Linear Encoder Indentifizierung und Interpretieren mit Beckhoff SPS

Heinonthehill

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Umbau Messmaschine mit Beckhoff NCI [Aktuell - Alles auf Anfang :D]

Hallo Zusammen,

mit diesem Beitrag feier ich meinen Einstand in diesem Forum. Vorab danke ich schon mal allen, die sich mit meinem Sachverhalt auseinander setzen :)

Kurze Backgroundinfo: Mein Name ist Jan, derzeit noch Student im Rhein-Sieg-Kreis (Maschinenbau) und habe gerade meinen 27. Geburtstag gefeiert.




Zu meiner Fragestellung:


Ich befinde mich an der Umsetzung eines für mich sehr interessanten Projektes. Vor einiger Zeit habe ich eine defekte Koordinatenmessmaschine erstanden. Die Drive Unit wurde ausgemustert und dementsprechend war auch für die Maschine mit funktioneller Mechanik keine Verwendung mehr. Auf diese Mechanik versuche ich mit einer eigenen Steuerung die Messfunktion wieder herzustellen.

Dafür habe ich mich für einen Beckhoff CX5130 Embedded PC entschieden um ein autarkes arbeiten zu ermöglichen. An diese sind bereits die üblichen Anbaukarten für alle Signalverarbeitungen bezüglich Taster/Sicherheit/Signalverarbeitung untergekommen. Das verbleibende und größte Problem stellt für mich das Auslesen der bestehenden Glasmaßstäbe dar um die Verfahrmechanik der 3 Achsen wieder herzustellen.

Der Antrieb wird über jeweils einen DC Motor realisiert, der reibschlüssig eine Welle antreibt. Für die Positionserfassung ist ein Teledyne Gurley Linear Encoder (Model 8715) verbaut. Das Model stammt wohl aus den 80-ern und hat mich dementsprechend einige Nerven gekostet Informationen darüber zu bekommen. Laut Datenblatt des Nachfolgers (8716) erfolgt die Signalausgabe über Sin/Cos/Index Signalstruktur.

8716 Signale.jpg


Maschinenseitig habe ich versucht die Struktur der Platinen nicht aufzubrechen sondern lediglich die Signale an der richtigen Stelle abzugreifen.

Von dem Encoder aus verläuft das Signal in diese Platine und wird dort anscheinend umgerechnet. Aus der 10 Poligen Encoder Zuleitung wird das Signal auf ein 6 Poliges Flachbandkabel umgebaut und von da aus der ehemaligen Drive Unit zugeführt. Zwei der Leitungen sind für die Spannungsversorgung, die restlichen vier führen ein zwei-kanaliges Signal.


IMG_20170707_202149741___.jpg



Mit dem Oszilloskop betrachtet sieht das ganze so aus:

normal.jpg

Wird der Lesekopf leicht angetippt erscheint folgendes Bild:

angetippt.jpg


Womit habe ich es hier generell zu tun?

Für das ausgehende Signal des Encoders (Sin/Cos/Index) habe ich bei Beckhoff die El51xx Klemmen gefunden, die dafür scheinbar ein passendes Interface bereitstellen. Allerdings sind diese Karten für eine 3-Achsige Bestückung recht teuer und da ich damit noch nicht gearbeitet habe, ist auch das Ergebnis ungewiss.

An die Cracks, die sich mit diesen Dingen öfter beschäftigen als ich: Gibt es hier eine einfachere Möglichkeit das bereits verarbeitete A,B, Signal mit einer anderen Klemme auszulesen ohne Einschränkungen an die Genauigkeit zu verlieren? Oder ist der beste Weg das Signal des Encoders direkt abzugreifen und über die erwähnte 51xx Klemme auszulesen?



Über jegliche Hilfe bin ich extrem dankbar!


Lg Jan
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Jan,

bei mir wird nur das Bild mit der Platine angezeigt...
Die anderen Bildern währen aber für die Problemlösung auch interessant.

Grüße
 
Hallo,

erstmal danke für die Antworten. Was mit den Übrigen Bildern passiert ist verstehe ich auch nicht, hab diese aber gerade neu eingepflegt.


@oliver.tonn:

Ja du hast recht, ich hatte noch die 5101 geöffnet, die 5021 wäre aber wohl die Richtige um das Signal direkt am Lesekopf abzugreifen. Wie kann denn das auf dem Oszilloskop betrachtete Signal interpretiert werden? Gibt es da Klemmen die damit etwas anfangen können? Durch die Umrechnung darf ja keine Genauigkeit verloren gehen, ergo schlussfolgere ich, dass die Platine die Sin/Cos Auswertung bereits auf einen anderen Signaltyp umgewandelt hat.
 
Moin Jan!
Mich macht stutzig, dass in Figure 1 RechteckSignale dargestellt sind, die aber mit Cosine bzw. Sine bezeichnet werden.
Mit Cosine und Sine ist möglicherweise nur gemeint, dass die beiden Signale um 90° gegeneinander verschoben sind?
Wenn bisher RechteckSignale zur AuswerteElektronik übertragen werden/wurden, dann ...
- brauchst Du Dir keinen Kopf über einen Verlust an Genauigkeit zu machen
- benötigst Du keine "Klemmen", die Sinus-/Cosinus-Signale verarbeiten, sondern RechteckSignale.
Wenn bisher Sinus-/Cosinus-Signale zur AuswerteElektronik übertragen werden/wurden, dann ...
- dürfte es kompliziert und teurer werden
- müsstest Du klären, ob die AuswerteElektronik die Möglichkeit der ImpulsVervielfachung nutzt und den entsprechenden Faktor ermitteln
- die nominellen SignalPegel klären, z.B. 11uAss oder 1Vss ... (uA für microA | ss: Spitze/Spitze alias pp=peak to peak).
Die Oszillogramme sagen mir nichts. Kannst Du einen Schieber verfahren? Dran klopfen ist nicht so recht aussagekräftig.
Motor von Hand drehen? Notfalls Schieber lösen und manuell bewegen?
Wenn das 6pol. Kabel nur 2 zweikanalige Signale hat, dann doch wohl A und B - wird denn das IndexSignal geschlabbert?
Gruss, Heinileini
PS: mit "reibschlüssig" meinst Du doch (hoffentlich) nicht, dass sich eine Rutschkupplung zwischen Motor und der Achse befindet?
PPS: hab mir Deine Beschreibung nochmal auf der Zunge zergehen lassen.
Wenn "nur" MessMaschine, dann also nix CNC, nix Referenzieren der Achsen, sondern vermutlich nur manuell auf Null stellen und die "RutschKupplungen" wären auch kein Thema ...
 
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Hallo Jan,

wenn ich das richtig verstanden habe, dann kommt aus der Platine schon ein Inkremental-Signal raus (A+B-Spur digital)?

Wenn ja, welchen Signalpegel hast du da, sind das 0V-5V (bzw. 0V-24V) Signale (Single ended) oder differenzielle Signale mit RS-485/RS422?
Was auch noch wichtig ist, wie schnell ist das Signal, heißt wie schnell muss dass Signal abgetastet werden, damit keine Flanke verloren geht?

Hintergrund:
Rein theoretisch könnte man die A und B Spur mit einer Oversampling Klemme (EL1262 für 24V bzw. EL1262-0050 für 5V) erfassen (wenn es signle ended Signale sind). Die maximale Abtastrate ist hier 1 MHz!
Aber hier muss man dann echt viel in der SPS umrechnen, damit man hier die Position sauber ausrechnet.

Diese Klemmen kosten aber auch ihr Geld...

Bei differenziellen Signalen sehe ich hier keine sinnvolle Möglichkeit...

Grüße
 
Hallo,


puh das ist eine Menge Input. Danke erstmal dafür! Ich versuche auf eure Fragen so gut wie möglich einzugehen, allerdings werden hier auch einige meiner unklaren Punkte abgefragt.

@Heinileini

Wenn bisher RechteckSignale zur AuswerteElektronik übertragen werden/wurden, dann ...
- brauchst Du Dir keinen Kopf über einen Verlust an Genauigkeit zu machen
- benötigst Du keine "Klemmen", die Sinus-/Cosinus-Signale verarbeiten, sondern RechteckSignale.

Ich gehe davon aus, dass die letzte Steuerung auch nur die Rechtecksignale verarbeitet hat, wie gesagt von der Platine zur ehemaligen Drive Unit gehen nur die 2 zweikanaligen Leitungen. Die Möglichkeit eine Sin/Cos Karte zu verwenden kam mir nur als Notanker, falls ich mit den Rechtecken nichts anfangen kann. Komplizierter würde es dadurch auf jeden Fall.

Wenn das 6pol. Kabel nur 2 zweikanalige Signale hat, dann doch wohl A und B - wird denn das IndexSignal geschlabbert?


Das ist auch meine Vermutung, eine andere Kombination würde noch weniger Sinn ergeben.

Mein erster Ansatz (jedoch bevor ich nach monatelangen E-mail Verkehr die Unterlagen von dem amerikanischen Encoder Hersteller bekommen habe), war den integrierten Encoder Eingang der EL 7342 Karte zu verwenden, da ich diese o.Ä. für die Ansteuerung der DC Motoren benötige. Alles über 1,5V wird als high, drunter als low erkannt. Das passt auf die Amplituden die ich auf dem Oszi. sehe. Das Problem ist, dass die Karte nur einkanalig ausliest und dadurch keine Möglichkeit der Verfahrrichtungserkennung besitzt. Die 400.000 inc/s sollten laut Taschenrechner und der vorliegenden Auflösung wohl für 10m/min Geschwindigkeit ausreichen. Obwohl hier das sichere Erkennen aller Flanken wieder auf einem komplett anderen Blatt steht.



Die Oszillogramme sagen mir nichts. Kannst Du einen Schieber verfahren? Dran klopfen ist nicht so recht aussagekräftig.
Motor von Hand drehen? Notfalls Schieber lösen und manuell bewegen?


Werde ich morgen mal ausprobieren und ggf. die Ergebnisse auch hier hochladen. Ich meine mich aber zu erinnern, dass sich dort nichts anderes eingestellt hat, wie beim simplen antippen.


PS: mit "reibschlüssig" meinst Du doch (hoffentlich) nicht, dass sich eine Rutschkupplung zwischen Motor und der Achse befindet?
PPS: hab mir Deine Beschreibung nochmal auf der Zunge zergehen lassen.
Wenn "nur" MessMaschine, dann also nix CNC, nix Referenzieren der Achsen, sondern vermutlich nur manuell auf Null stellen und die "RutschKupplungen" wären auch kein Thema ...


Das ist mein wunder Punkt :) ja, es ist ein reiner Reibschluss. Pneumatische Aktuatoren drücken mehrere Kugellager unter einem Winkel auf die angetriebene Welle und ermöglichen dadurch die Umwandlung von rotatorischer zu translatorischer Bewegung. Für einen reinen Messbetrieb ist also NC P2P vollkommen ausreichend. Da kommen aber die Ansprüche ins Spiel. Da ich vorhabe auch eventuell andere modulare Werkzeuge aufzunehmen (z.b. Laser, FDM Extruder) wird es eben leider doch eine CNC Steuerung, da dort die Interpolation der Achsen notwendig wird.

Um es vorweg zu nehmen: Ja. Ich werde Probleme mit der Dynamik bekommen. Aber die Tests sind positiv, ein Aufbau mit Druckwaage hat mir vernünftige Beschleunigungen attestiert ohne den Reibschluss zu verlieren. Sollte mir das nicht ausreichen habe ich noch ein paar Möglichkeiten die Reibung zu erhöhen.

Das thema Referenzierung ist nicht wild. Im Messbetrieb kann ich gezielt mit einer Referenzkugel antasten, für alles weitere benötige ich die Genauigkeit nur in der Verfahrbewegung, nicht in den absoluten Maßen.




@ksc

wenn ich das richtig verstanden habe, dann kommt aus der Platine schon ein Inkremental-Signal raus (A+B-Spur digital)?


s.o. - Ja davon gehe ich auch aus.

Wenn ja, welchen Signalpegel hast du da, sind das 0V-5V (bzw. 0V-24V) Signale (Single ended) oder differenzielle Signale mit RS-485/RS422?


Also die Signalpegel sind 0-4V. Der Rest der Frage ist quasi der Grund warum ich hier einen Thread eröffne. Ich kann es mir mit meinem Erkenntnisstand nicht sicher herleiten und will keine Vermutungen aufstellen. Wie kann ich das sicher identifizieren?


Was auch noch wichtig ist, wie schnell ist das Signal, heißt wie schnell muss dass Signal abgetastet werden, damit keine Flanke verloren geht?



Die Länge eines Impulses ist laut Oszi. ca. 750ns lang. Das würde sich ja mit 1MHZ gerade so nicht ausgehen. Da dieses Signal allerdings von der Platine ausgegeben wird und diese mehrere Potis sowie Schalter aufweist... würde mich ja wundern wenn man das nicht in irgendeiner Art und Weise verändern könnte.



Aber nichtsdestotrotz. Wieder viele gute Ansätze an denen ich mich etwas einlesen kann!

Vielen Dank dafür.


Lg Jan
 
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Moin Jan!

Zu "Signalpegel sind 0-4V":
"TTL-Pegel"

Zu: "Länge eines Impulses ist laut Oszi. ca. 750ns lang":
???!!! Die Impulse sind unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeit ca. 750ns lang?
Das ist die GrößenOrdnung der IndexSignale (1,5+/-0,3us) in Figure 1 und 2 bzw. der RichtungsImpulse (1,0+/-0,3us) in Figure 2!
Die RichtungsImpulse laut Figure 2 haben aber für mein Verständnis nichts mit den "inkrementalen" Signalen zu tun, wie man sie üblicherweise im Zusammenhang mit MessSystemen versteht - die sind in Figure 1 dargestellt!

Zu "differenzielle Signale":
Laut Figure 1 und 2 hast Du es bei allen Signalen mit differenziellen Signalen zu tun: zu den Signalen A, B, RichtungsImpuls vorwärts und rückwärts sowie Index ist jeweils auch das negierte Signal vorhanden. Sinn der Sache ist es, die Störempfindlichkeit gering zu halten. "Klemmen" - oder wie auch immer die AuswerteElektronik genannt wird - die für die Auswertung inkrementaler Längen- oder Winkelgeber ausgelegt sind, dürften wohl generell den Anschluss differenzieller Signale ermöglichen.

Zu "CNC":
Die CNC von vorn herein einplanen und nicht erst als spätere Erweiterung. Dann wird aber das Thema "Referenzieren" doch wieder akut.

Zu "RutschKupplung":
Ich würde spätestens dann mit FehlerMeldungen der CNC rechnen, wenn's rutscht UND Du Motoren mit Gebern verwendest. Letzteres ist aber vermutlich z.Z. nicht der Fall.

Gruss, Heinileini
 
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Hallo,

Das Problem ist, dass die Karte nur einkanalig ausliest und dadurch keine Möglichkeit der Verfahrrichtungserkennung besitzt.

Das verstehe ich noch nicht ganz. Die EL7342 hat ganz normale Inkremental-Encoder Eingänge und erwartet die in Form von A und B - Spur (2 um 90° versetzte Rechtecksignale, keine Pulse!!!). Also das, was in dem 1. Bild auf der linken Seite gezeigt ist. Damit kann die Klemme natürlich auch die Drehrichtung erkennen!
Hierbei sind die Signalzeiten direkt von der Drehzahl abhänig. Als Eingangspegel erwartet die Klemme für Signalspannung "0": -3 V... 1,5 V und für Signalspannung "1": 2,5 V... 24 V. Laut des 1. Bilds hätte ich auch gedacht, dass es sich um differenzielle handelt...

Die Art mit Forward und Reverse ist zwar auch eine Möglichkeit der Wegerfassung, allerdings meines Wissens nach deutlich seltener und wird von keiner Beckhoff Klemme verwendet. Darüber hinaus gibt es auch noch eine dritte Variante mit den Pulsen auf der einen Leitung und der Zählrichtung (0 = runter zählen, 1= hoch zählen) auf der anderen Leitung.

Ich hoffe das hilft noch etwas...

Grüße
 
Hallo,


ich hatte leider heute nicht allzu viel Zeit die neu gewonnenen Erkenntnisse zu überprüfen aber ich bin mir denke ich über viele Sachen etwas klarer geworden. Andere hingegen sind mir immer noch ein Rätsel...


@Heinileini

???!!! Die Impulse sind unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeit ca. 750ns lang?

Ja, in der Tat! Ich habe mir den Tipp zu Herzen genommen und anstatt des antippens mal ein wirkliches Verfahren der Achse gegengetestet.Dafür musste ich allerdings noch die letzten Arbeiten an der Druckluftversorgung abschließen. Die Impulslänge ist tatsache unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeit.



Laut Figure 1 und 2 hast Du es bei allen Signalen mit differenziellen Signalen zu tun: zu den Signalen A, B, RichtungsImpuls vorwärts und rückwärts sowie Index ist jeweils auch das negierte Signal vorhanden. Sinn der Sache ist es, die Störempfindlichkeit gering zu halten.

Hier ist mir heute einiges grundlegendes über die Sensorik dahinter klar geworden. Zuerst habe ich jede ausgehenden Leitungen als Single Ended gegen die Masse des Oszis betrachtet. Hier liegt eine harmonische Schwingung im Hintergrund mit einer Amplitude von +-1V. Der Encoder selber wird übergangsweise über ein Labornetzteil mit einer Spannung von 8 Volt betrieben. (Habe ich von der Zuleitung der ehemaligen Drive Unit übernommen). Bei der differentiellen Betrachtung der Aderpaare war diese Schwingung nicht mehr vorhanden und das Gehabte Bild stellt sich wieder ein.

Eine neue Sache ist mir dabei allerdings aufgefallen. Durch die freigängige Achse kann ich nun die beiden Verfahrrichtungen differenziert betrachten.

Tut mir leid für die schlechte Bildqualität, aber ich bräuchte noch einen weiteren Arm um das vernünftig zu machen.

Drehrichtung 1:

IMG_20170713_214348317.jpg

Drehrichtung 2:

IMG_20170713_214352209.jpg


Die Signale ähneln sehr stark der in Figure 2 beschriebenen Datenpulsen. Warum in der einen Drehrichtung allerdings nur ein Puls ausgegeben wird ist mir rätselhaft. Vielleicht ist dies aber auch der Drehrichtungserkennung geschuldet.


Zu "CNC":
Die CNC von vorn herein einplanen und nicht erst als spätere Erweiterung. Dann wird aber das Thema "Referenzieren" doch wieder akut.

Zu "RutschKupplung":
Ich würde spätestens dann mit FehlerMeldungen der CNC rechnen, wenn's rutscht UND Du Motoren mit Gebern verwendest. Letzteres ist aber vermutlich z.Z. nicht der Fall.


Ja genau. Direkt von Anfang an CNC und dann nicht später nochmal kaufen und nochmal umbauen müssen. Auch zu den Gebern hast du recht, derzeit sind keine verbaut und sollte es sich so in Betrieb nehmen lassen würde ich auch auf Dauer drauf verzichten wollen.



@ksc

Die EL7342 hat ganz normale Inkremental-Encoder Eingänge und erwartet die in Form von A und B - Spur (2 um 90° versetzte Rechtecksignale, keine Pulse!!!).
Ja genau, für die gemessenen Pulse ist die Klemme nicht brauchbar. Ich hatte diese Anfangs in Betracht gezogen, da ich eh eine Lösung für den Antrieb benötige und die Signalpegel wenigstens entsprechend gewesen wären. Zudem lag bei den Signalpegeln die Vermutung nahe, dass es sich tatsache um ein Rechtecksignal handelt, dass die Klemme auslesen kann.




Meine Allgemeinen Erkenntnisse sowie Gedankengänge zum derzeitigen Punkt:

- Die Signalpegel sind 0-4 Volt
- Nach der Platine wird ein pro Inkrement ein Datenpuls von ca 750ns ausgegeben, unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeit. Die Drehrichtung entscheidet über die Anzahl der aufeinanderfolgenden Pulse (rechts=1, links=2)
- Vor der Platine liegen SIN/COSINE "genannte" Rechtecksignale an
- Aus einem weiteren eben gefundenen Entschlüsselungscode für die Bestellnummer geht hervor, dass ich:
- Einen Encoder ohne Index Signal besitze
- Der Glasmaßstab eine 25 Linien/mm Genauigkeit aufweist
- Die nachgeschaltete Platine eine 40-Fache Unterteilung der Linien ermöglicht. Anscheinend heißen die vom Encoder ausgegebenen Signale aus diesem Grund SIN/COSINE. Aus meinen Recherchen schlussfolgere ich, dass die Potis auf der Platine zum genauen Überlagern der beiden Signale genutzt werden. Die Art und Weise wie diese markiert sind (Edding!) lässt auf eine erfolgte Kalibrierung schließen und wird deshalb weiterhin nicht angefasst.



Daraus ergeben sich meines Erachtens zwei grundsätzliche Möglichkeiten mit der bestehenden Hardware etwas anzufangen. (Wobei ein Neukauf dieser Elemente wohl einen wirtschaftlichen Totalschaden bedeuten würde)

1: Auslesen der SIN/COSINE Rechtecksignale und die elektronische Unterteilung nachbauen :-? (Okay, streichen wir Option Nr.1)

2: Die Datenpulse nutzen.



Das Ganze muss ich nun auch erstmal noch etwas weiter durchrecherchieren und alle Unklarheiten beseitigen. Was mich am meisten stört, ist der Fakt dass ich trotz der vielen Betrachtungen immer noch nicht sagen kann wie das System denn nun ordnungsgemäß bezeichnet wird. Zudem ist die Ausgabe der Pulse scheinbar nur über einen Kanal. Kanal 2 auf dem Oszi (blau) wird zwar zeitgleich zum Puls von Kanal 1 (gelb) auch angestoßen, daraus kann ich mir aber keinen Reim bilden.


Ich danke allen die sich durch meine wüsten Aufzeichnungen hier durchkämpfen :p


Lg Jan
 
Guten Morgen,

was mich noch ein bisschen stutzig macht ist, wenn der Input zu der Platine (= Ausgangssignal vom Sensor) wirklich ein Rechteck Signal ist, dann frage ich mich, wie die Platine das 40-fach höher auflösen kann... 4-fach hätte ich ja verstanden (4-fach Flankenauswertung, üblich bei Inkremental-Encodern). Aber für 40-fach fehlt in den Rechtecksignalen schlicht an Informationsgehalt, hätte ich in meinem (nicht mehr ganz) jugendlichem Leichtsinn behauptet...
Wenn man ein SinCos Geber hat, dann sieht natürlich anders aus, hier ziehe ich die Informationen durch eine entsprechend gute analoge Auflösung raus.

Grüße
 
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Moin Jan!

Das Zitieren hakt mal wieder, also zitiere ich wieder per ZwischenAblage. Du schreibst:

"Meine Allgemeinen Erkenntnisse sowie Gedankengänge zum derzeitigen Punkt:

- Die Signalpegel sind 0-4 Volt
- Nach der Platine wird ein pro Inkrement ein Datenpuls von ca 750ns ausgegeben, unabhängig von der Verfahrgeschwindigkeit. Die Drehrichtung entscheidet über die Anzahl der aufeinanderfolgenden Pulse (rechts=1, links=2)
- Vor der Platine liegen SIN/COSINE "genannte" Rechtecksignale an
- Aus einem weiteren eben gefundenen Entschlüsselungscode für die Bestellnummer geht hervor, dass ich:
- Einen Encoder ohne Index Signal besitze
- Der Glasmaßstab eine 25 Linien/mm Genauigkeit aufweist
- Die nachgeschaltete Platine eine 40-Fache Unterteilung der Linien ermöglicht. Anscheinend heißen die vom Encoder ausgegebenen Signale aus diesem Grund SIN/COSINE. Aus meinen Recherchen schlussfolgere ich, dass die Potis auf der Platine zum genauen Überlagern der beiden Signale genutzt werden. Die Art und Weise wie diese markiert sind (Edding!) lässt auf eine erfolgte Kalibrierung schließen und wird deshalb weiterhin nicht angefasst."

Das verwirrt mich. Sprichst Du von 2 Platinen? Der Encoder liefert etwas an die 1. Platine und die 1. weiter an die 2.?
Die Schaltung, die die Impulse ver40facht, kann mit Rechtecken am Eingang nichts anfangen - da hat ksc absolut Recht. Sinus und Cosinus (oder von mir aus ähnliche Signale, also DreiecksSpannung) sind/wären auswertbar.
Woher kommen jetzt auf einmal die Erkenntnisse "Glasmaßstab eine 25 Linien/mm Genauigkeit aufweist" und "40-Fache Unterteilung"?
Anfangs hast Du geschrieben:
"stammt wohl aus den 80-ern" - die Garantie dürfte also abgelaufen sein ;o) - will sagen: vielleicht hat schon jemand vor Dir vergeblich versucht, durch Austausch einiger (ungeeigneter!) Teile, die Maschine wieder in Gang zu setzen. Dann wird es natürlich sehr schwer, nachzuvollziehen, wie das ursprüngliche Design ausgesehen hat.
Du hast 3 Achsen. Beschränken sich Deine Messungen/Erkenntnisse bisher auf 1 der Achsen? Dann könntest Du noch checken, wie es sich bei den anderen Achsen verhält.
Eventuelle Fehlfunktionen (AltersErscheinungen) der verschiedenen Komponenten (Encoder, Decoder) müssen schliesslich nicht in allen 3 Achsen genau identisch sein.
Elkos altern z.B. besonders schnell und können (wenn sie als "StützKondensatoren" verwendet werden) dazu führen, dass das Übersprechen zwischen 2 Kanälen drastische Formen annimmt (könnte Deine Oszillogramme erklären). Schimpf nicht auf die 30 Jahre alte Technik - wir wissen nicht, ob bzw. wie zuverlässig die heutige Technik in 30 Jahren noch funktionieren wird.
Deine Hartnäckigkeit, das Projekt durchzuziehen, finde ich bewundernswert - im positiven Sinne.
Leider hast Du Dir ein Gebiet ausgesucht, das mit Präzision zu tun hat und da sind dann hauptsächlich Teile involviert, die einen hohen "AnschaffungsWiderstand" haben (ordentlich kosten). Die Situation scheint noch sehr unübersichtlich zu sein und den "wirtschaftlichen Totalschaden" wünsche ich Dir in keinster Weise!
Gruss, Heinileini
 
Hallo Ihr Zwei ;)


wie ich bereits mehrmals sagen musste. Viele eurer Anmerkungen und Fragen kann ich mir selbst immer nur sporadisch herleiten bzw. muss viele Vermutungen aufstellen. Damals gab es einfach noch nicht die wunderbare Erfindung des PDF's und da der Hersteller inzwischen 2x aufgekauft wurde auch kein vollständiges Archiv mehr. Zudem stellen Messmaschinen immer einen besonderen Anspruch an Präzision und Prozesssicherheit dar, deshalb wird Johannson damals auch keinen Glasmaßstab ausgewählt haben den man als Standardkonfiguration angeboten bekommt.

Fangen wir deshalb bei den Offensichtlichsten an:



Das verwirrt mich. Sprichst Du von 2 Platinen? Der Encoder liefert etwas an die 1. Platine und die 1. weiter an die 2.?

Ich habe mich bei der Platine wohl missverständlich ausgedrückt. Es gibt eine Platine für jede Achse und in der passiert scheinbar die gesamte Umrechnung.

Die Schaltung, die die Impulse ver40facht, kann mit Rechtecken am Eingang nichts anfangen - da hat ksc absolut Recht. Sinus und Cosinus (oder von mir aus ähnliche Signale, also DreiecksSpannung) sind/wären auswertbar.

Das Prinzip der 4-fach Auswertung ist mir bekannt. Der Fakt, dass es möglich ist diese weiter zu unterteilen spricht eindeutig für ein anderes Signal, als das Rechteck welches in Fig. 1 beschrieben ist. Da aber leider im Text der Dokumentation keinerlei Fußnoten oder sonstige Verweise auf das Signal gegeben wird, muss ich davon ausgehen dass es je nach ausgewählter Elektronik entweder einen Rechteck Output oder den Pulse Output zu bestellen gibt. Und ich scheine eindeutig den Pulse Output vorliegen zu haben. Die Errechnung dieser beiden Signale muss aber aus einem SIN/COS Signal erfolgen das für beide Arten gleich ist.

Woher kommen jetzt auf einmal die Erkenntnisse "Glasmaßstab eine 25 Linien/mm Genauigkeit aufweist" und "40-Fache Unterteilung"?


Achtung, unglaubliche Auflösung inc.

LineCount.jpg

Das ist das was ich dem Encoder als Bestellnummer entlocken kann. Allerdings ist das PDF für den Vorgänger, also müssen auch diese Werte hinterfragt werden... Die 25M beziehen sich auf das Glas selber. Den Wert kann ich auch unterschreiben, das macht Sinn! Das einzige Kürzel welches ansonsten noch übereinstimmt ist das FK, welches für 12x Pulse der Linienanzahl steht. Das kann allerdings nicht passen. Die maximale Genauigkeit ohne weitere Unterteilung wäre 0,003 mm. Das liegt bereits über der Genauigkeit die die Maschine auf der gesamten Verfahrdiagonale zertifiziert bekommen hat. Damit die Werte passen muss hier die 40x Pulse verbaut sein. Würde bei einer High-End Messmaschine auch Sinn machen.

Das FK-Kürzel steht in der "no Index"- Spalte. Untermauert von dem Fakt, dass es nur 4 signalführende Leitungen gibt könnte man auch das annehmen. Aber es bleibt bei der Vermutung :lol:

ielleicht hat schon jemand vor Dir vergeblich versucht, durch Austausch einiger (ungeeigneter!) Teile, die Maschine wieder in Gang zu setzen. Dann wird es natürlich sehr schwer, nachzuvollziehen, wie das ursprüngliche Design ausgesehen hat.


Also es hat definitiv Veränderungen gegeben. Auf der X/Y Achse ist ein 8715 Encoder, auf der Z-Achse ein neuerer 8717 verbaut. (Hatte ich bereits eingangs geschrieben und daher kamen letztendlich auch die Dokumentationen). Allerdings gibt es für die Maschine seit 1990 ein nahezu lückenloses Scheckheft, letzte Kalibrierung sowie Zertifizierung (<1,1µm bei einem 500mm Endmaß) ist laut Aufzeichnung 2014 erfolgt. Aber wer gut im Raten ist, kann sich ja mal dabei versuchen herauszufinden welche Reparaturdokumentation gerade nicht vorhanden ist...

Durch die immer sorgfältig und durch Fachfirmen durchgeführte Wartung kann ich eigentlich davon ausgehen, dass hier noch alles im Lot ist.

Du hast 3 Achsen. Beschränken sich Deine Messungen/Erkenntnisse bisher auf 1 der Achsen? Dann könntest Du noch checken, wie es sich bei den anderen Achsen verhält.


Gerade durchgeführt, ich kann bis auf ein paar mV keine Veränderungen sehen.


Deine Hartnäckigkeit, das Projekt durchzuziehen, finde ich bewundernswert - im positiven Sinne.


Danke für die Blumen :)





Als letzte Ergängung ist mir bei dem Untersuchen der anderen Achsen noch dies hier aufgefallen:

Drehrichtung 1

IMG_20170714_201816862.jpg

Drehrichtung 2

IMG_20170714_201819313.jpg

Und der Vollständigkeit halber noch der alte Einzelimpuls (wohl aber Kanal und somit auch Farbe getauscht)

angetippt.jpg


In dieser Gesamtansicht könnte man fast denken, dass es doch einen Sinn ergibt. Ein Signalpaar für die Drehrichtungen, die Impulse korrespondieren zu jeweils einem vorher ausgewerteten Inkrement. Warum es dort allerdings Unregelmäßigkeiten gibt entzieht sich wieder meines Wissens. Vielleicht war ja die Vermutung mit dem "no-Index" doch zu voreilig und es wird hier mit eingebastelt.


Da dieses Signal ja eher weniger mit den typisch anliegenden Signalen zu tun hat für Encoder Anwendungen habe ich bei Beckhoff ein wenig recherchiert.

Die EL1124 4 Kanal Eingansklemme hat einen Eingangsfilter von 50ns und erlaub den Anschluss von 2-/-3 Leitertechnik. die Schaltzustände würden auf das vorliegende Signal einigermaßen passen (wenn ich auch die Versorgungsspannung ein wenig überfahren müsste). Vielleicht wäre es ja damit möglich einen veritablen Zähler aufzubauen der über eine Variable der Motorregelung die Position weitergibt.


Aber das ist lediglich eine Herangehensweise die ich mit wenig Aufwand testen könnte. Für alles weitere habe ich die gesammelten Infos mal an meinen Beckhoff Dealer weitergeleitet, vielleicht hat er ja eine Idee. Wobei ich inzwischen die Produktpalette einmal durch habe und langsam die Chancen schwinden sehe.



In diesem Sinne,

einen schönen Sonntag!


lg Jan






 
Moin Jan!
Schöne Aufnahmen, aber immer noch rätselhaft.
Kannst Du mal die EingangsSignale einer Platine oszilloskopieren?
Vielleicht liegt das Problem weiter am Anfang der Kette - Verschmutzung der Massstäbe, nachlassende Helligkeit der Lämpchen. ...
Da, wo die vielen Impulse zu sehen sind, kommen sie anscheinend recht unregelmässig und der andere Kanal bringt sauber nur einen einzigen Impuls weit und breit - hat man den Index-Impuls einfach auf den jeweils "inaktiven" RichtungsAusgang gelegt? Bzw. parallel auf beide?
Habe mal ein Bisschen bei Heidenhain gespinxt. Was ich als ImpulsVerfielfachung bezeichnet hatte, heisst dort schlicht und ergreifend "Interpolation" - aber der Faktor 40 taucht dort nicht auf ;o(
http://www.heidenhain.de/de_DE/produkte/folge-elektroniken/interface-elektroniken/
http://www.heidenhain.de/de_DE/dokumentation/grundlagen/schnittstellen/
Du hattest mal das MäuseKlavier auf den Platinen erwähnt. Vielleicht kann man dort wählen, ob RichtungsImpulse raus kommen oder 90°versetzteRechtecke?
Ich weiss gar nicht, was "üblich" ist. Habe immer unterstellt dass 90°versetzteRechtecke rauskommen - hab's aber nie zu sehen bekommen.
Könnte mir vorstellen, dass die RichtungsImpulse gar nicht so exotisch sind, wie ich immer angenommen hatte. Denn es war eigentlich nie die Rede davon, dass das vervielfältigte Signal anschliessend noch eine Auswertung von 1 oder 2 oder 4 Flanken zulässt.
So gesehen haben wir vielleicht vor dem falschen Loch gebellt?
Mir fällt nix mehr ein. Berichte zu gegebener Zeit mal, was Beckhoff für Tipps hat!
Gruss. Heinileini
PS: habe auf Deinem PlatinenFoto doch noch 2 Dinger entdeckt, die (Stütz-)Elkos sein könnten: die liegend montierten silberigen Zylinderchen links von der Schraube. Kann man erkennen, was draufsteht?
 
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Hey Heinileini,


eingangs habe ich mal einen kurzen Test mit dem Oszi gemacht. Das ist allerdings mehr als undankbar - Die steckverbinder sind weiblich, müssen zwecks Versorgungsspannung auf der Platine eingesteckt sein und verlaufen mit einem halben mm abstand neben-und über-einander. Ich habe hier zu viel Angst beim messen etwas zu brücken und damit die Elektronik ggfs. zu zerstören. Zudem habe ich auch hierfür keine entsprechende Leitungsbelegung... Für gewöhnlich sind die Encoder mit einem 15 Poligen Stecker versehen - ich habe 10 Leitungen zur Platine. Um in diesem Gewirr etwas herauszufinden müsste ich das ganze ausbauen und erstmal herausfinden was wohin läuft. Der allgemeinen Verwirrung wird das sicherlich förderlich sein :D

Falls ich von Beckhoff keine Möglichkeit für die Verarbeitung der Pulse gezeigt bekomme, werde ich das ganze mal aufbröseln da ich die Platinen dann eh rauswerfen kann.



Du hattest mal das MäuseKlavier auf den Platinen erwähnt. Vielleicht kann man dort wählen, ob RichtungsImpulse raus kommen oder 90°versetzteRechtecke?


Der Einfall kam mir gestern Nacht auch... Schlecht geschlafen und heute morgen direkt ausprobiert. Aber die Schalter unterbrechen lediglich das Signal zum Stecker. Wofür? Gute Frage!


Denn es war eigentlich nie die Rede davon, dass das vervielfältigte Signal anschliessend noch eine Auswertung von 1 oder 2 oder 4 Flanken zulässt.


Ja genau. Ich denke die Präzision des Systems ist lediglich von Linienanzahl und der daraus interpolierten Pulsanzahl abhängig. 25/mm x 40 = 0,001mm. Das ist genau die Auflösung die im Maschinendatenblatt angegeben ist. Ist für das Baujahr wohl auch schon eine Hausnummer!

Deshalb würde es mich reizen einfach auszuprobieren ob eine Digital Eingangskarte mit entsprechenden High und Low Pegeln eine verlustfreie Aufnahme von Pulsen ermöglicht. Ob da noch ein Index überlagert ist, stört ja erstmal nicht wirklich, da die positive Flanke ausgewertet wird.



Zum Elko:

https://www.vishay.com/docs/40018/m3900301.pdf

Sollte aus der Reihe sein. Alles was ich lesen kann ist folgendes:

M39003
56289
8431A


Lg Jan
 
Moin Jan!
Die Ziffernfolge 5628 finde ich bei einem 1,5uF/20V Tantal, Baugröße A - für die 9 am Ende finde ich keine Erklärung.
Baugröße A gefällt mir - hatte ich schon auf dem Foto anhand der Größe in Relation zu einem IC (Rastermaß 1 Zehntel Inch) ausgeguckt.
8431 könnte HerstellungsDatum sein: 1984, 31. KW - passt zu Deiner Angabe.
Was sagt uns das? Nicht so ganz viel.
Tantals stehen meines Wissens nicht so sehr wie Alu-Elkos unter dem GeneralVerdacht, recht schnell ihre Kapazität zu verlieren.
Die Schaltung scheint nicht so ganz risikofreudig ausgelegt zu sein - umso besser.
Habe vorhin entdeckt, dass ich "links von der Schraube" geschrieben hatte - sollte "links von der Mitte bei der Schraube" heissen - sorry!
Gruss, Heinileini
 
Hallo,


also bei den Elkos und sonstigen Bauteilen habe ich eigentlich recht wenige Befürchtungen. Alles an der Maschine ist mit wirklich hochwertigen und damals state of the art komponenten bestückt. Der Zustand nach fast 35 Jahren ist auch noch hervorragend und unverbastelt, von daher drücke ich mir selbst die Daumen dass das so bleibt.... :)



Durch verzweifelte Suche im Netz bin ich gestern übrigens auf folgendes Dokument gestoßen, welches das Kind erstmals beim Namen nennt.

http://www.gurley.com/Encoders/Understanding_Quadrature.pdf

[...]

Back when people were counting edges, it was often convenient to have the encodervendor provide an output that not only identified a specific number of edges per cycle (1,2 or 4), but also gave direction information directly. That's when Gurley started to offerpulse output.

Pulses differ from square waves in 2 important ways:
• Pulse widths are of fixed time duration, whereas the width of a square wave ON stateis a function of speed. (The distance between pulses is, of course, a function ofposition.)
• "Quadrature" has no meaning with pulse output; you get FWD pulses on one line,and REV pulses on another. (Or pulses on one line and direction information on theother.)

Pulse output options were fairly popular at one time, but it's been dwindling for quite awhile. With the new quad decode chips available, the requirement has gone away, as longas the customer is using technology from the 1980’s or later. On any of our newerencoders, pulses will no longer be offered.

[...]

Also mit anderen Worten: ich habe ein Fossil ausgegraben. Aber mit den Infos kann man die generelle Herangehensweise überdenken.

Dadurch, dass die Pulse lediglich inkrementweise gezählt werden müssen wird mein erster Versuch über eine Digitale Eingangskarte EL1124 erfolgen. Grundsätzlich traue ich der Beckhoff es zu die Signale prozesssicher aufzunehmen.

Sollte das ganze nicht passieren habe ich inzwischen eine Belegung der Zuleitung zur Platine gefunden. Hier sind eindeutig drei Kanäle drin, die SIN/COSINE/INDEX führen sollen. Die entsprechenden Kanäle habe ich oszilloskopiert und in der Tat eine Schwingung mit P2P ~5 V gefunden. Allerdings sind die Signale doch einigermaßen stark von der Grundfunktion ab, es sieht es als wäre hier eine Dreiecksspannung überlagert. Das habe ich allerdings auch schonmal als Aussage vom Hersteller gefunden, dass das Signal bei niedrigen Geschwindigkeiten so aussehen kann.

Da ich allerdings auch damit zum ersten mal arbeite, würde ich es auch hier auf einen Versuch mit dem SIN/COS Interface encoder ankommen lassen und dann schauen ob die Ergebnisse und Präzision brauchbar und prozesssicher sind.


So long,

Jan
 
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Hallo Jan,

wenn ich das richtig verstanden haben (sonst bitte korrigieren) willst du mit der EL1124 Signalpulse mit einer Breite von 750 ns erfassen. Da sehe ich ein kleines Problem. Die minimale Zykluszeit die du bei TwinCAT einstellen kannst sind 50 µs! Da ist also vorprogrammiert, dass Pulse verloren gehen und nicht erfasst werden. Was du hier eigentlich brauchst, ist eine Klemme die die Pulse unabhängig von der Zykluszeit zählt und nur den zyklisch den aktuellen Zählerstand an die Steuerung überträgt (so wie es die ganzen Wegmess-Klemmen Von Beckhoff machen).

Das einziege, was mir hier ansatzweise einfallen würde ist die EL5101. Die kann zwar Singel-ended Signale (hier müsste man mal testen, ob die 4 V Signalpegel ausreichen), allerdings hat die wieder nur die 1 MHz Erfassungsrate und das Zählerinterface passt auch nicht ganz (etweder normale A und B-Spur eines Inkrementalenkoders, oder A-Spur: Zählpulse und B-Spur Zählrichtung)...


Kannst ja mal bei deinem Beckhoff Dealer anfragen, ob sie die eine Leihstellung zum Testen geben können. Das geht im Allgemeinen ganz gut...

Grüße
 
Hallo ksc,



das Gespräch mit Beckhoff ist bereits im Kalender eingetragen, leider muss ich erstmal den Urlaub meines Kontaktes abwarten.


Ansonsten, ja. Genau wie du beschrieben hast will ich das mit der 1124 machen. Vielleicht bin ich da mit den Begrifflichkeiten nicht ganz auf dem Laufenden. Wofür steht denn dann die Angabe des Eingangsfilters? Dieser ist mit 0,05µs angegeben was ja mehr als ausreichend wäre. Für mich klingt das nach einem Prozessabbild dass die Klemme für ihre Eingänge anlegt in genau diesem Zyklus. Wenn die Zählfunktion auf der Klemme bearbeitet wird und nur in der übergeordneten Zykluszeit mit dem Bus kommuniziert sollte es doch eigentlich funktionieren. (Analogie zur Berechnung der Position über die Inkrementinterface Karten und deren Kommunikation mit der SPS)


Eine andere Möglichkeit habe ich gestern noch gefunden wobei die Beschaffung schwierig werden könnte. Die bisher eingesetzten Platinen scheinen Einzelanfertigungen zu, auch der Teledyne Support hat die unter keiner Nummer abgespeichert.

Für gewöhnlich wurden die Leseköpfe an eine Platine (HR2B, HR2C) angeschlossen, die die Umwandlung des SIN/COS unter verschiedenen Interpolationen auf ein wirkliches zweispuriges Rechtecksignal umwandelt.


http://www.gpi-encoders.com/PDF/HR2B_HR2C.pdf



Die könnte ich mit einer entsprechend aufgelegten Sub D-Miniature Leitung direkt anschließen und das Ausgangssignal sollte direkt auf meine El7342 Motortreiberklemmen passen. Das ganze würde es von der Regelungsseite stark vereinfachen, da der gesamte Regelkreis über eine Karte läuft.

Präzisionsmäßig wäre das wohl auch mit eine der besten Lösungen. Mit 20-facher Interpolation und 4-Fach Auswertung ließen sich 0,0005mm Genauigkeit realisieren.

Problem dahinter wird wohl die Beschaffung, da die Teile wohl auch schon lange nicht mehr hergestellt werden und ich ja schließlich drei Einheiten davon brauche. Vielleicht lässt sich über den Vertrieb in New York da noch eine Charge auftreiben, das habe ich auch schon angefragt, allerdings bin ich auf die Preisvorstellungen mehr als gespannt.


Lg Jan
 
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