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Ätzmaschine 2

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Ätzmaschine

Darauf hatte ich schon lange Lust, die Ätzmaschine1 neu aufzubauen und mit einem AVR anzusteuern.  Durch  Verwendung

des Mega8, ergeben sich natürlich ganz neue Möglichkeiten gegenüber der alten Version.

Technische Daten:

  • MC Gesteuert (Mega8)
  • Text LCD 16x2
  • Alle Einstellungen über Drehencoder
  • Motor (RB35) PWM gesteuert
  • Anzeige UPM 
  • Erinnerungsbeeper
  • Heizung einstellbar von 20..64 Grad
  • Anzeige der Ätzzeit

Videoclip Testlauf:

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Die Mechanik:

Hier ein bescheidener Versuch mit einer technischen Zeichnung die einfache Mechanik grafisch darzustellen. 

Die Schwenkplatte habe ich vorn mit 2 Scharnieren (ca.45x20mm)  befestigt. 

Klick zum Vergrößern

Ätzmaschine Zeichnung

RB35 BefestigungDen Aluwinkel, der den Motor in Position hält, habe ich anhand des Datenblatt des Motors auf einer 1,5mm Aluplatte angerissen und gebohrt. Danach in einen Schraubstock eingespannt, lässt sich das Alu recht gut zu einem 90 Grad-Winkel biegen. Auf der Unterseite des Winkels werden noch 4 Löcher gebohrt um den Motorhalter mit der Bodenplatte der Ätzmaschine zu verschrauben.
Der von mir verwendete Motor ist der gut erhältliche RB35 mit der Übersetzung 1:100.

Der RB35 (1:100) dreht knapp 60 UPM wenn er mit den vorgeschriebenen 12 V betrieben wird.

Ätzgerät Exzenter2Also etwa 1x wippen pro Sekunde. Dies lässt sich durch die PWM-Ansteuerung des Mega8 Stufenlos bis zum völligen Stillstand herunterregeln. Im Gegensatz zur  Zeichnung oben, sitzt die Motorachse des RB35 nicht mittig. Um zu gewährleisten, das genügend Platz nach unten ist, habe ich den Motor so montiert, das die Achse am höchsten Punkt aus dem Winkel ragt. Da die Motorachse einen Durchmesser von 6mm hat, passt ein üblicher Drehknopf für Potis (auch 6mm natürlich) aus der Bastelkiste wunderbar. Wie ich aus einem Lautstärke Regler aus einer alten HIFI Anlage den Exzenter bastelte sieht man auf den beiden Fotos rechts. Auch gut zu erkennen sind 2 "Probebohrungen" mit denen ich (mit dem Hub) experimentiert habe. Je grösser der Abstand zwischen Mittelpunkt und Laufrolle ist (bei mir ca. 18mm), desto stärker sind natürlich auch die Schwenkbewegungen.

Ätzgerät Exzenter1Die Kunststoffrolle (aus der Bastelkiste) auf der später die Schwenkplatte läuft, sollte sich auf der M3 Schraube frei drehen lassen. Aus diesem Grund habe ich eine Selbstsichernde M3 Mutter verwendet. Natürlich kann man auch zwei M3 Muttern kontern (gegeneinander festschrauben), die Hauptsache die Rolle dreht frei und die Mutter löst sich nicht durch die Drehbewegung. Ätzgerät, Hallgeber TLE 4905LEtwas Schmierung (Fett, Vaseline) zwischen Schraube und Rolle schadet sicher nicht.
Das aufgeschraubte Magnet gibt die nötigen Impulse an den Hallgeber (TLE4905L, Reichelt) um so die UPM zu berechnen. Damit das Magnet einigermaßen eben aufgeschraubt werden kann, muss mit einer Feile die entsprechende Fläche vom Drehknopf abgeschliffen werden.  Da mein Drehknopf innen aus Kunststoff besteht, ging das bei mir recht schnell. Den Hallgeber habe ich auf ein Stück Lochraster gelötet und an einem Metallwinkel befestigt. Diese Metallwinkel gibt es im Baumarkt im 12er Pack (mit einem Kabelbinder verzurrt, ca. 2 Euro glaub) . Insgesamt habe ich bei der Ätzmaschine 7 Stück dieser Winkel (Eine Seite ca. 25x14x1mm) verbaut. 

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Die Maße der Ätzmaschine

Ansicht von oben /alle Maße in cm / Klick zum vergrößern

Ätzmaschine von oben

Die Höhe der Ätzmaschine beträgt bei mir 8,5 cm. Auf der Zeichnung oben fehlt noch die Abdeckung für die hintere Kammer. Ätzmaschine ChassisDie Maße dafür sind 17,5x8,5 cm. Ich habe mir im Baumarkt einen Plexiglasrest (5mm stark) besorgt den ich mit einer Stichsäge (montiert auf Stichsägetisch mit Anschlag) zugeschnitten habe. Die hässlichen Schnittkanten habe ich danach mit mittelgroben (P100) bis extrafeinem (P800, naß) Schleifpapier bearbeitet. Ich wollte die Kannten eigentlich noch polieren, habe es dann aber doch so gelassen. Eigentlich wollte ich mir das alles gar nicht antun, jedoch weigerte sich der Mann beim Zuschnitt, da ich das Mindestmaß von 10x10 cm bei den meisten Teilen unterschritten hatte. Das Plexiglas lässt sich sehr stabil mit dem "Hartkunststoff" Kleber von UHU verkleben, jedoch muss man sehr aufpassen dass man nicht zu viel Kleber verwendet, da sonst beim zusammenpressen der Teile zuviel Überschuss herausquellt und auf das Plexi kleckert. Verklebt habe ich nur das Grundgehäuse der Ätzmaschine und den Laufsteg (8,5 x 1,2 cm) der Schwenkplatte. Die Zwischenwand und die Abdeckung für die Elektronik habe ich mit den schon oben erwähnten Winkeln und M4 Senkkopfschrauben verschraubt.

Wenn ich noch einmal anfangen müsste, würde ich die linke Kammer in die der Motor und die Elektronik eingebaut wird, mindestens 2cm grösser machen, da es hier ziemlich eng zugeht. 

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Die HeizungÄtzmaschine_Heizung

Die Heizplatte (180x110x1,5 mm) besteht aus Aluminium und wird mit  Abstandsrollen und M3 Senkkopfschrauben auf der Schwenkplatte befestigt. Da sich bei mir die Heizfolien für KFZ Spiegel (Conrad) schon bei der Ätzmaschine 1 bewährt haben, habe ich natürlich wieder solche verwendet. Dieses mal allerdings die grösseren mit 15 Watt. Da die Folien nicht nebeneinander auf die Heizplatte passen , habe ich diese in der mitte überlappt. Ob das auf dauer gut geht wird sich noch herausstellen . Da ich zur Stromversorgung ein umgebautes Computernetzteil benutze, habe ich die beiden Heizfolien parallel geschaltet. Selbstverständlich kann man die Heizung auch mit Wechselstrom betreiben.LM75_Montage Ist ein 24 (max.27) Volt Trafo in der Bastelkiste, kann man die Heizfolien auch in Reihe schalten. Da die Folien ja für KFZ-Spiegel konzipiert sind, darf die Spannung bis 13,6 Volt betragen.  Rechts oben sieht man den Temperatursensor LM75. Diesen braucht man nicht zu kalibrieren, er  kann einfach über I2C Bus digital ausgelesen werden. Ich habe den 8 Pin SMD Chip auf ein Stückchen Lochraster gelötet und mit der Chipoberseite auf die  Heizplatte geschraubt.lm75 Lochraster Zwischen Chip und Heizplatte ist eine Glimmerscheibe, wie sie bei der Isolierten Montage von TO3 Gehäuse benötigt wird. Falls zur Hand, kann vor der Montage, noch etwas Wärmeleitpaste auf die Glimmerscheibe aufgetragen werden.

Für den Aufbau genügt ein schmaler Streifen Lochraster (am besten aus EP) mit 2 Lochreihen von denen 2 Pads mit einem Cutter getrennt werden müssen. Pin 5-8 werden mit +5 Volt verbunden. An Pin 5-7 liegen die Anschlüsse A0..A2, damit ist auch gleich die I2C-Adresse des LM75 festgelegt($9E). Der 100 nF Kondensator ist ein 0805 SMD Typ und sollte unbedingt mit auf die Lochrasterplatine. Pin 4 kommt an Masse, Pin 1 und 2 sind die Daten und Clock Leitungen für den I2C-Bus. Die jeweiligen Pullups von 4,7k befinden sich auf der Mega8 - Platine. Pin3 ist ein Schaltausgang des LM75 und wird hier nicht benötigt. Am besten verbindet man die Sensorplatine mit etwas Flachbandleitung mit der Mega8-Platine. An den 4 freien Lötpads der Lochrasterplatine liegen folgende Signale. Oben links (am 100nF) +5 Volt, oben rechts GND, unten links SDA und unten rechts SCK.

Eigentlich hatte ich vor einen Isolierten Sensor zu Benutzen der sich direkt während des ätzen in der Schale befindet, jedoch hing dieser durch den Schaukelvorgang immer die halbe Zeit "in der Luft", sodass ich mich für diese Lösung entschied.

 Will man schon angesetzte Ätzflüssigkeit wiederverwenden, wird diese (je nach Menge) so nach ca. 10-20 Minuten auf ca. 45 Grad erhitzt. Soll es schneller (und heisser) gehen gibt es noch folgende Möglichkeiten die Heizung zu tunen.

1.)Spannung erhöhen

Wie schon weiter oben erwähnt, darf bei Parallelschaltung der Folien die Spannung 13,6, und bei Reihenschaltung das doppelte also 27,2 Volt betragen. Da die Temperatur an der Heizplatte gemessen wird und bei überschreiten des eingestellten Wert die Heizung abgeschaltet wird, könnte man sogar das Risiko eingehen noch 1-2 Volt höher zu gehen. Ich selbst benutze ein umgebautes PC-Netzteil welches ich nach dieser Anleitung auf knapp 13V eingestellt habe.

2.)Abdecken der Ätzschale

Wohl die einfachste Lösung. Einfach einen Plexiglasdeckel passend zu Ätzschale fertigen.

Ätzmaschine Temperatur Test

 3.)Styropor unter die Heizplatte

Damit keine Wertvolle Wärme nach unten verloren geht, kann man (am besten Feinporiges und Hitzebeständiges) Styropor auf die Maße der Heizplatte zuschneiden und darunter montieren. Ich hatte bei meinen Versuchen nur normales zur Hand, welches auch funktioniert.

Mit den oben genannten Möglichkeiten, konnte ich  bei einem Test ca. 0.2 Liter Wasser in weniger als 13 Minuten auf 54 Grad erhitzen.

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 Schaltung

Links der AT Mega8. Da ja ein Timer während dem ätzen mitläuft der die Ätzzeit stoppt, wird der Mega8 mit einem 8 MHz Quarz betrieben. Wer auf die (Quarz)genaue Zeit verzichten kann braucht diesen nicht zu bestücken und stellt einfach den internen RC-Generator (8MHz) bei den Fusebits ein.
An J3 wird der Hallgeber angeschlossen. Bei der Montage kann während der Motor läuft, LED2 beobachtet werden, welche die Peaks anzeigt die bei jeder Umdrehung ankommen wenn der Magnet (nahe genug) am Hallgeber vorbei läuft. 
Die Relaiskontakte K1-1 und K1-2 unterbrechen den Strom für die Heizfolien, wenn die Temperatur den Sollwert erreicht haben. Der Zustand wird durch LED1 angezeigt. Diese leuchtet, wenn das Relais eingeschaltet ist.
PB3 (OC2) Steuert über den N-Channel FET IRLZ34N den Motor an. An JP2 liegt der I2C-Bus an dem nur der LM75 angeschlossen ist.
BZ1 ist der Summer für den Erinnerungsbeep. Leider ist der von mir eingebaute BJM05 etwas zu leise. Das bemerkte ich leider erst, als die Schaltung im geschlossenem Gehäuse war. Hier werde ich bei Gelegenheit noch etwas nachbessern.

An J2-1..5 wird der Drehgeber angeschlossen. Leider habe ich keine genaue Bezeichnung für meinen Drehgeber. Ich habe allerdings mehrere dieser Encoder (Drehencoder, Drehimpulsgeber) angeschlossen und die funktionierten alle problemlos. Leider hatte ich nur einen mit Gewinde da, der sich mit einer Mutter an der Frontplatte anschrauben lässt und ausgerechnet dieser ist nicht Beschriftet.
An J2-1 und J2-2 wird der Eigentliche Encoder angeschlossen, meist am 3poligen Anschluss des Encoders, die beiden äusseren Pins. Sollte der Drehgeber falsch herum drehen, müssen J2-1 und J2-2 vertauscht werden. Der mittlere Pin, kommt an GND (J2-4 oder J2-5). J2-3 ist der Drucktaster der auch gegen GND geschaltet wird. Reichelt hat z.B. diesen im Programm, welcher gehen müsste (ohne Gewähr). Auch bei Pollin und Conrad wird man fündig.


Ätzmaschine Sachaltung

 PortC (0..5) steuert im 4-Bit Modus das 2 stellige LCD-Modul an. Dieses wird über den 10poligen SV1- Stecker mit der Platine verbunden. Da ich die Schaltung auf dem STK500 entwickelt habe , wollte ich den Anschluss nicht mehr ändern.

Ein Verbindungskabel wird nach folgender Tabelle hergestellt.

Bezeichnung
SV1-Pin
      
LCD
Pin(s)
PC0 1 -          DB4 11
PC1 2 - DB5 12
PC2 3 - DB6 13
PC3 4 - DB7 14
PC4 5 - RS 4
PC5 6 - E 6
GND 9 -
-
-
VSS
R/W
BLK
1
5
16
VCC /+5V 10 - VDD 2

Ein 10k Poti zur Kontrastreglung wird wie üblich zwischen Pin1 und 2 des LCDs (äussere Potipins) und der mittlere Potipin (der Schleifer) an Pin3 des LCDs angelötet. Der Vorwiderstand für die Hintergrundbeleuchtung beträgt bei mir 6,8Ohm (0,5 Watt) und wird zwischen Pin2 und Pin15 des LCD gelötet.

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Layout

Die Platine ist einseitig. Die PSK Steckverbinder lassen sich auch durch normale Pinheader ersetzen, dann muss man allerdings aufpassen das man die Stecker nicht verpolt. Beim Bestücken wie üblich mit den niederen Bauteile (Widerstände, Dioden) beginnen und zu den höchsten Bauteilen vorarbeiten.

Ätzmaschine Layout

Da die Platine direkt über dem Motor montiert wird (EMV ungünstig), empfield es sich das Motorgehäuse auf Masse zu legen.


Die üblichen Enstörmaßnamen mit Keramikkondensatoren bewirkten bei mir eher eine Verstärkung der Störungen.

An X3 wird die +5 Volt Spannungsversorgung angeschlossen. Wer wie ich ein umgebautes PC-Netzteil benutzt, sollte evtl. C5 durch einen 10µF Elko ersetzen (plus des Elko zum Mega8 hin), da es beim Einschalten der Heizung (immerhin knapp 3A), Spikes auf der 5V Leitung geben kann.

Die Platine habe ich mit der Ätzmaschine 2 geätzt als die Hardware noch lose uber meinem Tisch verstreut war und am STK500 hing .

Platine Aetzmaschine

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Stückliste

R1 10k Widerstand 1/4 Watt
R2,R3,R4,R6 330 Ohm Widerstand 1/4 Watt
R5 1,2k Widerstand 1/4 Watt
R7,R8 4,7k Widerstand 1/4 Watt
C1,C4,C5 100nF Keramik Kondensator (C5 evtl. 10µF)
C2,C3 22pF Keramik Kondensator
C6,C7 4,7nF Keramik Kondensator
D1,D3 1N5819 o. 1N4004 Diode
FET IRLZ34N N-Chanel Power FET, Logik Level
T1 BC547B o.Ähnlich NPN Universal Transistor
IC1 ATMega8-16PDIP AVR Mikrocontroller
IC2 LM75 CIM-5 I2C Temperatursensor 5 Volt Version
Hall1 TLE4905 + Magnet M4 Hallsensor Unipolar
Q1 8 Mhz Quarz
K1 FIN36.11 Relais 1x um 5Volt
LED1,LED2 3 mm LED
X1,X2,X3 Schraubklemme 2polig RM5
J1,J2,J3,JP2 PSK Leiterplattenverbinder 2,3,4,5pol Beispiel unten für 5pol
Printstecker, Leergehäuse, Kontakte
JP1 Pinheader 2x3pol RM2.54 ISP Steckverbinder
BZ1 BJM05 Summer
enc Drehimpulsgeber Dieser müsste gehen (siehe Text oben)

Download

Eagle Dateien, ASM und HEX Dateien

Was ich noch vorhabe:

Die Firmware aufspielen.


Da es ja mittlerweile zig verschiedene Möglichkeiten gibt einen AVR zu brennen zeige ich hier nur ein Beispiel mit dem AVR-Studio und dem Dragon oder STK500. Hier die Fuse Bits. Bei anderer Brennsoftware kann man sich beim brennen der Fuses an den HIGH und LOW Werten (0xD7, 0xBD) orientieren.

Aetzmaschine Mega8 Fusebits

Im Programm-Reiter (Bild oben) den Pfad zur .hex und .eep Datei Herstellen und beides in den Mega8 brennen. Das Eeprom muss mitgebrannt werden, um definierte Startwerte beim ersten einschalten zu erhalten.

Links

Ätzmaschine 1
Mikrocontroller.net

Hier noch ein besonders schöner Aufbau der Ätzmaschine. Sven hat einige mechanische Detais noch verbessert.

Svens Ätzmaschine

Ein Nachbau aus weissem Polysterol

Gerts Ätzmaschine

FAQ:

Frage: Mein Problem sind die Pins 1 und 2 des LM75. Welcher kommt an JP2 - 2 und welcher an JP2 - 3 .
Antwort: Pin1 des LM75 ist SDA,  dieser kommt an PD0 des Mega8 also JP2/2. SCL (2/LM75) kommt an PD1 (JP2/3).
 


Frage: Mir fällt auf, das bei meiner Platine die ganze Masse Kontaktfläche nicht vorhanden ist.
Antwort: Du musst vor dem Ausdrucken deiner Folie auf Ratsnest klicken, damit die Massefläche von Eagle gezeichnet wird. Eagle speichert die Massefläche (Polygon) nicht mit ab, das ist also immer so wenn du mit Eagle eine Folie ausdrucken willst.
 


Frage: Wie werden die Heizfolien an X1-1 und X1-2 angeschlossen
Antwort: Du musst die beiden X1 Anschlüsse als 1poligen Schalter ansehen. Damit kannst du eine Leitung der Heizspannung unterbrechen (schalten). Das habe ich extra so gemacht, damit man verschiedene Möglichkeiten hat die Heizfolien zu versorgen.
Gleichspannung, Wechselspannung, 12V (bei Paralellschaltung) oder 24V (bei Reihenschaltung der  Folien).
 

Frage: Den Atmega8 möchte ich mit Ponyprog programmieren.
Wie genau muss ich den dann brennen (was muss ich alles in ponyprog auswählen)?
Antwort: Auf meiner HP ist ganz unten ein Fenster mit den Fuse Bits abgebildet.
diese Werte trägst du hier http://www.engbedded.com/fusecalc/ ein.
Oben noch den Mega 8 einstellen.
Nach klick auf apply .... erscheinen weiter unten die Haken für Ponyprog.
Die .hex  in den Flash und die .eep ins eeprom brennen.
Fertig
 
Frage: Beim aufheizen der Aluplatte springt plötzlich ,nach ca. 20 Sekunden die Anzeige auf 0,00°C...
Antwort: Abhilfe brachte das neu verlegen der Kabel zum LM75. Auch der Sensor der vorher in der Mitte der
Heizplatte eingebaut war wurde an anderer Stelle eingebaut.
 


Timer Addon


Wie oben schon zu lesen war, habe ich den Quelltext nochmal überarbeitet und gleich noch einen Belichtungstimer in die Software eingebaut. Der Timer kann ohne weitere Hardware genutzt werden wenn der Summer genügt und das Belichtungsgerät manuell abgeschaltet wird, das habe ich jahrelang so gemacht .

Auch wer den Timer nicht benötigt, sollte die überarbeitete Firmware nutzen da kleinere Bugs entfernt wurden.

Ätzgerät Hauptmenü Ätzgerät Timer
Das Hauptmenü (Bild links) enthält nun 3 Punkte. <RUN> startet den Ätzvorgang, <TIME> Den Belichtungstimer und <SET> das Setup. Wird der Belichtungstimer gewählt (Bild rechts) wird die zuletzt gewählte Zeit auf dem LCD angezeigt. Deise kann durch drehen am Encoder verändert werden. Durch drücken des Encoders wird der Timer gestartet. Während der Timer läuft wird, PD4 am Mega8 auf high geschaltet. Den Timer kann man jederzeit durch nochmaliges drücken unterbrechen und dann entscheiden ob man abbrechen will, oder ob weitergezählt werden soll. Ist der Timer bei 00:00 angelangt ertönt der Summer und PD4 wird wieder auf GND geschaltet.

Die kleine Extraschaltung

Timer PlatineWie gesagt kann der Timer ohne weitere Hardware genutzt werden, komfortabler wird es aber, wenn ein Relais mit kleiner Treiberstufe in den Belichter eingebaut wird.

Timer Relais

Timer Schaltung

 Die 3 Leitungen für +5, GND und Pin6 des Mega8 könnten z.B. über einen 3poligen Klinkenstecker verbunden werden, wenn man das Ätzgerät und den Belichter mit entsprechenden Buchsen ausstattet. Der Relaiskontakt könnte dann den (einpoligen) Netzschalter im Belichtungsgerät überbrücken.

Das hätte dann den Vorteil, das der Belichter weiterhin ohne den Timer eingeschaltet werden kann.

Download Qellcode, Hex, Eagle-Dateien