µedm - Dokumentation Nicolas Sänger, DL1DOW 4. Mai 2015

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1 µedm - Dokumentation Nicolas Sänger, DL1DOW 4. Mai 2015

2 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Einleitung Das folgende Dokument zeigt den aktuellen Stand meines Projekts µedm. Die Dokumentation ist und zeigt nur eine Momentaufnahme. Durch die hier veröffentlichten Informationen werden wird weder die Eignung für einen bestimmten Zweck noch irgendetwas anderes garantiert. Markennamen gehören auch ohne besondere Markierung ihrem Eigentümer, die in diesem Dokument vorhandenen Bilder, Grafiken und Piktogramme dem Autor. Schöne Bilder, plausible Formeln und glaubwürdige Texte entlasten niemanden von der Verantwortung, sich beim Nachbau selbst um die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Sicherheitsbestimmungen zu kümmern. Bei nicht-fachgerechtem Aufbau kann das hier vorgestellte Gerät erhebliche Störaussendungen entgegen gesetzlicher Bestimmungen (beispielsweise dem Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln) erzeugen. Hier ist der Nachbauer selbst in der Pflicht, die Einhaltung dieser Bestimmungen zu garantieren. Auch die Verwendung veröffentlichter Layouts entlastet davor nicht. Es werden Spannungen benötigt, die den Bereich der Schutzkleinspannung (Schutzklasse III) überschreiten. Er darf damit nur von einer Elektrofachkraft oder elektrotechnisch unterwiesenen Person vorgenommen oder verändert werden. Mach nur daß, was Du vertreten kannst, denn Du wirst selbst dafür geradestehen müssen. Nicolas, 4. Mai

3 Inhaltsverzeichnis 1. Einführung Funkenerosion Der Erodierprozeß Literatur Parameterwahl Bedienung µedm Bedienelemente Inbetriebnahme Bedienhinweise Allgemeine Bedienhinweise Aufbau µedm Geräteaufbau Firmware EDM-Modus Andere Betriebsmodi Aufbau Grafik-LCD Schrittmotorsteuerung Pulserzeugung Abstandsregelung Steuerteil Beschreibung Bauteilauslegungen Schrittmotortreibermodul Leistungstreibermodul Strommessung Eingangsfilter für die Sense -Eingänge Leistungsgrenzen Literaturverzeichnis 33 A. Schaltpläne 35 A.1. Schaltplan Steuerteil (ARM) A.2. Schaltplan Steuerteil (AVR) A.3. Schaltplan Schrittmotormodul A.4. Schaltplan Pulserzeugungsmodul

4 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei B. Neukonzeption: Kleinleistungsteil 41 B.1. Entwicklungsdetails B.2. Neukonzeption des Steuer- und Schrittmotorteils B.2.1. Neukonzeption Steuerteil B.2.2. Neukonzeption Schrittmotorteil B.2.3. Zusammenlegung von Steuer- und Schrittmotorteil C. Entwicklungsprojekt 50 C.1. Nächste Schritte C.2. Verbesserungen und Korrekturen C.2.1. Leistungsteil C.2.2. Steuerteil C.2.3. Schrittmotorteil C.2.4. Gesamtgerät C.2.5. Firmware C.2.6. Firmwarebugs D. Entwicklungstagebuch 61 4

5 1. Einführung Funkenerosion An dieser Stelle wird keine grundlegende Einführung in die allgemein bekannten Grundlagen des Senkerodierens gegeben. Zu diesem Zweck sei auf die Wikipedia-Artikel zum Funkenerodieren [Wik11] und Drahterodieren [Wik13] verwiesen. Stattdessen werden im folgenden Begrifflichkeiten und Grundlagen eingeführt, wie sie für die Entwicklung oder die Bedienung einer solchen Anlage im Hobbybereich sinnvoll sind Der Erodierprozeß Zum Erodierprozeß sind in der Literatur unterschiedliche Theorien verbreitet. Allen Theorien gemeinsam ist, daß der Erodierprozeß in vier zylklisch ablaufende Phasen unterteilt ist: I: Ionisierung des Dielektrikums II: Ausbildung des Entladekanals III: Brennphase IV: Zusammenbruch des Entladekanals Die Aufschmelztheorie wird z.b. von [Wit97, Wik11] vertreten: Demnach findet der Abtragvorgang hauptsächlich in der Brennphase statt. In die beiden Elektroden findet ein Energieeintrag durch die beweglichen Ladungsträger statt. Der unterschiedliche Abtrag von Anode (Werkzeugelektrode) und Kathode (Werkstück) ist demnach darauf zurückzuführen, daß Ionen massereicher und damit energiereicher als Elektronen sind[gin02]. Die Jet-Theorie wird z.b. in [Wik13] (nicht nur auf Wikipedia, auch in ernstzunehmenden Quellen) vertreten. Hier dient die Funkenentladung dazu, einen räumlich begrenzten Plasmakanal zwischen Werkstück und Werkzeugelektrode auszubilden, der beim Zusammenbruch des Entladekanals implodiert, wodurch ein Strahl (eng. jet) entsteht, der auf die beiden Elektroden trifft und dort einen impact bewirkt, der wiederum zur Materialzerrütung (=Erosion) führt. Der unterschiedliche Abtrag von Werkzeug und Werkstück ist demnach darauf zurückzuführen, daß die Werkzeugelektrode aus einem weitaus zäheren Material als das Werkstück besteht. Generell sollte es bei der Ausstattung mit einer entsprechenden Apparatur und dem passendem Meßequipment kein Problem sein zu unterscheiden, welche der beiden Theorien den primären Abtragmechanismus beschreibt die Uneinigkeit, die sich in der Literaturlage widerspiegelt, ist damit vermutlich eher Uneinigkeit zwischen Autoren und nicht die Beschreibung eines wissenschaftlich ungeklärten Sachverhalts. 5

6 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei U(t) I(t) U0 t d I e t e U b t off t i = t on tp t 0 t rise t d t e t i t 0 t on t off t p t rise U 0 U b I e Zündverzögerungszeit Entladedauer, Brenndauer Impulsdauer Pausendauer Eingestellte Brenndauer Eingestellte Pausendauer Periodendauer Anstiegszeit des Spannungsimpulses Leerlaufspannung Brennspannung Entladestrom In der Literatur unterschiedlich, manchmal gilt auch t on = t e Abbildung 1.1.: Prozeßparameter beim Erodieren Ein Lichtbogen ist beim Erodieren ein unerwünschtes Ereignis und sollte weitgehend vermieden werden, da damit eine hohe lokale Erhitzung und eine Beschädigung der Oberfläche verbunden ist oft mit einer charakteristischen dunklen Oberflächenfärbung ( Verkohlung oder Schatten ). So spielt die Erkennung von Lichtbögen eine zentrale Rolle in der Literatur zur Regelung von Senkerodieranlagen (z.b. [Gin02] und [WB06b] ). Abbildung 1.1 zeigt einen idealiserten Spannungs- und Stromverlauf beim Erodieren, an dem sich die Prozeßparameter definieren lassen. U [V] U(t) I(t) t [μs] Abbildung 1.2.: Illustration des (idealisierten) Spannungs- und Stromverlaufs einer kommerziellen Pulsstromquelle Bei einem realen Erodierprozeß besitzen die Prozeßgrößen erhebliche statistische Abweichungen. Abbildung 1.2 zeigt qualitativ den Spannungs- und Stromverlauf beim Erodierprozeß mit einem kommerziellen Pulsgenerator I [A]

7 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Die Werkzeugelektrode oder auch kurz das Werkzeug besteht üblicherweise aus Kupfer oder Graphit und wird üblicherweise als Anode geschaltet (im Gegensatz zum elektrochemischen Abtragen). Das Werkstück bildet ebenfalls eine Elektrode, wird aber gewöhnlich nicht so bezeichnet. Bei Werkzeug und Werkstück findet ein Materialabtrag statt, der bei ersterem als Verschleiß und bei letzterem als Abtrag bezeichnet wird. Das Verhältnis von Verschleiß und Abtrag wird als relativer Verschleiß bezeichnet. Das Dielektrikum dient einerseits als Isolationsmaterial zwischen den beiden Elektroden, andererseits aber auch zum Fortspülen der durch den Prozeß erzeugten Partikel. Die Spülung führt der Bearbeitungsstelle sauberes Dielektrium zu und durch die Partikel verunreinigtes Dielektrikum ab. Oft werden die Begriffe Spülung und Dielektrikum synonym verwendet. Beim Drahterodieren erfolgt grundsätzlich eine Umlaufspülung, bei der das Dielektrikum der Bearbeitungsstelle ständig im Schwall zugeführt wird. Beim Senkerodieren besteht auch die Möglichkeit einer Bewegungsspülung. Hier ist die Bearbeitungsstelle ständig eingetaucht und das Dielektrikum im Erodierspalt wird mit der Elektrode regelmäßig umgerührt Literatur Der vielzitierte Standard im Hobby-Erodierbereich ist das EDM How-To Book [?]. Dieses Buch ist eigens für den Hobby-Selbstbau geschrieben, leider aber nur noch antiquarisch erhältlich. Inhaltlich beleuchtet es vor allem den Senkerodierer-Entwurf Mini-EDM des Autors Ben Fleming. Es werden detailliert die zahlreichen Fallstricke geschildert und auch Tipps für die Wahl der Betriebsparameter gegeben, von denen sich einige auch auf andere Geräte übertragen lassen. Wer die Möglichkeit hat, in einer Bibliothek o.ä. kostenlos einen Blick in Weck Werkzeugsmaschinen Band 1 [WB06a] zu werfen, findet dort eine schön bebilderte Einführung in die funkenerosive Bearbeitung. Band 3 [WB06b] dagegen befaßt sich in Bezug auf das Funkenerodieren nur kurz mit zeitgemäße Regelkonzepten und ist daher für den Hobbyisten weniger interessant. Die Wikipedia-Artikel zum Funkenerodieren[Wik11] und Drahterodieren[Wik13] (Stand Dezember 2013) sind als Einführung ebenfalls empfehlenswert und stehen gegenüber dem Weck nur wenig nach. Die Dissertation von Jens Ginzel [Gin02] ist eine der wenigen Publikationen, in denen konkrete Prozeßparameter für kommerzielle Senkerodieranlagen genannt und diskutiert werden. Bis auf Inhaltsverzeichnis und Deckblatt ist sie komplett im Internet verfügbar (Stand 2. Dezember 2013). Auf den ersten 76 Seiten werden Prozeßparameter, Einflußgrößen und Regelkonzepte erläutert damit ist das Studium dieser Publikation für den Hobby-Senkerodiererbauer sehr empfehlenswert. 7

8 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Parameterwahl Detailliertere Informationen zur Parameterwahl beim Erodierprozeß finden sich in [Gin02]. Hier werden die Einflußgrößen nur kurz diskutiert: Das Produkt aus Entladestromstärke I e und Entladedauer t i ist ein Maß für die Entladeenergie. Eine kleine Entladeenergie erlaubt dabei eine höhere Oberflächenqualität. Eine kleine Entladedauer t i führt zu einem stabileren Prozeß, da sich die Wahrscheinlichkeit von Fehlentladunden verringert. Aus Gründen der Oberflächenqualität ist es daher sinnvoll, eine geringe Entladedauer anzustreben, was allerdings zu Lasten der Abtragsrate geht. Als Startwert für eigene Versuche können Werte t i = µs herhalten. Die Leerlaufspannung U 0 sollte so klein wie möglich gewählt werden. Sie bestimmt die Spaltweite. Ein großer Spalt erleichtert die Spülung, ein kleiner Spalt führt zu einer besseren Abbildungsgenauigkeit. Als Startwert für eigene Versuche sollten t i = V geeignet sein. Die Pausendauer t 0 sollte lang genug sein, einen eventuell entstandenen Lichtbogen zuverlässig zu löschen. Eine lange Pausenzeit stabilisiert den Prozeß. Für einen abtragsintensiven Prozeß sollte die Pausenzeit möglichst kurz sein, da sie nichts zum Abtrag beiträgt. Falls der Generator für dieses Tastverhältnis geeignet ist, können eigene Versuche mit t i = µs begonnen werden. Nicht alle Größen sind bei allen Generatoren einstellbar. 8

9 2. Bedienung µedm 1 1 Netzschalter 2 Drehgeber/Taster 3 Rückstellpoti für schnelles Verfahren 4 Soll-Strom-Potenziometer 5 Einstellpoti t on Einstellpoti t off 7 Anschluß für Vorschubmotor 8 Elektrodenanschluß 9 Grafik-LCD Abbildung 2.1.: Frontansicht des Grundgeräts mit Bedienelementen 2.1. Bedienelemente Alle Bedienelemente sind an der Frontplatte des Grundgeräts (siehe Abbildung 2.1) untergebracht. An der Rückseite befindet sich lediglich der Anschluß für die 230V-Versorungsspannung und eine auswechelbare Kleinsicherung. Netzschalter Nach dem Einschalten des Netzschalters befindet sich das Gerät im Grundzustand (Pulserzeugung ausgeschaltet und Z-Koordinate Z = 0 unabhängig von der tatsächlichen Elektrodenposition)

10 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Das Gerät kann jederzeit mit dem Netzschalter außer Betrieb genommen werden. Eine eventuell stattfindende Verfahrbewegung und/oder Pulserzeugung wird augenblicklich gestoppt. Es gehen keine Grundeinstellungen verloren. Drehgeber-/Taster Dieses Eingabegerät hat je nach Betriebsmodus unterschiedliche Funktionen. Im Erodiermodus (Puls oder Handvorschub) läßt sich durch Drehen eine sehr präzise Bewegung der Elektrode steuern. Durch einen kurzen Tastendruck wird zwischen den unterschiedlichen Erodiermodi (Verfahrmodus Handvorschub automatischer Vorschub Verfahrmodus) gewechselt. Durch einen langen Tastendruck wird in die Menüs gewechselt. In den Menüs läßt sich durch Drehen der Menüpunkt ansteuern und durch einen kurzen Tastendruck auswählen. In einem Einstellmenü läßt sich der ausgewählte Wert dann wiederum durch Drehen einstellen, bis er durch einen kurzen Tastendruck bestätigt wird. Im allgemeinen ist die Verwendung dieses Eingaberäts intuitiv und unkritischen Einstellparametern vorbehalten. Rückstellpoti für schnelles Verfahren Dieses Bedienelement ähnelt im Verfahrmodus einem jog shuttle und erlaubt unterschiedlich schnelle Bewegungen der Werkzeugelektrode. Einstellpotenziometer Die drei Einstellpotenziometer für den Soll-Strom (I soll, die Pulseinschaltdauer (t on ) und die Pulspausenzeit (t off ) diesen der Einstellung dieser drei primären Prozeßparameter. Ihre Wirkung erfolgt unmittelbar und unabhängig vom Betriebsmodus. Die Einstellung geht auch beim Ausschalten nicht verloren. Der aktuell eingestellte Wert wird im Grafik-Display angezeigt. Das Soll-Strom-Potenziometer ist das wichtigste Bedienelement im automatischen Vorschubmodus. Im Falle einer unerwarteten/unkontrollierten Vorschubbewegung kann diese durch das Drehen an den Linksanschlag sofort unterbunden werden. Anschluß für den Vorschubmotor Der Vorschubmotor wird mit einem vierpoligen XLR-Stekker angeschlossen. Dies darf nur bei ausgeschaltetem Gerät (Netzschalter aus) erfolgen. Elektrodenanschluß Die zwei Bananenbuchsen + (gelb) und - (blau) können als Steckoder Klemmverbinder eingesetzt werden Inbetriebnahme Gerät aufbauen: Elektrode einspannen Werkstück und Elektrode zueinander ausrichten Werkstück festspannen Elektrode und Werkstück anschließen. Die Verkabelung darf sich bei der Bewegung nicht lösgen. Spülung ausrichten. Grundgerät einschalten und alle Potenziometer auf korrekte Einstellung prüfen. 10

11 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Spülung in Betrieb nehmen: Die Bearbeitsungsstelle muß dabei sicher überflutet werden. Z-Achse nullen: Entweder Z-Achse mit dem Schnellvorschubpoti auf bis ca 1...3mm an die Werkstückoberfläche heranfahren Pulserzeugung einschalten und mit dem Drehgeber an das Werkstück heranfahren, bis Funken entstehen. In das Einstellungsmenü wechseln und die Z-Achse nullen (Menüpunkt Z=0), anschließend die gewünschte Zieltiefe einstellen. oder: Z-Achse mit dem Schnellvorschubpoti auf bis ca 1...3mm an die Werkstückoberfläche heranfahren In das Einstellungsmenü wechseln und die Z-Achse nullen (Menüpunkt Z=0) Sehr kleinen Soll-Strom einstellen und in den automatischen Vorschubmodus wechseln. Sobald Funken sichtbar sind, automatischen Vorschub beenden. In das Einstellungsmenü wechseln und die Z-Achse nullen (Menüpunkt Z=0), anschließend die gewünschte Zieltiefe einstellen. Im EDM-Modus auf automatischen Vorschub umstellen Gewünschten Soll-Strom, Puls- und Pausenlänge einstellen, daß sich ein optimaler Prozeß ergibt. Zurücklehnen und entspannen 2.3. Bedienhinweise Der Soll-Strom wird sinnvollerweise so eingestellt, daß sich nur blaue und keine gelbe Funken ergeben. Bei gelben Funken findet kein Erodierprozeß, sondern vorwiegend Kontaktabbrand statt. Der automatische Vorschub wird nur durch den gemessenen Strom und die Zieltiefe begrenzt. Es gibt keine Kraftbegrenzung. Können die Elektroden keinen Kontakt herstellen, der mindestens dem Zielstrom entspricht, wird der Motor unweigerlich bis zur Zieltiefe fahren. Deshalb ist darauf zu achten, daß die Elektroden nicht während des Betriebs den Kontakt verlieren können. Die Polarität Elektrode Werkstück kann durch Umstecken der mit + und - beschrifteten Buchsen gewechselt werden. Das ist auch problemlos während des Betriebs möglich jedoch nur dann, wenn der automatische Vorschub abgeschaltet ist (siehe vorheriger Punkt). 11

12 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Der Schrittmotortreiber verträgt es nicht, wenn bei eingeschaltetem Gerät der Stecker für den Anschluß des Schrittmotors gezogen wird. Vor dem Abziehen des Schrittmotorkabels ist daher das Gerät auszuschalten oder in das Einstellungsmenü zu wechseln. Beim Einstecken ist auf korrektes Einrasten zu achten Allgemeine Bedienhinweise Vor dem Öffnen des Gerätes Netzstecker ziehen! Vor dem Wechseln der Gerätesicherung Netzstecker ziehen! Niemals darf Feuchtigkeit in der Geräteinnere gelangen! Ist versehentlich doch Feuchtigkeit in oder auf das Gerät gelangt, ist es unverzüglich durch Ziehen des Netzsteckers außer Betrieb zu nehmen! Gerät nur im abgeschalteten Zustand mit einem feuchten, fusselfreien Tuch abwischen! Kabel sind so zu verlegen, daß die Bedienelemente jederzeit bedienbar bleiben und auch bei Bewegung der Kabel nicht verstellt werden! Nach dem Essen zähneputzen! 12

13 3. Aufbau µedm 3.1. Geräteaufbau 230V~ Grundgerät EMV- Filter Schrittmotortreibermodul Pulserzeugungs-/ Leistungsmodul Steuer-/ Bedienteil Lastwiderstand Abbildung 3.1.: Schematischer Systemaufbau Antrieb Elektrode Werkstück Spülung Das Mikro-EMD (µedm) ist ein kompletter Senkerodierer, bestehend aus aus dem Grundgerät, in dem Generator, Antriebs- und Steuerelektronik untergebracht sind und der Peripherie, die den Vorschubantrieb, das Gestell und die Spülung umfaßt. Die Peripherie ist vergleichsweise einfach aufgebaut. Da die Bearbeitung durch Senkerodieren völlig kraftfrei erfolgt, reicht als Gestell ein einfacher Bohrständer, an dem das Werkstück entsprechend befestigt werden kann. Zur Spülung kann das Werkstück entweder in das Dielektrikum eingetaucht werden (Petroleum) oder mittels einer Aquarienpumpe eine ständige Umlaufspülung erreicht werden (Wasserspülung). Die Spülung kann dabei völlig ungeregelt laufen, lediglich muß die Bearbeitungsstelle immer geflutet sein. Deshalb ist die Spülung eine separate Komponente ohne Verbindung zum Grundgerät. Der Vorschubantrieb ist ein schrittmotorgetriebener Spindelantrieb, der in jeden 43-mm-Eurohals eingespannt werden kann. Gesteuert und versorgt wird er durch das Grundgerät. Durch den Verzicht auf Endlagenschalter o.ä. ist er äußerst einfach und robust aufgebaut. Die aktuelle Vorschubposition wird von der Steuerung berechnet. 13

14 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Das Grundgerät ist weitaus komplexer aufgebaut. Der Generator (hier Pulserzeugungs- oder Leistungsmodul genannt), die Antriebselektronik (das Schrittmotortreibermodul), die Prozeßsteuerung und die Bedienerschnittstelle (Steuer- und Bedienteil) sind in einem kompakten 10- Zoll-Gehäuse untergebracht. Aus diesem Grund mußten inbesondere bei der Leistungsfähigkeit (Spitzenstrom) des Pulserzeugungsmoduls Abstriche gemacht werden. Durch das Zusammenspiel der mechanischen Komponenten, Leistungselektronik und Firmware ergibt sich jedoch trotzdem ein sehr komfortables und dynamisches System, das sich insbesondere durch eine schnelle Inbetriebnahme und weitestgehende Automatisierung auszeichnet Firmware Die Firmware ist ein verhältnismäßig aufwendiger Teil des Grundgeräts. Sie erfüllt unterschiedliche Aufgaben wie: Bedienerschnittstelle (Eingabe- und Darstellungsfunktion) Prozeßregelung Diagnosefunktionen und implementiert folgende Funktionen: Spaltweitenregelung Vorschubanzeige und -Überwachung Spülzyklen Pulsgeneratorsteuerung Hand- und Schnellvorschubsteuerung Menüsteuerung für Grund- und Prozeßeinstellungen Sensorabfragen und Grafische Darstellung Generell ist sie ist für einen ATmega32 implementiert, wobei jedoch insbesondere die scope- Funktionen nur mit einem ATmega644 funktionieren. Im folgenden werden Implementierungsdetails beschrieben. Die Quelltexte sind auf der Website des Autors verfügbar EDM-Modus Der EDM-Modus ist der zentrale Betriebsmodus des Senkerodierers. Hier wird der Prozeß gesteuert und überwacht. Seinerseits besteht er aus mehrere Untermodi, die im folgenden dargestellt werden. Nur die mit einem Piktogramm dargestellten Betriebsmodi sind für den Benutzer sichtbar und erlauben Benutzerinteraktion. Initialisierungsmodus Alle für den EDM-Modus notwendige Peripherie wird initialisiert, der Schrittmotortreiber wird im Niedrigenergiemodus gestartet. EEPROM-Daten der Einstellungen werden gelesen. 14

15 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Abbildung 3.2.: Zustände des EDM-Modus 15

16 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Initialisierung des Verfahrmodus Pulserzeugung (falls aktiv) wird angehalten, eventuell stattfindende automatische Verfahrbewegungen gestoppt. Verfahrmodus Die Z-Achse läßt sich mit dem Rückstellpotenziometer unterschiedlich schnell verfahren (Eilgang) oder mit dem Drehgeber sehr genau verstellen. Die Funkenerzeugung ist abgeschaltet. Mit einem kurzen Tastendruck kann in den Handvorschubmodus und mit einem langen Tastendruck ins Menü gewechselt werden. Initialisierung des Handvorschubs Die Funkenerzeugung wird gestartet. Handvorschub Die Funkenerzeugung ist in Betrieb. Der Eilgang ist abgeschaltet. Mit dem Drehgeber läßt sich die Z-Achse langsam verfahren, der Ist-Strom wird nur angezeigt. Mit einem kurzen Tastendruck kann in den Automatikvorschubmodus und mit einem langen Tastendruck ins Menü gewechselt werden. In diesem Modus kann der Nullpunkt sehr präzise gesetzt werden. Initialisierung des automatischen Vorschubs Der Timer für den automatischen Rückzug wird gestartet. Die Funkenerzeugung wird (falls nötig) eingeschaltet. Eventuell stattfindende Verfahrbewegungen werden gestoppt. Automatischer Vorschub Die Funkenerzeugung ist eingeschaltet. Der Abstand der Elektrode wird nach dem vorgebenen Spitzensollstrom eingeregelt. Nach Ablauf des Rückzugtimers wird in den automatischen Rückzugmodus gewechselt. Mit einem kurzen Tastendruck kann in den Verfahrmodus und mit einem langen Tastendruck ins Menü gewechselt werden. Initialisierung des automatischen Rückzugmodus Die Abstandsregelung nach dem Sollstrom wird angehalten, eventuell vorhandene Verfahrbewegungen gestoppt. Die Pulserzeugung bleibt in Betrieb. Automatischer Rückzugmodus Die Z-Achse wird bis zum in den Einstellungen hinterlegten Wert zurückgezogen, um ein Spülen zu ermöglichen. (Achtung: Der Wert wird negativ interpretiert!) Ist die Rückzugsposition erreicht, wird automatisch wieder in den automatischen Vorschubmodus gewechselt. Im normalen Automatikbetrieb wird ständig zwischen dem automatischem Vorschub und -Rückzug gewechselt. Mit einem kurzen Tastendruck kann in den Verfahrmodus und mit einem langen Tastendruck ins Menü gewechselt werden. Deinitialiserung Alle EDM-Routinen werden angehalten. Der Schrittmotor wird in eine Rastposition gefahren und der Treiber abgeschaltet. Der EDM-Modus wird verlassen und in das Einstellungsmenü gewechselt. 16

17 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Andere Betriebsmodi Im EDM-Menü kann mit dem Drehgeber navigiert werden und mit dem Taster die anderen Betriebsmodi erreicht werden: Z-Achse Nullen Der Bezugspunkt der Z-Achse (z.b. für den automatischen Rückzug notwendig) und die Positionsanzeige wird auf die aktuelle Position gesetzt. Zieltiefe Im automatischen Vorschubmodus wird bei dieser Tiefe in den Verfahrmodus zurückgeschaltet, d.h. der automatische Vorschub wird gestoppt und die Funkenerzeugung abgeschaltet. Firmware-Info Anzeige der Firmware-Revision, build-datum, Compilerversion und Zielplattform. Einstellungsmenü Einstellungen für den Senkerodierprozeß werden hier vorgenommen werden. Mit dem Drehgeber kann der entsprechende Menüpunkt ausgewählt werden, durch Tastendruck wird die hinterlegte Variable als veränderbar markiert und kann mit dem Drehgeber verstellt und mit einem Tastendruck übernommen werden. Einstellbar sind: Abbildung 3.3.: Einstellungsmenü Z max,norm Default-Zieltiefe in Millimetern t lift Rückzugverzögerung: Zeitdauer, nach der im automatischen Vorschubmodus die Elektrode zum Spülen zurückgezogen wird. Ist t lift = 0s, ist der automatische Rückzug deaktiviert. Z lift Rückzugshöhe: Auf diesen Abstand wird die Elektrode zum Spülen zurückgezogen. Diese Größe bezeichnet einen Abstand, d.h. die Position bei einem positiven Abstand ist negativ! t on,min Minimale Einschaltdauer: Dieser Wert ist durch die Endstufe bedingt und bezeichnet die kleinste Dauer, bei der die Endstufe noch einen ordentlichen Puls erzeugt. Er limitiert im EDM-Prozeß die Einstellmöglichkeiten. t off,min Minimale Ausschaltdauer: Dieser Wert ist durch die Endstufe bedingt und bezeichnet die kleinste Dauer, bei der die Endstufe noch den Stromfluß unterbrechen kann. Er limitiert im EDM-Prozeß die Einstellmöglichkeiten. D max Maximaler Tastgrad: Dieser Wert ist durch die Endstufe bedingt und bezeichnet den maximalen Tastgrad, den die Endstufe kurzfristig aushält. Er limitiert im EDM- Prozeß die Einstellmöglichkeiten. 17

18 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Die Größen t on,min, t off,min und D max sind einzeln einstellbare Grenzen, im Prozeß aber voneinander abhängig. Die tatsächlichen Prozeßlimits werden so berechnet, daß alle Grenzen eingehalten werden. Dadurch ist der tatsächlich einstellbare Bereich etwas kleiner als die Einzelgrenzen hier suggerieren mögen. I soll,max Maximaler wählbarer Sollstrom, Spitzenwert Das Einstellungsmenü kann entweder durch Speichern oder Abbrechen verlassen werden. Jeder Speichervorgang wird unmittelbar in das interne EEPROM des Controllers geschrieben. Hilfsfunktionen Hier finden sich Funktionen, die Hauptsächlich zur Fehlersuche dienen können, für den eigentlichen Verwendungszweck aber nicht von Belang sind. Das Menü wird genau wie das EDM-Menü mit Drehgeber und Taster bedient. SRAM-dump: Darstellung der aktuellen Speicherbelegung des Controllers als Pixelmuster. Durch den SRAM läßt sich mit dem Drehgeber scrollen, mit dem Taster diese Funktion wieder verlassen. Diese Funktion beeinflußt die SRAM-Belegung und ändert sich auch durch das Scrollen. zum Systemstart wird der gesamte Speicher mit 0xAA gefüllt. An diesem charakteristischen Muster läßt sich vom Programm ungenutzter Speicher umittelbar erkennen. Läßt sich mit einem Tastendruck wieder verlassen. Flash-dump: Darstellung der Flash-Belegung des Controllers als Pixelmuster. Durch den Speicher läßt sich mit dem Drehgeber scrollen, mit dem Taster diese Funktion wieder verlassen. Insbesondere der Speicherplatz von Piktogrammen und Schriftarten und verbrauchter Speicherplatz sind sofort erkennbar. Läßt sich mit einem Tastendruck wieder verlassen. EEPROM-dump: Darstellung der EEPROM-Belegung des Controllers als Pixelmuster. Wäre das EEPROM größer als auf eine Displayseite geht ließe sich mit dem Drehgeber scrollen. Mit dem Taster läßt sich diese Funktion wieder verlassen. Alle Einstellungen sind als Pixelmuster erkennbar. Läßt sich mit einem Tastendruck wieder verlassen. Chars test: Anzeige aller Zeichen des aktuellen Zeichensatzes. Läßt sich mit einem Tastendruck wieder verlassen. Encoder test: Testen der Drehgeber-Haptik. Läßt sich mit einem Tastendruck wieder verlassen. Key test: Testen, als wie lange ein Tastendruck erkannt wird. Ein Tastendruck startet die Messung, ein weiterer Tastendruck löscht die Anzeige und bereitet die nächste Messung vor. Läßt sich mit dem Drehgeber und anschließendem Tastendruck wieder verlassen. Scan I 2 C bus: Durchsucht den I 2 C-Bus nach angeschlossenen Geräten und stellt die gefundenen Adressen dar. Läßt sich nach dem Scan mit einem Tastendruck wieder verlassen. Nach der Rückkehr aus den Menüs ist der EDM-Prozeß immer im Verfahrmodus Aufbau Der Aufbau der Firmware ist verhältnismäßig überschaubar (siehe Abbildung 3.5 auf Seite 20). Eine Unterteilung in hardwareabhängige und hardwareunabhängige Module erleichtert im Laufe der Entwicklung den Wechsel der Hardwareplattform von AVR auf STM32. Solange die Hardware für die neuere Plattform nicht stabil ist, werden beide durchgehend unterstützt. 18

19 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Comic von Randall Munroe Abbildung 3.4.: Vermutlich wurde der Cartoon von der Firmware dieses Projekts inspiriert. Abbildung 3.5 auf der nächsten Seite zeigt den logischen Aufbau der Firmware. Die meisten Modulnamen sind selbsterklärend und werden nicht weiter beleuchtet. Es verbleiben: Uhr Die Uhr dient vorwiegend dem Benutzer als heartbeat-signal und zeigt die Systemlaufzeit in Stunden, Minuten und Sekunden an. Sie hat eine Gangabweichung von mehreren Sekunden pro Stunde, da der Uhrentakt aus dem Regler-update gespeist wird. So zeigt eine laufende Uhr die Funktion von Regler und Zustandsmaschine an. AVR-Kompatibilität Die Firmware wurde ursprünglich für einen AVR geschrieben. Die AVR- Kompatibilitätsmakros stellen sicher, daß sie auch auf einem STM32 ohne Modifikationen genutzt werden kann. Dies umfaßt die Verfügungstellung von delay-routinen für zeitunkritische Funktionen, die Adressierung von Konstanten im Programmspeicher und Routinen für eine kompatible Verwaltung von EEPROM-Daten (entweder in- oder extern) auf beiden Hardwareplattformen. Hardwaretestfunktionen für alle Firmwaretreiber sind über das Menü verfügbar Grafik-LCD Das Grafik-LCD wird durch die Routinen mit einer durchgehenden Adressierung versehen, so daß die zwei getrennten Abschnitte mit je einem Displaycontroller nicht beachtet werden müssen. Es ergibt sich ein Adressraum von 0 bis 1024 ( Pixel). Bei einer Schriftbreite von 6 Pixeln passen in eine Zeile 21 Zeichen + 2 Pixel. Bei den Displays vom Typ TG12864B ist ein Controller vom Typ S6B0108 (ähnlich KS0108) verbaut. Die Pinbelegung der LEDs (Anode/Kathode) und der benötigte LED-Vorwiderstand variieren. Das Grafik-LCD vom Typ 64128A-LED ist auf den ersten Blick pinkompatibel und verspricht ein deutlich besseres Kontrastverhältnis als die TG12864B. Die LED-Pinbelegung ist genau umgekehrt wie bei den meisten TG12864B-Exemplaren und die Befestigungsbohrungen 19

20 µedm e Dokumentation 4. Mai 2015 aktueller Stand bei Uhr delay pgmspace hardwarespezifisch generisch EDM- Konfig- Menüs Hardware- Test- Funktionen EEPROM I2C PWM ADC Encoder Taster Abbildung 3.5.: Firmwarmodule Text- und Grafikfunktionen EDM- Zustandsmaschine EDM- Spülbewegung EDM- Abstandsregelung EDM- Benutzereingaben EDM- Benutzerausgaben GLCD Menü AVR- Kompatibilität Motorsteuerung haben nur einen Durchmesser von 2,5mm. Auch die Ansteuerroutinen dieses LCDs sind nicht 100% identisch (das busy-timing ist etwas empfindlicher), obwohl der gleiche Displaycontroller vorliegt. Escapesequenzen Umschalten der Schriftart \es Umschalten auf kleine, tiefgestellte Schriftart für Indizes (Merkwort: subscript), 3 6 Pixel \en Umschalten auf normale Schriftart, 5 8 Pixel \eb Umschalten auf fette Schriftart, 8 8 Pixel \ed Umschalten auf extrem gequetschte Schriftart, 4 8 Pixel Umschalten der Schriftbreite \ef Umschalten Festschriftweite \ev Umschalten variable Schriftbreite (schmalere Zeichen werden schmaler dargestellt) 20

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