Machine a servomoteur.

[Julien-]

Bonjour à tous;
Je mène actuellement une recherche concernant le contrôle moteur des imprimantes 3 D.

 Actuellement, la plupart où toutes les machines sont pilotées via des "steps motor" ( moteur pas à pas), le modele de regulation est appelée "boucle ouverte" du fait que l'on pousse les informations de position dans le moteur sans retour de sa part.

J'aimerais savoir si vous avez déjà entendu parler de regulation en boucle fermée, c'est-à-dire avec un retour d'information de la part du moteur. Les systèmes les plus connus sont les encodeurs / codeurs / roués codeuses liées sur l'arbre du moteur.

Voici un exemple pour ceux que j'ai perdus : http://hackaday.com/2015/01/20/closed-loop-control-for-3d-printers/

Normalent où pourrait espérer une amélioration des performances et un tractoire plus lisse mieux controllee. En passant où supprimerait le problème lier au manquement d'un pas (shifting) par un moteur. Cette technique implique surement des connaissances plus complexes et du matériel plus cher.

Si vous avec déjà entendu quelque chose a ce propos ou si vous avez un avis sur cette technique, dites-moi tout !

Il semblerait que celq soit déjs utiliser sur les plus grosses machines industrielles : http://www.micromo.com/applications/robotics-factory-automation/thermoplastic-rapid-prototyping-machine

[J-Max.fr]

Bonjour,

Tu peux très bien avoir des moteurs pas à pas avec un encodeur, c'est pas lié à la technologie Servo. Tout se passe au niveau du driver qui lui compare la position réelle à la position supposée, et régule le courant en fonction. Dans le driver il y a plusieurs modes réglables de manière à s'arrêter à la moindre erreur ou réguler jusqu'à un certain seuil avant de se mettre en défaut, ou bien de simplement renvoyer un signal d'erreur au contrôleur qui choisira quoi faire. Selon le niveau technologique du driver, certains sont capables de réguler les performances en fonction de l'effort. Evidemment, plus c'est évolué, plus c'est cher. Ceci dit, la boucle fermée, dans le cadre d'une imprimante 3D, ne servirait qu'à éviter les pertes de pas, car le besoin en précision à 1048 pas par tour (ou plus) n'est pas une nécessité. Comme nos efforts sont faibles, et que nous n'avons pas d'impératifs de production, il est beaucoup plus pragmatique d'utiliser des pas à pas raisonnablement dimensionnés, qui garantissent à eux seuls - et sauf panne - de ne pas perdre de pas. Niveau implantation, il suffit de récupérer les signaux Step/Dir de la carte contrôleuse et de les rediriger vers le driver du Servo qui va gérer la boucle en automatique, puisqu'à ma connaissance, aucune de nos cartes gère la boucle fermée. 

Maintenant, parlons Servos et l'utilité d'en avoir sur une imprimante 3D. Bien évidemment, ils ont une vélocité toute autre comparée aux moteurs pas à pas généralement utilisés. On pourrait donc viser un gain dans les accélérations et les déplacements transitoires. Or, dans la plupart des cas, ceux-ci sont minoritaires dans le temps d'impression : la majeure partie incombant au temps de dépôt du filament, celui-ci étant plafonné par le temps nécessaire à la fonte, lequel est difficilement compressible. En conséquence, le coût d'un servo et de son driver sont difficilement justifiables face au gain apporté sur une imprimante 3D. Pour un laser ou un plotter, la donne pourrait être tout autre. Autre point à considérer, c'est l'offre. Or il n'y a pas beaucoup de types de servo. Les meilleurs prix au Nm sont pour des Servos entre 100 et 200w, ce qui est 10 fois ce dont nous avons besoin pour une imprimante 3D, même capable d'imprimer un cube de 500mm. Il est rare de trouver des Servos en dessous de 50w, et quand on en trouve leur prix explose. Du coup, ça met le ticket d'entrée pour un seul servo et son driver autour de 130€ (hors alimentation 48 ou 80v recommandée). Pas infaisable, loin de là, mais c'est clairement du luxe.

En ce qui concerne fabriquer soi même son driver pour limiter les coûts (le driver est au moins aussi cher que le servo, dans la plupart des cas), pour m'y être penché en 2009, il faut de l'équipement (oscilloscope) ainsi qu'un bon bagage technique. Personnellement, je n'avais pas le niveau pour me lancer. 

++JM

Modifié (le) Avril 21, 2016 par J-Max.fr

[Julien-]

Bonjour,

Merci de cette réponse pleine d'informations.

Je ne trompe peut etre mais quand je parle de servo moteur, j'entends des moteurs (peu importe la technologie) dont on asservie la position par du controle (la aussi peut importe la technologie).

Donc si je comprends bien, ce n'est pas un avantage de passer cette technologie chère en matériel et en développement pour ces raisons :

• Pour la vitesse, nous sommes limite par le flux de plastique que l'on eux fondre Donc si je comprends bien, ce n'est pas un avantage de passer cette technologie chère en matériel et en développement pour ces raisons :
• Pour éviter le manquement de pas cela n'est pas nécessaire au vu de la fiabilités des moteurs pas à pas.

Mais qu'en est-il de la définition, ne pourrait-on pas descendre sous les définition actuelle ?
          Mais quand je vois ce genre de produit, il me semble qu'il pourrait convenir a des applications de taille raisonnable ( bien sur, il reste le prix a connaitre).
          Si l'on passe à des moteurs continu ou pourrais aussi éviter les problemes de depassement et un pilotage plus fin que pas par pas.
          Par exemple cette vidéo promotionnelle promet un état de surface bien meilleur : https://www.youtube.com/watch?v=MSACl0Gmw8w

Pour ce qui est de la taille des moteurs en effet, il semblerait que les industriels du secteur ait fait le pas vers de l'asservissement en position http://www.micromo.com/applications/robotics-factory-automation/thermoplastic-rapid-prototyping-machine
Mais quand je vois ce genre de produit, il me semble qu'il pourrait convenir a des applications de taille raisonnable ( bien sur, il reste le prix a connaitre).

Si je vous suis sur le fait que pimper ma Dagoma avec des servo moteur n'est que pure folie, pourrait-on en dire de même de leurs adaptation sur des machines de plus grand volume pour petite et moyenne entreprise ? (Raise 3D)

Cordialement,

Julien

[J-Max.fr]

Re,

Bon, la vidéo, dans l'absolu c'est pas faux, mais il y a pas mal de demi-arguments discutables dans cette démonstration commerciale. L'énergie, le câblage, ok, peut-être. Maintenant le avant/après sur la qualité d'impression, c'est de l'esbroufe. Soit les deux photos ne sont pas prises de la même distance ou du même angle, soit c'est pas les mêmes settings, mais les couches de l'impression pas à pas sont quatre fois plus grosses, il y a anguille sous roche. Les Servos qu'il montre sont à 250-300€ le bout au bas mot, donc 20 fois plus cher qu'un sema 17 plus son driver, soyons clairs. Donc en environnement industriel où peu importe le coût ça doit fonctionner nickel aujourd'hui comme dans 10 ans, alors oui, des Servos ça s'envisage, surtout des brushless. Maintenant, qu'en est-il d'une machine amateur qui pourrait coûter 300€ et qui va passer à 2000€ pour le même cahier des charges ? C'est ça la vraie question.

Niveau précision, certes les Servos vont apporter la garantie d'un meilleur positionnement. Mais après quid de ce qu'il y a derrière ? Si un servo va positionner à 1 micron près tandis qu'un sema 17 le fera à 10 microns, qu'en sera-t-il de la résolution finale si les guidages ont 200 microns de jeu dans leur LM8UU ? (pour ne parler que de ça)

Il y a aussi un point à considérer, c'est la technologie filament. Honnêtement, elle n'est pas hyper précise non plus. La moindre variation dans le fil lui même et on prend facilement 50 microns dans le trait. Idem à quelques degrés d'écart. Nos buses ne sont pas précises non plus au micron près. Même une imprimante SLA est limitée au niveau de la précision en raison de la diffraction de la lumière dans la résine, même si je pense que dans ce cas, on pourrait peut-être quantifier l'amélioration due à l'emploi de Servos.

Je vais te donner un exemple. J'ai des Servos avec des encodeurs de 2048 sur ma grosse fraiseuse numérique, ils ont une réduction de 3:1 ce qui porte leur résolution à 6144 incréments par tour. La différence de qualité d'usinage n'est pas réellement significative par rapport à une machine avec des pas à pas de 200 pas par tour de qualité équivalente. La qualité de la fraise, est beaucoup plus importante que la résolution moteur pour réaliser le meilleur usinage des deux machines.  

++JM

[Julien-]

merci

[Julien-]

Re,

Bon d'accord cela ne vaut pas la peine de quitter une technologie qui marche pour une autre qui nous apporterait pas d'avantage conséquent et qui va sérieusement tous compliquer

Quand serait-il de garder mes moteurs pas à pas et de les asservir ?

• Si je place des codeurs sur les arbres moteurs, je pourrai m'assurer de ne pas avoir de shifting et c'est à peu près tout...
• Si je place un système de mesure de position de la tête, tel que un rail optique ou capacitif sur lequel la tête glisserai.( il serait alors intéressant de piloter en 1/32 de pas)

Je n'ai trouvé aucun article complet sur ce sujet, mais cela est abordé dans cette thèse de master (p.17)
 

[xyz]

question con: serait il possible de partir des éléments disponibles a prix abordable dans l'impression 3D (carte, roulements,  moteurs et pièces imprimés) et de fabriquer un tour d'usinage a plastique pour faire avec une plus grande précision les finitions en creux d'une pièce imprimée ?

Modifié (le) Avril 22, 2016 par xyz

[J-Max.fr]

Bonjour,

@xyz je ne vois pas bien le rapport avec le sujet initial, sans doute une erreur. Regarde sur thingiverse, tu as quelques micro-tours imprimables. Attention, ça doit tourner lentement, surtout pour le PLA.

@Julien- Encore que ce ne soit courant sur les Nema 17, les encodeurs ça existe. Mais ça sera toujours une question de coût de l'encodeur et du driver pour l'interpréter et réagir. En mode bricolage, tu as des codeurs linéaires à récupérer sur les imprimantes jet d'encre. Si tu es suffisamment calé en électronique pour produire un driver qui va bien avec, pourquoi pas. Un sur le Z, un autre sur le Y et c'est parti ! Recherche sur le forum Reprap, il y a eu un sujet assez technique sur l'utilisation de ces bande codeuses pour piloter une repart avec un moteur DC.  

++JM

[Julien-]

Ta réponse me donne envie de relancer le sujet de plus belle. 

Puisque dans une imprimante 2D a encre (on rencontre des modèles à 60 euros actuellement) se trouve un capteur ayant une course de 21 cm ( largeur d'une feuille) et ayant un précision de 1200 dpi = 0.021 mm. Si ce capteur représente 10% du prix de la machine (6 euro). Nous venons de trouver une uprgrade pour les machines que l'on pourrais chiffrer a une centaine d'euros avec l'uprgade de l'électronique.
Enfin si un pas de moteur représente a peu prêt 50 microns ( 2 fois supérieur au capteur), on pourrais de lors se débarrasser des jeux mécanique et de tous ces encombres pour arriver a une précision de 50 microns en x et y.

Si mon raisonement et valable pourquoi les machines haut de game ne l'on pas encore integrer. ?

[BourrinDesBois]

Sujet d'Avril auquel je repond aujourd'hui. Les pas à pas sont utiliser en boucle ouverte (rarement en fermé même si c'est possible). Leur utilité en boucle fermée sur de petite machine est quasiment nulle. Si j'ai un retour de position autant mettre un moteur à courant continu basique (c'est le cas de certaines imprimante ordinaire).

Le principe dans l'axe X des imprimantes classique c'est effectivement un moteur CC avec une règle de mesure. C'est une bonne solution économique (la règle est une bande en plastique avec des marquage au pas donné (par exemple tous les mm) auquel est associé un capteur photoélectrique. Je ne sais pas non plus pourquoi cette technique n'est pas mis en oeuvre sur les imprimantes 3D. J'imagine que c'est une question de cout et de couple également. Le besoin en couple est moindre sur une imprimante traditionnelle.