorhajtásokat vizsgálunk meg. Erre mutat példát az alábbi mérési eredmény sorozat.

Az itt látható kinagyított görbén megfigyelhetjük, hogy az előbbi egyik mérésnél a 10. step jelig jelentős késés tapasztalható a motor valós szögelfordulása a kiadott stepjel sorozat által meghatározott alap pozíció között.

2. Fejezet.

Ebben a fejezetben a Robsy motor dinamikai mérőrendszer legújabb fejlesztéseinek kapcsán az új mérési eredményeket ismertetem.


1. Pozíció beállási teszt mérés.

A léptető motoroknál a különböző microstep üzemmódokban (1/400 - 1/3200 step/ fordulat) fontos tudnunk, bemérnünk, hogy az adott hajtás mennyire pontosan áll be az egyes egész lépés közötti pozíciókba. Ha direkt hajtással fogazott szíjtárcsát hajt a motor (pl. ez gyakori megoldás 3D nyomtatóknál, lézer gravír gépeknél, ...), sajnos már egy 20 fogú GT2-es szíjtárcsa esetén is 40 mm az egy motor fordulatra eső elmozdulás. Ekkor pl. 1600-as felbontáskor optimális esetben elméletben mindig 0.025 mm az egy step jelre történő elmozdulás. Sajnos a valóság más lesz, erre láthatunk egy összehasonlítási tesztet két különböző motorvezérlő esetén azonos motoron mérve a következő képen, illetve az alatta lévő fotón egy igen gyenge minőségű, konstrukciójú léptető motor pozíció beállási tesztje figyelhető meg, ami alkalmatlan microstep üzemmódra, mert csak egész lépés pozíciókba képes elfogadható pontossággal beállni.

2. Rezonancia fordulatszám pontok bemérése.

A hagyományos léptető motoros hajtásoknál működési elvükből következően még microstep üzemmódokban is bizonyos léptetési frekvenciáknál fokozott rezonanciák lépnek fel. Ezért fontos ismernünk egy adott hajtás ezen kritikus pontjait, és lehetőleg ebben a tartományban ne használjuk folyamatos, G kódban programozott előtolási sebességre a rendszert. Hiszen ez a jelenség zajjal, vibrációs erőkkel, pozíció hibákkal terhelt, amik lerontják a megmunkálás felületi érdesség, pontosság jellemzőit, és erősebb rezonanciáknál akár lépésvesztési hiba is kelethezhet.
A mérésekhez kifejlesztésre került egy olyan univerzális, nagy stabilitású Robsy step/dir jelgenerátor, amivel a legkülönbözőbb tesztelési, mérési gyorsulási függvények (egységugrás, lineáris, parabolikus, S görbék, egyedi lépcsős függvények) beprogramozhatóak. Az alábbiakban ismertetésre kerülő beméréskor a jelgenerátor alapjele 0 1/s fordulatszámról 2 1/s-ra 4.05 másodperc alatt lineárisan gyorsítja fel a motort, majd 0.8 másodperc alatt ismét nullára csökken a fordulatszám. Ezt az alapjelet a mérési diagramban kijeleztethetjük (sárga vonalak), és ezen ideális egyenesekhez képest láthatjuk a motor valós viselkedését. Ennél a mérési folyamatnál ezen a linken egy motor hangot hallgathatunk meg. A jelenségeket pedig tanulmányozhatjuk a következő teszt eredmény képek esetében 1600, 400 lépés/fordulat esetén.

3. Gyorsulással kapcsolatos számítások, mérések.

A villamos CNC hajtásoknál az igen gyakori feladat, hogy az álló motortengelyt egy adott üzemi fordulatszámra kell felgyorsítani. Ekkor olyan step-dir jelekkel kell működtetni a motor vezérlést/szabályzást, amik hatására mindig biztonságosan, nagy tartalékkal képes a motor gyorsító nyomatékot a motor tengelyén átadni, ezáltal is minimalizálva a valós pozicionálási hibákat. Minden hajtásnak van egy a motortengelyre redukált tehetetlenségi nyomatéka, aminek az optimuma is kiszámítható, amikor a rendszer a legnagyobb gyorsulási képességgel rendelkezik. Ez egy "vasba" öntött jellemező egy adott mechanikai konstrukció kapcsán, nagyon kell vigyázni, hogy a CNC rendszerünk kialakítása, tervezése lehetőleg ezen optimumnak feleljen meg. Erre láthatunk egy számítási, optimalizálási példát a Robsy hajtásláncméretező program kapcsán, ahol az áttétel függvényében látható az elérhető gyorsulás (Fő adatok: Nema 23, 1 Nm léptető motor direkt hajtással 16 mm átmérőjű, 10 mm menetemelkedésű, 500 mm hosszú golyósorsóval mozgat 20 kg tömeget.)

Ezen a fotón pedig egy dinamikus ( bemért átlagos gyorsulás: 4.967 m/s2 !!! ) fogazott szíjas hajtású oda-vissza mozgásra láthatunk mérési példát 10 mm elmozdulási tartományban 80 mm/s csúcs sebességgel.

4. Step-dir alapjel valós minőségének, jellegének bemérése.

A step-dir rendszerű hajtás a bemenetükre érkező jelek hatására hajtják végre az adott mozgást. Nagyon fontos tudnunk, hogy egy adott típusú CNC mozgásvezérlő ezt milyen minőségű, valóság tartalmú jelekkel teszi. Ez a Robsy mérő program azonnal kimutatja, láthatóvá teszi a legkisebb ideálistól való eltérést is, és ennek ismerete azért is fontos, mert ha már a motor vezérlésbe küldött step-dir jel is hibás, akkor a motor tengelyen mért valóságos adatok méginkább eltérnek a vezérlés által "sugalltaktól". Az alábbi képen egy két soros NC kód futtatási eredménye látható Robsy CNC vezérlővel, S görbés gyorsulási rámpával.

Összefoglalás.

A Robsy hajtás rendszerek tervezésekor, tesztelésekor nagy segítséget jelentenek az előbbiekben bemutatott különböző motor dinamikai mérőrendszerek. Ezen információkra, mérési adatokra építve a Robsy mozgásvezérlők alig alkalmazzák az egyszerű lineáris gyorsulási rámpát, helyette a dinamikailag hatékonyabb egységugrás technikára is épülő különleges gyorsulási profil függvénygörbék mentén történik a step-dir alapjel küldés. Ez bizonyos nagy sebességű és dinamikájú alkalmazásoknál (precíziós CNC pozicionálások, szinkron hajtások, gyors lézergravír alkalmazások, ...) eleve fontos alapfeltétel.

Felhasználói érdeklődés esetén vállalom egy adott CNC vezérlő, motor hajtás bemérését, tesztelését, véleményezését a fentiekben ismertetett Robsy dinamikai mérőrendszerekkel.

Vissza a főoldalra