请教xy坐标测量平台运动控制系统方案 点击：2090 | 回复：50
现需要针对我们自己的设备开发一个专用的XY坐标测量平台，想就运动控制系统向各位高手们请教和一同探讨。
本系统需要测量1000mm*1000mm的正方形水平区域内每隔5mm精确位置上均匀分布的点阵处的物理量，所以设计了一个机械测量平台，X方向和Y方向都由电机来驱动滚珠丝杠，然后带动探头到达准确的位置并进行测量。
目前初步计算如下：选择减速器1：12 x轴驱动在上层，工作台大约20kg，y轴驱动在下层，工作台大约75kg
按减速比折算到电机轴上，x轴电机的惯量为0.154kg^2cm y轴电机的惯量0.156kg^2cm，
按减速比折算到电机轴上，并留1倍的裕量，得到x轴电机的输出力矩为1.37Nm，y轴电机的输出力矩为2.36Nm。
本系统要求1.位置一定要定位准确 2.尽量考虑节省时间（需要测量40402个点） 测量顺序是探头沿X轴方向逐点测量完毕，快速返回x轴方向运动的起点，再沿y轴方向前进5mm，然后再沿x方向测量，依次类推。
国外有同类研究设备，采用parker的步进电机来驱动，采用18000线的编码器来精确定位，找点耗时比较多，短的需要2-3秒找到一个点，长的需要10余秒，整个时间比较惊人，测4000多个点，大概需要10余个小时。还有就是采用光栅尺做精确定位，时间消耗也比较大。
目前，我们初步要求位置误差要小于0.1mm，尽量更好。测量时间大概控制在10个小时左右。我们目前也准备采用步进电机+光栅尺来做。想请教一下：
1. 找点的时候，肯定是根据光栅尺反馈算出步进电机需要走的步数，然后给脉冲。所以关心步进电机在高细分数下每步转动角度是否精确？如果不精确，那肯定需要花费很多时间来找到确定的位置点？每转步数选择为多少比较合适？
2. x轴回程时不需要测量，所以要求以能带动的最高速度返回 (x轴要求力矩和惯量都比较小)，来节省时间，我看论坛讨论国产大概最高只能600rpm，进口产品是不是矩频曲线更好，速度提高转矩下降不那么厉害？能否做到1200rpm，甚至2000rpm？工程能采用能到多少？
3. 三相混合式是否适合本系统？此外希望有经验的大虾推荐一下除了百格拉之外能性价比较好的国产步进电机？
4. 上位机准备用Labview做，所以还请推荐一款运动控制卡，目前比较倾向NI的产品。
大虾给个意见，此外抛砖引玉，也和论坛里的朋友们借这个项目共同学习探讨！我经验很匮乏，来这里向大家学习！
“2.尽量考虑节省时间（需要测量40402个点） ……。测量时间大概控制在10个小时左右。”
楼主的要求，比国外同类设备高了一个数量级啊！
“请问计算扭矩1.4Nm和2.4Nm，步进电机的保持转矩选择多大比较合适？还希望转速尽可能高。国产品牌的步进电机能达到要求么？”
如果是两相步进，所谓“保持扭矩”与输出的转动扭矩，相差1倍到10倍。具体数字咨询厂家吧。“转速尽可能高”这样的要求，不知怎么算达到，不过，我觉得如果要求电机转到1000转以上，驱动器应该是用AC220V直接供电的。
“根据您的经验，这个系统是采用步进还是伺服呢？”
个人建议，不要把XY放在一起，比如把一个轴放在龙门横梁上。
to：山东大哥“我想搂主要说明白，测量完毕后你要的是什么结果，是要知道各点在不在目标位置，还是要知道离目标位置差多少。”
这个系统的目标是测量指定位置的磁场值，霍尔探头就是测磁场值的传感器。运动控制装置和光栅尺，就是保证将安装霍尔探头的支架运动到指定的精确位置。
to：山东大哥“霍尔传感器的监测精度如何，实在不行搞一个1米见方的霍尔矩阵，扫描到那个算那个，设定计算好霍尔位置，也能检测处位置数据 ”
高精度霍尔探头的价格比较昂贵，我们已经买的是价格是8000美金，所以没有办法用多霍尔探头来做矩阵。
to 沧海兄“我想问的是XY坐标测量平台为啥要那么重”
这是机械设计，可能有它的考虑。不过确实如您所说的安装探头支架的工作台是运动的，探头固定在上面，到不同的位置测量磁场值。
to 刘老师，非常感谢解答“楼主的要求，比国外同类设备高了一个数量级啊！”
这里是我没有表述清楚，对不起。1.国际上同样的设备两种测量模式(1)逐个找点，确定了精确位置之后，停下来，由霍尔探头读取磁场值，然后找下一个点，找点非常耗时(2)飞行模式，不停下来，探头沿x轴方向以匀速运动过去，运动过程中到了要测量的位置由光栅尺给信号，读取此时霍尔探头的瞬时值，这可以大大节省时间。按模式(1)大概就是4000个点10多个小时。模式(2)大概1个小时之内就可以。 我们现在想考虑就是硬件设备选型既可以模式1也可以模式2，因为模式2在数据处理上有难度，担心做不出来，或者数据不可靠，所以到时候做的看。那么技术要求就是能做出模式2，就测量4万个点，时间控制在2-3个小时；采用模式1一定要保证做出来，测量6000个点，时间控制在10多个小时。
to 刘老师：“个人建议，不要把XY放在一起，比如把一个轴放在龙门横梁上。”
磁场是限制在1个高度20厘米的水平狭缝区域内，所以测量台安放在磁场装置的旁边，探头安装在一个支架上，从侧面伸到磁场里进行测量。我没有重点考虑伺服的原因就是1成本：松下伺服4000左右，国产步进1000以内。据论坛上反应松下伺服还属于比较一般的，不清楚性能怎么样，能否满足我们的要求 2.微动：伺服静止是动态静止，而我们测量要求到测量点之后定位要十分精确，如果此时还在微动的话，我担心对测量有影响 3. 我们肯定要装光栅尺来反馈探头的精确位置，主要是考虑减小机械加工、装配的难度和成本。那么运动驱动采用步进这个开环似乎也可以，因为精度可以靠光栅来保证。
担心的难点：1.步进电机高速转速：不找点的时候，步进电机可以高速运动，步进转速无法提高，机械设计又不愿意把减速比降下来，那整个测量时间太长。2. 找点的时间消耗，用光栅尺反馈的位置信号来驱动步进电机找到精确的点，我想象(因为没经验)，高细分下，步进电机单步的转角肯定不准，那么按计算出来的脉冲，步进电机肯定走不到要求的位置，所以就会反复找，左一点，右一点，直到最后能收敛到准确位置。这个时间我很担心，目前有个经验数据大概是10s左右，我心里很没谱。
非常感谢每个工程师对我提问的指导和回答！通过大家的讨论我思路清晰了很多，非常感谢大家！
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