CONTROLADOR DIY STEP / DIR LASER GALVO: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Oi, neste Instructable, quero mostrar como você pode construir sua própria interface step / dir para scanners a laser galvo padrão ILDA.

Como você deve saber, eu também sou o inventor da "DIY-SLS-3D-Printer" e da "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" e enquanto estava construindo essas máquinas comecei a pensar em como essas impressoras irão funcionar, se vou usar um scanner Galvo em vez de um sistema de movimento cartesiano. Porém, atualmente não tinha conhecimento para programar um controlador para um scanner galvo. Portanto, usei um firmware existente com movimento cartesiano.

Mas hoje e depois de alguma pesquisa eu encontrei um instrutível onde o autor usa um arduino para criar um show DIY Laser Galvo. Achei que isso é exatamente o que estou procurando, então encomendei as peças como em seu instrutível e fiz alguns experimentos. Depois de algumas pesquisas, descobri que o Arduino não funcionará tão bem como interface de passo / direção, então o remixei para o microcontrolador STM32.

Lembre-se de que este controlador é apenas um protótipo, mas pode ser usado para muitos projetos. Por exemplo, em uma impressora 3D SLS DIY ou um gravador a laser.

Os recursos do controlador Galvo são:

• conversão de sinais de passo / dir de 5 V para o padrão ILDA
• Frequência de entrada de 120 kHz de (sinais de etapa / direção)
• Resolução de saída de 12 bits (0, 006 ° por ângulo)
• conversão de coordenadas polares para lineares
• compatível com qualquer controlador de movimento que criará um sinal de passo e direção
• pino de alinhamento central (rotina de retorno)

vídeo do controlador galvo a laser: (em breve)

Se você gosta do meu Instructable, por favor vote em mim no Concurso de Remix

Etapa 1: Peças de que você precisa para o controlador Galvo

Peças eletrônicas para o controlador galvo:

Quantidade	Descrição	Ligação	Preço
1x	Conjunto de galvanômetro galvo ILDA 20Kpps	Ali Express	56, 51€
1x	6mm 650nm Laserdiode	Ali Express	1, 16€
algum	fios	-	-
1x	ST-Link V2	Ali Express	1, 92

Peças eletrônicas para o circuito:

Aqui estão todas as peças necessárias para o controlador galvo. Tentei adquirir todas as peças o mais barato possível.

Quantidade	Descrição	Nome no circuito	Ligação	Preço
1x	Microcontrolador STM32 "Blue-Pill"	"BLUE-PILL"	Ali Express	1, 88€
1x	MCP4822 DAC de canal duplo de 12 bits	MCP4822	Ali Express	3, 00€
2x	TL082 dual OpAmp	IC1, IC2	Ali Express	0, 97€
6x	Resistor 1k	R1-R6	Ali Express	0, 57€
4x	Potenciômetro trim de 10k	R7-R10	Ali Express	1, 03€
algum	cabeçalho do pino	-	Ali Express	0, 46€

Etapa 2: A Teoria do Controlador

Aqui vou explicar como funciona o controlador em geral. Também mostrarei alguns detalhes, por exemplo, o cálculo do ângulo reto.

1. CONTROLADOR DE MOVIMENTO

O controlador de movimento é a parte onde você criará os sinais de passo e direção. O controle de passo / direção é freqüentemente usado em aplicações de motores de passo como impressoras 3D, lasers ou CNC-Mills.

Além dos sinais de passo e direção, é necessário um pino de alinhamento central para tornar o STM32 e o Motioncontroller consistentes. Isso ocorre porque os galvos são absolutamente controlados e não há necessidade de interruptores de limite.

2. Microcontrolador STM32

O microcontrolador STM32 é o coração deste controlador. Este microcontrolador tem várias tarefas a cumprir. Essas tarefas são:

Tarefa 1: Medir sinais

A primeira tarefa é medir os sinais de entrada. Neste caso, serão sinais de passo e direção. Como não quero que o controlador de movimento seja limitado pela frequência de entrada, projetei o circuito para 120 kHz (testei). Para atingir essa frequência de entrada sem perder dados, estou usando dois temporizadores de hardware TIM2 e TIM3 no STM32 para gerenciar a interface de passo / direção. Além dos sinais de passo e direção, há o sinal de alinhamento. Este alinhamento é controlado por uma interrupção externa no STM32.

Tarefa 2: calcular os sinais

Agora o controlador precisa calcular os sinais com o valor correto para o DAC. Como o galvo criará um sistema de coordenadas polares não linear, um pequeno cálculo é necessário para criar uma dependência linear entre o passo e o laser real movido. Aqui vou mostrar um esboço do cálculo:

Agora precisamos encontrar a fórmula para o cálculo. Como eu uso um DAC de 12 bits, posso fornecer uma tensão de -5 a + 5 V em 0 a 4096 etapas. O galvo que tenho pedido tem um ângulo de varredura total de 25 ° a -5 - + 5V. Portanto, meu ângulo phi está na faixa de -12, 5 ° - +12, 5 °. Finalmente, preciso pensar sobre a distância d. Eu pessoalmente quero um campo de varredura de 100x100mm, então meu d será de 50mm. O h alto será o resultado de phi e d. h é 225,5 mm. Para trazer a distância d em relação ao ângulo phi, usei uma pequena fórmula, que usará as tangentes e converterá o ângulo de radianos em "valores DAC"

Finalmente, só preciso adicionar um bias de 2048, porque meu campo de varredura é o alinhamento central e todos os cálculos estão feitos.

Tarefa 3: Envie valores para o DAC:

Como o STM32 que usei não foi compilado no DAC, usei um DAC externo. A comunicação entre o DAC e o STM32 é realizada através de SPI.

3. DAC

Para o circuito, estou usando o mesmo DAC de 12 bits "MCP4822" do deltaflo. Como o DAC é unipolar 0-4, 2V e você precisa de - + 5V bipolar para o padrão ILDA, é necessário construir um pequeno circuito com alguns OpAmps. Estou usando OpAmps TL082. Você tem que construir este circuito amplificador duas vezes, porque você precisa controlar dois galvos. Os dois OpAmps são conectados a -15 e + 15V como sua tensão de alimentação.

4. GALVO

A última parte é bastante simples. A tensão de saída dos dois OPAmps será conectada aos drivers ILDA Galvo. E é isso, agora você deve ser capaz de controlar os galvos com sinais de passo e direção

Etapa 3: o circuito

Para o circuito, usei um protótipo de PCB.

Você pode conectar os sinais de passo e direção diretamente ao STM32, porque eu ativei resistores internos pull down. Também usei pinos tolerantes a 5 V para os pinos de passo, direção e centro.

Você pode baixar o esquema completo do circuito abaixo:

Etapa 4: Programação do STM32

O STM32 é programado com Attolic TrueStudio e CubeMX. O TrueStudio é de uso gratuito e você pode baixá-lo aqui

Como o TrueStudio não é tão simples como, por exemplo, o IDE do Arduino, gerei um arquivo.hex, que você simplesmente precisa fazer o upload para o microcontrolador STM32.

A seguir, explicarei como você fez o upload do arquivo para o STM32 "BluePill":

1. Baixe o "STM32 ST-LINK Utility": Você pode baixar o software aqui

2. Instale e abra o "STM32 ST-LINK Utility":

3. Agora abra o arquivo Galvo.hex no utilitário ST-Link:

Depois disso, você precisa conectar o STM32 "BluePill" ao ST-Link-V2. Depois de conectado, clique no botão "Conectar ao traget":

Por fim, clique em "Download". Agora seu STM32 deve ser atualizado corretamente.

Além disso, anexei todos os arquivos de origem do Galvo_Controller no TrueStudio

Etapa 5: conectar todas as peças mecanicamente e testá-las

Coloquei todas as peças eletrônicas em uma placa de alumínio de 4 mm para uma melhor aparência:-)

Agora vou mostrar como você precisa ajustar os potenciômetros no circuito provavelmente:

A princípio, algumas informações básicas sobre o padrão ILDA. O padrão ILDA é geralmente usado para shows de laser e consiste em um sinal de 5 V e um sinal de -5 V. Os dois sinais têm a mesma amplitude, mas com polaridade alterada. Então o que temos que fazer é ajustar o sinal de saída do DAC para 5V e -5V.

Ajuste o potenciômetro:

O que você pode ver aqui é a tensão de saída deste circuito em uma frequência de passo de entrada de 100 kHz e com um sinal de direção constante. Nesta foto está tudo bem. A amplitude vai de 0 a 5V e de 0 a -5. Além disso, as tensões estão provavelmente alinhadas.

Agora vou mostrar o que pode dar errado ao ajustar o potenciômetro:

Como você pode ver agora, ambas as tensões provavelmente não estão alinhadas. A solução é ajustar a tensão de deslocamento do OpAmp. Você faz isso ajustando os potenciômetros "R8" e "R10".

Outro exemplo:

Como você pode ver agora, as tensões estão provavelmente alinhadas, mas a amplitude não é 5V, mas 2V. A solução é ajustar o resistor de ganho do OpAmp. Você faz isso ajustando os potenciômetros "R7" e "R9".