DIY STEP/DIR LASER GALVO CONTROLLER: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Ahoj, v tomto návode vám chcem ukázať, ako si môžete vytvoriť vlastné rozhranie krok / dir pre štandardné galvo laserové skenery ILDA.

Ako možno viete, som tiež vynálezcom „DIY-SLS-3D-Printer“a „JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER“a keď som staval tieto stroje, začal som sa pohrávať o tom, ako budú tieto tlačiarne fungovať, ak namiesto systému karteziánskeho pohybu použijem skenery Galvo. V dnešnej dobe som však nemal znalosti o programovaní ovládača pre galvanický skener. Použil som teda existujúci firmvér s karteziánskym pohybom.

Ale dnes a po nejakom výskume som našiel návod, kde autor používa arduino na vytvorenie DIY Laser Galvo show. Myslel som si, že to je presne to, čo hľadám, a tak som objednal diely ako v jeho návode a urobil niekoľko experimentov. Po nejakom výskume som zistil, že Arduino nebude fungovať tak dobre ako krok / smerové rozhranie, a tak som ho remixoval pre mikrokontrolér STM32.

Nezabudnite, že tento ovládač je iba prototypom, ale je použiteľný pre mnoho projektov. Napríklad v 3D tlačiarni DIY SLS alebo laserovom gravírovači.

Vlastnosti ovládača Galvo sú:

• prevod z 5V krokových/smerových signálov na štandard ILDA
• Vstupná frekvencia 120 kHz (signály krok / smer)
• 12bitové výstupné rozlíšenie (0, 006 ° na uhol)
• prevod z polárnych na lineárne súradnice
• kompatibilný s akýmkoľvek ovládačom pohybu, ktorý vytvorí signál kroku a smeru
• stredový zarovnávací kolík (navádzacia rutina)

video z laserového ovládača galvo: (už čoskoro)

Ak sa vám môj Instructable páči, hlasujte za mňa v Remix Conteste

Krok 1: Časti, ktoré potrebujete pre ovládač Galvo

Elektronické diely pre ovládač galva:

Množstvo	Popis	Odkaz	cena
1x	Sada galvanometra ILDA s výkonom 20 Kpps	Aliexpress	56, 51€
1x	6 mm 650 nm laserdioda	Aliexpress	1, 16€
niektorí	drôty	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Elektronické súčiastky pre obvod:

Tu sú všetky požadované diely pre ovládač galvo. Snažil som sa získať všetky diely čo najlacnejšie.

Množstvo	Popis	Meno na okruhu	Odkaz	cena
1x	Mikrokontrolér STM32 „Blue-Pill“	"MODRÁ PILKA"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 -bitový dvojkanálový DAC	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	Dvojitý zosilňovač TL082	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	1k odpor	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	10k trim-potenciometer	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
niektorí	kolíková hlavička	-	Aliexpress	0, 46€

Krok 2: Teória ovládača

Tu vám vysvetlím, ako regulátor vo všeobecnosti funguje. Ukážem aj niektoré detaily, napríklad výpočet pravého uhla.

1. REGULÁTOR POHYBU

Pohybový ovládač je časť, v ktorej budete vytvárať krokové a smerové signály. Krokový/smerový ovládač sa často používa v aplikáciách krokových motorov, ako sú 3D tlačiarne, lasery alebo CNC mlyny.

Okrem krokových a smerových signálov je potrebný aj stredový zarovnávací kolík, aby boli STM32 a Motioncontroller konzistentné. Je to preto, že galvos sú absolútne kontrolované a nie sú potrebné žiadne koncové spínače.

2. Mikrokontrolér STM32

Mikrokontrolér STM32 je srdcom tohto ovládača. Tento mikrokontrolér má niekoľko úloh. Ide o tieto úlohy:

Úloha 1: Meranie signálov

Prvou úlohou je zmerať vstupné signály. V tomto prípade to budú krokové a smerové signály. Pretože nechcem, aby bol pohybový ovládač obmedzený vstupnou frekvenciou, navrhol som obvod pre 120kHz (testované). Aby som dosiahol túto vstupnú frekvenciu bez straty údajov, na spravovanie rozhrania krok / smer používam na STM32 dva hardvérové časovače TIM2 a TIM3. Okrem krokových a smerových signálov je tu aj zarovnávací signál. Toto zarovnanie je riadené externým prerušením na STM32.

Úloha 2: Vypočítajte signály

Teraz musí regulátor vypočítať signály na správnu hodnotu pre DAC. Pretože galvo vytvorí nelineárny polárny súradnicový systém, je potrebný malý výpočet na vytvorenie lineárnej závislosti medzi krokom a skutočným pohybovaným laserom. Tu vám ukážem náčrt výpočtu:

Teraz musíme nájsť vzorec pre výpočet. Pretože používam 12bitový DAC, môžem rozdávať napätie od -5 - +5V v krokoch 0 - 4096. Galvo, ktoré mám objednané, má celkový uhol skenovania 25 ° pri -5 - +5V. Môj uhol phi je teda v rozmedzí od -12, 5 ° - +12, 5 °. Nakoniec sa musím zamyslieť nad vzdialenosťou d. Osobne chcem skenovacie pole 100 x 100 mm, takže môj d bude 50 mm. Vysoká h bude výsledkom phi a d. h je 225, 5 mm. Na priblíženie vzdialenosti d vo vzťahu k uhlu phi som použil malý vzorec, ktorý použije dotyčnice a prevedie uhol z radiánov na „hodnoty DAC“.

Nakoniec potrebujem pridať iba odchýlku roku 2048, pretože moje pole skenovania je zarovnané na stred a všetky výpočty sú hotové.

Úloha 3: Odoslať hodnoty do DAC:

Pretože STM32, ktorý som použil, nemá zabudovaný DAC, použil som externý DAC. Komunikácia medzi DAC a STM32 je realizovaná cez SPI.

3. DAC

Na obvod používam rovnaký 12bitový DAC „MCP4822“ako deltaflo. Pretože DAC je unipolárny 0-4, 2V a potrebujete -+5V bipolárny pre štandard ILDA, musíte postaviť malý obvod s niektorými OpAmps. Používam TL082 OpAmps. Tento obvod zosilňovača musíte postaviť dvakrát, pretože potrebujete ovládať dve galva. Dva operačné zosilňovače sú pripojené na napájacie napätie -15 a +15 V.

4. GALVO

Posledná časť je dosť jednoduchá. Výstupné napätie dvoch OPAmps bude pripojené k ovládačom ILDA Galvo. A je to, teraz by ste mali byť schopní ovládať galvos krokovými a smerovými signálmi

Krok 3: Okruh

Na obvod som použil prototyp DPS.

Krokové a smerové signály môžete pripojiť priamo k STM32, pretože mám aktivované vnútorné sťahovacie odpory. Tiež som použil kolíky znášajúce 5 V pre krokové, smerové a stredové kolíky.

Celú schému obvodu si môžete stiahnuť nižšie:

Krok 4: Programovanie STM32

STM32 je naprogramovaný pomocou Attolic TrueStudio a CubeMX. TrueStudio je voľne dostupné a môžete si ho stiahnuť tu

Pretože TrueStudio nie je také jednoduché ako napríklad Arduino IDE, vygeneroval som súbor.hex, ktorý stačí nahrať do mikrokontroléra STM32.

V nasledujúcom texte vysvetlím, ako aktualizujete súbor na STM32 „BluePill“:

1. Stiahnite si „STM32 ST-LINK Utility“: Softvér si môžete stiahnuť tu

2. Nainštalujte a otvorte „STM32 ST-LINK Utility“:

3. Teraz otvorte súbor Galvo.hex v pomôcke ST-Link:

Potom musíte pripojiť STM32 „BluePill“k ST-Link-V2. Po pripojení kliknite na tlačidlo „Pripojiť k cieľu“:

Nakoniec kliknite na „Stiahnuť“. Teraz by mal váš STM32 správne blikať.

Okrem toho som v programe TrueStudio pripojil všetky zdrojové súbory pre Galvo_Controller

Krok 5: Mechanicky spojte všetky diely a vyskúšajte ich

Všetky elektronické súčiastky som umiestnil na 4 mm hliníkový plech, aby som lepšie vyzeral:-)

Teraz vám ukážem, ako musíte pravdepodobne nastaviť potenciometre na obvode:

Najprv niekoľko základných informácií o štandarde ILDA. Štandard ILDA sa zvyčajne používa pre laserové show a pozostáva zo signálu 5 V a -5 V. Oba signály majú rovnakú amplitúdu, ale so zmenenou polaritou. Musíme teda orezať výstupný signál z DAC na 5V a -5V.

Nastavte potenciometer:

Tu vidíte výstupné napätie tohto obvodu pri vstupnej krokovej frekvencii 100 kHz a so signálom konštantného smeru. Na tomto obrázku je všetko v poriadku. Amplitúda sa pohybuje od 0 do 5V a od 0 do -5. Napätie je pravdepodobne tiež vyrovnané.

Teraz vám ukážem, čo sa môže pokaziť pri úprave potenciometra:

Ako teraz vidíte, obe napätia pravdepodobne nie sú zarovnané. Riešením je nastaviť napätie offsetu z operačného zosilňovača. Vykonáte to nastavením potenciometrov „R8“a „R10“.

Ďalší príklad:

Ako vidíte, napätie je pravdepodobne zarovnané, ale amplitúda nie je 5 V, ale 2 V. Riešením je nastaviť zosilňovací odpor z OpAmp. Vykonáte to nastavením potenciometrov „R7“a „R9“.