Digitale Positionsanzeige aus einer Billigschieblehre – Proof of concept

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Der Meßschieber
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  • Schwierigkeit
    leicht
  • Kosten
    10 €
  • Dauer
    Unter 1 Tag
  • Wertung

Eigentlich kein Projekt, sondern eine Darstellung von einem Versuch den ich gemacht habe.
Angestoßen von einem Thread von Holzpaul über seinen motorisierten Oberfräserlift  hier im Forum, in dem er auch von seiner digitalen Höhenanzeige berichtet hat, habe ich mir die Frage gestellt wie man sich so eine Positionsanzeige einfach und günstig selber bauen kann. Das ganze ist als "proof of concept" zu sehen und nicht als fertiges Projekt.

Da doch einiges Interesse an diesem Interface besteht, habe ich einen Wissensartikel zu diesem Thema mit einigen Details geschrieben. Das Interface.

Du brauchst

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Materialliste
  • 1 x Meßschieber (3,- €)
  • 1 x Arduino Uno clone (4,- €)
  • 1 x LCD 2x16 Zeichen (1,- €)
  • 1 x Interface i2C (1,- €)
  • 1 x Spannungswandler (1,- €)

Los geht's - Schritt für Schritt

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Die Ausgangslage

Das Teil der Begierde
Die Ernüchterung: der Spalt zwischen den Meßschnäbel: 0.1 mm
Test 1 mit Parallelendmaß 8 mm
Test 2 mit Parallelendmaß 25 mm
Test 3 mit Parallelendmaß 100 mm

Als Ausgangslage habe ich mir einen 150mm Billigstdigitalmessschieber (3€ einschließlich Versand) aus China kommen lassen. Ich hatte bestimmt schon einige Hundert Messschieber in der Hand, aber so etwas noch nicht. Die digitalen Messschieber die bei den bekannten Discountern verkauft werden, sind high tech, high precision Werkzeuge dagegen. Was mir als erstes aufgefallen ist, war das Gewicht: das Ding wiegt nichts! (Zum Vergleich: der Billigmessschieber: 48 g, ein Mitutoyo Digital Messschieber: 150 g). Außer der Batterie und den Kupferleiterbahnen der Anzeige ist das Teil metallfrei! Jemand der es gewohnt ist eine Schieblehre in der Hand zu halten, kriegt sofort Kulleraugen (Ich habe den Test mit einigen Profis gemacht, das Ergebnis war immer das Gleiche: ungläubiges Staunen). Das Teil ist komplett aus (Billig-)plastik, auch wenn die es "Carbon fiber composites" nennen. Als Flaschenöffner nicht zu gebrauchen! Es wackelt und klappert abenteuerlich. Die Messschnäbel (die Dinger mit denen gemessen wird) sind gratig und können wegen dem Grat nicht komplett zusammengeschoben werden (> 0.1 mm Luft). Das habe ich durch vorsichtiges Feilen korrigiert.
Das Teil hat eine Anzeigeauflösung von 0.1 mm, und auf dem Etikett ist auch eine Messgenauigkeit von +/-0.1 mm angegeben.
Eine schnell durchgeführte Messreihe mit einigen Parallelendmassen (hochgenaue Metallblöcke) (8mm, 25mm, 100mm) haben jedoch eine erstaunliche Mess- und Wiederholgenauigkeit an den Tag gelegt: ich konnte bei vorsichtiger Handhabung keine Maßabweichung feststellen: der Maßstab und die Elektronik scheinen in Ordnung zu sein.
Da ich das Teil aber sowieso nur als Maßstab und nicht als Messschieber nutzen will, sieht das Teil nach einem idealen Kandidaten aus.

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Die Aufgabe

Das Etikett
Ohne Etikett
Der Schieber abgebaut
Die 3 Einzelteile
Der Schieber
Schieber demontiert
Die Platine
Die Schnittstelle

Da die Aufgabenstellung eine räumliche Trennung von Maßstab und Anzeige erfordert, und es außerdem Sinn macht, noch weitere Funktionen (Nullung, Richtungsänderung, Kettenmasse, etc) zu integrieren, muss ich das Ding dazu bringen, die Position nicht nur anzuzeigen, sondern auch mit der Welt zu kommunizieren.
Also wurde das Teil erstmal komplett zerlegt. Unter dem rückseitigen Etikett kamen 4 kleine Schrauben zum Vorschein. Nach Öffnen des Gehäuses lag die Steuerplatine frei, auch diese sehr einfach aufgebaut, unter einem glob top ein Kontroller der die Position errechnet und die Anzeige steuert, und ein bisschen Hühnerfutter (SMD Widerstände und Kondensatoren). That's it.
Und eine Schnittstelle in die Außenwelt: die Jungs haben bei diesem 3€ Teil eine Schnittstelle vorgesehen! Entweder hat da ein Finanzkontroller nicht aufgepasst, oder das Ding wurde von einem Bastler entworfen.
Schnell 4 Kabel an die Kontakte der Schnittstelle gelötet und durchgetestet.
Im Internet gibt es hunderte Anleitungen wie man Billigmessschieber mit Mikrokontroller verbinden kann. Entweder hatte ich Glück oder es gibt nur wenig verschiedene Protokolle, aber schon der erste Treffer war für mich der Richtige.
In weniger als 1 Stunde hatte ich eine funktionierende Kommunikation zwischen Messschieber und Mikrokontroller aufgebaut.
Und nach ein wenig binär - dezimal Umrechnung hatte ich die Positionsangabe vom Messschieber auf dem LCD Bildschirm von meinem Mikrokontroller . Und hier eine Überraschung: die Ausgabe erfolgt in Hundertstel mm. Ob die Genauigkeit gegeben ist, werde ich noch in einer getrennten Messreihe testen.
Da ich auch die Stromversorgung des Messschiebers auch von außen machen möchte (statt ständig irgendwelche Batterien wechseln zu müssen) der Messschieber 1,5 V erwartet aber der Arduino, den ich als Kontroller verwende, nur 3,3 V liefert, brauche ich noch eine Spannungsumwandlung. Für ein festes eingebautes System würde ich hier einen Spannungswandler nutzen, der die 3.3 V auf 1.5 V runterregelt, für meinen ersten Test habe ich die Schaltung von der Internetseite, die mir bei der Kommunikation geholfen hat, übernommen: mit einer roten LED, einem Widerstand und einem Kondensator wurden aus den 3,3 V 1,8 V, ok für den Meßschieber.

Für die Kommunikation vom Messschieber zum Arduino musste keine Pegelanpassung vorgenommen werden, die 1,5 (1,8) V reichen dem Arduino um als high erkannt zu werden.

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Das Ergebnis

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Wie geht’s weiter?

Der Billigstmeßschieber ist also in der Lage als Maßstab für eine lineare Achsen bis 150 mm (länger, wenn man einen größeren Meßschieber nutzt, aber die werden dann teurer) zu dienen. Dies kann eine CNC Maschine, eine Höhenverstellung einer Oberfräse, oder jede andere Achse sein.

Es sind der Fantasie keine Grenzen gesetzt. Ich habe im Moment kein Projekt, bei dem ich dieses einsetzen werde (kann sich aber jederzeit ändern), mir ging es im Moment nur um die Feststellung, ob es möglich ist, und als Anregung für Euch, hier weiterzumachen. Wenn jemand Unterstützung hierbei braucht, meldet Euch einfach, ich bin für solchen Blödsinn immer zu haben.


Rechtlicher Hinweis

Bosch übernimmt keine Gewähr für die Vollständigkeit und Richtigkeit der hinterlegten Anleitungen. Bosch weist außerdem darauf hin, dass die Verwendung dieser Anleitungen auf eigenes Risiko erfolgt. Bitte treffen Sie zu Ihrer Sicherheit alle notwendigen Vorkehrungen.


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