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

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Hai, dalam Instruksi ini, saya ingin menunjukkan kepada Anda bagaimana Anda dapat membangun antarmuka langkah / dir Anda sendiri untuk pemindai laser galvo standar ILDA.

Seperti yang mungkin Anda ketahui, saya juga penemu "DIY-SLS-3D-Printer" dan "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" dan ketika saya membangun mesin ini, saya mulai mengutak-atik bagaimana kinerja printer ini, jika saya akan menggunakan Pemindai Galvo daripada sistem gerakan kartesius. Namun saat ini saya tidak memiliki pengetahuan untuk memprogram pengontrol untuk pemindai galvo. Jadi saya telah menggunakan firmware yang ada dengan gerakan kartesius.

Tetapi hari ini dan setelah beberapa penelitian saya menemukan instruksi di mana penulis menggunakan arduino untuk membuat pertunjukan Galvo Laser DIY. Saya pikir inilah yang saya cari, jadi saya telah memesan bagian-bagian seperti dalam instruksinya dan membuat beberapa eksperimen. Setelah beberapa penelitian saya menemukan, bahwa Arduino tidak akan melakukan itu dengan baik sebagai antarmuka langkah / arah, jadi saya remix untuk mikrokontroler STM32.

Harap diingat pengontrol ini hanyalah prototipe, tetapi dapat digunakan untuk banyak proyek. Misalnya pada printer 3D SLS DIY atau pengukir laser.

Fitur-fitur pengontrol Galvo adalah:

• konversi dari sinyal step/dir 5V ke standar ILDA
• Frekuensi input 120kHz (sinyal Langkah / Arah)
• Resolusi keluaran 12bit (0, 006° per sudut)
• konversi dari kutub ke koordinat linier
• kompatibel dengan pengontrol gerakan apa pun yang akan membuat sinyal langkah dan arah
• pin penyelarasan tengah (rutin homing)

video pengontrol laser galvo: (segera hadir)

Jika Anda menyukai Instruksi saya, silakan pilih saya di Kontes Remix

Langkah 1: Bagian yang Anda Butuhkan untuk Pengontrol Galvo

Suku Cadang Elektronik untuk pengontrol galvo:

Kuantitas	Keterangan	Tautan	Harga
1x	ILDA 20Kpps galvo galvanometer set	Aliexpress	56, 51€
1x	6mm 650nm Laserdioda	Aliexpress	1, 16€
beberapa	kabel	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Bagian Elektronik untuk sirkuit:

Berikut adalah semua bagian yang diperlukan untuk pengontrol galvo. Saya mencoba mencari semua suku cadang semurah mungkin.

Kuantitas	Keterangan	Nama di sirkuit	Tautan	Harga
1x	Mikrokontroler "Blue-Pill" STM32	"PIL BIRU"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 bit saluran ganda DAC	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 ganda OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	Resistor 1k	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	10k trim-potensiometer	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
beberapa	pin header	-	Aliexpress	0, 46€

Langkah 2: Teori Pengendali

Berikut akan saya jelaskan, cara kerja controller secara umum. Saya juga akan menunjukkan beberapa detail misalnya perhitungan sudut siku-siku.

1. PENGENDALI GERAK

Pengontrol gerak adalah bagian di mana Anda akan membuat sinyal langkah dan arah. Kontrol langkah/arah sering digunakan dalam aplikasi motor stepper seperti Printer 3D, Laser, atau Pabrik CNC.

Selain sinyal langkah dan arah, ada kebutuhan akan pin penyelarasan tengah untuk membuat STM32 dan Kontroler Gerak konsisten. Itu karena galvo dikontrol secara mutlak dan tidak perlu sakelar batas apa pun.

2. STM32-Mikrokontroler

Mikrokontroler STM32 adalah jantung dari pengontrol ini. Mikrokontroler ini memiliki beberapa tugas yang harus dilakukan. Tugas ini adalah:

Tugas 1: Mengukur sinyal

Tugas pertama adalah mengukur sinyal input. Dalam hal ini akan menjadi sinyal langkah dan arah. Karena saya tidak ingin pengontrol gerak dibatasi oleh frekuensi input, saya merancang rangkaian untuk 120kHz (diuji). Untuk mencapai frekuensi input ini tanpa kehilangan data, saya menggunakan dua timer perangkat keras TIM2 dan TIM3 pada STM32 untuk mengelola antarmuka langkah / arah. Selain sinyal langkah dan arah ada sinyal lignment. Penjajaran ini dikendalikan oleh interupsi eksternal pada STM32.

Tugas 2: Hitung sinyal

Sekarang pengontrol perlu menghitung sinyal ke nilai yang tepat untuk DAC. Karena galvo akan menciptakan sistem koordinat polar non linier, perhitungan kecil diperlukan untuk menciptakan ketergantungan linier antara langkah dan laser yang digerakkan sebenarnya. Berikut saya akan tunjukkan sketsa perhitungannya:

Sekarang kita perlu menemukan rumus untuk perhitungannya. Karena saya menggunakan DAC 12bit, saya dapat memberikan tegangan dari -5 - +5V dalam langkah 0 - 4096. Galvo yang saya pesan memiliki sudut pemindaian total 25° pada -5 - +5V. Jadi sudut phi saya berada dalam kisaran dari -12, 5° - +12, 5°. Akhirnya saya perlu memikirkan jarak d. Saya pribadi menginginkan bidang pemindaian 100x100mm, jadi d saya akan menjadi 50mm. Tinggi h akan menjadi hasil dari phi dan d. h adalah 225, 5mm. Untuk membawa jarak d dalam kaitannya dengan sudut phi saya menggunakan sedikit rumus, yang akan menggunakan garis singgung dan mengubah sudut dari radian menjadi "nilai DAC"

Akhirnya saya hanya perlu menambahkan bias 2048, karena scanfield saya adalah center alignment dan semua perhitungan sudah selesai.

Tugas 3: Mengirim nilai ke DAC:

Karena STM32 yang saya gunakan tidak memiliki DAC bawaan, saya telah menggunakan DAC eksternal. Komunikasi antara DAC dan STM32 diwujudkan melalui SPI.

3. DAC

Untuk rangkaian saya menggunakan DAC 12bit "MCP4822" yang sama dengan deltaflo. Karena DAC adalah unipolar 0-4, 2V dan Anda memerlukan -+5V bipolar untuk standar ILDA, Anda perlu membangun sirkuit kecil dengan beberapa OpAmp. Saya menggunakan TL082 OpAmps. Anda harus membuat rangkaian penguat ini dua kali, karena Anda perlu mengontrol dua galvo. Kedua OpAmp terhubung ke -15 dan +15V sebagai tegangan suplainya.

4. GALVO

Bagian terakhir agak sederhana. Tegangan Output dari dua OPAmps akan terhubung ke driver ILDA Galvo. Dan hanya itu, sekarang Anda harus dapat mengontrol galvo dengan sinyal langkah dan arah

Langkah 3: Sirkuit

Untuk rangkaian saya telah menggunakan prototipe PCB.

Anda dapat menghubungkan sinyal langkah dan arah langsung ke STM32, karena saya telah mengaktifkan resistor pull down internal. Saya juga telah menggunakan pin toleran 5V untuk pin step, direction, dan center.

Anda dapat mengunduh skema lengkap rangkaian di bawah ini:

Langkah 4: Memprogram STM32

STM32 diprogram dengan Attolic TrueStudio dan CubeMX. TrueStudio gratis untuk digunakan dan Anda dapat mengunduhnya di sini

Karena TrueStudio tidak sesederhana misalnya Arduino IDE, saya telah membuat file.hex, yang hanya perlu Anda unggah ke mikrokontroler STM32.

Berikut ini akan saya jelaskan, bagaimana cara mengupload file ke STM32 "BluePill":

1. Unduh "STM32 ST-LINK Utilitas": Anda dapat mengunduh Perangkat Lunak di sini

2. Instal dan buka "Utilitas STM32 ST-LINK":

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

Setelah itu Anda perlu menghubungkan STM32 "BluePill" ke ST-Link-V2. Setelah terhubung klik pada "Connect to Traget Button":

Terakhir klik "Unduh". Sekarang STM32 Anda harus di-flash dengan benar.

Selain itu, saya telah melampirkan semua file sumber untuk Galvo_Controller di TrueStudio

Langkah 5: Hubungkan Semua Bagian Secara Mekanis dan Uji

Saya telah menempatkan semua bagian elektronik pada pelat aluminium 4mm untuk tampilan yang lebih baik:-)

Sekarang saya akan menunjukkan kepada Anda bagaimana Anda perlu menyesuaikan potensiometer pada rangkaian mungkin:

Pada awalnya beberapa informasi latar belakang tentang standar ILDA. Standar ILDA biasanya digunakan untuk pertunjukan Laser, dan terdiri dari sinyal 5V dan -5v. Kedua sinyal memiliki amplitudo yang sama, tetapi dengan polaritas yang berubah. Jadi yang harus kita lakukan adalah memangkas sinyal output dari DAC ke 5V dan -5V.

Sesuaikan potensiometer:

Apa yang dapat Anda lihat di sini adalah tegangan output dari rangkaian ini pada frekuensi langkah input 100kHz dan dengan sinyal arah yang konstan. Dalam gambar ini semuanya baik-baik saja. Amplitudo pergi dari 0 ke 5V dan dari 0 ke -5. Juga tegangan yang selaras mungkin.

Sekarang saya akan menunjukkan kepada Anda apa yang bisa salah saat menyesuaikan potensiometer:

Seperti yang Anda lihat sekarang, kedua tegangan mungkin tidak selaras. Solusinya adalah dengan mengatur tegangan offset dari OpAmp. Caranya dengan mengatur potensiometer "R8" dan "R10".

Contoh lain:

Seperti yang Anda lihat sekarang, tegangannya mungkin sejajar, tetapi amplitudonya bukan 5V tetapi 2V. Solusinya adalah dengan mengatur gain resistor dari OpAmp. Caranya dengan mengatur potensiometer "R7" dan "R9".