Скан профиля поверхности

 Arduino  Комментарии к записи Скан профиля поверхности отключены
Сен 032017
 

Для обрезки платы используется фреза «кукуруза» диаметром 2…3мм, лучше 2. Не так много опилок и нагрузка на станок меньше.

Плата просто приклеивается к жертвенному столу скотчем. Кстати, стол можно сфрезеровать под ноль, тогда все огрехи геометрии станка по крайней мере будут повторять форму подложки, что позволит повысить точность. Но я этого делать не стал, хотя у меня расхождение между углами составляет около миллиметра. Просто к гладкой ламинированной МДФ панели лучше клеится текстолит и при удалении скотч отрывается сразу полностью, не размазываясь по волокнистой структуре МДФ. Разница как… отрывать скотч от лакированного стола или от картонной коробки. Коробка срывается с мясом. Тут так же почти. Потому не фрезерую.

▌Сканирующий софт
Чтобы компенсировать кривизну стола, а у меня она особо кривая, я провожу сканирование поверхности, строя карту высот. Сначала надо подготовить карту высот:

Вообще в Mach3 есть свой визард для этой цели. Искать в меню Wizard-Pick Wizard…-Digitize Wizard, откроется вот такая хреновина:

Где можно указать размер общупываемой поверхности (Width и Height of area), безопасную высоту перемещения щупа (Z travel), глубину до которой щуп будет искать поверхность (Z Axis Probe Depth). Stepover это шаг по осям, а FeedRateскорость с которой щуп пойдет до поверхности. Чем быстрей тем быстрей сканирование, но по инерции он может попасть чуть глубже чем надо. Поэтому тут надо ловить баланс. Потом жмете Create and Load Gcode и у вас в мач сразу же будет загружен готовый код сканирования. Я не пользуюсь этим визардом потому, что он не очень удобный. Куда проще сгенерировать код в той же проге которая будет править код плана резки. Это G-code Ripper.

Брать его с официального сайта Не забыв передать привет мудилам из Роскомнадзора, которые его заблокировали как экстремистский. Так что применяйте прокси-плагины (Opera Turbo вполне подойдет или FriGate плагин для Chrome, только там надо будет вручную вписать адрес этого сайта).

Итак, запускаете G-code Ripper. Эта штука, как и flatcam тоже написана на питоне и тоже имеет консольный интерфейс (впрочем я в нем пока сам не разбирался, а так, думаю, можно вписать ее в наш злой батник). А пока же втыкайте в его GUI.

И что же мы видим:

Вот такое главное окно программы. Нам надо выбрать в левом нижнем углу Auto Probе и через меню File загрузить гкод нашей гравировки. Сначала давайте сторону которую будем резать.

Получили наш план резки и белые крестики поверх. Крестики это точки ощупывания. Обратите внимание на расположение осей координат, туда вы должны будете потом пригнать щуп. А пока займемся пересчетом и вводом параметров программы:

Probe Offset — это смещение щупа относительно инструмента. У меня щупом является сам инструмент, поэтому тут нули. Probe Z Safe — безопасная высота сканирования. Зависит от кривизны вашей системы. У меня разброс под миллиметр и потому я поставил 2. А вообще при ровном столе достаточно и 0.8 мм. Чем ниже тем быстрей сканирование. Опускаться то меньше! Probe Depth — предельная глубина на которую пойдет щуп. У меня 0, т.к. в данном случае начало координат стоит в самом низком углу моего стола. А вообще можно и в минус немного загнать, скажем на -0.5. Хуже не будет. Probe Feed — скорость опускания. Меньше — точнее, но дольше скан и шуму больше. У меня 100мм/мин. Х/У Points это сколько точек по вертикали и горизонтали снять. Вон те самые белые крестики. Габариты платы он сам выберет. Pre и Post коды я оставляю пустыми, т.к. никаких дополнительных кодов перед и после программы мне не надо. А вот счастливые обладатели ченейджера могут, например, автоматом специальный щупательный инструмент вытащить, а потом убрать обратно. Controller у меня MACH3 и, собственно, все.

Жмем Save G-code File Probe Only, получаем файл с гкодом, шлем его в станок и идем щупать плату.

Как же станок будет сканировать поверхность? Для этого у станка есть щуп. Когда щупа касается масса, то станок это чувствует. За массу у меня принят шпиндель. Вот та пластиковая приблуда, что окружает его крыльчатку это держатель щетки. Которая сделана из старой фрезы и втыкается в центр вала, на подпружиненном крепеже. Почему я просто не подал массу на корпус шпинделя? А потому, что через его подшипники довольно хреновый контакт. Он может пропадать в зависимости от угла поворота. А так он прям по валу дойдет до цанги, а внутри цанги еще маленькая пружинка подведет контакт прямо к инструменту. А сам щуп представляет собой пластину известной толщины (где то 0.5мм) на проводке. Если мне надо выставить инструмент точно на 0 я кладу в нужное место пластину, прижимаю ее пальцем к поверхности и даю команду на поиск нуля. Станок тычется в пластину инструментом, потом учитывает толщину и осознает текущую высоту кончика инструмента. Подняв при этом инструмент на 2.5мм.

В случае же с текстолитом мне нужно просто положить контакт щупа на медь, закрепить изолентой, чтобы не убежал и сделать поиск поверхности. Координата, конечно, выставится не верно. Т.к. в этом случае нет толщины самого щупа. Но это не важно. Главное теперь можно вручную, вводя команду G1 Z-2 (почему -2? А потому, что по моему скрипту после нахождения у меня инструмент подпрыгнет на 2.5мм, а 0.5 толщина пластины щупа, т.е. фактически его координата станет 2мм), опустить инструмент почти до уровня текстолита. Почему почти? А для больше точности не помешает поймать самый нежный контакт, а автопоиск довольно груб, т.к. у станка есть некоторая инерция и он немного промахивается. А вот если завести инструмент почти на ноль, а потом вручную, командами G1 Z## сдвигая на сотку-другую вверх или вниз добиться того, что кнопка индикатора начнет мерцать (а она у меня меняет цвет когда происходит касание щупа) от малейшей вибрации в помещении. Скажем когда кто-то мимо прошелся. Да, само собой при этом мы выставляем координаты Х и У в будущий ноль координат исходя из нашей платы. Не путать с нулем станка (машинные координаты).

Дальше, когда ноль найден, то надо обнулить координаты по XYZ и запустить программу сканирования, указать в какой файл записать данные и получить текстовый файл примерно вот такого вида:

0.00000,0.00000,0.00500
7.05500,0.00000,0.03000
14.11500,0.00000,0.03000
21.17000,0.00000,0.06500
28.22500,0.00000,0.07000
35.28500,0.00000,0.11500
42.34000,0.00000,0.12000
49.39500,0.00000,0.16000
56.45500,0.00000,0.14000
63.51000,0.00000,0.14000
0.00000,8.65500,0.00000
7.05500,8.65500,0.00000

Тут все и так ясно — это просто координаты по осям где инструмент коснулся поверхности. Что нам, собственно, и нужно.

Возвращаемся в наш Gcode-Ripper и делаем там Read Probe Data File и наши крестики становятся черными:

Готово. Осталось теперь нажать для верности кнопочку Recalculate и сохранить скорректированный файл. Save G-code File Adjusted. Если теперь их сравнить в каком-нибудь NC-Corrector’e то на виде сбоку будет видно, что у нового файла появился рельеф дна 🙂

старый:

новый:

Таким же макаром правим и обрезку по контуру, иначе вы рискуете не дорезать до конца или наоборот задрать стол. Он, конечно, жертвенный, но лучше обходиться без жертв.


Ободрали изоляцию. Получилось хреново, потому что фреза 0.2 да еще и тупая. А тут бы 0.1 и поострей. Лохмы образуются потому, что контур надо бы обходить в двух направлениях, т.к. фреза когда идет по фольге с одной стороны пропила режет чисто, с другой махратит. И надо обратный проход сделать, снять заусенки. А флаткам не делает его или я не научился еще. Поэтому я их обычно сношу мелкой шкурочкой в пару движений. Еще можно снизить подачу реза, будет намного чище. Или, если шпиндель позволяет, обороты повысить. Вон LPKF Protomat жарит на 100 000 оборотах и там гладенько все.


А это вот уже практически готовая плата. Четыре огромные дырки на месте кнопки это я хорошо факапнулся на эпизоде смены инструмента при сверлении. Когда выложу видео там увидите сами. Надо было поставить после 0.8мм сверла 1мм сверло (или просто нажать «далее», чтобы тем же 0.8мм просверлить), а я не прочитал что мне предложил поставить станок, забыл, что там еще миллиметровые отверстия есть и воткнул сразу 3мм и он мне их весело засверлил 🙂 ЧПУ не прощает ошибок.

Вот как то так. Да, на двусторонке, после переворота текстолита, надо еще раз его простучать щупом.

Электронные весы на базе HX711

 Arduino  Комментарии к записи Электронные весы на базе HX711 отключены
Сен 012017
 

Взято со sxem.net
Электронные весы на базе HX711

На сегодняшний день в продаже имеются необходимые инструменты, чтобы буквально «на коленке» собрать свои электронные весы: микросхема АЦП HX711 (продается на AliExpress), специально предназначенная для применения в весах разрядностью 24 бита и датчик массы, представляющий собой мостовой или полумостовой измеритель на базе тензорезисторов в качестве чувствительного элемента.

Если при подборе элементной базы микросхемы HX711 представлены практически одними и теми же модулями, то датчики массы можно подобрать различной конфигурации. Главный параметр таких датчиков – это измеряемая масса (1 кг, 3 кг, 5 кг, 50 кг и так далее), в зависимости от этого параметра датчики могут иметь так же различную форму и исполнение. По сути, датчики массы измеряют приложенное усилие относительно плоскости датчика – вес тела, но при помощи несложных физических формул можно вычислить массу тела. А раз мы измеряем силу, с которой тело давит на датчик, то и сфера применения подобных схем резко увеличивается. В самом простом случае – это обычные весы, для которых масса тела будет пропорциональна данным, получаемым от АЦП. В более сложных случаях при помощи схем на основе данной элементной базы можно измерять, например, скорость ветра (сила, с которой ветер давит на опору датчика, будет пропорциональна размеру опоры и скорости ветра) или регулировать прикладываемую силу к какому-либо предмету относительно получаемых данных.

При измерении массы тела данным методом стоит учитывать при разработке некоторые нюансы. Как уже отмечалось, датчик регистрирует вес тела, а вес тела это масса, умноженная на ускорение свободно падения или силу тяжести (~9,8 м/c2). Таким образом, видим, что измеренная масса тела будет зависеть от значения силы тяжести планеты, что значит, что в разных точках Земли, а также с увеличением высоты (расстояния от поверхности земли) сила тяжести будет изменяться, что повлияет на то, что масса тела в различных условиях может быть в небольшой степени различна. Хотя масса тела неизменна, но способ измерения связан этими физическими явлениями, поэтому это может являться причинами погрешности измерений кроме основных причин.

Как же мы все-таки измеряем массу (вес) тела этим датчиком, с виду напоминающим железную болванку?

Для начала необходимо иметь понятие о чувствительном элементе этого датчика – тензорезисторе.

Тензорезистор – это резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации.

С этим понятно – есть некий резистор (обычно это гибкая пластинка – пленочный тензорезистор, на который напылены проводящие элементы), который при изгибе, растяжении и прочих деформациях изменяет свое сопротивление. На датчике массы тензорезистор располагается под слоем белого защитного полимера. Основание датчика – алюминиевый брусок с отверстиями для крепления и большим отверстием для задания модуля упругости бруска таким образом, чтобы тензорезистор улавливал упругую деформацию этого бруска в заданном диапазоне измерения массы. Итак, собирая воедино способность тензорезистора изменять свое сопротивление при его деформации и способность металла бруска при упругой деформации растягиваться или сжиматься (деформироваться) при воздействии силы, получаем датчик, который измеряет деформацию при приложенной силе к этому датчику. А так как модуль упругости в самом распространенном варианте имеет линейный характер (закон Гука), получаем вполне точный датчик, с помощью которого можно измерять усилие, приложенное к датчику в заданной плоскости, и, следовательно, вес тела (и массу), прикладывая груз перпендикулярно датчика.

Направление усилия (приложения груза) указывается на самом датчике, там же указывается и вес, на который рассчитан этот датчик. Схема измерителя на этом датчике является полумостовой – один тензорезистор сверху, второй снизу, при приложении усилия один тензорезистор растягивается, второй сжимается. Схема способна регистрировать вес до сотой грамма, но в этом диапазоне очень много шумов, поэтому схема вполне стабильно способна регистрировать вес до десятых долей грамма. Однако, это применительно к датчику FZ0967 на 5 кг, если взять датчик на 1 кг, то теоретически минимально стабильный порог будет меньше. И аналогично при применении датчиков на больший вес минимально стабильный порог увеличится. Таким образом, при выборе датчика стоит учитывать сферу применения для получения максимально точного результата.

Для измерения массы различных тел был сделан измерительный столик из подручных материалов, а именно старой коробки DVD дисков и самих дисков (или подкладных болванок).

Одной стороной датчик прикручивается к центру коробки от дисков, ко второму конце датчика прикручивается диск, на которой будут ставиться грузы (диски хотя и гибкие, но при приложении чрезмерной силы хрупкие, это стоит учитывать при сверлении отверстий в них, чтобы не расколоть). Таким образом, один конец датчика зафиксирован, а вес прикладывается к другому концу – приложенный груз как бы действует на изгиб датчика, хотя этого вы не заметите.

Для работы с такими датчиками была специально разработана микросхема АЦП HX711.

На базе этой микросхемы в поднебесной делается несколько видов модулей: копеечные модули без экрана и чуть дороже с экранированием элементов. Модуль с экранированием теоретически должен давать более стабильный результат измерений.

Основные параметры микросхемы АЦП HX711:

  • Два входных канала для измерения
  • Регулируемый коэффициент усиления 32, 64, 128
  • Простой цифровой интерфейс, не требующий программирования (так гласит даташит, хотя по большому счету программирование параметров присутствует)
  • Регулируемое количество выборок 10 или 80
  • Разрядность АЦП 24 бита
  • Фильтр на 50 и 60 Гц питания
  • Потребление тока до 1,5 мА
  • Напряжение питания от 2,7 до 5,5 вольт
  • Диапазон рабочих температур от минус 40 до плюс 85 градусов Цельсия
  • Знаковые выходные данные от 800000h до 7FFFFFh

Для подключения к микроконтроллеру используется простой цифровой интерфейс, схожий с I2C, но имеющий с ним мало общего, поэтому придется управлять выводами интерфейса выводами микроконтроллера (в простонародии ногодрыг), так как аппаратного интерфейса ни на одном микроконтроллере нет – это некоторая импровизация для упрощения работы микросхемой, хотя на самом деле, уходя от стандартов, это все только усложняет. Пример использования этого интерфейса присутствует в даташите, поэтому все можно делать просто по примеру и аналогии.

После того, как получим данные от АЦП необходимо учесть два нюанса. Первое, значение представляет собой чистые данные АЦП, то есть количество отсчетов относительно приложенного веса. Что бы не забивать себе голову пересчетами количества отсчетов в значение веса или массы, вспоминаем, что все зависимости у нас линейные, а значит пропорциональные, поэтому нам нужен всего один общий коэффициент для этого пересчета. Для моего экземпляра коэффициент равен 430 при пересчете в единицы грамм. Как это узнать? Есть два способа – строгий математический, с поиском различных справочных данных по материалу из которого изготовлен датчик, поиска параметров тензорезисторов для выведения зависимости модуля упругости материала в данной геометрической конфигурации к сопротивлению тензорезисторов при упругой деформации датчика. Второй способ не самый точный, но крайне быстрый и простой. Необходимо просто замерить сколько отсчетов АЦП приходится на единицу приложенной массы. Для этого необходимо учесть второй нюанс – сама конструкция имеет некоторый вес и перед измерениями его нужно просто убрать – вычесть и получить «ноль» на весах. Далее поставить на весы гирьку определенной известной массы и получить некоторое значение АЦП. Это количество отсчетов будет приходится на единицу массы на весах:

К=(количество отсчетов с массой гирьки – количество отсчетов без приложенной массы) / масса гирьки

Далее этот коэффициент используется после каждого измерения АЦП для перевода в значение единиц массы и выводится на дисплей. Для моего экземпляра этот коэффициент равен 430.

Для сборки весов используем микроконтроллер STM32.

Исходный код для микроконтроллера находится в конце статьи. Схему удобно собирать на минимальной отладочной плате, потому что в этом случае необходимо минимум деталей для сборки — соединяем между собой плату с микроконтроллером, дисплей и модуль АЦП с датчиком, подключаем к питанию.

Для оценки точности измерений, а также для определения коэффициент для перевод значения АЦП в массу лучше всего использовать груз с заведомо точно известной массой. Для этой цели хорошо подойдут мерные гирьки. Вот такой раритетный экземпляр, например.

Как видим, схема показывает весьма неплохие результаты точности измерения (небольшое видео находится в конце статьи). Стоит помнить также о том, что датчик рассчитанный на измерение массы до 200 кг не даст такой точности до сотых долей грамма как датчик, рассчитанный на измерение массы до 100 г. Поэтому при выборе датчика обязательно нужно учитывать сферу применения весов для получения наиболее оптимальных результатов.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин
IC1 МК STM32 STM32F103C8 1 Поиск в Fivel
HG1 LCD-дисплей ILI9341 1 Поиск в Fivel
MOD1 Модуль АЦП HX711 1 Поиск в Fivel
MOD2 Тензодатчик FZ0967 1 5 кг Поиск в Fivel
VR1 Линейный регулятор AMS1117-3.3 1 Поиск в Fivel
Z1 Кварц 8 МГц 1 Поиск в Fivel
S1, S2 Кнопка тактовая 2 Поиск в Fivel
HL1 Светодиод 1 Поиск в Fivel
R1 Резистор 100 Ом 1 Поиск в Fivel
R2-R4 Резистор 10 кОм 3 Поиск в Fivel
R5 Резистор 390 Ом 1 Поиск в Fivel
C1, C2 Конденсатор 22 пФ 2 Поиск в Fivel
C3-C7, C9 Конденсатор 100 нФ 6 Поиск в Fivel
C8 Электролитический конденсатор 220 мкФ 1 Поиск в Fivel
C10 Электролитический конденсатор 100 мкФ 1 Поиск в Fivel

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы: