Kurzanleitung

[Servoansteuerung] [Hardware]

Um mit dem Arduino einen Plotter zu steuern, sind folgende Schritte notwendig:

Windows USB Treiber

Arduino am PC anschließen Verbinde den Arduino mit dem PC, unter Windows 10 wird der benötigte Treiber automatisch installiert, wenn nicht: die günstigen Arduino Nachbauten benutzen häufig den CH340 USB Chip. Siehe hier für weitere Information https://www.google.de/search?q=arduino+ch340.

 

Grbl Firmware

XLoaderDownload und entpacke GRBL-Plotter.  Starte das Program XLoader.exe. Wähle die gewünschte Firmware, die richtige Arduino Version und den richtigen COM-Port, dann starte das Upload. Mit den gezeigten Einstellungen hat das Hochladen 18 Sekunden gedauert.

Nach dem erfolgreichen Hochladen muss der XLoader beendet werden.

 

Erste Verbindung

GRBL-Plotter connectionInstalliere GRBL-Plotter durch das Ausführen von 'setup.exe' aus dem entpackten Ordner. Starte GRBL-Plotter und wähle den richtigen COM-Port aus. Nach der erfolgreichen Verbindung sendet grbl eine Startmeldung "Grbl 1.1h ['$' for help]".

Nun sind auch die Bedienelemente im Program freigeschaltet und die Motoren können angesteuert werden.

 

 

 

Konfiguration von grbl

grbl setupNach dem Senden von "$$" wird die grbl Konfiguration angezeigt, welche an die maschine angepasst werden muss. Siehe grbl-Wiki für weitere Informationen. Der Screenshoot zeigt die initialen Einstellungen nach der Installation von grbl.

Die Haupteinstellungen sind $3, $10x, $11x (x=0,1 oder 2 je nach Achse) um die Schrittmotoren in die richtige Richtung drehen zu lassen. Die richtigen Richtungen sind:

  • +X = nach rechts
  • +Y = nach hinten
  • +Z = nach oben

Achtung: ein zu großer Wert für $10x (steps/mm) und $11x (max. speed) verursacht Probleme.
Das Product aus $10x und $11x sollte kleiner als 1800000 sein um Pin-Frequenzen über 30 kHz zu vermeiden.
Z.B. $100=250, $110 = 7200 ist grenzwertig.

Weitere Informationen hier: quick-guide-to-setting-up-your-machine-for-the-first-time

 

 

Spindel-PWM und Einsatz eines Servos:

Die Pulsweitenmodulation (PWM) zur Drehzahlsteuerung eines Motors oder Leistungssteuerung eines Laser wird über eine spezielle Pinfunktion (Hardware PWM) im ATmega328 (der Microcontroller des Arduino Uno / nano) an Pin 11 (PB3, OC2A) erzeugt. D.h. der Pin zur Ausgabe der PWM kann nicht gewechselt werden.

  • Standardmäßig ist die PWM-Frequenz auf 1 kHz eingestellt.
  • Modellbauservos benötigen in der Regel ein PWM-Signal von 50 Hz mit einer Pulsweite von 1 ms bis 2 ms.

Reguläres grbl: "Standardmäßig beträgt die PWM-Frequenz der Spindel 1 kHz, was die empfohlene PWM-Frequenz für die meisten aktuellen Grbl-kompatiblen Lasersysteme ist. Wenn eine andere Frequenz erforderlich ist, kann diese durch Bearbeiten der Datei cpu_map.h geändert werden."
Quelle: https://github.com/gnea/grbl/wiki/Grbl-v1.1-Laser-Mode#laser-mode-operation

Angepasste grbl: "Dies ist eine spezielle Version mit Servounterstützung (umschaltbar in config.h) Die PWM-Frequenz ist auf 61Hz (Prescaler 1/1024) eingestellt. Der Pulsweitenbereich beträgt 0,5 - 2,5 ms".
Hinweis: Intern reicht der PWM-Bereich von 7 (0,5 ms Pulsbreite) bis 38 (2,5 ms Pulsbreite), was zu 32 möglichen verschiedenen Servopositionen führt (wahrscheinlich weniger, da der reguläre Bereich von 1 ms bis 2 ms reicht).
Quelle: https://github.com/cprezzi/grbl-servo

Gebräuchliche Hardware

Die folgenden Informationen beziehen sich auf billige (gefälschte?) Boards, die bei ebay erhältlich sind für 12€ bis 15€ (einschließlich Shield, Arduino, A4988 Treiber und USB-Kabel).

Das CNC-Shield V3 für Arduino Uno wurde für grbl 0.9 entwickelt. Aufgrund einer Änderung der Pinbelegung in der grbl-Version 1.1 ist das Spindel-Pwm-Signal auf dem Z+-Pin zu finden. Siehe Schaltplan hier.

 

 

Das CNC-Shield V4 für Arduino nano zeigt ein falsches Layout für die Micro-Step-Jumper. Siehe Anleitung hier. Auch Step- und Dir-Signale sind vertauscht, was eine angepasste grbl-Version nötig macht. Ich habe dieses Board in meinem klappbaren Plotter verwendet. Die angepasste grbl Firmware ist im GRBL-Plotter setup zu finden (grbl_v1.1f_Servo_switch_dir_step.hex).

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