TỰ LÀM BỘ ĐIỀU KHIỂN GALVO BƯỚC / DIR LASER: 5 Bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Chào, trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi muốn chỉ cho bạn cách bạn có thể xây dựng giao diện bước / dir của riêng mình cho máy quét laser galvo tiêu chuẩn ILDA.

Như bạn có thể biết, tôi cũng là người phát minh ra "DIY-SLS-3D-Printer" và "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" và trong khi chế tạo những chiếc máy này, tôi đã bắt đầu mày mò về cách hoạt động của những chiếc máy in này, nếu tôi sẽ sử dụng Máy quét Galvo thay vì hệ thống chuyển động của xe tăng. Tuy nhiên, ngày nay tôi không có kiến thức để lập trình bộ điều khiển cho máy quét galvo. Vì vậy, tôi đã sử dụng một phần sụn hiện có với chuyển động cacte.

Nhưng hôm nay và sau một số nghiên cứu, tôi đã tìm thấy một hướng dẫn trong đó tác giả sử dụng arduino để tạo ra một màn trình diễn Laser Galvo DIY. Tôi nghĩ đây chính xác là thứ tôi đang tìm kiếm, vì vậy tôi đã đặt hàng các bộ phận giống như trong tài liệu hướng dẫn của anh ấy và thực hiện một số thử nghiệm. Sau một số nghiên cứu, tôi phát hiện ra rằng Arduino sẽ không thực hiện tốt giao diện bước / hướng đó, vì vậy tôi đã phối lại nó cho vi điều khiển STM32.

Hãy nhớ rằng bộ điều khiển này chỉ là một nguyên mẫu, nhưng có thể sử dụng được cho rất nhiều dự án. Ví dụ trong máy in 3D SLS DIY hoặc máy khắc laser.

Các tính năng của bộ điều khiển Galvo là:

• chuyển đổi từ tín hiệu bước / dir 5V sang chuẩn ILDA
• Tần số đầu vào 120kHz của (tín hiệu Bước / Hướng)
• Độ phân giải đầu ra 12bit (0, 006 ° mỗi góc)
• chuyển đổi từ tọa độ cực sang tuyến tính
• tương thích với bất kỳ bộ điều khiển chuyển động nào sẽ tạo ra tín hiệu bước và hướng
• chốt căn chỉnh trung tâm (quy trình homing)

video của bộ điều khiển galvo laser: (sắp ra mắt)

Nếu bạn thích Người hướng dẫn của tôi, hãy bình chọn cho tôi trong Cuộc thi Hòa âm

Bước 1: Các bộ phận bạn cần cho Bộ điều khiển Galvo

Bộ phận điện tử cho bộ điều khiển galvo:

Số lượng	Sự miêu tả	Liên kết	Giá bán
1x	Bộ điện kế điện kế 20Kpps ILDA	Aliexpress	56, 51€
1x	Điốt laser 6mm 650nm	Aliexpress	1, 16€
một vài	Dây điện	-	-
1x	ST-Liên kết V2	Aliexpress	1, 92

Bộ phận điện tử cho mạch:

Đây là tất cả các bộ phận cần thiết cho bộ điều khiển galvo. Tôi đã cố gắng tìm nguồn cung cấp tất cả các bộ phận càng rẻ càng tốt.

Số lượng	Sự miêu tả	Tên trên mạch	Liên kết	Giá bán
1x	Bộ vi điều khiển STM32 "Blue-Pill"	"VIÊN THUỐC MÀU XANH DA TRỜI"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 12 bit kênh đôi DAC	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 OpAmp kép	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	Điện trở 1k	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	Chiết áp cắt 10k	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
một vài	tiêu đề ghim	-	Aliexpress	0, 46€

Bước 2: Lý thuyết về Bộ điều khiển

Sau đây tôi sẽ giải thích cách thức hoạt động của bộ điều khiển nói chung. Tôi cũng sẽ chỉ ra một số chi tiết ví dụ tính toán góc vuông.

1. BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG

Bộ điều khiển chuyển động là phần mà bạn sẽ tạo ra các tín hiệu bước và hướng. Bộ điều khiển bước / hướng thường được sử dụng trong các ứng dụng động cơ bước như Máy in 3D, Máy laser hoặc Máy phay CNC.

Ngoài các tín hiệu bước và hướng, cần có một chốt phân bổ trung tâm để làm cho STM32 và Bộ điều khiển chuyển động đồng nhất với nhau. Đó là bởi vì các galvos được kiểm soát tuyệt đối và không cần bất kỳ công tắc giới hạn nào.

2. STM32-Vi điều khiển

Bộ vi điều khiển STM32 là trái tim của bộ điều khiển này. Bộ vi điều khiển này có một số nhiệm vụ phải làm. Các nhiệm vụ này là:

Nhiệm vụ 1: Đo tín hiệu

Nhiệm vụ đầu tiên là đo các tín hiệu đầu vào. Trong trường hợp này, nó sẽ là tín hiệu bước và hướng. Bởi vì tôi không muốn bộ điều khiển chuyển động bị giới hạn bởi tần số đầu vào, tôi đã thiết kế mạch cho 120kHz (đã được thử nghiệm). Để đạt được tần số đầu vào này mà không làm mất dữ liệu, tôi đang sử dụng hai bộ hẹn giờ phần cứng TIM2 và TIM3 trên STM32 để quản lý giao diện bước / hướng. Ngoài tín hiệu bước và hướng còn có tín hiệu căn chỉnh. Sự liên kết này được điều khiển bởi một ngắt bên ngoài trên STM32.

Nhiệm vụ 2: Tính toán các tín hiệu

Bây giờ bộ điều khiển cần tính toán các tín hiệu đến giá trị phù hợp cho DAC. Bởi vì galvo sẽ tạo ra một hệ tọa độ cực không tuyến tính, một tính toán nhỏ là cần thiết để tạo ra sự phụ thuộc tuyến tính giữa bước và tia laser di chuyển thực tế. Sau đây tôi sẽ cho bạn xem bản phác thảo của phép tính:

Bây giờ chúng ta cần tìm công thức cho phép tính. Bởi vì tôi sử dụng DAC 12bit, tôi có thể cung cấp điện áp từ -5 - + 5V trong 0 - 4096 bước. Galvo tôi đặt hàng có tổng góc quét là 25 ° ở -5 - + 5V. Vì vậy, góc phi của tôi nằm trong khoảng từ -12, 5 ° - +12, 5 °. Cuối cùng tôi cần nghĩ về khoảng cách d. Cá nhân tôi muốn trường quét là 100x100mm, vì vậy d của tôi sẽ là 50mm. Độ cao h sẽ là kết quả của phi và d. h là 225, 5mm. Để xác định khoảng cách d so với góc phi, tôi đã sử dụng một công thức nhỏ, công thức này sẽ sử dụng các tiếp tuyến và chuyển đổi góc từ radian thành "giá trị DAC"

Cuối cùng, tôi chỉ cần thêm độ lệch 2048, vì trường quét của tôi là căn giữa và tất cả các phép tính đã được thực hiện.

Nhiệm vụ 3: Gửi các giá trị đến DAC:

Vì STM32 tôi đã sử dụng không có DAC tích hợp, tôi đã sử dụng DAC bên ngoài. Giao tiếp giữa DAC và STM32 được thực hiện qua SPI.

3. DAC

Đối với mạch tôi đang sử dụng cùng DAC 12bit "MCP4822" như deltaflo. Bởi vì DAC là đơn cực 0-4, 2V và bạn cần - + 5V lưỡng cực cho tiêu chuẩn ILDA, bạn cần phải xây dựng một mạch nhỏ với một số OpAmps. Tôi đang sử dụng OpAmps TL082. Bạn phải xây dựng mạch khuếch đại này hai lần, bởi vì bạn cần điều khiển hai galvos. Hai OpAmps được kết nối với -15 và + 15V làm điện áp cung cấp của chúng.

4. GALVO

Phần cuối cùng là khá đơn giản. Điện áp đầu ra của hai OPAmps sẽ được kết nối với các trình điều khiển ILDA Galvo. Vậy là xong, bây giờ bạn sẽ có thể điều khiển các galvos bằng các tín hiệu bước và hướng

Bước 3: Mạch

Đối với mạch, tôi đã sử dụng một PCB nguyên mẫu.

Bạn có thể kết nối tín hiệu bước và hướng trực tiếp với STM32, vì tôi đã kích hoạt điện trở kéo xuống bên trong. Ngoài ra, tôi đã sử dụng chân dung sai 5V cho các chân bước, hướng và trung tâm.

Bạn có thể tải xuống sơ đồ đầy đủ của mạch bên dưới:

Bước 4: Lập trình STM32

STM32 được lập trình với Attolic TrueStudio và CubeMX. TrueStudio được sử dụng miễn phí và bạn có thể tải xuống tại đây

Vì TrueStudio không đơn giản như ví dụ như Arduino IDE, tôi đã tạo một tệp.hex, bạn chỉ cần tải tệp này lên vi điều khiển STM32.

Trong phần sau, tôi sẽ giải thích cách bạn nâng cấp tệp lên STM32 "BluePill":

1. Tải xuống "STM32 ST-LINK Utility": Bạn có thể tải Phần mềm tại đây

2. Cài đặt và mở "STM32 ST-LINK Utility":

3. Bây giờ hãy mở tệp Galvo.hex trong ST-Link Utility:

Sau đó, bạn cần kết nối STM32 "BluePill" với ST-Link-V2. Sau khi kết nối, hãy nhấp vào "Nút kết nối với mục tiêu":

Cuối cùng bấm vào "Tải xuống". Bây giờ STM32 của bạn sẽ được flash chính xác.

Ngoài ra, tôi đã đính kèm tất cả các tệp nguồn cho Galvo_Controller trong TrueStudio

Bước 5: Kết nối tất cả các bộ phận một cách cơ học và kiểm tra nó

Tôi đã đặt tất cả các bộ phận điện tử trên một tấm nhôm 4mm để nhìn rõ hơn:-)

Bây giờ tôi sẽ chỉ cho bạn cách bạn cần điều chỉnh chiết áp trên mạch có lẽ:

Lúc đầu, một số thông tin cơ bản về tiêu chuẩn ILDA. Chuẩn ILDA thường được sử dụng cho các buổi trình diễn Laser, và bao gồm tín hiệu 5V và -5v. Cả hai tín hiệu có cùng biên độ, nhưng có phân cực thay đổi. Vì vậy, những gì chúng ta phải làm là cắt tín hiệu đầu ra từ DAC xuống 5V và -5V.

Điều chỉnh chiết áp:

Những gì bạn có thể thấy ở đây là điện áp đầu ra của mạch này ở tần số bước đầu vào là 100kHz và với tín hiệu hướng không đổi. Trong bức tranh này mọi thứ đều ổn. Biên độ đi từ 0 đến 5V và từ 0 đến -5. Cũng có thể các điện áp được căn chỉnh.

Bây giờ tôi sẽ cho bạn thấy những gì có thể xảy ra sai trong khi điều chỉnh chiết áp:

Như bạn có thể thấy bây giờ cả hai điện áp có thể không được căn chỉnh. Giải pháp là điều chỉnh điện áp bù từ OpAmp. Bạn làm điều đó bằng cách điều chỉnh chiết áp "R8" và "R10".

Một vi dụ khac:

Như bạn có thể thấy bây giờ các điện áp có thể được căn chỉnh, nhưng biên độ không phải là 5V mà là 2V. Giải pháp là điều chỉnh điện trở khuếch đại từ OpAmp. Bạn làm điều đó bằng cách điều chỉnh chiết áp "R7" và "R9".