DIY STEP/DIR LASER GALVO CONTROLLER: 5 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Hi, In hierdie instruksies wil ek u wys hoe u u eie stap / dir -koppelvlak kan bou vir ILDA standaard galvo laserskandeerders.

Soos u dalk weet, is ek ook die uitvinder van die "DIY-SLS-3D-Printer" en die "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" en terwyl ek besig was om hierdie masjiene te bou, het ek begin peins oor hoe hierdie drukkers sal presteer, as ek 'n Galvo Scanners sal gebruik in plaas van 'n cartesiese bewegingsisteem. Maar in hierdie dae het ek nie die kennis gehad om 'n kontroleerder vir 'n galvo -skandeerder te programmeer nie. Ek het dus 'n bestaande firmware met kartesiese beweging gebruik.

Maar vandag en na 'n bietjie navorsing, het ek 'n instruksie gevind waar die skrywer 'n arduino gebruik om 'n DIY Laser Galvo -vertoning te maak. Ek het gedink dit is presies wat ek soek, so ek het die onderdele bestel soos in sy instruksies en 'n paar eksperimente gemaak. Na 'n bietjie navorsing het ek agtergekom dat die Arduino nie so goed as stap / rigting -koppelvlak sal presteer nie, so ek het dit weer vir die STM32 -mikrobeheerder gemeng.

Onthou, hierdie kontroleerder is slegs 'n prototipe, maar kan vir baie projekte gebruik word. Byvoorbeeld in 'n DIY SLS 3D -drukker of 'n lasergraveerder.

Die kenmerke van die Galvo -kontroleerder is:

• omskakeling van 5V stap/dir seine na ILDA standaard
• Invoerfrekwensie van 120 kHz van (stap- / rigtingseine)
• 12bit uitsetresolusie (0, 006 ° per hoek)
• omskakeling van polêre na lineêre koördinate
• verenigbaar met enige bewegingsbeheerder wat 'n stap- en rigtingsein sal skep
• middellynlynpen (huisroetine)

video van laser galvo controller: (kom binnekort)

As u van my Instructable hou, stem dan vir my in die Remix -wedstryd

Stap 1: Onderdele wat u benodig vir die Galvo -beheerder

Elektroniese onderdele vir die galvo -kontroleerder:

Hoeveelheid	Beskrywing	Skakel	Prys
1x	ILDA 20Kpps galvo galvanometer stel	Aliexpress	56, 51€
1x	6mm 650nm Laserdiode	Aliexpress	1, 16€
sommige	drade	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Elektroniese onderdele vir die stroombaan:

Hier is al die vereiste onderdele vir die galvo -kontroleerder. Ek het probeer om alle onderdele so goedkoop as moontlik te kry.

Hoeveelheid	Beskrywing	Naam op kring	Skakel	Prys
1x	STM32 "Blue-Pill" mikrobeheerder	"BLOU-PIL"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 -bit tweekanaals DAC	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 dubbele OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	1k weerstand	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	10k trim-potensiometer	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
sommige	pen kop	-	Aliexpress	0, 46€

Stap 2: Die teorie van die beheerder

Hier sal ek u verduidelik hoe die beheerder in die algemeen werk. Ek sal ook 'n paar besonderhede toon, byvoorbeeld die berekening van die regte hoek.

1. BEWEGINGSBEHEERDER

Die bewegingsbeheerder is die deel waar u die stap- en rigtingseine sal skep. Die stap/rigting-kontrole word gereeld gebruik in stappermotortoepassings soos 3D-drukkers, lasers of CNC-meulens.

Benewens die stap- en rigtingseine is daar 'n behoefte aan 'n middelpuntpen om die STM32 en die Motioncontroller konsekwent te maak. Dit is omdat die galvos absoluut beheer word en daar geen limietskakelaars nodig is nie.

2. STM32-mikrobeheerder

Die STM32 -mikrobeheerder is die hart van hierdie beheerder. Hierdie mikrobeheerder het verskeie take om te doen. Hierdie taak is:

Taak 1: Meet seine

Die eerste taak is om die insetseine te meet. In hierdie geval sal dit stap- en rigtingseine wees. Omdat ek nie wil hê dat die bewegingsbeheerder beperk word deur die invoerfrekwensie nie, het ek die stroombaan ontwerp vir 120kHz (getoets). Om hierdie invoerfrekwensie te bereik sonder om data te verloor, gebruik ek twee hardeware -timers TIM2 en TIM3 op die STM32 om die stap / rigting -koppelvlak te bestuur. Benewens die stap- en rigtingseine is daar 'n belyningsein. Hierdie belyning word beheer deur 'n eksterne onderbreking op die STM32.

Taak 2: Bereken die seine

Nou moet die beheerder die seine bereken na die regte waarde vir die DAC. Omdat die galvo 'n nie -lineêre polêre koördinaatstelsel sal skep, is 'n klein berekening nodig om 'n lineêre afhanklikheid tussen stap en werklike beweegde laser te skep. Hier sal ek u 'n skets van die berekening wys:

Nou moet ons die formule vir die berekening vind. Omdat ek 'n 12bit DAC gebruik, kan ek 'n spanning van -5 - +5V in 0 - 4096 stappe gee. Die galvo I -bestelling het 'n totale skanderingshoek van 25 ° by -5 - +5V. My hoek phi is dus in 'n reeks van -12, 5 ° - +12, 5 °. Uiteindelik moet ek nadink oor die afstand d. Ek wil persoonlik 'n scanveld van 100x100mm hê, so my d is 50mm. Die hoë h sal die gevolg wees van phi en d. h is 225, 5 mm. Om die afstand d in verhouding tot die hoek phi te bring, het ek 'n klein formule gebruik, wat die raaklyne sal gebruik en die hoek van radiale in "DAC-waardes" omskakel.

Uiteindelik hoef ek net 'n vooroordeel van 2048 by te voeg, want my scanveld is middellyn en al die berekeninge word gedoen.

Taak 3: Stuur waardes na die DAC:

Omdat die STM32 wat ek gebruik het geen DAC ingebou het nie, het ek 'n eksterne DAC gebruik. Die kommunikasie tussen die DAC en die STM32 word gerealiseer via SPI.

3. DAC

Vir die kring gebruik ek dieselfde 12bit DAC "MCP4822" as deltaflo. Omdat die DAC unipolêr 0-4, 2V is en u+5V bipolêr nodig het vir die ILDA -standaard, moet u 'n klein stroombaan bou met 'n paar OpAmps. Ek gebruik TL082 OpAmps. U moet hierdie versterkerkring twee keer bou, want u moet twee galvo's beheer. Die twee OpAmps is gekoppel aan -15 en +15V as hul voedingsspanning.

4. GALVO

Die laaste deel is redelik eenvoudig. Die uitgangsspanning van die twee OPAmps sal aan die ILDA Galvo -bestuurders gekoppel word. En dit is dit, nou moet u die galvo's met stap- en rigtingseine kan beheer

Stap 3: Die stroombaan

Vir die kring het ek 'n prototipe PCB gebruik.

U kan die stap- en rigtingseine direk aan die STM32 koppel, omdat ek interne aftrekweerstands geaktiveer het. Ek het ook 5V -tolerante penne gebruik vir die trap-, rigting- en middelpenne.

U kan die volledige skema van die stroombaan hieronder aflaai:

Stap 4: Programmering van die STM32

Die STM32 is geprogrammeer met Attolic TrueStudio en CubeMX. TrueStudio is gratis om te gebruik en u kan dit hier aflaai

Omdat TrueStudio nie so eenvoudig is soos byvoorbeeld die Arduino IDE nie, het ek 'n.hex -lêer genereer wat u eenvoudig na die STM32 -mikrobeheerder moet oplaai.

In die volgende sal ek verduidelik hoe u die lêer na die STM32 "BluePill" oplaai:

1. Laai "STM32 ST-LINK Utility" af: U kan die sagteware hier aflaai

2. Installeer en maak "STM32 ST-LINK Utility" oop:

3. Maak nou die Galvo.hex-lêer oop in die ST-Link Utility:

Daarna moet u die STM32 "BluePill" aan die ST-Link-V2 koppel. Sodra u gekoppel is, klik op die "Koppel aan die knoppie":

Klik laastens op "Download". Nou moet u STM32 korrek flits.

Boonop het ek al die bronlêers vir die Galvo_Controller in TrueStudio aangeheg

Stap 5: Verbind al die onderdele meganies en toets dit

Ek het al die elektroniese onderdele op 'n 4 mm aluminiumplaat geplaas vir 'n beter voorkoms:-)

Nou sal ek u wys hoe u die potensiometers op die stroombaan waarskynlik moet aanpas:

Eers 'n paar agtergrondinligting oor die ILDA -standaard. Die ILDA -standaard word gewoonlik gebruik vir laservertonings en bestaan uit 'n 5V en 'n -5v sein. Beide seine het dieselfde amplitude, maar met veranderlike polariteit. Wat ons dus moet doen, is om die uitsetsignaal van die DAC na 5V en -5V te snoei.

Pas die potensiometer aan:

Wat u hier kan sien, is die uitgangsspanning van hierdie stroombaan by 'n ingangsfrekwensie van 100kHz en met 'n konstante rigtingsein. Op hierdie foto is alles in orde. Die amplitude gaan van 0 tot 5V en van 0 tot -5. Die spanning is waarskynlik ook in lyn.

Nou sal ek u wys wat fout kan wees tydens die aanpassing van die potensiometer:

Soos u nou kan sien, is beide spannings waarskynlik nie in lyn nie. Die oplossing is om die offsetspanning vanaf die OpAmp aan te pas. U doen dit deur die potensiometers "R8" en "R10" aan te pas.

'N Ander voorbeeld:

Soos u nou kan sien, is die spannings waarskynlik in lyn, maar die amplitude is nie 5V nie, maar 2V. Die oplossing is om die versterkingsweerstand van die OpAmp aan te pas. U doen dit deur die potensiometers "R7" en "R9" aan te pas.