DIY STEP/DIR LASER GALVO CONTROLLER: 5 βήματα (με εικόνες)

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Γεια, σε αυτό το Instructable, θέλω να σας δείξω πώς μπορείτε να δημιουργήσετε τη δική σας διεπαφή step / dir για τυπικούς σαρωτές λέιζερ galvo της ILDA.

Όπως ίσως γνωρίζετε, είμαι επίσης ο εφευρέτης του "DIY-SLS-3D-Printer" και του "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" και ενώ έφτιαχνα αυτά τα μηχανήματα, άρχισα να μιλώ για το πώς θα λειτουργήσουν αυτοί οι εκτυπωτές, αν χρησιμοποιήσω σαρωτές Galvo αντί για καρτεσιανό σύστημα κίνησης. Ωστόσο, αυτές τις μέρες δεν είχα τη γνώση να προγραμματίσω ένα χειριστήριο για σαρωτή galvo. Έτσι, έχω χρησιμοποιήσει ένα υπάρχον υλικολογισμικό με καρτεσιανή κίνηση.

Αλλά σήμερα και μετά από κάποια έρευνα βρήκα ένα διδακτικό, όπου ο συγγραφέας χρησιμοποιεί ένα arduino για να δημιουργήσει μια παράσταση DIY Laser Galvo. Νόμιζα ότι αυτό είναι ακριβώς αυτό που ψάχνω, οπότε έχω παραγγείλει τα μέρη όπως στο διδάσκοντά του και έκανα κάποια πειράματα. Μετά από κάποια έρευνα διαπίστωσα, ότι το Arduino δεν θα λειτουργεί τόσο καλά όσο η διεπαφή βήματος / κατεύθυνσης, οπότε το ξανασύνδεσα για τον μικροελεγκτή STM32.

Να θυμάστε ότι αυτός ο ελεγκτής είναι απλώς ένα πρωτότυπο, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλά έργα. Για παράδειγμα, σε εκτυπωτή DIY SLS 3D ή χαράκτη λέιζερ.

Τα χαρακτηριστικά του ελεγκτή Galvo είναι:

• μετατροπή από σήματα βηματισμού 5V/dir σε στάνταρ ILDA
• Συχνότητα εισόδου 120kHz του (Βήματα / σήματα κατεύθυνσης)
• Ανάλυση εξόδου 12bit (0, 006 ° ανά γωνία)
• μετατροπή από πολικές σε γραμμικές συντεταγμένες
• συμβατό με οποιοδήποτε ελεγκτή κίνησης που θα δημιουργήσει σήμα βηματισμού και κατεύθυνσης
• κεντρική καρφίτσα ευθυγράμμισης (ρουτίνα στο σπίτι)

βίντεο του λέιζερ ελεγκτή galvo: (σύντομα)

Αν σας αρέσει το Instructable μου, ψηφίστε με στον Διαγωνισμό Remix

Βήμα 1: Μέρη που χρειάζεστε για τον ελεγκτή Galvo

Ηλεκτρονικά ανταλλακτικά για τον ελεγκτή galvo:

Ποσότητα	Περιγραφή	Σύνδεσμος	Τιμή
1x	Σετ γαλβανόμετρο γαλβόνο ILDA 20Kpps	Aliexpress	56, 51€
1x	6mm 650nm Laserdiode	Aliexpress	1, 16€
μερικοί	καλώδια	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Ηλεκτρονικά ανταλλακτικά για το κύκλωμα:

Εδώ υπάρχουν όλα τα απαιτούμενα μέρη για τον ελεγκτή galvo. Προσπάθησα να προμηθευτώ όλα τα μέρη όσο το δυνατόν φθηνότερα.

Ποσότητα	Περιγραφή	Όνομα στο κύκλωμα	Σύνδεσμος	Τιμή
1x	Μικροελεγκτής STM32 "Blue-Pill"	"ΜΠΛΕ-ΧΑΠΙ"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 bit DAC διπλού καναλιού	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 διπλό OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	Αντίσταση 1k	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	10k trim-potentiometer	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
μερικοί	κεφαλίδα καρφιτσών	-	Aliexpress	0, 46€

Βήμα 2: Η θεωρία του ελεγκτή

Εδώ θα σας εξηγήσω, πώς λειτουργεί γενικά ο ελεγκτής. Θα δείξω επίσης μερικές λεπτομέρειες για παράδειγμα τον υπολογισμό της ορθής γωνίας.

1. ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

Ο ελεγκτής κίνησης είναι το μέρος όπου θα δημιουργήσετε τα σήματα βημάτων και κατεύθυνσης. Ο έλεγχος βημάτων/κατεύθυνσης χρησιμοποιείται συχνά σε εφαρμογές βηματικών κινητήρων όπως τρισδιάστατοι εκτυπωτές, λέιζερ ή CNC-Mills.

Εκτός από τα σήματα βημάτων και κατεύθυνσης, υπάρχει ανάγκη για έναν κεντρικό πείρο ευθυγράμμισης για να είναι συνεπείς οι STM32 και Motioncontroller. Αυτό συμβαίνει επειδή τα γαλβό είναι απόλυτα ελεγχόμενα και δεν υπάρχει ανάγκη για οριακούς διακόπτες.

2. STM32-Μικροελεγκτής

Ο μικροελεγκτής STM32 είναι η καρδιά αυτού του ελεγκτή. Αυτός ο μικροελεγκτής έχει πολλά καθήκοντα να κάνει. Αυτά τα καθήκοντα είναι:

Εργασία 1: Μετρήστε τα σήματα

Η πρώτη εργασία είναι η μέτρηση των σημάτων εισόδου. Σε αυτή την περίπτωση θα είναι σήματα βημάτων και κατεύθυνσης. Επειδή δεν θέλω ο ελεγκτής κίνησης να περιορίζεται από τη συχνότητα εισόδου, σχεδίασα το κύκλωμα για 120kHz (δοκιμασμένο). Για να επιτύχω αυτήν τη συχνότητα εισόδου χωρίς να χάσω δεδομένα, χρησιμοποιώ δύο χρονοδιακόπτες υλικού TIM2 και TIM3 στο STM32 για τη διαχείριση της διεπαφής βήματος / κατεύθυνσης. Εκτός από τα σήματα βημάτων και κατεύθυνσης υπάρχει το σήμα ευθυγράμμισης. Αυτή η ευθυγράμμιση ελέγχεται από μια εξωτερική διακοπή στο STM32.

Εργασία 2: Υπολογίστε τα σήματα

Τώρα ο ελεγκτής πρέπει να υπολογίσει τα σήματα στη σωστή τιμή για το DAC. Επειδή το galvo θα δημιουργήσει ένα μη γραμμικό πολικό σύστημα συντεταγμένων, απαιτείται ένας μικρός υπολογισμός για να δημιουργηθεί μια γραμμική εξάρτηση μεταξύ του βήματος και του πραγματικού κινούμενου λέιζερ. Εδώ θα σας δείξω ένα σκίτσο του υπολογισμού:

Τώρα πρέπει να βρούμε τον τύπο για τον υπολογισμό. Επειδή χρησιμοποιώ DAC 12bit, μπορώ να δώσω τάση από -5 - +5V σε 0 - 4096 βήματα. Η παραγγελία του galvo που έχω έχει συνολική γωνία σάρωσης 25 ° στα -5 - +5V. Οπότε η γωνία phi μου κυμαίνεται από -12, 5 ° - +12, 5 °. Τέλος πρέπει να σκεφτώ την απόσταση d. Προσωπικά θέλω ένα πεδίο σάρωσης 100x100mm, οπότε το d μου θα είναι 50mm. Το υψηλό h θα είναι το αποτέλεσμα των phi και d. h είναι 225, 5mm. Για να φέρω την απόσταση d σε σχέση με τη γωνία phi χρησιμοποίησα έναν μικρό τύπο, ο οποίος θα χρησιμοποιήσει τις εφαπτομένες και θα μετατρέψει τη γωνία από τα ακτίνια σε "τιμές DAC"

Τέλος, χρειάζεται μόνο να προσθέσω μια μεροληψία 2048, επειδή το πεδίο σάρωσης είναι η ευθυγράμμιση στο κέντρο και όλοι οι υπολογισμοί έχουν ολοκληρωθεί.

Εργασία 3: Αποστολή τιμών στο DAC:

Επειδή το STM32 που έχω χρησιμοποιήσει δεν έχει ενσωματωμένο DAC, έχω χρησιμοποιήσει εξωτερικό DAC. Η επικοινωνία μεταξύ του DAC και του STM32 πραγματοποιείται μέσω SPI.

3. DAC

Για το κύκλωμα χρησιμοποιώ το ίδιο 12bit DAC "MCP4822" με το deltaflo. Επειδή το DAC είναι μονοπολικό 0-4, 2V και χρειάζεστε -+5V διπολικό για το πρότυπο ILDA, πρέπει να δημιουργήσετε ένα μικρό κύκλωμα με μερικά OpAmps. Χρησιμοποιώ TL082 OpAmps. Πρέπει να δημιουργήσετε αυτό το κύκλωμα ενισχυτή δύο φορές, επειδή πρέπει να ελέγξετε δύο γαλβούς. Τα δύο OpAmps συνδέονται με -15 και +15V ως τάση τροφοδοσίας τους.

4. ΓΚΑΛΒΟ

Το τελευταίο μέρος είναι μάλλον απλό. Η τάση εξόδου των δύο OPAmps θα συνδεθεί στα προγράμματα οδήγησης ILDA Galvo. Και αυτό είναι, τώρα θα πρέπει να μπορείτε να ελέγχετε τα γαλβό με σήματα βημάτων και κατεύθυνσης

Βήμα 3: Το κύκλωμα

Για το κύκλωμα έχω χρησιμοποιήσει ένα πρωτότυπο PCB.

Μπορείτε να συνδέσετε τα σήματα βημάτων και κατεύθυνσης απευθείας στο STM32, επειδή έχω ενεργοποιήσει εσωτερικές αντιστάσεις έλξης προς τα κάτω. Επίσης, έχω χρησιμοποιήσει καρφίτσες ανεκτές 5V για τις ακίδες, την κατεύθυνση και το κέντρο.

Μπορείτε να κατεβάσετε ολόκληρο το σχηματικό κύκλωμα παρακάτω:

Βήμα 4: Προγραμματισμός του STM32

Το STM32 είναι προγραμματισμένο με Attolic TrueStudio και CubeMX. Το TrueStudio είναι δωρεάν για χρήση και μπορείτε να το κατεβάσετε εδώ

Επειδή το TrueStudio δεν είναι τόσο απλό όπως για παράδειγμα το Arduino IDE, δημιούργησα ένα.hex αρχείο, το οποίο απλώς πρέπει να ανεβάσετε στον μικροελεγκτή STM32.

Στα παρακάτω θα εξηγήσω πώς ανεβάζετε το αρχείο στο STM32 "BluePill":

1. Λήψη "Βοηθητικό πρόγραμμα STM32 ST-LINK": Μπορείτε να κατεβάσετε το Λογισμικό εδώ

2. Εγκαταστήστε και ανοίξτε το "Βοηθητικό πρόγραμμα STM32 ST-LINK":

3. Τώρα ανοίξτε το αρχείο Galvo.hex στο βοηθητικό πρόγραμμα ST-Link:

Στη συνέχεια, πρέπει να συνδέσετε το STM32 "BluePill" στο ST-Link-V2. Μόλις συνδεθείτε, κάντε κλικ στο κουμπί "Σύνδεση στο traget":

Τέλος, κάντε κλικ στο "Λήψη". Τώρα το STM32 θα πρέπει να αναβοσβήνει σωστά.

Επιπλέον, έχω επισυνάψει όλα τα αρχεία προέλευσης για το Galvo_Controller στο TrueStudio

Βήμα 5: Συνδέστε όλα τα μέρη μηχανικά και δοκιμάστε το

Έχω τοποθετήσει όλα τα ηλεκτρονικά μέρη σε μια πλάκα αλουμινίου 4mm για καλύτερη εμφάνιση:-)

Τώρα θα σας δείξω πώς πρέπει να ρυθμίσετε τα ποτενσιόμετρα στο κύκλωμα πιθανώς:

Στην αρχή κάποιες βασικές πληροφορίες σχετικά με το πρότυπο ILDA. Το πρότυπο ILDA χρησιμοποιείται συνήθως για εκπομπές λέιζερ και αποτελείται από σήμα 5V και a -5v. Και τα δύο σήματα έχουν το ίδιο πλάτος, αλλά με μεταβαλλόμενη πολικότητα. Αυτό λοιπόν που πρέπει να κάνουμε είναι να περικόψουμε το σήμα εξόδου από το DAC σε 5V και -5V.

Ρυθμίστε το ποτενσιόμετρο:

Αυτό που μπορείτε να δείτε εδώ είναι η τάση εξόδου αυτού του κυκλώματος σε συχνότητα βήματος εισόδου 100kHz και με σήμα σταθερής κατεύθυνσης. Σε αυτή την εικόνα όλα είναι καλά. Το πλάτος κυμαίνεται από 0 έως 5V και από 0 έως -5. Επίσης οι τάσεις ευθυγραμμίζονται πιθανότατα.

Τώρα θα σας δείξω τι μπορεί να πάει στραβά κατά τη ρύθμιση του ποτενσιόμετρου:

Όπως μπορείτε να δείτε τώρα και οι δύο τάσεις δεν είναι ευθυγραμμισμένες πιθανώς. Η λύση είναι να ρυθμίσετε την τάση μετατόπισης από το OpAmp. Το κάνετε αυτό ρυθμίζοντας τα ποτενσιόμετρα "R8" και "R10".

Ενα άλλο παράδειγμα:

Όπως μπορείτε να δείτε τώρα οι τάσεις ευθυγραμμίζονται πιθανώς, αλλά το πλάτος δεν είναι 5V αλλά 2V. Η λύση είναι να ρυθμίσετε την αντίσταση κέρδους από το OpAmp. Το κάνετε αυτό προσαρμόζοντας τα ποτενσιόμετρα "R7" και "R9".