Micro stapjes

OK, eerst was het heel fijn dat de motoren en de timing belt zouden voldoen om voldoende kracht en vooral voldoende nauwkeurigheid te geven om een kleine CNC machine te bouwen. Maar als je verder nadenkt, wat ik af en toe wel eens doe, kwam ik toch tot de constatatie dat ik misschien net iets nauwkeuriger moet kunnen werken.

Door het aantal mm te meten dat de band beweegt bij één omwenteling, kan je zien hoe groot één stapje is. Ik kwam uit op 0.3 mm en was daar meteen tevreden mee. Dat is ook prima als je rechthoekige gaten wil uitfrezen of printplaatjes op maat wil zagen. Een gat dat 0.3 mm breder of smaller is, dat zie je toch niet met het blote oog.

Maar als je gaten wil boren op een printplaatje, dan zit er een addertje onder het gras. De gaten zelf zijn maar 0.6 millimeter als ze draadjes van een weerstand moeten vasthouden en 0.8 millimeter voor connectoren of grotere componenten. Als je het boormachientje dan 'slechts' tot op 0.3 millimeter nauwkeurig kan bewegen, zitten de gaten dus niet juist. Je kan je immers een halve draaddikte vergissen. In de praktijk is dat ook zo, nu ik het nog manueel doe. Als ik 16 pinnetjes van een connector manueel moet boren, dan zie je op 't zicht dat die gaatjes niet evenredig verdeeld zijn. Dat is ook de reden waarom ik het automatisch wil kunnen doen.

Daarom was er dus opnieuw twijfel. Zou ik andere motoren moeten kopen? Misschien moet ik de motoren vertragen met een extra tandwiel? Maar dan zou er weer extra speling ontstaan door dat extra tandwiel en dan kom ik misschien zelfs minder nauwkeurig uit. Als ik al tot 0.1 millimeter zou raken, moet het zeker perfect zijn. Daarom heb ik verder gezocht wat ik met de bestaande motor kan doen. De reden waarom ie zo goedkoop is, is net omdat ie weinig stappen heeft. Maar daar kan ik dus echt wel iets aan verhelpen als ik de software aanpas die ik maakte om de motor te laten draaien.

Ik vond dit mooie fotootje online om de simpelste stappenmotor voor te stellen. Om te beginnen wist ik dat het nauwkeuriger kon door tussenstapjes te nemen. Nu gebruik ik het principe full stepping, wat erop neerkomt dat je de twee windingen (de foto toont vier windingen, maar ze zijn per twee verbonden) van de motor in vier stappen onder spanning zet en ompoolt. Op de foto wil dat zeggen dat ik dan de stappen 1,3,5 en 7 doe. De andere vier stappen doe ik niet bij full stepping. Daar is een goede reden voor: op deze manier is de motor het sterkst.

Maar je kan die stappen dus wel doen en een toegeving doen in de sterkte van de motor. Dat is de eerste stap, en dat ga ik dan ook zeker doen. Als je die acht stappen doet, spreekt men over half stepping en voor mijn CNC machine zou ik dan 0.15mm nauwkeurig kunnen werken.

Normaal houdt het verhaal hier op omdat je motor nu eenmaal niet meer stappen heeft. Ik zou een duurdere motor kunnen kopen, maar het hele opzet was natuurlijk dat ik een Chinese versie wil.

Maar er is nog een mogelijkheid, micro stepping. De bedoeling is om de winding niet enkel aan of uit te schakelen, maar ook 'een beetje aan'. Een soort van dimmer op de windingen zeg maar. Zo zou je extra tussenstappen kunnen verzinnen door telkens één van de windingen te 'dimmen' tijdens het ronddraaien van de motor. Als je 8 extra gedimde stappen toevoegt, krijg je in totaal 16 stappen en een nauwkeurigheid van 0.07 millimeter. Dat begint er al op te lijken!

Uiteindelijk had ik een oscilloscoop en een spiegel met zaklamp nodig om dat allemaal uit te testen, maar ik ben nu heel blij met het resultaat. Dat ga ik nog eens in detail in 't Engels opschrijven, maar dit was het resultaat. Ik kan nu 4, 8 of 16 stappen zetten met de goedkope Chinese motor. De nauwkeurigheid is dus 4x beter zoals je ziet in dit filmpje.




In de volledige test ging ik nog verder tot 64 stappen, en ook dat is gelukt. Alleen liggen die niet meer zo lineair naast elkaar, dus praktisch is het wellicht niet bruikbaar. Maar ook niet echt nodig natuurlijk.