CONTROLADOR LASER GALVO DIY STEP / DIR: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Hola, en aquest instructiu, vull mostrar-vos com podeu crear la vostra pròpia interfície de pas / dir per als escàners làser galvo estàndard ILDA.

Com sabreu, també sóc l’inventor de la "DIY-SLS-3D-Printer" i de la "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" i, mentre construïa aquestes màquines, he començat a revisar el rendiment d’aquestes impressores. si utilitzaré un Galvo Scanners en lloc d’un sistema de moviment cartesià. No obstant això, en aquests dies no tenia coneixements per programar un controlador per a un escàner galvo. Per tant, he utilitzat un firmware existent amb moviment cartesià.

Però avui i després d’algunes investigacions he trobat un instructiu on l’autor utilitza un arduino per crear un espectacle DIY Galvo Laser. Vaig pensar que això és exactament el que estic buscant, així que he ordenat les peces com en el seu instructable i he fet alguns experiments. Després d'algunes investigacions, vaig descobrir que l'Arduino no funcionaria tan bé com a interfície de pas / direcció, així que el vaig remesclar per al microcontrolador STM32.

Recordeu que aquest controlador és només un prototip, però que es pot utilitzar per a molts projectes. Per exemple, en una impressora 3D SLS DIY o un gravador làser.

Les funcions del controlador Galvo són:

• conversió de senyals de pas / dir de 5V a estàndard ILDA
• Freqüència d'entrada de 120 kHz de (senyals de pas / direcció)
• Resolució de sortida de 12 bits (0, 006 ° per angle)
• conversió de coordenades polars a lineals
• compatible amb qualsevol controlador de moviment que crearà un senyal de pas i direcció
• passador d'alineació central (rutina d'inici)

vídeo del controlador galvo làser: (properament)

Si us agrada el meu Instructable, voteu-me al concurs de remescles

Pas 1: parts que necessiteu per al controlador Galvo

Peces electròniques per al controlador galvo:

Quantitat	Descripció	Enllaç	Preu
1x	Conjunt de galvanòmetres galvo ILDA 20Kpps	Aliexpress	56, 51€
1x	6mm 650nm Laserdiode	Aliexpress	1, 16€
alguns	cables	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Parts electròniques per al circuit:

Aquí hi ha totes les peces necessàries per al controlador galvo. Vaig intentar obtenir totes les peces de la manera més barata possible.

Quantitat	Descripció	Nom al circuit	Enllaç	Preu
1x	Microcontrolador "Blue-Pill" STM32	"PILA BLAU"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 DAC de doble canal de 12 bits	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 OpAmp dual	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	1k resistència	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	Potenciómetre de retall de 10 k	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
alguns	capçalera del pin	-	Aliexpress	0, 46€

Pas 2: la teoria del controlador

Aquí us explicaré com funciona el controlador en general. També mostraré alguns detalls, per exemple, el càlcul de l'angle recte.

1. CONTROLADOR DE MOCIONS

El controlador de moviment és la part on crearà els senyals de pas i direcció. El control de pas / direcció s'utilitza sovint en aplicacions de motors pas a pas com ara impressores 3D, làsers o CNC-Mills.

A més dels senyals de pas i de direcció, es necessita un pin d'alineació central per fer que l'STM32 i el Motioncontroller siguin compatibles. Això es deu al fet que els galvos estan controlats de manera absoluta i que no cal cap interruptor de límit.

2. Microcontrolador STM32

El microcontrolador STM32 és el cor d’aquest controlador. Aquest microcontrolador té diverses tasques a fer. Aquestes tasques són:

Tasca 1: Mesurar els senyals

La primera tasca és mesurar els senyals d’entrada. En aquest cas seran senyals de pas i direcció. Com que no vull que el controlador de moviment estigui limitat per la freqüència d'entrada, he dissenyat el circuit per a 120 kHz (provat). Per aconseguir aquesta freqüència d’entrada sense perdre dades, estic fent servir dos temporitzadors de maquinari TIM2 i TIM3 al STM32 per gestionar la interfície de pas / direcció. A més dels senyals de pas i direcció, hi ha el senyal d’alineació. Aquesta alineació està controlada per una interrupció externa al STM32.

Tasca 2: calcular els senyals

Ara el controlador ha de calcular els senyals al valor adequat per al DAC. Com que el galvo crearà un sistema de coordenades polars no lineals, es necessita un petit càlcul per crear una dependència lineal entre el pas i el làser realment mogut. Aquí us mostraré un esbós del càlcul:

Ara hem de trobar la fórmula per al càlcul. Com que faig servir un DAC de 12 bits, puc donar una tensió de -5 - + 5V en 0 - 4096 passos. El galvo I have order té un angle total d’exploració de 25 ° a -5 - + 5V. Per tant, el meu angle phi oscil·la entre -12, 5 ° - +12, 5 °. Finalment, he de pensar en la distància d. Personalment vull un camp d’exploració de 100x100mm, de manera que el meu d serà de 50mm. La h alta serà el resultat de phi i d. h fa 225, 5 mm. Per portar la distància d en relació amb l'angle phi, he utilitzat una petita fórmula, que utilitzarà les tangents i convertirà l'angle dels radians en "valors DAC".

Finalment, només he d'afegir un biaix de 2048, perquè el meu camp d'escaneig és l'alineació central i tots els càlculs estan fets.

Tasca 3: enviar valors al DAC:

Com que el STM32 que he utilitzat no té cap compilació al DAC, he utilitzat un DAC extern. La comunicació entre el DAC i el STM32 es realitza mitjançant SPI.

3. DAC

Per al circuit estic fent servir el mateix DAC de 12 bits "MCP4822" que deltaflo. Com que el DAC és unipolar de 0-4, 2V i necessiteu un + 5V bipolar per a la norma ILDA, heu de construir un petit circuit amb alguns OpAmps. Estic fent servir TL082 OpAmps. Heu de construir aquest amplificador-circuit dues vegades, ja que heu de controlar dos galvos. Els dos OpAmps estan connectats a -15 i + 15V com a tensió d’alimentació.

4. GALVO

L’última part és bastant senzilla. La tensió de sortida dels dos OPAmps es connectarà als controladors ILDA Galvo. I ja està, ara hauríeu de poder controlar els galvos amb senyals de pas i direcció

Pas 3: el circuit

Per al circuit he utilitzat un prototip de PCB.

Podeu connectar els senyals de pas i direcció directament a l'STM32, perquè he activat resistències internes de baixada. També he utilitzat pins de tolerància de 5V per als passos de pas, direcció i centre.

Podeu descarregar l'esquema complet del circuit a continuació:

Pas 4: Programació de l'STM32

El STM32 està programat amb Attolic TrueStudio i CubeMX. TrueStudio és d’ús gratuït i el podeu descarregar aquí

Com que TrueStudio no és tan senzill com, per exemple, l'Arduino IDE, he generat un fitxer.hex, que simplement heu de carregar al microcontrolador STM32.

A continuació, explicaré com es pot introduir el fitxer a la STM32 "BluePill":

1. Baixeu "STM32 ST-LINK Utility": podeu descarregar el programari aquí

2. Instal·leu i obriu "STM32 ST-LINK Utility":

3. Ara obriu el fitxer Galvo.hex a la utilitat ST-Link:

Després, haureu de connectar l'STM32 "BluePill" al ST-Link-V2. Un cop connectat, feu clic al botó "Connecta al traget":

Finalment, feu clic a "Descarregar". Ara el vostre STM32 hauria de ser intermitent correctament.

A més, he adjuntat tots els fitxers font del Galvo_Controller a TrueStudio

Pas 5: connecteu totes les parts mecànicament i proveu-les

He posat totes les parts electròniques en una placa d'alumini de 4 mm per obtenir un aspecte millor:-)

Ara us mostraré com cal ajustar els potenciòmetres del circuit probablement:

Al principi, algunes dades de fons sobre la norma ILDA. L'estàndard ILDA s'utilitza generalment per a espectacles amb làser i consisteix en un senyal de 5V i -5v. Els dos senyals tenen la mateixa amplitud, però amb polaritat modificada. Per tant, el que hem de fer és retallar el senyal de sortida del DAC a 5V i -5V.

Ajusteu el potenciòmetre:

El que podeu veure aquí és la tensió de sortida d’aquest circuit a una freqüència de pas d’entrada de 100 kHz i amb un senyal de direcció constant. En aquesta imatge tot està bé. L’amplitud va de 0 a 5V i de 0 a -5. També les tensions estan alineades probablement.

Ara us mostraré què es pot equivocar en ajustar el potenciòmetre:

Com podeu veure ara, ambdues tensions no estan alineades probablement. La solució és ajustar el voltatge de desplaçament de l'OmpAmp. Per fer-ho, ajusteu els potenciòmetres "R8" i "R10".

Un altre exemple:

Com podeu veure ara, les tensions estan alineades probablement, però l'amplitud no és de 5V sinó de 2V. La solució és ajustar la resistència de guany des de l'OpAmp. Per fer-ho, ajusteu els potenciòmetres "R7" i "R9".