Werkzeuglängensensor / Z-Home Sensor selbst gebaut

Hallo Zusammen,

Nachdem ich meine MechaPlus CNC Fräse ProBasic 06-05 auf eine China Stand alone Steuerung umgerüstet habe, habe ich mich nach über 10 Jahren (seltener) Nutzung der Fräse mit dem Finden des Z-Nullpunkts beschäftigt. Bislang habe ich immer die "Papier-Methode" verwendet. Ein Papier auf das Holz oder GFK gelegt und den Fräser langsam runter fahren lassen, zum Schluss in einzelnen Schritten, bis das Papier beim Verschieben "kratzt". Hat immer funktioniert und eigentlich gab es keinen Grund etwas daran zu ändern.

Aber ich wurde neugierig und habe bei der Recherche zu der China Steuerung gesehen, dass Leute sich so einen Sensor selbst gebaut haben. Gut. Bei Amazon oder Ebay gibt es solche Primitiv-Sensoren (de facto ein Stück Metall und eine Kroko-Klemme, die an den Fräser geht) für wenig Geld.

Da ich mal beim Tastaturen Hersteller Cherry gearbeitet habe, hatte ich noch ein MX-Developer Kit mit 100 MX Grey Switches. Cherry mechanische Tastatur Schalter gibt es auch bei Reichelt. Es sind einfach die präzisesten Schalter, die auch noch eine relativ geringe Bauhöhe haben.

Also habe ich ein wenig gemessen und in Fusion 360 ein Gehäuse konstruiert:

Screenshot 2022-01-09 120549.png


Screenshot 2022-01-09 120519.png


Screenshot 2022-01-09 120451.png


Das Teil besteht praktisch nur aus drei zu druckenden Teilen: das Gehäuse, die Bodenplatte und die obere Platte.
Im Gehäuse habe ich rechteckige Aussparungen für Blei-Gewichte vorgesehen. Ich verwende Wuchtgewichte für PKW Alu-Felgen. Da hatte ich vor Jahren mal ein paar besorgt:

20220109_122753.jpg


Der Schalter wird eingeklickt. Als Kabel habe ich ein altes USB Ladekabel geopfert. In die Steuerung kommt es mit einem 3,5mm Mono Stecker.

Der Einsatz ist erschreckend einfach (warum habe ich das nicht längst gemacht?). Man positioniert den Fräser im Schnellgang grob über das Holz mit dem Sensor.

20220109_115814.jpg


In der Steuerung wählt man "Probe" aus. Dann fährt die Z-Achse langsam nach unten, trifft auf den Sensor und fährt wieder hoch, sobald der Kontakt geschlossen ist. Dabei werden die Parameter aus der Steuerung verwendet, um die Höhe des Sensors zu kompensieren (im Beispiel ist der Sensor beim Schaltpunkt 20,3mm über dem Holz). Also wird die Z-Höhe beim Schaltkontakt auf 20,3mm gesetzt. Der Wert ist auf ein Hundertstel einstellbar.

20220109_115849.jpg


Ich habe die Z-Achse dann ohne Holz auf 0 fahren lassen und geschaut, wie eng das Holz drunter sitzt. Nach einer Anpassung der Sensor-Höhe hatte ich eine perfekte und reproduzierbare Null-Stellung.

Die Konstruktion kann natürlich verfeinert werden. Ich fräse eigentlich nur Holz und GFK / CFK mit kleinen Fräsern (1,5mm, 2,0mm, 2,5mm). Dafür passt die Vorrichtung perfekt. Man könnte noch eine 10mm Kappe konstruieren, die auf den Schalter geschoben wird. Für mich ist das nicht relevant.

Die Druckdateien werden ich wieder auf prusaprinters.org veröffentlichen, falls das jemand nachbauen möchte.

Grüße
Alexander
 

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Hi

schön, daß Du Dir die Gedanken rund um einen solchen Sensor machst. Leider sind diese Taster maximal ungenau - im Bereich mehrerer Zehntel mm, da ist dann die Papiermethode noch genauer ;) . Weiterhin haben sie unglücklicherweise auch noch abhängig vom aussermittigen Abstand zur Tastachse eine Abweichung. Daher sind die Taster, die über einen Taster ausgelöst werden, mit einer geführten Tastplatte versehen oder lösen über eine verteilte Tastkonstruktion aus.
Tip: Schau Dir mal die TLS Taster an, simpel, bezahlbar und sehr wiederholgenau. Wenn Du Taster komfortabel drahtlos haben willst, die von vers.by

Grüsse

Gero
 
Hallo Gero,

Interessanter Punkt. Mehrere Zehntel. Was bedeutet das? Drei Zehntel, sieben Zehntel (fast schon ein mm). Bevor ich die Daten liefere, hier ein paar grundlegende Überlegungen.

Auf dem Bild kann man erkennen, dass die Opferplatte voller Einfräsungen ist, weil ich immer ca. 1/10mm durchfräse. Hat das Auswirkungen auf den Nullpunkt? Selbstverständlich. Hier kann man schon mal locker 1/10mm Abweichung einkalkulieren, abhängig davon, auf welcher Stelle man die Probe macht.

Ich fräse primär Balsaholz, Pappelsperrholz und GFK. GFK hat eine sehr einheitliche Dicke. Aber Pappelsperrholz oder Balsa? Je nachdem welche Qualität man vor sich hat (für Prototypen nehme ich billige Qualität), kann man 1/10mm bis 2/10mm Unterschiede in der Dicke der Brettchen messen. Auch das hat einen Einfluss und muss einbezogen werden.

Was ich damit sagen will: das ist keine CNC Fräse für Stahl, bei der es auf 1/100mm ankommt.

Ich habe aus Neugierde eine kleine Testreihe gemacht, bei dem ich immer wieder auf Z-Probe gedrückt habe, ohne das Holz zu verschieben. Lediglich die Position des Tasters wurde um 1-2mm bewegt, so dass der Fräser nicht immer auf die Mitte kam.

Hier das Ergebnis:

Tests Taster Diagramm.png


Der Maximale Unterschied beträgt 6/100 mm bei neun Tests. Das ist für mich "gut genug". Das "Gefühl" beim zwischenschieben eines Papiers nach dem Nullen ist immer identisch. Es macht in der Praxis keinen Unterschied.

Ich stelle mir auch die Frage: welche Teile setze ich ein. Die Cherry MX Schalter kenne ich aufgrund meiner ehemaligen leitenden Tätigkeit bei Cherry sehr genau. Ich habe mich oft und lange mit den Entwicklern unterhalten. Die Schalter werden übrigens unter strengsten QM Maßnahmen im Werk in Auerbach in der Oberpfalz hergestellt.

Cherry Taster sind mit das beste, was man auf der Welt bekommen kann (wenn ich das sagen darf).
 
Hallo Gero,

Du hast natürlich recht. Meine Messungen halten professionellen Standards sicher nicht stand. Der nach jeder Null-Stellung durchgeführte Papier Test hat mir gesagt, dass ich den Nullpunkt mit Papier genau so eingestellt hätte. Das nenne ich "gut genug".

Ich habe im Leben aber eines gelernt: es gibt immer bessere Lösungen und es gibt noch mehr Menschen, die über viel umfassendere Erfahrungen verfügen als man selbst. Aber manchmal ist es einfach schöner, wenn man eine Idee verfolgt, umsetzt und ein Erfolgserlebnis hat. Ganz für sich selbst. Selbst wenn andere das nicht nachvollziehen können oder (ggf. berechtigterweise) viel höhere Ansprüche stellen, als man selbst.

Es wäre schade, wenn andere sich vom Experimentieren abhalten lassen würden. Schließlich geht es um Modellbau und nicht im High-End-Profi-Tools. Einen solchen Taster für unter 5 EUR selbst zu bauen statt über 90 EUR für einen TLS auszugeben hat schließlich auch was.

Viel Glück!
Alexander
 
Vielen Dank Hartmut für die Ermutigung und diejenigen, die meinen Beitrag geliked haben.

Hier der Link zu den STL Dateien wie versprochen: https://www.prusaprinters.org/prints/117314-cnc-tool-length-sensor-cnc-probe

Ich habe heute Abend noch einige Tests gemacht und bin nach wie vor sehr zufrieden mit der Wiederholgenauigkeit. Für meine Zwecke ist die Genauigkeit absolut ausreichend. Ich habe nun doch noch einen Tast-Kopf konstruiert, der auf das Kreuz des Schalters gesteckt wird. Das ist weitgehend Kosmetik.


Screenshot 2022-01-11 195635.png


Das sieht dann so aus:

20220111_193108.jpg


Der Tastkopf ist rot. Wichtig: es ist nicht die gesamte Platte, die als Tastfläche dient. Es ist lediglich der rote Punkt, der auf dem Cherry Schalter sitzt. Er hat einen Durchmesser von 6mm. Durch die Form kann er bis zum Anschlag direkt auf den Schalter geschoben werden.

Den roten Punkt muss man beim Null-Setzen mit dem Fräser treffen. Ist eigentlich deutlich. Nur, um Missverständnisse zu vermeiden.

Ich habe das Gehäuse noch etwas angepasst, um die Gewichte besser unterbringen zu können:

20220111_193011.jpg


Nach dem Zusammenbau werden die Teile verklebt.

Grüße
Alexander
 

Bernd Langner

Moderator
Teammitglied
Hallo Alexander

Kannst du den Link zum Taster bei Reichelt einfügen oder
die Herstellerbezeichnung posten?

Gruß Bernd
 
Moin zusammen,

vor en paar Monaten habe ich, einfach weil ich wissen wollte wie es sich so damit arbeitet, einen ganz ähnlichen Taster gebaut, mit ein paar Alu-Drehteilen und einem (sogar gebrauchten; iiii-bäh) Taster aus einer Computermaus gebaut. Ich benutze ihn hauptsächlich, um im Schraubstock gespannte Werkstücke aus Alu, Messing etc. zu nullen. Anfängliche Messungen sahen ähnlich aus wie die gezeigte Grafik oben; Zusammen-steck-tests mit den gefrästen Stücken offenbahrten keine wirklich fühlbahren Abweichungen vom Ideal. Immerhin fräse ich keine Messwürfel, sondern Stücke die meist weiterverarbeitet werden.

Manchmal glaube ich, dass besonders beim Thema cnc-fräsen einige ihren Fetisch ausleben. Da geht es gar nicht mehr darum, ob es zielgerichtet ist, oder zweckmäßig, es geht nur noch um noch teurer, größer, schwerer, geiler...

Gruß, Rene
 
Mir wollte irgendwann mal jemand erklären das Microschalter als Referenzschalter für XYZ nicht taugen da deren Wiederholgenauigkeit < 1/10mm ist. Auf das Argument das "0" Null bleibt egal wie viel Abweichung der Schalter hat, konnte man mir nicht folgen...
Das mich nur die absolute Werkstückposition interessiert und nicht der Ref. "0"wurde nicht verstanden :-) Klar wenn ich fixe Schraubstöcke auf einer Fräse positioniere oder eine Fräsvorrichtung fix montiert habe, dann wäre das klar. Aber null bleibt eben null :-)
 
Darf ich als Themenstarter eine Bitte äußern? Vielleicht kann die Diskussion über Genauigkeit und Metrologie der Werkzeugsensoren in einem eigenen Thread geführt werden. Das tut für meinen 3D Druck nichts mehr zur Sache. Wir wissen alle, dass es im richtigen Leben immer Grenzen gibt. Manche sind bereit mit gröberen Werten zu leben und für manche ist vielleicht aufgrund der Anforderungen eine viel genauere Messung erforderlich. Ich würde meinen Taster vermutlich auch nicht auf einer großen Werkzeugmaschine nutzen, die auf 1/100 genau arbeitet. Aber für meine einfachen Holz und GFK Teile ist das "gut genug". Das haben mitllerweile etliche Einsätze gezeigt.

DANKE!
 
Moin

Begriffsklärung: der Einwand auf die vermeintliche Präzision ging nicht auf Genauigkeit, sondern die irrtümliche Verwendung des Begriffes "Absolut 0" und das das Werkstück eine absolute Position hat, die immer null ist. Anbieter wie ESTLCAM/BEAMICON .... haben nicht umsonst absolute Nullpunkte (Referenzpunkte), die dann über Softlimits den Arbeitsraum der Maschine absichern. Das Werkstück ist dann relativ zu diesen (möglichst präzise anzufahrenden) Referenzpunkten: Quizfrage - warum heißt der Absolute Nullpunkt (0K) absolut - da geht halt nix drunter ;)
Verbesserung für den Meßtaster, Bitte eine harte Platte auf den Tastkopf bauen, bei mit Fischschwanz angeschliffenen Fräsern Graviersticheln oder sehr kleinen Fräsern (0,4) , graben sich beim Messen diese unkontrolliert in das weiche Plastik (der Taster hat genügend Widerstand) und das Meßergebnis ist - naja

Grüsse

Gero
 
Hallo Alexander,

danke das Du das hier veröffentlicht hast. Dank Dir habe ich jetzt auch einen Werkzeuglängensensor an meiner Fräse den ich vorher nicht hatte.

Bisher habe ich zum Nullen der Höhe immer ein Papier aufs Werkstück gelegt und den Fräser solange runtergefahren bis das Papier geklemmt hat. Mit deinem Sensor geht das viel schneller und viel genauer als bisher, wie konnte ich das nur bisher ohne machen? :eek:

Grüße,

Thomas
 
Hallo Thomas,

Danke für die Rückmeldung. Das ist für mich das beste: wenn ich eine Idee hatte, die andere erfolgreich umsetzen konnten.
Und mir geht es ähnlich. Ich frage mich auch, wie ich vorher ohne auskommen konnte. Auch für meine Zwecke habe ich eine bessere Genauigkeit festgestellt als ich sie mit der Papier-Methode hatte.

Grüße
Alexander
 
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