CONTROLADOR LÁSER GALVO PASO / DIR DE BRICOLAJE: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Hola, En este Instructable, quiero mostrarle cómo puede construir su propia interfaz de paso / directorio para los escáneres láser galvo estándar de ILDA.

Como sabrá, también soy el inventor de la "DIY-SLS-3D-Printer" y la "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" y, mientras construía estas máquinas, comencé a pensar en cómo funcionarían estas impresoras. si voy a utilizar un escáner Galvo en lugar de un sistema de movimiento cartesiano. Sin embargo, en estos días no tenía el conocimiento para programar un controlador para un escáner galvo. Entonces he usado un firmware existente con movimiento cartesiano.

Pero hoy y después de algunas investigaciones encontré un instructivo donde el autor usa un arduino para crear un espectáculo DIY Laser Galvo. Pensé que esto es exactamente lo que estoy buscando, así que ordené las partes como en su instructable e hice algunos experimentos. Después de investigar un poco, descubrí que Arduino no funcionará tan bien como interfaz de paso / dirección, así que lo mezclé para el microcontrolador STM32.

Recuerde que este controlador es solo un prototipo, pero se puede utilizar para muchos proyectos. Por ejemplo, en una impresora 3D SLS DIY o en un grabador láser.

Las características del controlador Galvo son:

• conversión de señales de paso / dir de 5V al estándar ILDA
• Frecuencia de entrada de 120 kHz de (señales de paso / dirección)
• Resolución de salida de 12 bits (0, 006 ° por ángulo)
• conversión de coordenadas polares a lineales
• compatible con cualquier controlador de movimiento que creará una señal de paso y dirección
• pasador de alineación central (rutina de inicio)

video del controlador láser galvo: (próximamente)

Si te gusta mi Instructable, vota por mí en el concurso de remezclas.

Paso 1: Piezas necesarias para el controlador Galvo

Piezas electrónicas para el controlador galvo:

Cantidad	Descripción	Enlace	Precio
1x	Juego de galvanómetro galvo ILDA 20Kpps	Aliexpress	56, 51€
1x	Diodo láser de 6 mm y 650 nm	Aliexpress	1, 16€
algunos	alambres	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Partes electronicas para el circuito:

Aquí están todas las piezas necesarias para el controlador galvo. Traté de obtener todas las piezas lo más baratas posible.

Cantidad	Descripción	Nombre en el circuito	Enlace	Precio
1x	Microcontrolador STM32 "Blue-Pill"	"PÍLDORA AZUL"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 DAC de doble canal de 12 bits	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 doble OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6 veces	Resistencia de 1k	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	Potenciómetro de ajuste de 10k	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
algunos	encabezado de pin	-	Aliexpress	0, 46€

Paso 2: la teoría del controlador

Aquí te explicaré, cómo funciona el controlador en general. También mostraré algunos detalles, por ejemplo, el cálculo del ángulo recto.

1. CONTROLADOR DE MOVIMIENTO

El controlador de movimiento es la parte donde creará las señales de paso y dirección. El control de paso / dirección se utiliza a menudo en aplicaciones de motores paso a paso como impresoras 3D, láseres o fresas CNC.

Además de las señales de paso y dirección, es necesario un pin de alineación central para hacer que el STM32 y el Motioncontroller sean consistentes. Esto se debe a que los galvos están controlados de forma absoluta y no hay necesidad de interruptores de límite.

2. STM32-Microcontrolador

El microcontrolador STM32 es el corazón de este controlador. Este microcontrolador tiene varias tareas que realizar. Estas tareas son:

Tarea 1: Medir señales

La primera tarea es medir las señales de entrada. En este caso serán señales de paso y dirección. Como no quiero que el controlador de movimiento esté limitado por la frecuencia de entrada, diseñé el circuito para 120 kHz (probado). Para lograr esta frecuencia de entrada sin perder datos, estoy usando dos temporizadores de hardware TIM2 y TIM3 en el STM32 para administrar la interfaz de paso / dirección. Además de las señales de paso y dirección, existe la señal de alineación. Esta alineación está controlada por una interrupción externa en el STM32.

Tarea 2: Calcular las señales

Ahora el controlador necesita calcular las señales al valor correcto para el DAC. Debido a que el galvo creará un sistema de coordenadas polares no lineales, se necesita un pequeño cálculo para crear una dependencia lineal entre el paso y el láser movido real. Aquí les mostraré un esquema del cálculo:

Ahora necesitamos encontrar la fórmula para el cálculo. Debido a que uso un DAC de 12 bits, puedo dar un voltaje de -5 a + 5V en 0 a 4096 pasos. El galvo que tengo pedido tiene un ángulo de escaneo total de 25 ° a -5 - + 5V. Entonces mi ángulo phi está en un rango de -12, 5 ° - +12, 5 °. Finalmente necesito pensar en la distancia d. Personalmente, quiero un campo de escaneo de 100x100 mm, por lo que mi d será de 50 mm. La h alta será el resultado de phi y d. h es 225, 5 mm. Para traer la distancia d en relación con el ángulo phi utilicé una pequeña fórmula, que usará las tangentes y convertirá el ángulo de radianes en "valores DAC"

Finalmente, solo necesito agregar un sesgo de 2048, porque mi campo de exploración es la alineación central y todos los cálculos están hechos.

Tarea 3: enviar valores al DAC:

Debido a que el STM32 que he usado no tiene compilación en DAC, he usado un DAC externo. La comunicación entre el DAC y el STM32 se realiza a través de SPI.

3. DAC

Para el circuito, estoy usando el mismo DAC de 12 bits "MCP4822" que deltaflo. Debido a que el DAC es unipolar 0-4, 2V y necesita - + 5V bipolar para el estándar ILDA, necesita construir un circuito pequeño con algunos OpAmps. Estoy usando TL082 OpAmps. Tienes que construir este circuito amplificador dos veces, porque necesitas controlar dos galvos. Los dos OpAmps están conectados a -15 y + 15V como tensión de alimentación.

4. GALVO

La última parte es bastante sencilla. El voltaje de salida de los dos amplificadores OPA se conectará a los controladores ILDA Galvo. Y eso es todo, ahora deberías poder controlar los galvos con señales de paso y dirección.

Paso 3: el circuito

Para el circuito he utilizado un prototipo de PCB.

Puede conectar las señales de paso y dirección directamente al STM32, porque he activado las resistencias de extracción internas. También he usado pines tolerantes de 5V para los pines de paso, dirección y centro.

Puede descargar el esquema completo del circuito a continuación:

Paso 4: Programación del STM32

El STM32 está programado con Attolic TrueStudio y CubeMX. TrueStudio es de uso gratuito y puede descargarlo aquí

Debido a que TrueStudio no es tan simple como, por ejemplo, el IDE de Arduino, he generado un archivo.hex, que simplemente necesita cargar en el microcontrolador STM32.

A continuación, explicaré cómo se sube el archivo al STM32 "BluePill":

1. Descargue la "utilidad STM32 ST-LINK": puede descargar el software aquí

2. Instale y abra "STM32 ST-LINK Utility":

3. Ahora abra el archivo Galvo.hex en la utilidad ST-Link:

Después de eso, debe conectar el STM32 "BluePill" al ST-Link-V2. Una vez conectado, haga clic en el botón "Conectar a traget":

Finalmente haga clic en "Descargar". Ahora su STM32 debería actualizarse correctamente.

Además, he adjuntado todos los archivos fuente para Galvo_Controller en TrueStudio

Paso 5: conecte todas las piezas mecánicamente y pruébelas

He colocado todas las partes electrónicas en una placa de aluminio de 4 mm para una mejor apariencia:-)

Ahora te mostraré cómo necesitas ajustar los potenciómetros en el circuito probablemente:

Al principio, algunos antecedentes sobre el estándar ILDA. El estándar ILDA se usa generalmente para espectáculos de láser y consiste en una señal de 5V y una de -5v. Ambas señales tienen la misma amplitud, pero con polaridad cambiada. Entonces, lo que tenemos que hacer es recortar la señal de salida del DAC a 5V y -5V.

Ajuste el potenciómetro:

Lo que puede ver aquí es el voltaje de salida de este circuito a una frecuencia de paso de entrada de 100 kHz y con una señal de dirección constante. En esta imagen todo está bien. La amplitud va de 0 a 5V y de 0 a -5. También los voltajes probablemente estén alineados.

Ahora te mostraré lo que podría salir mal al ajustar el potenciómetro:

Como puede ver ahora, ambos voltajes probablemente no estén alineados. La solución es ajustar el voltaje de compensación del OpAmp. Lo hace ajustando los potenciómetros "R8" y "R10".

Otro ejemplo:

Como puede ver ahora, los voltajes probablemente estén alineados, pero la amplitud no es de 5V sino de 2V. La solución es ajustar la resistencia de ganancia del OpAmp. Lo haces ajustando los potenciómetros "R7" y "R9".