DIY STEP/DIR LASER GALVO CONTROLLER: 5 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Zdravo, V tem navodilu vam želim pokazati, kako lahko zgradite lasten vmesnik step / dir za standardne galvanske laserske skenerje ILDA.

Kot morda veste, sem tudi izumitelj "DIY-SLS-3D-tiskalnika" in "JRLS 1000 DIY SLS-3D-TISKALNIKA". Med gradnjo teh strojev sem začel razmišljati o tem, kako bodo ti tiskalniki delovali, če bom namesto kartezičnega sistema gibanja uporabil optični bralnik Galvo. Vendar v teh dneh nisem imel znanja za programiranje krmilnika za galvo skener. Zato sem uporabil obstoječo vdelano programsko opremo s kartezijskim gibanjem.

Toda danes in po nekaj raziskavah sem našel navodilo, v katerem avtor uporablja arduino za ustvarjanje oddaje DIY Laser Galvo. Mislil sem, da prav to iščem, zato sem naročil dele, kot je v njegovih navodilih, in naredil nekaj poskusov. Po nekaj raziskavah sem ugotovil, da Arduino ne bo deloval tako dobro kot vmesnik korak / smer, zato sem ga ponovno premešal za mikrokrmilnik STM32.

Ne pozabite, da je ta krmilnik le prototip, vendar uporaben za številne projekte. Na primer v 3D -tiskalniku SLS 3D ali laserskem graverju.

Značilnosti regulatorja Galvo so:

• pretvorba iz 5V koračnih/dir signalov v standard ILDA
• 120kHz vhodna frekvenca (koračni / smerni signali)
• 12 -bitna izhodna ločljivost (0, 006 ° na kot)
• pretvorba iz polarnih v linearne koordinate
• združljiv s katerim koli krmilnikom gibanja, ki bo ustvarjal signal koraka in smeri
• osrednji zatič za poravnavo (rutinsko usmerjanje)

videoposnetek laserskega galvo krmilnika: (kmalu)

Če vam je všeč moj Instructable, prosim, glasujte zame na natečaju Remix

Korak: Deli, ki jih potrebujete za krmilnik Galvo

Elektronski deli za galvo krmilnik:

Količina	Opis	Povezava	Cena
1x	ILDA 20Kpps galvanski komplet galvanometrov	Aliexpress	56, 51€
1x	6 mm 650nm laserska dioda	Aliexpress	1, 16€
nekaj	žice	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Elektronski deli za vezje:

Tu so vsi potrebni deli za galvo krmilnik. Vse dele sem poskušal pridobiti čim ceneje.

Količina	Opis	Ime na vezju	Povezava	Cena
1x	STM32 "Blue-Pill" mikrokrmilnik	"BLUE-PILL"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 -bitni dvokanalni DAC	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 dvojni OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	1k upor	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	10k trim potenciometer	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
nekaj	pin header	-	Aliexpress	0, 46€

2. korak: Teorija krmilnika

Tukaj vam bom razložil, kako krmilnik deluje na splošno. Pokazal bom tudi nekaj podrobnosti, na primer izračun pravega kota.

1. KRMILNIK GIBANJA

Krmilnik gibanja je del, kjer boste ustvarili signale korakov in smeri. Kontrolnik koraka/smeri se pogosto uporablja v aplikacijah koračnih motorjev, kot so 3D-tiskalniki, laserji ali CNC-mlini.

Poleg signalov korakov in smeri je potreben še pin za poravnavo središča, da sta STM32 in Motioncontroller skladna. To je zato, ker so galvanske enote popolnoma nadzorovane in niso potrebna nobena končna stikala.

2. STM32-mikrokrmilnik

Mikrokrmilnik STM32 je srce tega krmilnika. Ta mikrokrmilnik ima več nalog. Te naloge so:

1. naloga: Izmerite signale

Prva naloga je merjenje vhodnih signalov. V tem primeru bodo to signali korakov in smeri. Ker ne želim, da bi krmilnik gibanja omejeval vhodna frekvenca, sem vezje oblikoval za 120 kHz (preizkušeno). Za dosego te vhodne frekvence brez izgube podatkov uporabljam dva strojna merilnika časa TIM2 in TIM3 na STM32 za upravljanje koračnega / smernega vmesnika. Poleg signalov koraka in smeri obstaja tudi signal poravnave. To poravnavo nadzira zunanji prekinitev na STM32.

2. naloga: Izračunajte signale

Zdaj mora krmilnik izračunati signale do prave vrednosti za DAC. Ker bo galvo ustvaril nelinearni polarni koordinatni sistem, je potreben majhen izračun za ustvarjanje linearne odvisnosti med koračnim in dejanskim premikanim laserjem. Tukaj vam bom pokazal skico izračuna:

Zdaj moramo najti formulo za izračun. Ker uporabljam 12 -bitni DAC, lahko oddam napetost od -5 - +5V v korakih 0 - 4096. Galvo, ki ga imam, ima skupni kot skeniranja 25 ° pri -5 - +5V. Moj kot phi je torej v območju od -12, 5 ° - +12, 5 °. Nazadnje moram razmisliti o razdalji d. Osebno želim polje za skeniranje 100x100 mm, zato bo moj d 50 mm. Visok h bo rezultat phi in d. h je 225,5 mm. Za približevanje razdalje d glede na kot phi sem uporabil majhno formulo, ki bo uporabila tangente in pretvorila kot iz radianov v "vrednosti DAC"

Končno moram dodati le pristranskost 2048, ker je moje polje za skeniranje poravnava po sredini in vsi izračuni so opravljeni.

Naloga 3: Pošljite vrednosti v DAC:

Ker STM32, ki sem ga uporabil, nima vgrajenega DAC -a, sem uporabil zunanji DAC. Komunikacija med DAC -om in STM32 poteka prek SPI.

3. DAC

Za vezje uporabljam isti 12 -bitni DAC "MCP4822" kot deltaflo. Ker je DAC unipolarni 0-4, 2V in potrebujete -+5V bipolarno za standard ILDA, morate zgraditi majhno vezje z nekaj OpAmps. Uporabljam OpAmps TL082. To ojačevalno vezje morate zgraditi dvakrat, ker morate nadzorovati dva galva. Dva OpAmps sta priključena na napajalno napetost -15 in +15V.

4. GALVO

Zadnji del je precej preprost. Izhodna napetost obeh ojačevalnikov OPA bo priključena na gonilnike ILDA Galvo. In to je to, zdaj bi morali biti sposobni nadzorovati galvos s signali korakov in smeri

3. korak: vezje

Za vezje sem uporabil prototip PCB.

Signale koraka in smeri lahko priključite neposredno na STM32, ker sem aktiviral notranje uporovne upore. Uporabil sem tudi 5V tolerantne zatiče za koračne, smerne in sredinske zatiče.

Celotno shemo vezja lahko prenesete spodaj:

4. korak: Programiranje STM32

STM32 je programiran z Attolic TrueStudio in CubeMX. TrueStudio je brezplačen za uporabo in ga lahko prenesete tukaj

Ker TrueStudio ni tako preprost, na primer Arduino IDE, sem ustvaril datoteko.hex, ki jo preprosto naložite v mikrokrmilnik STM32.

V nadaljevanju bom razložil, kako datoteko nadgradite na "BluePill" STM32:

1. Prenesite "STM32 ST-LINK Utility": Programsko opremo lahko prenesete tukaj

2. Namestite in odprite "STM32 ST-LINK Utility":

3. Zdaj odprite datoteko Galvo.hex v pripomočku ST-Link:

Po tem morate STM32 "BluePill" povezati s ST-Link-V2. Ko ste povezani, kliknite gumb "Poveži se s tragetom":

Na koncu kliknite »Prenesi«. Zdaj morate pravilno utripati vaš STM32.

Poleg tega sem v TrueStudio priložil vse izvorne datoteke za Galvo_Controller

5. korak: Mehansko povežite vse dele in jih preizkusite

Vse elektronske dele sem položil na 4 mm aluminijasto ploščo za boljši pogled:-)

Zdaj vam bom pokazal, kako verjetno morate prilagoditi potenciometre v vezju:

Najprej nekaj osnovnih informacij o standardu ILDA. Standard ILDA se običajno uporablja za laserske oddaje in je sestavljen iz signala 5V in -5v. Oba signala imata enako amplitudo, vendar s spremenjeno polarnostjo. Torej moramo obrezati izhodni signal iz DAC na 5V in -5V.

Nastavite potenciometer:

Tukaj lahko vidite izhodno napetost tega vezja pri frekvenci vhodnega koraka 100 kHz in s konstantnim smernim signalom. Na tej sliki je vse v redu. Amplituda se giblje od 0 do 5V in od 0 do -5. Verjetno so tudi napetosti poravnane.

Zdaj vam bom pokazal, kaj bi lahko bilo narobe pri nastavljanju potenciometra:

Kot vidite, obe napetosti verjetno nista poravnani. Rešitev je prilagoditev offset napetosti iz OpAmpa. To naredite s prilagajanjem potenciometrov "R8" in "R10".

Še en primer:

Kot lahko vidite, so napetosti verjetno poravnane, vendar amplituda ni 5V, ampak 2V. Rešitev je prilagoditi ojačevalni upor iz OpAmpa. To naredite s prilagajanjem potenciometrov "R7" in "R9".