Позиционирование для хоббийных CNC станков. Опции

[Soling]

Определение: позиционирование - способность станка привести инструмент в точку заданную программой.

Не стоит путать с рассчетным дискретным шагом. В позиционирование вмешивается еще механика станка. Но, для простоты про нее пока забудем.

Для решения задачи нужно что бы привод мог передвигать порталы станка на совершенно определенное расстояние или угол. Последнее - для поворотных осей.
Проще всего с этим справляются шаговые двигатели. Они изначально созданы для механизмов точного позиционирования. Шаг этих двигателей строго оговаривается в документации и при изготовлении принимаются все меры для его выдерживания. Ошибки же по шагам, если они есть, не накапливаются. Следовательно для получения точного перемещения нам надо выбрать дискрет - величину пути проходимого за один шаг. Затем, посчитав количество этих шагов на единицу пути - миллиметр, градус..., мы можем задать его в программе управления станком. И она уже сможет подсчитать, сколько импульсов- шагов надо сделать двигателю для того, что бы инструмент сместился по оси на заданное расстояние.
Для любительских конструкций это, пожалуй, самый простой путь.
Но, шаговые двигатели не идеальны. Некоторые задачи требуют других исполнителей. Тогда применяют любые двигатели, отвечающие требованиям. Но, не шаговые приводы требуют информации о положении инструмента, которой сами они не располагают. Тут на помощь приходят энкодеры.
Страшный зверь - ЭНКОДЕР, на самом деле просто датчик, способный выдать количественную информацию о перемещении объекта. Способов получения такой информации достаточно много. Например, резистор обратной связи в рулевых машинках - такой же датчик положения. Но на станках, обычно применяют импульсный метод, как самый простой для обработки и достаточный по точности.
Суть работы таких устройств проста. Датчик выдает при перемещении импульсы. Их количество жестко связано с пройденным путем. Далее или программа управления или контроллер энкодера, если он у него есть, подсчитывает эти импульсы и получив таким образом инфу о текущей координате портала, сравнивает ее с заданной программой обработки. При совпадении этих координат движение прекращается. Таким образом мы получаем обратную связь в нашей системе и можем определить где находиться наш инструмент.
Сейчас выпускаются законченные конструкции из привода и энкодера. Часто в них присутствуют и блоки обработки сигналов. Так что стоит поинтересоваться в каком виде выдаеться из них инфа.
Для самоделок же можно использовать любые датчики способные выдавать импульсы. Оптические. Такие стояли в старых "мышках". Они чситают количество перекрытий светового потока в оптопаре. Индукционные - например, стальная шестерня и магнитофонная головка. Вместо нее можно использовать датчики Холла. Эти считают прохождения зубцов шестерни мимо зазора магнитной системы. Двигатели с магнитами. Это машины обратимые и при вращении с коллектора можно снять импульсы.
Есть системы использующие коллектор самого двигателя привода. Бесколлекторные двигатели приводов CD дисков - готовые датчики. Там стоят датчики Холла и есть постоянный магнит. Значит при вращении датчик Холла будет выдавать нужные импульсы. Прозрачные штриховые ленты на некоторых принтерах - те же энкодеры, только линейные. Оптопара, проходя вдоль ленты считывает количество штрихов. Далее контроллер принтера определяет место головки. Ну, в общем... фантазии есть где разгуляться.
Место установки датчика не совсем безразлично. Самые точные показания его будут иметь место при механической его связи с самим порталом. Тогда уйдут все погрешности от люфтов в приводе. Но... получить при прямой связи маленький дискрет сложновато. А от него зависит точность измерения. Как выход - установка мультиплекатора. Он, понятно, должен быть безлюфтовым. Но такой сделать проще, чем силовой безлюфтовый привод.
При установке датчика на валу двигателя получаем самый маленький дискрет измерения. Но... датчик считает обороты двигателя и не видит того что происходит с самим порталом. А значит не учитывает все люфты механики. А это - ошибка в позиционировании. И чем больше редукция, тем больше погрешность.
Вывод: для любительских станков - стоимость, зачастую, один из решающих критериев в выборе схемы. И имеет смысл взвесить реальные требования к приводам.

Сравнительная таблица по приводам может помочь с определением:

Шаговые и не шаговые.