DIY STEP / DIR LASER GALVO CONTROLLER: 5 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

أهلا،

في هذا Instructable ، أريد أن أوضح لك كيف يمكنك بناء واجهة step / dir الخاصة بك لأجهزة المسح الضوئي بالليزر galvo القياسية ILDA.

كما تعلم ، فأنا أيضًا مخترع "DIY-SLS-3D-Printer" و "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" وبينما كنت أقوم ببناء هذه الآلات ، بدأت في التلاعب بكيفية أداء هذه الطابعات ، إذا كنت سأستخدم الماسحات الضوئية Galvo بدلاً من نظام الحركة الديكارتية. لكن في هذه الأيام لم يكن لدي المعرفة لبرمجة وحدة تحكم لماسح ضوئي galvo. لذا فقد استخدمت برنامجًا ثابتًا موجودًا بحركة ديكارتية.

لكن اليوم وبعد إجراء بعض الأبحاث ، وجدت تعليمات حيث يستخدم المؤلف اردوينو لإنشاء عرض DIY Laser Galvo. اعتقدت أن هذا هو بالضبط ما أبحث عنه ، لذا فقد طلبت الأجزاء كما في تعليماته وأجريت بعض التجارب. بعد إجراء بعض الأبحاث ، اكتشفت أن Arduino لن يؤدي ذلك جيدًا مثل واجهة الخطوة / الاتجاه ، لذلك قمت بإعادة مزجها من أجل متحكم STM32.

يرجى تذكر أن وحدة التحكم هذه مجرد نموذج أولي ، ولكنها قابلة للاستخدام في الكثير من المشاريع. على سبيل المثال في طابعة DIY SLS 3D أو آلة حفر بالليزر.

ميزات وحدة التحكم Galvo هي:

• التحويل من إشارات خطوة / دير 5 فولت إلى معيار ILDA
• تردد الإدخال 120 كيلو هرتز (إشارات الخطوة / الاتجاه)
• دقة الإخراج 12 بت (0 ، 006 درجة لكل زاوية)
• التحويل من إحداثيات قطبية إلى إحداثيات خطية
• متوافق مع أي وحدة تحكم في الحركة والتي ستنشئ إشارة خطوة واتجاه
• دبوس محاذاة المركز (روتين صاروخ موجه)

فيديو لجهاز التحكم بالليزر galvo: (قريبًا)

إذا كنت تحب Instructable الخاص بي ، فالرجاء التصويت لي في مسابقة Remix

الخطوة 1: الأجزاء التي تحتاجها لوحدة التحكم Galvo

الأجزاء الإلكترونية لوحدة التحكم galvo:

كمية	وصف	وصلة	سعر
1x	مجموعة الجلفانومتر ILDA 20Kpps	أليكسبريس	56, 51€
1x	6mm 650nm Laserdiode	أليكسبريس	1, 16€
بعض	الأسلاك	-	-
1x	ST- لينك V2.0	أليكسبريس	1, 92

الأجزاء الإلكترونية للدائرة:

فيما يلي جميع الأجزاء المطلوبة لوحدة التحكم galvo. حاولت أن أحصل على جميع الأجزاء بأرخص سعر ممكن.

كمية	وصف	الاسم على الدائرة	وصلة	سعر
1x	متحكم STM32 "Blue-Pill"	"الحبة الزرقاء"	أليكسبريس	1, 88€
1x	DAC ثنائي القناة MCP4822 12 بت	MCP4822	أليكسبريس	3, 00€
2x	TL082 مزدوج OpAmp	IC1 ، IC2	أليكسبريس	0, 97€
6x	1 كيلو المقاوم	R1-R6	أليكسبريس	0, 57€
4x	مقياس جهد تقليم 10 كيلو	R7-R10	أليكسبريس	1, 03€
بعض	رأس دبوس	-	أليكسبريس	0, 46€

الخطوة الثانية: نظرية المتحكم

سأشرح هنا كيف تعمل وحدة التحكم بشكل عام. سأعرض أيضًا بعض التفاصيل على سبيل المثال حساب الزاوية اليمنى.

1. متحكم في الحركة

وحدة التحكم في الحركة هي الجزء الذي ستنشئ فيه إشارات الخطوة والاتجاه. غالبًا ما يتم استخدام التحكم في الخطوة / الاتجاه في تطبيقات المحركات السائر مثل الطابعات ثلاثية الأبعاد أو الليزر أو مطاحن CNC.

بالإضافة إلى إشارات الخطوة والاتجاه ، هناك حاجة إلى دبوس محاذاة مركزي لعمل STM32 و Motioncontroller. وذلك لأن galvos يتم التحكم فيها بشكل مطلق وليس هناك حاجة لأي مفاتيح حدية.

2-متحكم STM32

وحدة التحكم الدقيقة STM32 هي قلب وحدة التحكم هذه. هذا المتحكم الدقيق لديه العديد من المهام للقيام به. هذه المهمة هي:

المهمة 1: قياس الإشارات

المهمة الأولى هي قياس إشارات الدخل. في هذه الحالة ستكون إشارات خطوة واتجاه. نظرًا لأنني لا أريد أن تكون وحدة التحكم في الحركة محدودة بتردد الإدخال ، فقد صممت الدائرة لـ 120 كيلو هرتز (تم اختبارها). لتحقيق تردد الإدخال هذا دون فقد البيانات ، أستخدم مؤقتين للأجهزة TIM2 و TIM3 على STM32 لإدارة واجهة الخطوة / الاتجاه. بالإضافة إلى إشارات الخطوة والاتجاه ، توجد إشارة محاذاة. يتم التحكم في هذه المحاذاة بواسطة مقاطعة خارجية على STM32.

المهمة 2: حساب الإشارات

الآن يحتاج جهاز التحكم إلى حساب الإشارات إلى القيمة الصحيحة لـ DAC. نظرًا لأن galvo سينشئ نظام إحداثيات قطبية غير خطية ، يلزم إجراء عملية حسابية صغيرة لإنشاء اعتماد خطي بين الخطوة والليزر المتحرك الفعلي. سأعرض لكم هنا رسمًا تخطيطيًا للحساب:

الآن علينا إيجاد صيغة الحساب. نظرًا لأنني أستخدم DAC 12 بت ، يمكنني إعطاء جهد من -5 - + 5 فولت في 0-4096 خطوة. يحتوي طلب galvo لدي على زاوية مسح إجمالية تبلغ 25 درجة عند -5 - + 5 فولت. لذا فإن زاويتي phi تقع في نطاق من -12 ، 5 ° - +12 ، 5 °. أخيرًا أحتاج إلى التفكير في المسافة د. أنا شخصياً أريد مجال مسح ضوئي 100 × 100 مم ، لذلك سيكون دي 50 مم. ارتفاع h سيكون نتيجة phi و d. ع هو 225 ، 5 ملم. لجلب المسافة d بالنسبة للزاوية phi ، استخدمت صيغة صغيرة ، والتي ستستخدم الظلال وتحول الزاوية من الراديان إلى "قيم DAC"

أخيرًا ، أحتاج فقط إلى إضافة انحياز 2048 ، لأن مجال المسح الخاص بي هو محاذاة مركزية ويتم إجراء جميع الحسابات.

المهمة 3: إرسال القيم إلى DAC:

نظرًا لأن STM32 الذي استخدمته ليس له بنية في DAC ، فقد استخدمت DAC خارجي. يتم تحقيق الاتصال بين DAC و STM32 عبر SPI.

3. DAC

بالنسبة للدائرة ، أستخدم نفس DAC 12 بت "MCP4822" مثل deltaflo. نظرًا لأن DAC أحادي القطب 0-4 ، 2 فولت وتحتاج - + 5 فولت ثنائي القطب لمعيار ILDA ، فأنت بحاجة إلى بناء دائرة صغيرة مع بعض الأمبيرات المفتوحة. أنا أستخدم TL082 OpAmps. عليك أن تبني دائرة مكبر الصوت هذه مرتين ، لأنك تحتاج إلى التحكم في جالفوسين. يتم توصيل الأمبيرتين OpAmps بـ -15 و + 15 فولت كجهد إمداد.

4 - غالفو

الجزء الأخير بسيط نوعًا ما. سيتم توصيل جهد إخراج جهازي OPAmps بمحركات ILDA Galvo. وهذا كل شيء ، الآن يجب أن تكون قادرًا على التحكم في galvos بإشارات الخطوة والاتجاه

الخطوة 3: الدائرة

بالنسبة للدائرة ، استخدمت نموذجًا أوليًا ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

يمكنك توصيل إشارات الخطوة والاتجاه مباشرة بـ STM32 ، لأنني قمت بتنشيط مقاومات السحب الداخلية. لقد استخدمت أيضًا دبابيس 5V متسامحة للخطوة والاتجاه ودبابيس المركز.

يمكنك تنزيل المخطط الكامل للدائرة أدناه:

الخطوة 4: برمجة STM32

تمت برمجة STM32 مع Attolic TrueStudio و CubeMX. TrueStudio مجاني للاستخدام ويمكنك تنزيله هنا

نظرًا لأن TrueStudio ليس بهذه البساطة مثل Arduino IDE على سبيل المثال ، فقد قمت بإنشاء ملف.hex ، والذي تحتاج ببساطة إلى تحميله إلى وحدة التحكم الدقيقة STM32.

في ما يلي سأشرح كيف تقوم برفع الملف إلى STM32 "BluePill":

1. تنزيل "STM32 ST-LINK Utility": يمكنك تنزيل البرنامج من هنا

2- قم بتثبيت وفتح "STM32 ST-LINK Utility":

3. الآن افتح ملف Galvo.hex في ST-Link Utility:

بعد ذلك تحتاج إلى توصيل STM32 "BluePill" بـ ST-Link-V2. بمجرد الاتصال ، انقر فوق "Connect to traget Button":

أخيرًا انقر فوق "تنزيل". الآن يجب أن تومض STM32 بشكل صحيح.

بالإضافة إلى ذلك ، قمت بإرفاق جميع الملفات المصدر لـ Galvo_Controller في TrueStudio

الخطوة 5: قم بتوصيل جميع الأجزاء ميكانيكيًا واختبرها

لقد وضعت جميع الأجزاء الإلكترونية على لوح ألومنيوم 4 مم للحصول على مظهر أفضل:-)

سأوضح لك الآن كيف تحتاج إلى ضبط مقاييس الجهد على الدائرة على الأرجح:

في البداية بعض المعلومات الأساسية حول معيار ILDA. عادةً ما يتم استخدام معيار ILDA لعروض الليزر ، ويتكون من إشارة 5V و a -5v. كلتا الإشارتين لها نفس السعة ، ولكن مع تغير القطبية. لذا ما يتعين علينا القيام به هو قطع إشارة الخرج من DAC إلى 5V و -5V.

اضبط مقياس الجهد:

ما يمكنك رؤيته هنا هو جهد الخرج لهذه الدائرة بتردد خطوة إدخال يبلغ 100 كيلو هرتز وبإشارة اتجاه ثابتة. في هذه الصورة كل شيء على ما يرام. ينتقل السعة من 0 إلى 5 فولت ومن 0 إلى -5. كما يتم محاذاة الفولتية على الأرجح.

سأوضح لك الآن ما الذي يمكن أن يحدث أثناء ضبط مقياس الجهد:

كما ترون الآن لا يتم محاذاة الفولتية على الأرجح. الحل هو ضبط جهد الإزاحة من OpAmp. يمكنك القيام بذلك عن طريق ضبط مقاييس الجهد "R8" و "R10".

مثال آخر:

كما ترون الآن ، ربما تمت محاذاة الفولتية ، لكن السعة ليست 5 فولت بل 2 فولت. الحل هو ضبط مقاومة الكسب من OpAmp. يمكنك القيام بذلك عن طريق ضبط مقاييس الجهد "R7" و "R9".