Dynamische Fehlerkompensierung

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Dynamische Fehlerkompensierung

Feedbacks von Direktantriebsachsen, Vorschübe (Zahnriemen, Spindeln) und Feedbacks von indirekten Antriebsachsen haben Längenfehler, verursacht z.B. durch Spindelsteigungsfehler oder Fehler in der Maßverkörperung. Auch wenn wie bei Direktantriebsachsen direkt an der Last (Messkopf am Forcer) gemessen wird - bei preiswerteren Maßverkörperungen kommen da schnell einige μm * 10¹ Abweichung zustande. Bei der Montage von Achsen (z.B. Portale XY) kommen zudem unvermeidbare Fehler wie Winkelfehler hinzu, so dass z.B. der Fehler auf der Y-Achse auch noch von der Stellung der X-Achse (und umgekehrt) abhängig ist.

Prinzipieller Ablauf

ACS Motion Control verwendet hier eine besonders einfach zu handhabende Form der Kompensierung, deren Ablauf hier kurz beschrieben wird.

Grundinbetriebnahme der Achse bis einschließlich der Referenzierung (in der Regel an einem Signal mit geringer Temperaturdrift wie einem Index-Signal eines Feedbacks). Die aus der Referenzierung entstehende mathematische Nullposition darf im folgenden nicht mehr verändert werden. Selbstverständlich darf zwischen Index-Signal und mathematischem Nullpunkt ein fester Offset <> 0 sein.
Ein Messdienst mit Laser-Interferometer justiert die Messapparatur auf Fehler = 0, wenn die Achse gerade auf auf dem mathematischen Nullpunkt steht. Die Achse wird nun im festen Schrittmaß (z.B. inkrementell 10 mm) über den zu korrigierenden Bereich gefahren, wobei jeweils im Zielpunkt auf das Vorliegen der Messergebnisses (Abweichung der gemessenen Achsposition von der Position, die laut Interferometer vorliegen müsste) gewartet werden muss. Ergebnis ist eine Tabelle mit ermittelten Messfehlern bezogen auf den inkrementellen Sollwert.
Messdienste bieten häufig die Hersteller von Direkantrieben oder Messsystem an, unter anderen die Firmen Renishaw, und Hiwin.
Die Messwerte werden nun durch die Steuerung eingelesen und zur Korrektur der Sollposition in jedem Sollwertzyklus verwendet. Der Korrekturwert zwischen den gemessenen Punkten wird dabei interpoliert.

Um die Kompensierung zu aktivieren, muss die 1:1-Verbindung zwischen kartesischem Sollwert (APOS) und Sollwert der Achse (RPOS) aufgetrennt und durch eine Mapping-Funktion erweitert werden.

connect RPOS(X) = APOS(X) + map (APOS(X), X_Corr, -650.0, 10.0)
! Addiere zur Sollpositionen der X-Achse einen linear interpolierten
! Wert aus der Matrix X_Corr ab Position -650 mm
! Korrekturwerte in der 1D-Matrix haben einen Sollabstand von 10 mm

Vorteile der Lösung

auch nach Aktivierung der Fehlerkompensierung einfache Programmierung in kartesischen Koordinaten möglich
arbeitet im Sollwertzweig, daher keine Beeinflussung der Reglerstabilität
keine Beeinflussung der Positionierzeiten
Verarbeitung der Korrektur in jedem Sollwertzyklus (also grobinterpoliert alle 2 ms, 1 ms, 500 μs oder 250 μs, feininterpoliert mit 50 μs), daher wird "bahntreu" unter Zuhilfenahme der interpolierten Messwerte gefahren, einfachere Lösungen arbeiten nur "zielpunkttreu"
die Korrektur kann in einem beliebigen Bereich [negatives Ende ... 0.0 ... positives Ende] erfolgen
sollen auch Winkelfehler korrigiert werden, ist der Aufbau von 2n-Tabellen problemlos möglich, das Einmessen ist allerdings entsprechend aufwendig