DIY STEP / DIR LASER GALVO CONTROLLER: 5 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:10

Kumusta, sa Instructable na ito, nais kong ipakita sa iyo kung paano mo mabubuo ang iyong sariling hakbang / dir interface para sa mga pamantayan ng galvo laser scanner ng ILDA.

Tulad ng maaari mong malaman na ako din ang imbentor ng "DIY-SLS-3D-Printer" at ang "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" at habang itinatayo ko ang mga machine na ito nagsimula akong mag-tinkering tungkol sa kung paano gaganap ang mga printer na ito, kung gagamit ako ng isang Galvo Scanner sa halip na isang sistemang kilusan ng cartesian. Gayunpaman sa mga panahong ito wala akong kaalaman upang mag-program ng isang controller para sa isang scanner ng galvo. Kaya gumamit ako ng isang mayroon nang firmware na may paggalaw ng cartesian.

Ngunit ngayon at pagkatapos ng ilang pagsasaliksik nakakita ako ng isang itinuturo kung saan gumagamit ang may-akda ng isang arduino upang lumikha ng isang palabas sa DIY Laser Galvo. Akala ko ito talaga ang hinahanap ko, kaya inorder ko ang mga piyesa tulad ng sa kanyang itinuro at gumawa ng ilang mga eksperimento. Matapos ang ilang pagsasaliksik na nalaman ko, na ang Arduino ay hindi gaganap ng iyon bilang interface ng hakbang / direksyon, kaya't naayos ko ito para sa microcontroller ng STM32.

Mangyaring tandaan na ang controller na ito ay isang prototype lamang, ngunit magagamit para sa maraming mga proyekto. Halimbawa sa isang printer ng DIY SLS 3D o isang laser engraver.

Ang mga tampok ng Galvo controller ay:

• conversion mula sa 5V hakbang / dir signal sa ILDA standart
• 120kHz dalas ng pag-input ng (Mga senyas ng Hakbang / Direksyon)
• Resolusyon ng 12bit na output (0, 006 ° bawat anggulo)
• pag-convert mula sa polar patungo sa mga linear na coordinate
• katugma sa anumang galaw ng kontrol na lilikha ng isang hakbang at signal ng direksyon
• pin ng pagkakahanay sa gitna (routine ng homing)

video ng laser galvo controller: (paparating na)

Kung gusto mo ang aking Makatuturo, mangyaring bumoto para sa akin sa Paligsahan sa Remix

Hakbang 1: Mga Bahaging Kailangan mo para sa Galvo Controller

Mga Elektronikong Bahagi para sa galvo controller:

Dami	Paglalarawan	Link	Presyo
1x	Itinakda ang ILDA 20Kpps galvo galvanometer	Aliexpress	56, 51€
1x	6mm 650nm Laserdiode	Aliexpress	1, 16€
ang ilan	mga wire	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Mga Elektronikong Bahagi para sa circuit:

Narito ang lahat ng kinakailangang mga bahagi para sa galvo controller. Sinubukan kong mapagkukunan ang lahat ng mga bahagi nang mura hangga't maaari.

Dami	Paglalarawan	Pangalan sa circuit	Link	Presyo
1x	STM32 "Blue-Pill" microcontroller	"BLUE-PILL"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 bit dual channel DAC	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 dalawahang OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	1k Resistor	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	10k trim-potentiometer	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
ang ilan	pin header	-	Aliexpress	0, 46€

Hakbang 2: Ang Teorya ng Controller

Narito ipaliwanag ko sa iyo, kung paano gumagana ang pangkalahatang controller. Magpapakita rin ako ng ilang mga detalye halimbawa ng pagkalkula ng tamang anggulo.

1. GAMOT-CONTROLLER

Ang tagakontrol ng paggalaw ay ang bahagi kung saan lilikha ka ng mga signal ng hakbang at direksyon. Ang pagkontrol ng hakbang / direksyon ay madalas na ginagamit sa mga application ng stepper motor tulad ng 3D-Printers, Laser o CNC-Mills.

Bilang karagdagan sa mga signal ng hakbang at direksyon ay kailangan ng isang center allignment pin upang gawin ang STM32 at ang Motioncontroller consitent. Iyon ay dahil ang mga galvos ay ganap na kinokontrol at hindi na kailangan para sa anumang mga switch ng limitasyon.

2. STM32-Microcontroller

Ang STM32 microcontroller ang puso ng tagakontrol na ito. Ang microcontroller na ito ay maraming gawain na dapat gawin. Ang gawain na ito ay:

Gawain 1: Sukatin ang mga signal

Ang unang gawain ay upang masukat ang mga input signal. Sa kasong ito ito ay magiging mga signal ng hakbang at direksyon. Dahil hindi ko nais na ang mosyon-control ay malilimitahan ng dalas ng pag-input, dinisenyo ko ang circuit para sa 120kHz (nasubukan). Upang makamit ang dalas ng pag-input na ito nang hindi nawawala ang data, gumagamit ako ng dalawang mga timer ng TIM2 at TIM3 sa STM32 upang pamahalaan ang hakbang / direksyon ng direksyon. Bilang karagdagan sa mga signal ng hakbang at direksyon ay mayroong signal ng paglinya. Ang pagkakahanay na ito ay kinokontrol ng isang panlabas na makagambala sa STM32.

Gawain 2: Kalkulahin ang mga senyas

Ngayon kailangang kontrolin ng taga-kontrol ang mga signal sa tamang halaga para sa DAC. Dahil ang galvo ay lilikha ng isang hindi linear na sistema ng coordinate ng polar, isang maliit na pagkalkula ang kinakailangan upang lumikha ng isang linear na pagtitiwala sa pagitan ng hakbang at aktwal na inilipat na laser. Dito ipapakita ko sa iyo ang isang sketch ng pagkalkula:

Ngayon kailangan naming hanapin ang formula para sa pagkalkula. Dahil gumagamit ako ng 12bit DAC, maaari kong ibigay ang isang boltahe mula sa -5 - + 5V sa 0 - 4096 na mga hakbang. Ang galvo na mayroon akong order ay may kabuuang anggulo ng pag-scan na 25 ° sa -5 - + 5V. Kaya ang aking anggulo phi ay nasa isang saklaw mula sa -12, 5 ° - +12, 5 °. Sa wakas kailangan kong pag-isipan ang distansya d. Personal kong nais ang isang patlang ng pag-scan na 100x100mm, kaya't ang aking d ay magiging 50mm. Ang mataas na h ay magiging resulta ng phi at d. h ay 225, 5mm. Upang dalhin ang distansya d na may kaugnayan sa anggulo phi Gumamit ako ng isang maliit na pormula, na gagamitin ang mga tangente at i-convert ang anggulo mula sa mga radian sa "DAC-halaga"

Sa wakas kailangan ko lamang magdagdag ng isang bias ng 2048, sapagkat ang aking scanfield ay sentro ng pagkakahanay at lahat ng mga kalkulasyon ay tapos na.

Gawain 3: Magpadala ng mga halaga sa DAC:

Dahil ang ginamit kong STM32 ay walang build sa DAC, gumamit ako ng panlabas na DAC. Ang komunikasyon sa pagitan ng DAC at ng STM32 ay natanto sa paglipas ng SPI.

3. DAC

Para sa circuit ay gumagamit ako ng parehong 12bit DAC "MCP4822" bilang deltaflo. Dahil ang DAC ay unipolar 0-4, 2V at kailangan mo - + 5V bipolar para sa pamantayan ng ILDA, kailangan mong bumuo ng isang maliit na circuit na may ilang mga OpAmps. Gumagamit ako ng TL082 OpAmps. Kailangan mong buuin ang amplifier-circuit na ito nang dalawang beses, dahil kailangan mong kontrolin ang dalawang galvos. Ang dalawang OpAmps ay konektado sa -15 at + 15V bilang kanilang boltahe ng suplay.

4. GALVO

Ang huling bahagi ay sa halip simple. Ang boltahe ng Output ng dalawang OPAmps ay konektado sa mga driver ng ILDA Galvo. At iyon lang, ngayon dapat mong makontrol ang mga galvos na may mga signal ng hakbang at direksyon

Hakbang 3: Ang Circuit

Para sa circuit na ginamit ko ang isang prototype PCB.

Maaari mong ikonekta ang mga signal ng hakbang at direksyon nang direkta sa STM32, sapagkat naaktibo ko ang panloob na pull down resistors. Gayundin nagamit ko ang mga pin na mapagparaya sa 5V para sa mga hakbang sa hakbang, direksyon at gitnang.

Maaari mong i-download ang buong iskema ng circuit sa ibaba:

Hakbang 4: Programming ang STM32

Ang STM32 ay naka-program sa Attolic TrueStudio at CubeMX. Ang TrueStudio ay libre gamitin at maaari mo itong i-download dito

Dahil ang TrueStudio ay hindi ganoon kadali kagaya ng halimbawa ng Arduino IDE, nakabuo ako ng isang.hex file, na kakailanganin mo lamang i-upload sa STM32 microcontroller.

Sa sumusunod na ipapaliwanag ko, kung paano mo i-uplaod ang file sa STM32 na "BluePill":

1. I-download ang "STM32 ST-LINK Utility": Maaari mong i-download ang Software dito

2. I-install at buksan ang "STM32 ST-LINK Utility":

3. Ngayon buksan ang file na Galvo.hex sa ST-Link Utility:

Pagkatapos nito kailangan mong ikonekta ang STM32 "BluePill" sa ST-Link-V2. Kapag nakakonekta mag-click sa "Kumonekta sa traget Button":

Panghuli mag-click sa "I-download". Ngayon ang iyong STM32 ay dapat na mai-flash nang tama.

Bilang karagdagan, ikinabit ko ang lahat ng mga mapagkukunang file para sa Galvo_Controller sa TrueStudio

Hakbang 5: Ikonekta ang Lahat ng Mga Bahagi sa Mekanikal at Subukan Ito

Inilagay ko ang lahat ng mga elektronikong bahagi sa isang 4mm na plato ng aluminyo para sa isang mas mahusay na hitsura:-)

Ipapakita ko sa iyo ngayon kung paano mo kailangang ayusin ang mga potensyal sa circuit marahil:

Sa una ang ilang impormasyon sa background tungkol sa pamantayan ng ILDA. Karaniwang ginagamit ang pamantayan ng ILDA para sa mga palabas sa Laser, at binubuo ng isang 5V at isang -5v signal. Ang parehong mga signal ay may parehong amplitude, ngunit may nagbago polarity. Kaya kung ano ang kailangan nating gawin ay i-trim ang output signal mula sa DAC hanggang 5V at -5V.

Ayusin ang potensyomiter:

Ang nakikita mo dito ay ang output boltahe ng circuit na ito sa isang input na dalas ng hakbang na 100kHz at may pare-parehong signal ng direksyon. Sa larawang ito ay maayos ang lahat. Ang amplitude ay pupunta mula 0 hanggang 5V at mula 0 hanggang -5. Gayundin ang mga voltages ay nakahanay marahil.

Ipapakita ko sa iyo kung ano ang maaaring magkamali habang inaayos ang potensyomiter:

Tulad ng nakikita mo ngayon ang parehong mga voltages ay hindi nakahanay marahil. Ang solusyon ay upang ayusin ang offset boltahe mula sa OpAmp. Ginagawa mo iyon sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga potensyal na "R8" at "R10".

Isa pang halimbawa:

Tulad ng nakikita mo ngayon ang mga voltages ay nakahanay marahil, ngunit ang amplitude ay hindi 5V ngunit 2V. Ang solusyon ay upang ayusin ang makakuha ng risistor mula sa OpAmp. Ginagawa mo iyon sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga potensyal na "R7" at "R9".