DIY STEP/DIR LASER GALVO CONTROLLER: 5 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Hei, Tässä Instructable -ohjelmassa haluan näyttää sinulle, kuinka voit rakentaa oman step / dir -rajapinnan ILDA -standardin galvo -laserskannerille.

Kuten ehkä tiedätte, olen myös "DIY-SLS-3D-tulostimen" ja "JRLS 1000 DIY SLS-3D-TULOSTIMEN" keksijä, ja kun olen rakentanut näitä koneita, olen alkanut miettiä, miten nämä tulostimet toimivat, jos käytän Galvo -skannereita suorakulmaisen liikejärjestelmän sijasta. Näinä päivinä minulla ei kuitenkaan ollut tietoa ohjelmoida ohjainta galvo -skannerille. Joten olen käyttänyt olemassa olevaa laiteohjelmistoa, jossa on suorakulmainen liike.

Mutta tänään ja jonkin tutkimuksen jälkeen löysin ohjeen, jossa kirjoittaja käyttää arduinoa luomaan DIY Laser Galvo -esityksen. Luulin, että tämä on juuri sitä, mitä etsin, joten olen tilannut osat kuten hänen ohjeissaan ja tehnyt joitain kokeita. Jonkin tutkimuksen jälkeen huomasin, että Arduino ei toimi niin hyvin askel / suunta -rajapinnalla, joten sekoitin sen uudelleen STM32 -mikrokontrollerille.

Muista, että tämä ohjain on vain prototyyppi, mutta sitä voidaan käyttää moniin projekteihin. Esimerkiksi DIY SLS 3D -tulostimessa tai laserkaivertajassa.

Galvo -ohjaimen ominaisuuksia ovat:

• muuntaminen 5 V: n askel/ohjaussignaaleista ILDA -standardiksi
• 120 kHz: n (taajuus / suunta -signaalien) tulotaajuus
• 12 -bittinen lähtötarkkuus (0, 006 ° kulmaa kohti)
• muuntaminen polaarisista lineaarikoordinaateiksi
• yhteensopiva minkä tahansa liikkeenohjaimen kanssa, joka luo askel- ja suunnasignaalin
• keskimmäinen kohdistustappi (kohdistusrutiini)

video laser -galvo -ohjaimesta: (tulossa pian)

Jos pidät Instructable -ohjelmastani, äänestä minua Remix -kilpailussa

Vaihe 1: Galvo -ohjaimen tarvitsemat osat

Galvo -ohjaimen elektroniset osat:

Määrä	Kuvaus	Linkki	Hinta
1x	ILDA 20Kpps galvo -galvanometrisarja	Aliexpress	56, 51€
1x	6mm 650nm laserdiodi	Aliexpress	1, 16€
jonkin verran	johdot	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Piirin elektroniset osat:

Tässä ovat kaikki galvo -ohjaimen tarvittavat osat. Yritin hankkia kaikki osat mahdollisimman halvalla.

Määrä	Kuvaus	Nimi piirissä	Linkki	Hinta
1x	STM32 "Blue-Pill" mikro-ohjain	"SININEN PILLER"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 -bittinen kaksikanavainen DAC	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 dual OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	1k vastus	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	10k trimmipotentiometri	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
jonkin verran	nastan otsikko	-	Aliexpress	0, 46€

Vaihe 2: Ohjaimen teoria

Tässä selitän, miten ohjain toimii yleensä. Näytän myös joitain yksityiskohtia, esimerkiksi oikean kulman laskemisen.

1. LIIKKEEN OHJAIN

Liikeohjain on osa, jossa luodaan askel- ja suunnasignaalit. Askel-/suuntaohjausta käytetään usein askelmoottorisovelluksissa, kuten 3D-tulostimissa, lasereissa tai CNC-myllyissä.

Askel- ja suunnasignaalien lisäksi tarvitaan keskikohdistustappi STM32: n ja Motioncontrollerin hyväksymiseksi. Tämä johtuu siitä, että päänsä ovat ehdottomasti ohjatut eikä mitään rajakytkimiä tarvita.

2. STM32-mikrokontrolleri

STM32 -mikrokontrolleri on tämän ohjaimen sydän. Tällä mikrokontrollerilla on useita tehtäviä. Nämä tehtävät ovat:

Tehtävä 1: Mittaa signaaleja

Ensimmäinen tehtävä on mitata tulosignaalit. Tässä tapauksessa kyseessä ovat askel- ja suunnasignaalit. Koska en halua, että liikeohjainta rajoitetaan tulotaajuudella, suunnittelin piirin 120 kHz: lle (testattu). Tämän tulotaajuuden saavuttamiseksi menettämättä tietoja käytän STM32 -laitteessa kahta laitteistoajastinta TIM2 ja TIM3 askel- / suuntarajapinnan hallintaan. Askel- ja suuntasignaalien lisäksi on suuntaussignaali. Tätä kohdistusta ohjaa STM32: n ulkoinen keskeytys.

Tehtävä 2: Laske signaalit

Nyt ohjaimen on laskettava signaalit oikeaan arvoon DAC: lle. Koska galvo luo epälineaarisen polaarisen koordinaattijärjestelmän, tarvitaan pieni laskelma, jotta saadaan aikaan lineaarinen riippuvuus askeleen ja varsinaisen siirretyn laserin välillä. Tässä näytän sinulle luonnoksen laskelmasta:

Nyt meidän on löydettävä laskentakaava. Koska käytän 12 -bittistä DAC -laitetta, voin antaa jännitteen -5 - +5 V 0-4096 askeleen välein. Galvo I have orderin kokonaiskannauskulma on 25 ° -5 - +5 V. Joten kulmani phi on välillä -12, 5 ° - +12, 5 °. Lopuksi minun on ajateltava etäisyyttä d. Haluan henkilökohtaisesti skannauskentän 100x100 mm, joten d on 50 mm. Korkea h on seurausta phi ja d. h on 225,5 mm. Tuodakseni etäisyyden d suhteessa kulmaan phi käytin pientä kaavaa, joka käyttää tangentteja ja muuntaa kulman radiaaneista "DAC-arvoiksi"

Lopuksi minun tarvitsee vain lisätä bias 2048, koska skannauskenttäni on kohdistettu keskelle ja kaikki laskelmat on tehty.

Tehtävä 3: Lähetä arvot DAC: lle:

Koska käyttämässäni STM32: ssa ei ole sisäänrakennettua DAC: ia, olen käyttänyt ulkoista DAC: ia. Viestintä DAC: n ja STM32: n välillä toteutetaan SPI: n kautta.

3. DAC

Piirissä käytän samaa 12 -bittistä DAC "MCP4822" kuin deltaflo. Koska DAC on yksinapainen 0-4, 2V ja tarvitset -+5V bipolaarista ILDA -standardia varten, sinun on rakennettava pieni piiri, jossa on joitain OpAmpia. Käytän TL082 OpAmpsia. Sinun on rakennettava tämä vahvistinpiiri kahdesti, koska sinun on ohjattava kahta päätä. Kaksi OpAmpiä on kytketty syöttöjännitteeseen -15 ja +15 V.

4. GALVO

Viimeinen osa on melko yksinkertainen. Kahden OPAmps: n lähtöjännite kytketään ILDA Galvo -ohjaimiin. Ja siinä kaikki, nyt sinun pitäisi pystyä hallitsemaan pään askel- ja suunnasignaaleilla

Vaihe 3: Piiri

Piirissä olen käyttänyt piirilevyn prototyyppiä.

Voit kytkeä askel- ja suunnasignaalit suoraan STM32: een, koska olen aktivoinut sisäiset vetovastusvastukset. Lisäksi olen käyttänyt 5 V: n suvaitsevia tappeja askel-, suunta- ja keskitappeihin.

Voit ladata piirin täydellisen kaavion alla:

Vaihe 4: STM32: n ohjelmointi

STM32 on ohjelmoitu Attolic TrueStudion ja CubeMX: n kanssa. TrueStudio on ilmainen ja voit ladata sen täältä

Koska TrueStudio ei ole niin yksinkertainen kuin esimerkiksi Arduino IDE, olen luonut.hex -tiedoston, joka sinun tarvitsee vain ladata STM32 -mikrokontrolleriin.

Seuraavassa selitän, kuinka lisäsit tiedoston STM32 "BluePill" -laitteeseen:

1. Lataa "STM32 ST-LINK Utility": Voit ladata ohjelmiston täältä

2. Asenna ja avaa "STM32 ST-LINK Utility":

3. Avaa nyt Galvo.hex-tiedosto ST-Link-apuohjelmassa:

Tämän jälkeen sinun on liitettävä STM32 "BluePill" ST-Link-V2-laitteeseen. Kun yhteys on muodostettu, napsauta "Connect to traget" -painiketta:

Napsauta lopuksi "Lataa". Nyt STM32: n pitäisi vilkkua oikein.

Lisäksi olen liittänyt kaikki Galvo_Controllerin lähdetiedostot TrueStudioon

Vaihe 5: Liitä kaikki osat mekaanisesti ja testaa se

Olen asettanut kaikki elektroniset osat 4 mm: n alumiinilevylle paremman ilmeen saavuttamiseksi:-)

Nyt näytän sinulle, kuinka sinun täytyy säätää piirin potentiometrejä luultavasti:

Aluksi joitain taustatietoja ILDA -standardista. ILDA -standardia käytetään yleensä laser -esityksissä, ja se koostuu 5 V: n ja -5 V: n signaalista. Molemmilla signaaleilla on sama amplitudi, mutta napaisuus on muuttunut. Joten meidän on leikattava lähtösignaali DAC: sta 5V ja -5V.

Säädä potentiometri:

Tässä näet tämän piirin lähtöjännitteen 100 kHz: n syöttötaajuudella ja vakio -ohjaussignaalilla. Tässä kuvassa kaikki on hyvin. Amplitudi vaihtelee välillä 0 -5 V ja 0 --5. Myös jännitteet ovat todennäköisesti kohdillaan.

Nyt näytän sinulle, mikä voi mennä pieleen potentiometriä säätäessä:

Kuten näette nyt, molemmat jännitteet eivät todennäköisesti ole kohdakkain. Ratkaisu on säätää off -jännitettä OpAmp -vahvistimesta. Voit tehdä tämän säätämällä potentiometrejä "R8" ja "R10".

Toinen esimerkki:

Kuten näette nyt, jännitteet ovat todennäköisesti linjassa, mutta amplitudi ei ole 5V vaan 2V. Ratkaisu on säätää vahvistusvastusta OpAmpista. Voit tehdä tämän säätämällä potentiometrejä "R7" ja "R9".