Encoder - Sinus / Cosinus auswerten

Hallo zusammen,

folgendes Problem:
Ich habe ein Sensor "LIP 200" gekauft und möchte die Signale erfassen und auswerten um die Position zu bestimmen.
Der Sensor hat 1Vss Schnittstelle. Auf NI-Seite habe ich cDAQ-9137 mit dem NI-9220 Modul. Der NI-Modul kann bis 100 kHz/s/Channel.

Ziel ist es: Ohne Signalkonvertierung die analoge Signale auszuwerten und interpolieren. Ich brauche sehr hohe Genauigkeit <~ 10 nanometer

Hat jemand Erfahrung wie ich SIN/COS Signal auswerten kann?

Konvertierung auf TTL kommt im Moment nicht in Frage, da zu viele Pins an meine DIO belegt werden.!

Danke und hoffe dass jemand Erfahrung damit hat.

Gruß
Nxitimi

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Hallo nxitimi,

lies doch mal hier (S. 10) - ist nur ein Treffer von vielen, wenn man nach sin-cos-geber googelt…

Oder du liest direkt beim Hersteller nach…

Du hast Sinus und Cosinus, die arctan2 gibt Dir die Phase, gefolgt von einem Phaseunwrap und Skalierung mit der Periodenlänge -> Weg.
Wenn ich die Doku zum Geber richtig gelesen habe, hast Du bei Nutzung des TTL Ausgangs eine Auflösung von 4nm und die DAQ könnte das in Hardware .. ist echt einfacher.

Und 10nm Genauigkeit ist schon mal nicht ohne, ist die Temperatur stabil genug? (Sofern der Stab die Genauigkeit hergibt ... )

(22.01.2018 15:21 )HVo schrieb:  Du hast Sinus und Cosinus, die arctan2 gibt Dir die Phase, gefolgt von einem Phaseunwrap und Skalierung mit der Periodenlänge -> Weg.
Wenn ich die Doku zum Geber richtig gelesen habe, hast Du bei Nutzung des TTL Ausgangs eine Auflösung von 4nm und die DAQ könnte das in Hardware .. ist echt einfacher.

Und 10nm Genauigkeit ist schon mal nicht ohne, ist die Temperatur stabil genug? (Sofern der Stab die Genauigkeit hergibt ... )

Temperatur ist kein Problem. Höchstens +- 10 °C unterschied und sollte nicht viel ausmachen.

Das mit dem DAQ Hardware habe ich nicht verstanden? Warum ich kein TTL möchte ist es weil ich kein Platz hab ansonsten wäre es einfacher.

Also verstehe ich richtig: Aus ARCTAN2(A/B) bekomme ich die Phase? Aber die Phase ist auch ein analoges Signal? oder? Phasenunwrap habe ich kein Schirm was das ist, werde mal recherschieren. . .

Danke

Hallo nxitimi,

Zitat:Also verstehe ich richtig: Aus ARCTAN(A/B) bekomme ich die Phase?

Mathematik, 7-10. Klasse (grundlegende Winkelfunktionen)…

Zitat:Aber die Phase ist auch ein analoges Signal?

Das sind Winkelfunktionen im Allgemeinen…

Zitat:Phasenunwrap habe ich kein Schirm was das ist, werde mal recherschieren…

Der Arctan gibt dir einen Wert zwischen ±½pi, während dein Encoder aber mehrere Perioden von Sinus/Cosinus durchfährt.
Also musst du die "wrapped"/eingegrenzte Phasenlage wieder "unwrappen"/auf den echten Winkel erweitern…

Zitat:Höchstens +- 10 °C unterschied und sollte nicht viel ausmachen.

- Ausdehnungskoeffizient lt. Heidenhain: 0.1*10^-6/K
- macht für ±10K=20K einen Faktor von 2*10^-6
- bei einem Keramikstab von 1m=1000mm Länge ergibt das eine Längenänderung von 2µm=2000nm
Wie genau wolltest du messen?

Zitat:- Ausdehnungskoeffizient lt. Heidenhain: 0.1*10^-6/K
- macht für ±10K=20K einen Faktor von 2*10^-6
- bei einem Keramikstab von 1m=1000mm Länge ergibt das eine Längenänderung von 2µm=2000nm
Wie genau wolltest du messen?

Danke. Temperatur: Danke dass Sie erwähnt haben. -- > Die Lösung wäre wahrscheinlich die Isolation. Der Keramikstab ist 40 [mm] groß --> das ergibt 0.08 [µm] ~ 80 Nanometer das ist auch zu viel.
Müssen uns überlegen wie wir das hinkriegen.

Die Temperatur des Maßstabes ist das eine... was soll denn gemessen werden? Und die Längenausdehnung der Montage?

(22.01.2018 17:21 )HVo schrieb:  Die Temperatur des Maßstabes ist das eine... was soll denn gemessen werden? Und die Längenausdehnung der Montage?

Hallo,
bin am ausrechnen von der Längenausdehnung der Montage :-). Danke. Außerdem hab Heidenhahn kontaktiert, weil ich richtige Angaben brauche.

Es wird ein Dichtungsprüfstand gebaut und es soll der Weg der Kolben gemessen werden. Der Kolbenweg soll kleiner 10 nanometer aufgelöst werden können :-(

Gruß
Nxitimi

Update: 23.01.2018
Also der Hersteller verwendet ZERODUR® Dehnungsklasse 0 EXTREME 0 ± 0,007 ・ 10-6/K und bei 50 [mm] Maßstab-länge nehmen die als Vernachlässigbar. Für mich bedeutet das 7 Nanometer.
So extreme Materialien kannte ich nicht!

Gruß
Nxitimi

Gute Nachricht: Du hast gerade die Anforderungen von 10nm Genaugkeit (d.h. Unsicherheit <10nm) auf 10nm Auflösung geändert.
DAS ist ein großer Unterschied. Nur sind die 10 nm Auflösung ein akademischer (Sorry) Furz, wenn die Genauigkeit oder die zumindest die Wiederholgenaugkeit 3 bis 4 Dekaden drüber liegen.

Ja ZERODUR ist schon eine feine Sache, aber die Kolben, Zylinder etc werden sich bei den Temperaturen munter verbiegen und strecken ....
Dichtung/Kolben ... Volumenänderung ...Druck .. alles vom Material und dessen Ausdehnungs/Temperatur (aber auch Elatizität) abhängig. Ich empfehle dringend eine allgemeine Fehlerbetrachtung ... Du wirst merken, die Temperatur ist Dein größter Feind. Die Längenauflösung wird vermutlich Dein kleineres Problem sein

Die 3-4 Dekaden sind meine Schätzung ohne jetzt Deinen Aufbau zu kennen. Ich habe hier nur Kollegen, die die Temperaturunterschiede im u~mK Bereich messen und kompensieren...

Aber die 10nm Pseudoauflösung sind für und mit Computer kein Problem

Wer in solche Bereiche möchte, braucht dann aber mit der Datenerfassung nicht zu sparen, und kann sich noch eine Karte für die digitale Schnittstelle leisten

(22.01.2018 15:57 )nxitimi schrieb:  Das mit dem DAQ Hardware habe ich nicht verstanden? Warum ich kein TTL möchte ist es weil ich kein Platz hab ansonsten wäre es einfacher.

Naja, 2 AI und 2 AO können ja auch bis zu 4 andere DIO ersetzen, Flanken- bzw. Pegeldetektion ist einfacher und schneller als die Analogsignale des Inc-Gebers auszuwerten. Letzteres ist mit den digitalen Ausgängen und fertigen Softwaremodulen (zum Teil in den DAQ FPGA/ASIC gegossen) deutlich einfacher, sicherer und schneller, aber natürlich akademisch weniger anspruchsvoll ...

Prüfstand bedeutet meistens Auswertung in 'Echtzeit' .. schon mal zeitkritische Anwendungen in LabVIEW realisiert?
Wie sind Deine Kenntnisse in Mathe, Hard- und Software ? Wie in Konstruktion , Mechanik? Wieviele Baustellen möchtest Du haben? Wann möchtest Du mit dem Projekt fertig sein?

Haidenhain macht bei dieser Hardware eine 32er (5 bit) Interpolation einer Periode , 'theoretisch' kannst Du da analog mehr rausholen, der Hersteller hat ja auch 1024er ... macht aber sehr wahrscheinlich bei der gegebenen Hardware keinen Sinn. (und bei +-10K sowieso nicht)