3DTouch Sensor V2

Vor einiger Zeit habe ich einen Druckbett-Nivellierungssensor 3DTouch analysiert und eine alternative Firmware dafür geschrieben, die den Betrieb auch an einer CNC-Fräse erlaubt, deren Controller keinen Ausgang für das Steuersignal der Standardfirmware des 3DTouch zur Verfügung stellt. Einige Projekte konnte ich mit dem umprogrammierten Sensor realisieren, dann habe ich ihn aus Unachtsamkeit offenbar zerstört. Zur Zeit tastet er nur die ersten 3..5 Punkte korrekt ab, danach stellt er den Betrieb ein und meldet keine weiteren Oberflächenkontakte  -  Unbrauchbar :-(

Nach einer relativ langen Pause habe ich kürzlich erneut eine Oberflächenabtastung auf nichtleitendem Material benötigt und mich dazu entschlossen, den zweiten mir zur Verfügung stehenden Sensor ebenfalls umzubauen.

Da ich beim Einsatz des ersten Sensors schon bemerkt hatte, dass die von mir fest einprogrammierte Pause von 0,5 s recht knapp bemessen ist, ich aber aufgrund der komplizierten Kontaktierung für den Programmiervorgang keine Lust hatte, das zu ändern, habe ich mir diesmal vorgenommen, die Firmware des Sensors auch nachträglich ändern zu können.

Bei anderen Projekten - einem Handsender und einem elektronischen Würfel - habe ich den ICSP (In Circuit Serial Programming) Zugang des Microprozessors auf eine Stiftleiste mit 1,27 mm Pitch gelegt, was ich auch hier so umgesetzt habe. Der vorhandene Adapter passt natürlich, der initialen und nachträglichen Änderung der Firmware steht somit nichts mehr im Wege.

Die schon beschriebenen Änderungen an der Leiterplatte habe ich identisch durchgeführt. Hier ist lediglich zusätzlich der Programmierstecker dazu gekommen.

Die Änderungen der Platine stellen alle notwendigen Anschlüsse auf der Unterseite zur Verfügung, so dass die Verdrahtung übersichtlich vonstatten geht.

Lediglich der Anschluss des Signals SCI an Pin 2 des µC muss auch jetzt wieder mit einem zusätzlichen Draht erfolgen.

Dieses Signal ist für die high voltage Programmierung des Bausteins notwendig, die zum Löschen des Flashinhalts und zum Beschreiben der Fuses mit den für die anschließende serielle low voltage Programmierung benötigten Werten dient. Näheres dazu habe ich bereits bei der ersten Version des 3DTouch Umbaus geschrieben.

Die Fuses werden mit einem kleinen Arduino Sketch passend programmiert. Ich verwende dafür das Programm von Krzysztof Adamski, lediglich die Pinzuweisung am Anfang des Programms muss an die verwendete Schaltung angepasst werden. Zusätzlich habe ich die Fuse Werte an meine Wünsche angepasst. Die geänderte Version des Programms stelle ich zur Verfügung.

Nach dem Schreiben der Fuses wird dieser zusätzliche Draht entfernt, er ist für die anschließende ICSP Programmierung nicht notwendig.

Der fertig umgebaute 3DTouch mit Programmierstecker präsentiert sich so:

Die Verbindung zwischen mySmartUSB light, dem ICSP Programmer meiner Wahl, und dem Sensor erfolgt mit dem oben beschriebenen Adapter:

 

Nota bene:
Dieser zweite 3DTouch Sensor hat einen fürchterlich späten Auslösezeitpunkt gegenüber dem ersten von mir überarbeiteten Sensor. Der erste hat nach nicht ganz 1 mm getriggert, dieser Zweite taucht ca. 2 mm ein, bevor der Probevorgang triggert. Ich musste die obere Stellung in den Probe Settings von OCP entsprechend ändern, die Probezeit wurde somit deutlich länger (aufgrund der längeren Fahrzeit beim Annähern an die Oberfläche). Ich muss mir mal anschauen, ob ich den Triggerzeitpunkt ändern kann. Vermutlich läuft es auf eine mechanische Justierung hinaus.

Alternative
Wem der Umbau und die Programmierung eines 3DTouch-Sensors wie hier beschrieben zu knifflig ist, kann mit dem 3DTouch-Interface einen unveränderten 3DTouch- oder BLTouch -Sensor in Verbindung mit GRBL verwenden.

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Die endgültige Befestigung des Sensors an der Fräse habe ich aus einem Stück einseitig kupferbeschichteten FR4 Material und einem ca. 3 mm durchmessenden Kupferdraht hergestellt.

Der Draht passt ziemlich genau in eine 3,17 mm Klemmhalterung für Fräser und kann durch Biegen genau senkrecht ausgerichtet werden. Das ist zumindest bei meinem Sensor leider notwendig, da die Befestigungsfläche des Sensors nicht auch nur annähernd senkrecht zur Taststiftachse verläuft.

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Per Jensen hat den Umbau eines 3DTouch Sensors erfolgreich nachvollzogen und einen Adapter entworfen, der die Befestigung des Sensors an der Spindel erleichtert.

Die zugehörigen Designfiles für den 3D-Druck stellt er zur Verfügung. Vielen Dank dafür!

Mit Dremel oder ähnlichen Spindeln fasst die Klemme für 3,175 mm Bits auch die M3 Schraube, die von oben in die Aufnahme zu drehen ist und dann von ihrem Kopf befreit wird.

Tipp
ER11 Klemmungen für 3,175 mm, wie sie z.B. an gängigen China-Spindeln zu finden sind, fassen eine M3 Schraube nicht, die Schraube rutscht durch, man muss dafür eine 3 mm Klemmung verwenden. Deshalb das Loch für die M3 Schraube vorsichtig etwas erweitern und stattdessen einen etwa 3 mm durchmessenden Kupferdraht einsetzen. Man erspart sich dadurch das Auswechseln der ER11 Klemmung, falls man 3,175 mm durchmessende Fräser verwendet.

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Per hat noch eine Version 2 des Adapters erstellt. Bei dieser Variante wird die M3 Schraube von der Unterseite her in den Adapter eingeschraubt, man spart sich so das Köpfen der Schraube. Zwischen Aussparung für den Schraubenkopf und dem eigentlichen Schraubenloch ist eine Lage Filament vorhanden, die man mit einem scharfen Schraubenzieher oder Ähnlichem durchstoßen muss.

Diese zusätzliche Lage Filament ist absichtlich eingefügt worden, da auf diese Weise die Erstellung von Supportstrukturen überflüssig gemacht wird. Eine gut verständliche Darstellung dieses Tricks zeigt Joel auf Youtube (in Englisch).