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myhobby-CNC - Supportforum

Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren
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10.10.17 19:21
FoodFighter 
Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Mahlzeit,
Ich weiß, das Thema Umkehrspiel wird immer wieder ein Thema sein und wir hoffen alle darauf, dass eine Kompensation irgendwann in GRBL nachgepflegt wird und dass wir uns hier im Hobby-Bereich bewegen, der ein ganz anderer Standard als der Industrielle Profi-Sektor ist.
Jedoch möchte ich mal in die Runde fragen, ob vielleicht noch jemand eine Möglichkeit zur Verbesserung hat.

Anbei mal ein Foto von ein paar Kunststoff-Schildchen, die ich mit meiner Shapeoko-X graviert habe.
Benutzt wurde ein 0,5 bzw. 0,75mm Gravierstichel (40°), 0,3mm Frästiefe.
Hier kann man sehr gut erkennen, dass es ein Umkehrspiel gibt. Es ist nicht weltbewegend groß, ich würde es auf 0,1-0,2mm schätzen, aber gerade beim Gravieren mit V-Förmigen Sticheln fällt dieses dann doch sehr schnell auf.

Man könnte dem vermutlich schon recht gut entgegen wirken, wenn man die Verfahrwege von vornherein so konstruiert, dass diese sinnvoller verlaufen.
In diesem Fall habe ich die G-codes mit CamBam konstruiert. Einlinien-Schriftart, in Polylinien konvertiert, doppelte Wege entfernt. Anschließend den gcode mit Chilipepper zur Shapeoko vermittelt.
Leider ist das Ergebnis dann so, dass der Fräser viel hin und her fährt, statt (für den Menschen logische) Wege nacheinander abzufahren.
Ich bin auf dem Gebiet noch nicht bewandert genug um mich hier fachlich korrekt auszudrücken, hoffe aber man versteht, was ich meine.
Bsp: Das "L" von "Lager" wird in 2 Schritten abgefahren: 1 kleiner, senkrechter Strich, dann setzt er um aufs rechte Ende vom waagerechten Strich unten und fährt nach links, anschließend hoch bis zum Ende vom ersten, oberen, senkrechten, kurzen Strich.
Sinnvoller wäre es in einem Zug: Oben angefangen, senkrecht runter, unten angekommen, waagerecht nach rechts. So wie ein Mensch ein "L" schreibt.
Ich bin noch nicht dahinter gekommen, wie ich diese Verfahrwege sinnvoller gestalten kann ohne jeden Buchstaben händisch zu zeichnen.


Die Riemen sind sauber und gespannt...wie sehr lässt sich schwer erklären, ich würde sagen "gut fest, aber nicht zu stramm".

Ebenfalls ist mir bewusst, dass man zum Gravieren eigentlich einen Tiefenregler nutzen sollte...dieser würde aber am Umkehrspiel in diesem Fall auch nichts ändern.

Wie sieht das bei euch aus?
Ist das Umkehrspiel ungefähr vergleichbar?
Hat vielleicht irgendjemand eine Idee, wie ich das Ergebnis verbessern könnte?
Gibt es Tipps oder Ratschläge, wie und/oder womit man solche Schriften zur Schilder-Gravur anders, einfacher oder besser zu gcodes bekommt?

Gruß
Markus

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Mime-Type: image/jpeg, 1.366 kB

12.10.17 11:52
Ronald 

Moderator

Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Hallo FoodFighter,

ich habe hier ein kurzes, ganz gutes Video zum Thema Backlash gefunden: https://www.youtube.com/watch?v=fK2rWmIDoWU

LG Ronald

12.10.17 15:10
FoodFighter 
Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Hallo Ronald,
danke für das Video...wenn ich den Autor richtig verstehe, spricht der von 2/10.000 Inch bzw. rund 5/1.000mm
Das ist mal ne Ansage. Davon bin ich wohl noch sehr weit entfernt.
Ist das bei euch denn ähnlich "genau"?
Wo könnte ich denn anfangen an der Genauigkeits-Schraube zu drehen?

Was mir auffällt ist, dass die Shapeoko im Video deutlich schneller und leiser...augenscheinlich auch flüssiger als meine fährt.
Wobei ich nicht behaupten würde, dass meine verspannt oder schwergängig ist.
Ich werde zeitnah mal ein kurzes Video machen, das erklärt vermutlich mehr als alle Worte.

Gruß Markus

13.10.17 11:02
FoodFighter 
Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Moin zusammen,

Ich habe den Backlash-Test aus dem genannten Video mal nachgestellt...erstmal nur auf der X-Achse, auf der Y-Achse fehlte mir spontan eine nutzige Befestigungsmöglichkeit für die Messuhr.


Ich lande in diesem Fall bei -0,02mm.

Auch bei mehrmaligem Herumspielen, mit verschiedenen Verfahrdistanzen, lande ich immer irgendwo zwischen -0,02 und +0,02mm. Mal mehr, mal weniger, sodass ich für die X-Achse eine Genauigkeit von +/- 0,02mm bennenen kann.

Prinzipiel eigentlich ganz zufriedenstellend für eine Hobby-Fräse, denke ich.
Schade, dass das beim Gravieren (mit V-Meißeln) so extrem auffällt.

Zum Thema Geräusche und Riemenspannung habe ich nochmal folgende Aufnahme gemacht:


Vielleicht möchtet ihr euch das mal angucken und kommentieren, was ihr zur Riemenspannung und Geräuschentwicklung denkt.
Die Riemenspannung konnte ich hoffentlich halbwegs brauchbar demonstrieren.
Geräusche der Stepper hört man sehr gut. Ausm Bauch heraus finde ich die persönlich recht laut, hört sich irgendwie gequält an, muss aber zugeben, dass ich vom 3D-Drucker und sonstigen Spielereien andere Stepper, die auch deutlich weniger Masse bewegen müssen, gewohnt bin.
Das Einstellen und Spielen an den Treibern hatte ich in einem anderen Thread beschrieben, die Einstellung ist m.E. in Ordnung so, wie sie nun ist.

Gruß
Markus

Zuletzt bearbeitet am 13.10.17 11:07

14.12.17 21:40
FoodFighter 
Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Hallo allerseits,

ich möchte diesen Thread ebenfalls nochmal aufrollen, da ich allmählich mit meinem Latein am Ende bin.

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob es am Umkehrspiel oder an Schrittverlusten liegt, mir ist auch bewusst, dass ich mich hier im Zehntel-Bereich bewege, was beim Holz-Fräsen überhaupt nicht auffallen würde.
Dennoch würde ich gerne verstehen, wieso bei mir passiert, was hier passiert.

Dazu mal folgendes Foto (die schwarze Diagonale und das Geschmiere bitte missachten, es handelte sich um ein Reststück Gravurplastik):


Ab und zu, nicht immer, aber immer mal wieder, kommt es zu diesen Versätzen.
Der Versatz liegt (wie oben schon beschrieben) bei 0,1-0,2mm ... schwer zu messen, aber in diesem Fall eindeutig zu sehen.
Auffällig ist jedenfalls, dass der Versatz IMMER nach links ist.
Es muss dazu auch keine geschlossene geometrische Figur sein, wenn Cambam grad mal (für den Menschen) unsinnige Werkzeugwege erzeugt und beispielsweise (wie oben zu sehen) einen Buchstaben in mehreren Teilen abfährt, zwischendurch absetzt und wo anders weiter macht, passiert das auch.
(Ich versuche mal das zu erklären: im Bild aus dem Start-Beitrag: das "m" aus "Kompressor" wurde so gefräst, dass zuerst die beiden Bögen samt Senkrechten gefräst wurden, dann wurde abgesetzt und links oben der kleine Strich ans "m" gemacht -> mit Versatz)

Das Muster wurde mit Cambam erstellt, mit Chilipeppr an die Fräse gesendet.
Gestartet wurde jede geometrische Figur seperat...also Kreis für Kreis, Quadrat für Quadrat.
Gestartet wurde jeweils rechts in der vertikalen Mitte, gefräst dann gegen den Uhrzeigersinn, geendet wieder rechts in der vertikalen Mitte.

Ich habe die gefräste nc-Datei mal angehängt (bitte nach Speichern die .txt-Endung entfernen)
Ebenso angehängt habe ich meine GRBL-Settings.

Langsam erhärtet sich bei mir die Vermutung, dass es u.U. mit den Steps/mm zusammenhängen könnte, da diese für X und Y auf 33.33 eingestellt sind.
Ich konnte beobachten, dass beim Ausnullen und beim hin- und her-fahren ein Fehler von 0.01 über bleibt. Damit will ich sagen, dass -je nach Position- 0.01mm zu viel oder zu wenig angezeigt werden und/oder wenn ich eine Position ausnulle manchmal einfach 0.01mm in den Koordinaten über bleiben.
Meiner Vermutung nach könnte das damit zusammenhängen, dass die 33.333steps/mm eigentlich eine 33.3(Periode) sein müssten, GRBL aber nur mit 3 Nachkommastellen rechnet und so dann gewissermaßen ein Rechenfehler entsteht, der auf- oder abgerundet wird
(3 x 33.333 = 99,999 - vermutlich sollten das aber 100 sein)
Ich weiß nicht, ob das Ergebnis damit zusammen hängen könnte, dagegen würde sprechen, dass sich mein "Fehler" bei 0.1 und nicht 0.001mm bewegt...sprich dem 100-fachen.

Was ich mittlerweile ebenfalls alles "verbessert" habe ist folgendes:
- Ferritkerne an allen Stepper- und Endschalter-Kabeln, 230V-Leitung (Auf Seite der Controller-Kiste ... getreu dem Motto "schaden kann's nicht)
- Ferritkern am USB-Kabel auf Seite des USB-A Steckers (Rechner)
- Anderes USB-Kabel (nicht dass da Schritte auf der Datenleitung verloren gehen)
- Leichtgängigkeit der Laufwagen geprüft und feinjustiert
- Riemenspannung geprüft
- andere Fräser, andere ER11-Spannbacken (nicht dass da irgenwo einfach ein unglückliches Spiel drin war)

Hat irgendwer noch eine clevere Idee, was man noch kontrollieren könnte oder sogar Erfahrungswerte, woraus solche Versätze herrühren könnten?
Ich würd's gern Verstehen...leben könnte ich mit den winzigen Abweichungen allemal, schöner wärs trotzdem ohne

Gruß
Markus

Zuletzt bearbeitet am 14.12.17 21:43

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IMG_20171214_170951.jpg IMG_20171214_170951.jpg (5x)

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Test-Muster.nc.txt Test-Muster.nc.txt (5x)

Mime-Type: text/plain, 1 kB

GRBL-Settings.txt GRBL-Settings.txt (5x)

Mime-Type: text/plain, 2 kB

14.12.17 22:25
crix 

Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Hi,

Was Du noch kontrollieren könntest ist die Verbindung zwischen Motorachse und Pulley. Wenn das nicht sicher sitzt, kann es sporadisch Versatz geben.

Eine Andere Idee: Passiert der Versatz auf durchgehenden Strecken oder wird da der Kreis nicht korrekt geschlossen?
Es gibt den Effekt dass vor allem bei relativ agressiven Vorschüben und Zustellungen der Fräser aus der Bahn gedrückt wird und zwar richtungsabhängig. Wenn der Kreis an der Stelle des Versatzes aus zwei Richungen geschlossen wird, (du erwähntest schwer nachvollziehbare wegplanung von cambam) könnte das eine Erklärung sein.

Du kannst mal prüfen wie leicht sich der Fräser bei bestromten Motoren wegdrücken lässt. Bei mir sind das leicht mehrere zehntel.
Ich habe neulich ein paar Massnahmen in Angriff genommen um die Z-Achse stabiler zu bekommen. Habe seit dem aber noch nicht wieder getestet.

Du könntest auch mal estlcam probieren, das macht meistens recht nachvollziehbare wegplanungen. Ich finde auch die estlcam firmware mit der es dann ohne grbl die Fräse direkt steuerst sehr gut. Ist vielleicht einen Versuch Wert.

Gruß
crix

15.12.17 10:48
Ronald 

Moderator

Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Hallo FoodFighter,

ich sehe Deine Ergebnisse aber immer noch als "Backlash"-Problem. Typisch dafür ist auch der festgestellte Versatz nach links. Würdest Du den Kreis im Gegenuhrzeigersinn fahren lassen, wäre der Versatz auch nach links. Würdest Du den Kreis bei 9:00 Uhr beginnen, nicht wie jetzt bei 15:00 Uhr, wäre dann vermutlich der Versatz nach rechts. Um diesen "kleine" Differenz noch raus zu bekommen, braucht man eine Backlash-Kompensation oder einen Antrieb mit Kugelumlaufspindel, die wirklich "kein" Spiel hat.

Wenn Du viel Zeit hast, könntest Du mal auf LinuxCNC mit einer China-Steuerung umsteigen und in LinuxCNC die Backlash Parameter einstellen. Dann könntest Du das Problem möglicherweise lösen. Ansonsten hört es sich so an, als ob Du wirklich schon alles optimiert hättetst.

LG Ronald

15.12.17 11:58
FoodFighter 
Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Vorab vielen Dank euch beiden für die Ideen!

Zitieren:
Passiert der Versatz auf durchgehenden Strecken oder wird da der Kreis nicht korrekt geschlossen?
Der Versatz passiert nie in laufenden Strecken, bei dem Kreis-Quadrat-Muster war der Versatz quasi zwischen Start und Ende der jeweiligen Figur, bei den Buchstaben bzw. Schildchen war er zwischen Anheben-Umsetzen-Irgendwo_anders_weiter_machen
Zitieren:
bei relativ agressiven Vorschüben und Zustellungen
Ich meine es waren 150mm/min, sowohl als Eintauch-Vorschub als auch als genereller Vorschub...scheint mir auf Plastik mit 0.3mm Zustellung nicht sehr viel.
Zitieren:
Du kannst mal prüfen wie leicht sich der Fräser bei bestromten Motoren wegdrücken lässt. Bei mir sind das leicht mehrere zehntel.
Ja, ich kann deine Aussage bestätigen, ganz so steif, wie ich annahm, ist die Z-Achse gar nicht. (wobei das wirklich klagen auf sehr hohem Niveau ist!)...Vielleicht ist's das wirklich schon.
Zitieren:
Du könntest auch mal estlcam probieren
Davon habe ich mittlerweile viele Begeisterte Meinungen gelesen...ich werde es definitiv mal testen
Zitieren:
ich sehe Deine Ergebnisse aber immer noch als "Backlash"-Problem. Typisch dafür ist auch der festgestellte Versatz nach links. Würdest Du den Kreis im Gegenuhrzeigersinn fahren lassen, wäre der Versatz auch nach links. Würdest Du den Kreis bei 9:00 Uhr beginnen, nicht wie jetzt bei 15:00 Uhr, wäre dann vermutlich der Versatz nach rechts. Um diesen "kleine" Differenz noch raus zu bekommen, braucht man eine Backlash-Kompensation oder einen Antrieb mit Kugelumlaufspindel, die wirklich "kein" Spiel hat.
Danke, die Aussage, dass du hier einen Backlash siehst, beruhigt mein Gewissen.
Ich war mir mittlerweile überhaupt nicht mehr sicher...teilweise liest man davon, dass Riemen annähernd gar kein Umkehrspiel haben sollen, meiner Logik nach kann das nicht sein und 0.2mm wären da ein durchaus annehmbarer Wert.
Ich werde bei Gelegenheit mal versuchen die Kreise andersrum abzufahren.
Komplett auf Kugelumlaufspindeln umzurüsten ist mir für den Hobbybereich dann doch ZU aufwendig.

Vielen Dank für die Anregungen und Meinungen!

Gruß Markus

26.12.17 16:39
FoodFighter 
Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Hallo und schöne Festtage euch allen,

wie vorgeschlagen habe ich mich mal an Estlcam probiert...und direkt ein wenig verliebt.
Mir gefällt die Steuerung mit dem Xbox-Controller und ich finde es spitze, dass man direkt aus dem Cam-Programm heraus die Fräse ansprechen kann.
Ein paar Sachen vermisse ich von Cambam zwar sehr (z.B. das grundlegende Zeichnen der Zeichnung, die bei Estlcam erst importiert werden muss)...andererseits hält vermutlich gerade DAS Estlcam so schön schlicht und einfach.
Es zwingt einen auch niemand dazu nur EIN Programm zu nutzen...Für meinen Hobbybereich (und als Greenhorn-Amateur) kann ich sehr gut mit dieser Lösung leben und bin ausgesprochen froh, dass solche Programme für bezahlbares Geld angeboten werden.

Back to Topic:
Ich habe weiter herumgespielt und möchte die Nachwelt gern daran teilhaben lassen:

Das hier ist ein Ausschnitt meiner Testreihe:


Ganz unten ist die Bearbeitungsreihenfolge automatisch gewählt -> Estlcam arbeitet diese (wie Cambam auch) von links nach rechts ab:


In der Zeile darüber habe ich manuelle die Bearbeitungsreihenfolge derart angepasst, dass Buchstabe für Buchstabe von rechts nach links abgearbeitet wird:


Ebenfalls habe ich auch manuelle 'Kreuz-und-Quer'-Verfahrwege getestet, was letztendlich alles zum gleichen Ergebnis führt:
Von links nach rechts tauchen die "Fehler" deutlich sichtbar oben am "m", am "p" und am "e" auf
Von Rechts nach Links entfallen diese, dafür ist ein "Fehler" im "K".

Daraus schließe ich ganz eindeutig, dass es sich hierbei tatsächlich um ein "Backlash-Problem" handelt und je nachdem ob der Startpunkt von link oder von rechts angefahren wird, unterschiedlich viel Spiel im System ist.

Interessant fände ich es noch, wie ich das ->genau<- diagnostizieren könnte...augenscheinlich fällt mir das "Problem" nur auf der X Achse auf,
in Y-Richtung eher weniger.
Mit einer Messuhr diagnostiziert man m.E. nur die Wiederholgenauigkeit...und die auch nur gemessen am Wagen, nicht am Fräser (also ohne Spiel der Spindel selbst).
Ich denke man bräuchte hier ein recht Spezielles Testmuster, was mehrfach nebeneinander abgefahren und unter realen Bedingungen gefräst (oder in meinem Fall graviert) wird.

Zugegebenermaßen ist das alles wie erwähnt kein "Problem" per se.
Ich habe momentan glücklicherweise ein wenig Zeit und Freude daran mich mit der Materie zu befassen

Gruß
Markus

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Testreihe_klein.jpg Testreihe_klein.jpg

Mime-Type: image/jpeg, 315 kB

L_nach_R_(Auto).png L_nach_R_(Auto).png (2x)

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R_nach_L.png R_nach_L.png

Mime-Type: image/png, 19 kB

26.12.17 16:50
FoodFighter 
Re: Umkehrspiel / Backlash beim Gravieren

Hier nochmal der Vollständigkeit halber die komplette Testerei.
U.a. auch damit man sieht um welche Größenverhältnisse es sich hier handelt.

Die oberen Schilder haben die Maße 20x70mm.
Die Schrifthöhe beträgt überall 7.5mm
HSS Gravierstichel halbiert 45° 0,75mm (sowas hier)

Datei-Anhänge
Testerei_komplett.jpg Testerei_komplett.jpg (8x)

Mime-Type: image/jpeg, 2.851 kB

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Versatz   Kugelumlaufspindeln   richtungsabhängig   Genauigkeits-Schraube   Anheben-Umsetzen-Irgendwo   Gravieren   Größenverhältnisse   Einlinien-Schriftart   Backlash-Kompensation   Endschalter-Kabeln   Befestigungsmöglichkeit   Bearbeitungsreihenfolge   zufriedenstellend   Backlash   Gegenuhrzeigersinn   Kunststoff-Schildchen   Umkehrspiel   Kugelumlaufspindel   Kreis-Quadrat-Muster   Geräuschentwicklung