Impulskompensation

[atzensepp]

Bevor ich es auseinanderbaue, weil ich die Teile brauche, wollte ich schnell noch von einem eindrucksvollen mechanischen Experiment berichten.

Bei meinem 3D-Drucker (Anycubic i3 Mega) treten bei bestimmten Situationen Rillenmuster an der Oberfläche des Werkstücks auf. Dieser Effekt wird in der 3D-Szene als Ringing bezeichnet. Der Anycubic hat einen Rahmen mit einem Z-Aufzug für die X-Achse. Auf dieser bewegt ein Schrittmotor den Druckkopf. Durch die abrupten Abbremsungen des Druckkopfs durch den Schrittmotor kann ein Impuls auf den Rahmen übertragen werden, der ihn zu Schwingungen anregt, die sich dann auf dem Werkstück wieder finden.

Ich wollte mir mit ft ein Modell bauen, mit dem man solche Schwingungen demonstrieren und evtl. verhindern kann.
Dabei ist folgender Aufbau rausgekommen:

Wobby1.JPG (262.42 KiB) 1702 mal betrachtet

Ein Rahmen aus Statik-Teilen wird auf einem Parallelogramm-Gelenk gesetzt und mit Federn links und Rechts in Position gehalten. Ein Motor bewegt über einen Kettenantrieb zwei Läufer entlang von ft-Achsen. Einen nach links, den anderen nach rechts. Die Läufer können Gewichte in Form von Metallachsen aufnehmen.

Mit einem Relaisbaustein wird der Motor über einen Taster-Druck gestartet. Lässt man den Taster los, wird der Motor kurzgeschlossen und stoppt abrupt. Befüllt man nur den Oberen Läufer mit Metallachsen wird beim Anhalten ein großer Impuls auf den Rahmen übertragen, der ihn zu recht deutlichen Schwingungen anregt. Befüllt man den Gegen-Läufer mit der gleichen Anzahl von Metallachsen wie den Oberen, werden keine Schwingungen auf den Rahmen übertragen. Dieser bleibt beim Stopp des Motors stehen "wie eine Eins".

Wobby2.JPG (135.02 KiB) 1702 mal betrachtet

Ich habe mir gedacht, dass man wenn man einen 3D-Drucker mit 2 Druckköpfen hat, den 2-ten Druckkopf als Impuls-Kompensator verwenden könnte.
Oder man könnte den Drucker "modden" und mit einer solchen Impulskompensation ausstatten.

[fisch-d]

Hallo,

sehr spannender Versuch. Wenn Du es noch nicht zerlegt hast, könntest Du noch eine Video von dem Versuch machen? Erinnert mich ein bisschen an die Technik beim Walkman, der durch zwei gegenläufige Schwungmassen Drehbewegungen ausglich.

Grüße

[PHabermehl]

Hallo Sepp,

schon wieder ein interessantes Thema.

Es gibt einen recht einfachen Grund, warum diese "Hardware-Impulskompensation" in der Praxis nicht so oft anzutreffen ist:

Du hast damit gleich mal die bewegten Massen verdoppelt, d.h., du musst grundsätzlich erstmal stabiler bauen, um die zusätzliche Masse zu tragen, und Du musst sie beschleunigen und verzögern, was entsprechend mehr Energie braucht.

Daher gibt es ja auch die Bestrebungen, die bewegten Teile möglichst leicht zu halten (Bowden- vs. Direct Extruder, da hast Du einen der Gründe, warum die Bowden-Drucker schneller sind)

Außerdem wird relativ viel mit Software kompensiert - Anfahr- und Verzögerungsrampen sind der erste Schritt, es gibt noch weitere, wesentlich komplexere Verfahren, die durch nichtlineare Bewegungskompensation, sprich gewolltem "Ruckeln" in den Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen, den Schwingungen entgegenwirken. Aber bei 3D-Druckern dann in der Komplexität eher nicht...

Die einfachste Lösung ist halt: langsamere Bewegungen und niedrigere Beschleunigungs- und Verzögerungswerte

Das soll Dich aber jetzt nicht vom Forschen abhalten, mach ruhig mal weiter, da kann ich bestimmt auch wieder was lernen!!!

Gruß
Peter

[vleeuwen]

Control engineering problem: Step response, PID control, stability criterion, mass inertia.
Mechanically somewhat flexible coupling between the stepper motor and the mass to be driven; which connection acts as a damper. The dynamic mechanical properties of this connection are important as they form a kind of a PID element.
Such connections were included with the very old fischertechnik 2D plotter.
The step frequency must be tuned to the properties of that connecting piece.
Field of expertise: Electromechanical peripheral engineering
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Mess- und Regelproblem: Sprungantwort, PID-Regelung, Stabilitätskriterium, Massenträgheit.
Mechanisch etwas flexible Kopplung zwischen Schrittmotor und anzutreibender Masse; welche Verbindung als Dämpfer wirkt. Die dynamisch-mechanischen Eigenschaften dieser Verbindung sind wichtig, da sie das PID-Element bilden.
Bei den ganz alten fischertechnik 2D-Plottern waren solche Verbindungen schon dabei.
Die Schrittfrequenz muss auf die Eigenschaften dieses Verbindungsstücks abgestimmt werden.
Fachgebiet: Elektromechanische Peripherietechnik

[geometer]

Hallo Florian,

ich finde die untere Dopplung des Kopfes ausgesprochen clever! Wirst Du das denn jetzt auch bei Deinem Anycube versuchen?

Viele Grüße

Thomas

[Harald]

Die Grundidee ist durchaus verbreitet:

Wenn sich ein "Makel" nicht vermeiden lässt, dann baut man ihn eben noch ein zweites Mal, aber mit umgedrehtem Vorzeichen, und schaltet die beiden hintereinander oder gegeneinander (je nachdem, was im konkreten Fall passt).

Beispiele:

• Linearisierung einer krummen Kennlinie, etwa einer Feldspule mit Tauchkern. Eine zweite Spule auf dem selben Kern, mit passendem Abstand und umgedrehtem Wicklungssinn ergibt bei Reihenschaltung einen größeren linearen Messbereich.
• Präzisions-Pendeluhren. Das Pendel versetzt dank seiner Masse und der Kopplung mit dem Uhrengehäuse auch dieses in Schwingung. Die beiden Schwingungen überlagern sich zu einer Schwebung und die Uhr geht falsch (vielleicht nur um Sekundenbruchteile pro Tag, aber es geht ja um die Präzision). Abhilfe: ein zweites Pendel, mit gegenläufigem Ausschlag, im selben Gehäuse.

Ich meine mich zu erinnern, dass Remadus ("der hinter der 6. Nachkommastelle wohnt") das mit den zwei Pendeln schon mal gemacht hat, aber im Bilderpool finde ich dazu nichts.

Gruß
Harald

[atzensepp]

Hallo,

danke für Eure Kommentare! Ob ich das in meinen Anycubic einbaue ist fraglich, da meine mechanischen Aufbauten bislang nicht so präzise sind.
Auf Hackaday gab es tatsächlich mal ein Projekt, da haben die das Ringing mit Software in den Griff bekommen.