DIY STEP / DIR LASER GALVO CONTROLLER: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Hai, dalam Instructable ini, saya ingin menunjukkan kepada anda bagaimana anda boleh membina antara muka langkah / dir anda sendiri untuk pengimbas laser galvo standard ILDA.

Seperti yang anda ketahui, saya juga penemu "DIY-SLS-3D-Printer" dan "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" dan semasa saya membina mesin ini, saya mula memikirkan bagaimana prestasi pencetak ini, jika saya akan menggunakan Galvo Scanner dan bukannya sistem pergerakan kartesian. Namun pada masa ini saya tidak mempunyai pengetahuan untuk memprogram pengawal untuk pengimbas galvo. Oleh itu, saya telah menggunakan firmware yang ada dengan gerakan kartesian.

Tetapi hari ini dan setelah beberapa kajian saya dapati petunjuk di mana pengarang menggunakan arduino untuk membuat pertunjukan DIY Laser Galvo. Saya rasa inilah yang saya cari, jadi saya telah memesan bahagian-bahagian seperti dalam arahannya dan membuat beberapa eksperimen. Setelah beberapa kajian saya dapati, bahawa Arduino tidak akan berfungsi dengan baik seperti antara muka / arah, jadi saya mencantumkannya semula untuk mikrokontroler STM32.

Ingatlah bahawa pengawal ini hanyalah prototaip, tetapi boleh digunakan untuk banyak projek. Contohnya dalam pencetak 3D SLS DIY atau pengukir laser.

Ciri-ciri pengawal Galvo adalah:

• penukaran dari isyarat langkah / dir 5V ke standard ILDA
• Frekuensi input 120kHz (Isyarat Langkah / Arah)
• Resolusi Output 12bit (0, 006 ° setiap sudut)
• penukaran dari koordinat kutub ke linear
• serasi dengan mana-mana pengawal gerakan yang akan membuat isyarat langkah dan arah
• pin penjajaran tengah (rutin homing)

video pengawal galvo laser: (akan datang)

Sekiranya anda menyukai Instructable saya, sila pilih saya dalam Peraduan Remix

Langkah 1: Bahagian yang Anda Perlu untuk Pengawal Galvo

Bahagian Elektronik untuk pengawal galvo:

Kuantiti	Penerangan	Pautan	Harga
1x	Set galvanometer ILDA 20Kpps	Aliexpress	56, 51€
1x	Laserdiod 6mm 650nm	Aliexpress	1, 16€
beberapa	wayar	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Bahagian Elektronik untuk litar:

Berikut adalah semua bahagian yang diperlukan untuk pengawal galvo. Saya cuba mencari semua bahagian dengan harga semurah mungkin.

Kuantiti	Penerangan	Nama di litar	Pautan	Harga
1x	Pengawal mikro STM32 "Blue-Pill"	"Pil biru"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 bit dual channel DAC	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 dual OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	Perintang 1k	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	Potensiometer trim 10k	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
beberapa	pengepala pin	-	Aliexpress	0, 46€

Langkah 2: Teori Pengawal

Di sini saya akan anda jelaskan, bagaimana pengawal berfungsi secara umum. Saya juga akan menunjukkan beberapa perincian seperti pengiraan sudut tepat.

1. PENGAWAL PERGERAKAN

Pengawal gerakan adalah bahagian di mana anda akan membuat isyarat langkah dan arah. Pengawal langkah / arah sering digunakan dalam aplikasi motor stepper seperti 3D-Printers, Laser atau CNC-Mills.

Sebagai tambahan kepada isyarat langkah dan arah terdapat perlunya pin penjajaran tengah untuk menjadikan STM32 dan Motioncontroller sesuai. Ini kerana galvos dikawal secara mutlak dan tidak memerlukan sebarang suis had.

2. STM32-Mikrokontroler

Mikrokontroler STM32 adalah nadi pengawal ini. Pengawal mikro ini mempunyai beberapa tugas yang perlu dilakukan. Tugas ini adalah:

Tugasan 1: Mengukur isyarat

Tugas pertama adalah mengukur isyarat input. Dalam kes ini, ia akan menjadi isyarat langkah dan arah. Kerana saya tidak mahu pengawal gerakan dibatasi oleh frekuensi input, saya merancang litar untuk 120kHz (diuji). Untuk mencapai frekuensi input ini tanpa kehilangan data, saya menggunakan dua pemasa perkakasan TIM2 dan TIM3 pada STM32 untuk menguruskan antara muka langkah / arah. Selain isyarat langkah dan arah terdapat isyarat lignment. Penjajaran ini dikendalikan oleh gangguan luaran pada STM32.

Tugasan 2: Mengira isyarat

Kini pengawal perlu mengira isyarat dengan nilai yang tepat untuk DAC. Kerana galvo akan membuat sistem koordinat kutub tidak linear, pengiraan kecil diperlukan untuk mewujudkan pergantungan linear antara laser langkah dan sebenar yang digerakkan. Di sini saya akan menunjukkan lakaran pengiraan:

Sekarang kita perlu mencari formula pengiraannya. Kerana saya menggunakan DAC 12bit, saya dapat memberikan voltan dari -5 - + 5V dalam langkah 0 - 4096. Galvo yang saya pesan mempunyai sudut imbasan total 25 ° pada -5 - + 5V. Jadi sudut phi saya berada dalam lingkungan antara -12, 5 ° - +12, 5 °. Akhirnya saya perlu memikirkan jarak d. Saya sendiri mahukan medan imbasan 100x100mm, jadi d saya adalah 50mm. H tinggi akan menjadi hasil phi dan d. h ialah 225, 5mm. Untuk membawa jarak d berkaitan dengan sudut phi, saya menggunakan sedikit formula, yang akan menggunakan tangen dan mengubah sudut dari radian menjadi "nilai-DAC"

Akhirnya saya hanya perlu menambahkan bias 2048, kerana bidang imbasan saya adalah penjajaran tengah dan semua pengiraan dilakukan.

Tugasan 3: Hantar nilai ke DAC:

Kerana STM32 yang saya gunakan tidak mempunyai build di DAC, saya telah menggunakan DAC luaran. Komunikasi antara DAC dan STM32 dilaksanakan melalui SPI.

3. DAC

Untuk litar saya menggunakan 12bit DAC "MCP4822" yang sama seperti deltaflo. Kerana DAC unipolar 0-4, 2V dan anda memerlukan - + 5V bipolar untuk standard ILDA, anda perlu membina litar kecil dengan beberapa OpAmps. Saya menggunakan TL082 OpAmps. Anda harus membina litar penguat ini dua kali, kerana anda perlu mengawal dua galvos. Kedua-dua OpAmps disambungkan ke -15 dan + 15V sebagai voltan bekalan mereka.

4. GALVO

Bahagian terakhir agak sederhana. Voltan keluaran kedua OPAmps akan disambungkan ke pemacu ILDA Galvo. Dan itu sahaja, sekarang anda seharusnya dapat mengawal galvos dengan isyarat langkah dan arah

Langkah 3: Litar

Untuk litar saya telah menggunakan prototaip PCB.

Anda boleh menyambungkan isyarat langkah dan arah terus ke STM32, kerana saya telah mengaktifkan perintang penarik ke bawah. Juga saya telah menggunakan pin toleran 5V untuk pin langkah, arah dan tengah.

Anda boleh memuat turun skema penuh litar di bawah:

Langkah 4: Memprogram STM32

STM32 diprogramkan dengan Attolic TrueStudio dan CubeMX. TrueStudio percuma untuk digunakan dan anda boleh memuat turunnya di sini

Kerana TrueStudio tidak semudah seperti Arduino IDE, saya telah menghasilkan fail.hex, yang anda hanya perlu memuat naik ke mikrokontroler STM32.

Berikut ini saya akan menerangkan, bagaimana anda menaikkan fail ke STM32 "BluePill":

1. Muat turun "STM32 ST-LINK Utility": Anda boleh memuat turun Perisian di sini

2. Pasang dan buka "STM32 ST-LINK Utility":

3. Sekarang buka fail Galvo.hex di ST-Link Utility:

Selepas itu anda perlu menyambungkan STM32 "BluePill" ke ST-Link-V2. Setelah disambungkan, klik pada "Connect to traget Button":

Akhirnya klik pada "Muat turun". Sekarang STM32 anda harus dilancarkan dengan betul.

Sebagai tambahan, saya telah melampirkan semua fail sumber untuk Galvo_Controller di TrueStudio

Langkah 5: Sambungkan Semua Bahagian Secara Mekanik dan Uji Ia

Saya telah meletakkan semua bahagian elektronik pada plat aluminium 4mm untuk penampilan yang lebih baik:-)

Sekarang saya akan menunjukkan kepada anda bagaimana anda perlu menyesuaikan potensiometer pada litar mungkin:

Pada mulanya beberapa maklumat latar belakang mengenai standard ILDA. Piawaian ILDA biasanya digunakan untuk pertunjukan Laser, dan terdiri daripada isyarat 5V dan -5v. Kedua-dua isyarat mempunyai amplitud yang sama, tetapi dengan polaritas yang berubah. Jadi apa yang harus kita lakukan ialah mengurangkan isyarat output dari DAC ke 5V dan -5V.

Laraskan potensiometer:

Apa yang anda dapat lihat di sini ialah voltan keluaran litar ini pada frekuensi langkah input 100kHz dan dengan isyarat arah tetap. Dalam gambar ini semuanya baik-baik saja. Amplitud bermula dari 0 hingga 5V dan dari 0 hingga -5. Mungkin juga voltan diselaraskan.

Sekarang saya akan menunjukkan kepada anda apa yang boleh menjadi salah semasa menyesuaikan potensiometer:

Seperti yang anda lihat sekarang kedua-dua voltan tidak selaras mungkin. Penyelesaiannya adalah dengan menyesuaikan voltan ofset dari OpAmp. Anda melakukannya dengan menyesuaikan potensiometer "R8" dan "R10".

Contoh yang lain:

Seperti yang anda lihat sekarang voltan selaras mungkin, tetapi amplitudnya bukan 5V tetapi 2V. Penyelesaiannya adalah dengan menyesuaikan perintang penguatan dari OpAmp. Anda melakukannya dengan menyesuaikan potensiometer "R7" dan "R9".