Closed-Loop-Scanner

[laserich]

Moin zusammen !

nach langer pause werde ich mal wieder versuchen einen Closed-Loop-Scanner zu bauen. mit den inzwischen gut erhältlichen superstarken NdFeB-Magneten sehe ich schon bessere möglichkeiten
als vorher. leider habe ich immer noch kein gutes
konzept für den drehwinkelgeber. der zerlegte GT120
im internet hat mir zwar schon gezeigt das die
mit einer art kapazitiven messbrücke arbeitet,
aber der nachbau ist bisher gescheitert. das liegt
wahrscheinlich an meinen minimalen HF-kenntnissen.
hat jemand mehr info über dieses system oder kennt
jemand das optische rückkoppelsystem der CT-Scanner ? andere lösungsmöglichkeiten wären natürlich
auch gut.
Viele Grüße und vielen Dank
MGr

[hoerst]

Hi,
darüber habe ich auch mal nachgedacht, kam dann auf die Idee, die CCD-Zeile eines alten Faxgerätes zu nehmen in Kombinationen mit einer kleinen Laserdiode.

Wollte mir damit mal meine Open- in Closed-Loop umbauen, und mit Analog-kram kenne ich mich halt nicht ausreichend gut aus.

Weiter als bis zur Idee bin ich aber nicht gekommen, weil ich folgende Probleme sah :

1. Ich weiss nicht ob so ein CCD schnell genug ist, möchte es aber bezweifeln.

2. Das ganze wird sehr gross und eng, da ja die LD mehr oder minder diagonal zum Nutzstrahl verlaufen muss. Ob man da eine vernünftige Anordnung findet weiss ich nicht.

Mir erschien aber irgendeine Art optischer Abtastung einfacher als die kapazitive Sache und das war halt der erste Gedanke.

Anderer Gedanke wäre, eine Art Graukeil in kreisrund zu verwenden der sich mitdreht.
Eine Helligkeitsmessung des durchstrahlenden Lichtes müsste über die Position Auskunft geben.
Es dürfte allerdings schwierig sein hier die nötige Genauigkeit zu erreichen.

[ralf-k]

Hi!

Also mit der Kapazitiven Messbrücke habe ich auch schon mal probiert, hat aber auch net geklappt.

Also das ganze soll ja so funktionieren.
Ein HF Signal von ca 1,5MHz geht in den "Drehkondensator" hinein und kommt logischerweise wieder raus und geht auf einen Widerstand und dann gegen Masse. Also über dem Widerstand fällt ja nun ein Signal ab, welches sich ändert, wenn sich die Kapazität des "Drehkondensators" ändert. Dieses Signal wird nun nur noch won den 1,5MHz befreit und das Positionssignal ist da.
Soweit so gut, das habe ich auch schon mal mit einem richtigen Drehkondensator getestet unt tuts super!!!
Nur was ich bis heute nicht ganz werstanden habe wie der Kondensator in den Galvos funktioniert. Vor allem was das für Dioden sind.

Gruß Ralf

[laserich]

@theheorst: das mit der CCD-zeile ist eine interessante idee, aber ich würde auch sagen
das serielle leseverfahren der CCDs zu langsam ist. außerdem müsste die zeile eine halbkreisform darstellen um linear zu bleiben. deine idee mit dem graukeil habe ich in meinem ersten versuch in ähnlicher form verwendet. ein mitdrehender keil wurde von einem refexkoppler abgetastet und lieferte halbwegs brauchbare ergebnisse. die linearität besonders bei großen drehwinkeln war aber nicht so doll. irgendwie werde ich diese richtung aber weiter verfolgen.
@Ralf-k: auf den bekannten bildern vom GT120 kann man erkennen, daß der drehkondensator aus vier "platten" besteht, die um den rotor angeordnet sind. die diagonal gegenüberliegenden sind miteinander verbunden und stellen jeweils die mitte der brückenschaltung aus den vier dioden dar. der rotor liegt auf masse und stellt wohl die
gegenplatte des drehkondensators da. wie man daraus ein lineares positionssignal erstellt konnte ich trotz etlicher versuche mit allerlei spulen, kondensatoren und anderem hochfreqenz-kram nicht rausfinden. auch wenn ich dieses verfahren wahrscheinlich nicht weiter verfolgen werde, wüßte ich zu gerne wie das denn wohl funktioniert.

dank an alle !

MGr.

[random]

hmmmm, gibt man nicht das differenzsignal zwischen eingang und positionssignal auf den galvo? so vom prinzip her...

Gruß,
thorsten

thorsten@lasertechnix.de
www.lasertechnix.de

[laserich]

Das mit dem differenzsignal sehe ich genauso wie thorsten. dieses signal wird dann
noch durch die PID-Stufe gejagt und anschließend mit einem stromverstärker auf die
nötige zornige stromstärke verstärkt. für diesen teil der übung liegen mir schon
einige ganz gute schaltungsansätze vor.
nur bei der positionserfassung stehe ich noch ziemlich im dunkeln.
hat da noch einer eine gute idee ?

viele grüße

Markus

[random]

Tach,

was da an Signal aus dem Galvo kommt, hab ich mir leider noch nicht angesehen, ich will aber demnächst mal versuchen, selbst ne regelstufe aufzubauen.
Daher suche ich eine Schalungsidee oder jemanden / mehrere, der / die lust hat / haben, sowas im Team zu entwickeln

Gruß,
thorsten

[laserich]

ruf mal page http://www.laserfx.com/Backstage.LaserF ... uts26.html auf. das hat mir schon einige ideen gebracht. etwas modernere bauteile wie
integrierte leistungsverstärker kann man ja noch einbringen. das mit dem entwicklunsteam ist eine gute idee.

viele grüße
Markus

[random]

coole page,

hab ich mal flüchtig überschaut.
Ich hab übrigens 3x GS Z1827 (G325).
(Ohne die richtigen Treiber)

Gruß,
thorsten

www.lasertechnix.de
thorsten@lasertechnix.de

[lightfreak]

Hallo Leutz,

nach einigem Nachdenken und Gucken mit den Augen, fiel mir auf, daß CT sein Feedback patentiert hat.
Wen also interessiert, wie das funktioniert, dem seien die Patentschriften:
US 5,844,673 und
US 5,671,043
als Lektüre empfohlen.

Gruß

Simon

[sirell]

http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Pars ... /5,844,673

http://patimg1.uspto.gov/.piw?Docid=056 ... ml%25252Fs earch-bool.html%2526r%3D1%2526f%3DG%2526l%3D50%2526d%3DPALL%2526S1%3D5671043.WKU.%2526OS%3DPN%2F5671043%2526RS%3DPN%2F5671043&PageNum=&Rtype=&SectionNum=&idkey=E5CE7F4051B1

böse große links
evtl selber zusammensetzen oder:
http://patft.uspto.gov/netahtml/srchnum.htm

nach den nummern ohne US davor suchen

[andi]

</font><blockquote><font size="1" face="Helvetica, Verdana, sans-serif">Zitat:</font><hr /><font size="2" face="Helvetica, Verdana, sans-serif">Original erstellt von thorstendb:
<strong>Ich hab übrigens 3x GS Z1827 (G325).
(Ohne die richtigen Treiber)
</strong></font><hr /></blockquote><font size="2" face="Helvetica, Verdana, sans-serif">Thorsten,

beachte bitte, dass die Z1827 eine negative Oszillator-Speisung benötigen. Das Pinout wirst du in den alten Beiträgen von mir unter Z1827 im Board finden.

Grüsse aus dem Schweizerland

Andi

[random]

@Andi:

Thx,

ich denke mal, dass ich die richtigen Anschlüsse hab Leider tut die Suchen-Funktion nicht im Bereich Laser(allg)...

Ich hab was ganz böses gemacht(zum Ausprobieren): Einfach die passenden Leitungen an die alten Treiber geklemmt und ein kleines Steckernetzteil mit + an Masse und Masse an die neg. Versorgungsspannung der Galvos geklemmt.

Die laufen damit nicht ganz closed, weil die Pos.Spannung (hab ich an den Treibern nen Messpunkt für) nur knapp halb so hoch ist wie die von den eigendlichen Z1985 - Galvos.

Die neg. Oszil. Spannung hab ich auf ca. 9V laufen, das ergibt dann beim scannen ein einigermassen brauchbares Ergebnis (aber immer noch sehr verwaschen

Gruß,
thorsten
thorsten@lasertechnix.de
www.lasertechnix.de

[noch was vergessen, daher]

<small>[ 06. November 2002, 10:43: Beitrag editiert von: thorstendb ]</small>

[laserich]

danke für die links
genau das habe ich gesucht.
viele experimete in langen winternächten lieen jetzt vor mir.

viele grüße
markus

[random]

Tach,

ich glaube, mit so was und wenn man das Streulicht der Strahlen bzw. Staub etc. mit in Betracht zieht, wird das ganz schön ungenau <img border="0" title="" alt="[Ha!]" src="images/icons/tongue.gif" />
Gruß,
thorsten
thorsten@lasertechnix.de
www.lasertechnix.de

[wesi]

Hallo Leute,
die Erkennung der Winkelposition habe ich bei meinem Closed-Loop Selbstbauscanner folgendermasen gelöst.
Eine IR-LED beleuchtet zwei IR-Fotodioden, die gegeneinader gepolt sind. Eine kleine Abdeckblende (5mm breiter Balken), die an der Achse des Scanners montiert ist, verdeckt je die Hälfe der IR-Fotodioden. Wenn die Achse des Scanners verdreht wird, dann wird eine Fotodiode mehr und die andere weniger stark von der Abdeckblende verdeckt. Es entsteht zwischen den Anschlußpunkten des Fotodiodenpaares ein Differenzstrom, der mit einer OP-Schaltung mit dem Sollwert verglichen wird. Dann folgt eine Regelschaltung (PID-Regler) und ein Leistungs-OP zur Ansteuerung der Antriebsspule.
folgende Bauteile habe ich benutzt:
IR-LED: LD273
IR-Fotodioden: BP104
Leistungs-OP: TDA2030
Die Scanner habe ich mit HeNe und roten Laserdioden betrieben. Die Laserstrahlung hatte keinen Einfluß auf die Winkelerkennung mit IR-Licht.
Gruß Wesi

[random]

Tach,

kannste die Schaltung zum PID-Regler hier freigeben (also zeigen) ?

Wäre super!

Gruß,
-tho

[wesi]

Hallo Thorsten de Buhr,
ich hab den Schaltplan hier mal eingescannt.
Dies ist also doch keine PID-Regelung, sondern ein an mein Scanner angepasste und modifizierte PD-Regelung.
Die vom Computer ausgegebene Führungsgröße (in+-10V) wird mit dem Strom des Winkelmessfühlers verglichen und die festgestellte Differenz als Spannung an Ausgang des TL072 ausgegeben.
Dann folgt der PD-Regler mit integrierter Stromregelung der Antriebsspule.
Um das Regelverhalten für andere Scanner anzupassen, sind die Werte der zwei Widerstände und des Kondensators, die an dem Plus-Eingang des zweiten OPs sind, experimentell zu ermitteln.

[random]

thx,

werde ich demnächst mal ausprobieren (3 laborberichte warten noch *heul*)

Gruß,
-tho

[sstcfan]

Habe nun auch vor ein Closed-Loop-Scannerpaar zu entwerfen.
Da ich von PID-Regelung keine Ahnung habe hab ich mal ein kleines Programm zur Simulation der Regelung geschrieben.
Erkenntnisse:
-Strom ist proportional der Beschleunigung, d.h.
Strom=A*(SollPosition-Istposition)-B*Momentangeschwindigkeit*|Momentangeschwindigkeit|
d.h. ich muss die Istposition ableiten um die Geschwindigkeit zu erhalten und diese dann noch quadrieren (schreit nach nem analogen Multiplexer).
A und B sind per Poti einstellbare Konstanten.
Wollt jetzt nur mal wissen ob ich o.g. Formel nun analog umsetzen kann oder ob ne PID-Regelung noch was anderes ist.
Aber mehr als die SollPosition, Istposition, Strom und Geschwindigkeit hab ich ja nicht zur Verfügung. Arbeitet ne PID-Regelung vieleicht sogar digital? Da müsste ja alles erst durch nen AD-Wandler und nachher wieder durch nen DA. Vieleicht kennt sich jemand von euch besser aus.
Das Programm (MSVC++, Attachement, für den ders begreift)
von oben nach unten: Sollposition, Strom=Beschleunigung, Geschwindigkeit, Istposition

[random]

Hi,

von Regelungstechnik hab ich leider auch keinen Plan, aber ein Kondensator hat eine Integrierende Wirkung.

Das läuft irgendwie auf OP-Schaltungen hinaus, wo im Rückkoppelzweig ein RC-Glied sitzt.


Greetz,
thorsten

[afrob]

Habe nun auch vor ein Closed-Loop-Scannerpaar zu entwerfen.

Nur den Treiber oder auch die Scanner selber? Die Treiberelektronik dürfte das geringste Problem sein.

Da ich von PID-Regelung keine Ahnung habe hab ich mal ein kleines Programm zur Simulation der Regelung geschrieben.

Eigentlich eine gute Idee, aber...

Erkenntnisse:
-Strom ist proportional der Beschleunigung, d.h.
Strom=A*(SollPosition-Istposition)-B*Momentangeschwindigkeit*|Momentangeschwindigkeit|
d.h. ich muss die Istposition ableiten um die Geschwindigkeit zu erhalten und diese dann noch quadrieren (schreit nach nem analogen Multiplexer).

bei mir ist die Beschleunigung die zweite Ableitung nach der Zeit und hat keinen proportionalen Term. Zeitdiskret mag das funktionieren, aber als Analogschaltung wohl nicht. Die Störgrössen würden die Regelung durch die schon in der Simulation erkennbare Schwingneigung zum Oszillator machen <img src="/images/graemlins/wink.gif" alt="" />.

Wollt jetzt nur mal wissen ob ich o.g. Formel nun analog umsetzen kann oder ob ne PID-Regelung noch was anderes ist.

Ein PID-Regler ist noch was anderes. Bevor ich hier jetzte aber Romane reinschreibe: guck doch einfach mal in ein Buch über Regelungstechnik <img src="/images/graemlins/wink.gif" alt="" />.

Arbeitet ne PID-Regelung vieleicht sogar digital? Da müsste ja alles erst durch nen AD-Wandler und nachher wieder durch nen DA.

Eine PID-Reglung kann man auch digital implemetieren. Schau dir mal den Medialas X-Drive an. Digital kann man mit Tricks arbeiten, die analog nicht funktionieren, daher ist so ein digitaler Treiber natürlich besser.
Der Aufwand steht aber in keinem Verhältnis zum analogen PID-Regler der sich bequem mit 3-4 Opamps aufbauen lässt.

[sstcfan]

natürlich auch den Scanner, soll ja high-performance low-cost werden!<img src="/images/graemlins/grin.gif" alt="" />
Die in der Simulation erkennbare Schwingneigung kommt nur dann zustande wenn die Gesammtverstärkung zu hoch ist, also schon bei extrem geringen Positionsdifferenzen schlagartig der volle Strom anliegt.
Ich denke vom Primzip der Regelungscharakteristig liege ich schonmal garnicht so daneben, da ja bei korrrekter Einstellung genau bis zur Hälfte des Weges beschleunigt und ab da wieder abgebremst wird.
Soweit ich gehört habe soll bei ner PID-Regelung erst bei Erreichen des Zielpunktes abgebremst werden was vermutlich schon etwas zu spät sein könnte da die Beschleunigungsstrecke genauso lang ist wie die Verzögerungsstrecke.
Aber warum das Rad neu erfinden? Hat jemand nen guten Link für ne Internet-Lektüre über PID-Regelung? besitze kein Buch darüber...

[jojo]

@ afrob:

>>> Die Treiberelektronik dürfte das geringste Problem sein.

Also da täuscht Du Dich aber gewaltig. Entweder hast Du noch nie einen Treiber entwickelt oder Du weisst nicht, wovon Du redest, auch wenn es den Anschein hat, als würdest Du Dich mit Regeltechbnik gut auskennen.
Bisher hatten ALLE Galvohersteller, auch CT oder GS immense Schwierigkeiten, ihre Treiber zu dimensionieren.
Und die haben ja wohl genug Ingenieure rumsitzen.

[afrob]

@JoJo:

>>> Die Treiberelektronik dürfte das geringste Problem sein.
Also da täuschst Du Dich aber gewaltig. Entweder hast Du noch nie einen Treiber entwickelt oder Du weisst nicht, wovon Du redest, auch wenn es den Anschein hat, als würdest Du Dich mit Regeltechnik gut auskennen.

Ich habe noch nie ein Galvo gebaut und ziemlichen Respekt vor feinmechanischer Präzision, weil meine Fähigkeiten da leider zu wünschen übrig lassen. Ich habe da lieber gleich professionelle Hilfe in Anspruch genommen <img src="/images/graemlins/wink.gif" alt="" /> (i.e. die Galvos fertig gekauft).
Die persönlichen Fähigkeiten variieren halt. Mir scheint es einfacher Elektronik zu entwickeln als irgendetwas mechanisches zu konstruieren, aber 'your mileage may vary'.

So einen Galvo-Treiber lasse ich mir trotzdem nicht so schnell als Wunderwerk der Technik verkaufen. Gute Analogschaltungen erfordern etwas Talent, aber eine Schaltung mit <10 OpAmps zum laufen zu bekommen ist wirklich keine Raketenwissenschaft. <img src="/images/graemlins/smile.gif" alt="" />

Das ich von tuten und blasen keine Ahnung habe stimmt allerdings, daher nimm alles was ich schreibe mit einer priese Salz. <img src="/images/graemlins/tongue.gif" alt="" />

@Sstcfan:
Ich habe mir Dein Programm nochmal genau angesehen, bin aber immer noch nicht dahinter gekommen wie Du auf
>Strom=A*(SollPosition-Istposition)-B*Momentangeschwindigkeit*|Momentangeschwindigkeit|
kommst. Scheint irgendwie ein Proportionalregler mit quadratischem(?) Integralteil zu sein. Ich hatte dann irgendwie eine Differentialgleichung raus, die ich nicht lösen wollte <img src="/images/graemlins/smile.gif" alt="" />.

Zu PID-Regelung habe ich im Internet bisher nur sehr spezielle Sachen gefunden. Im Tietze/Schenk, in jeder Uni-/FH-Bibliothek zu finden, steht dazu ein Kapitel was ganz brauchbar ist. Ich gehe morgen nochmal stöbern...

[jojo]

"Raketenwissesnchaft" ist es natürlich nicht. Es macht aber schon einen Unterschied, ob man nur irgendwas lauffähiges haben will, oder einen optimal dimensionierten Treiber.
Die geringe Anzahl der Operationsverstärker täuscht oft daüber hinweg, wieviel Entwicklugs- (und Versuchs-) aufwand hinter sowas steckt.
Je weniger Bauteile auf der Platine eines Galvotreibers, desto ausgefeilter und exakter berechnet ist die Schaltung.

[andi f]

Bei den Closes-Loop-Galvos von Laserworks (http://www.laser-works.com) wird die Positionserkennung mit einem PSD (Position Sensitive Detector) durchgeführt. Zu diesem Zweck ist die innen liegende Achse 45° angeschrägt und poliert worden. Der so entstehende Spiegel wird mit einer IR-Diode angestrahlt und auf das PSD Element reflektiert.
Eine gute Erklärung zum Thema PSD gibt es unter http://www.unisensor.dk/CCDPSD.htm und bei vielen weiteren Adressen im Internet.

Viele Grüße,
Andi

[jojo]

Teile sind schwer zu beschaffen und teuer.
Beispiel: PSD von UDT, Apertur 5mm x 1mm, 60,- Euro.

[floh]

eventuell mit einer CCD Line von einem Flachbettscanner zu ersetzen (Scanner kostet komplett ja nicht mal 60Euro). Allerdings ist die Auswertung nicht ganz trivial.