CONTROLLER LASER GALVO STEP/DIR fai da te: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Ciao, in questo Instructable, voglio mostrarti come puoi costruire la tua interfaccia step/dir per scanner laser galvo standard ILDA.

Come forse saprai sono anche l'inventore della "stampante fai-da-te SLS-3D" e della "stampante JRLS 1000 fai-da-te SLS-3D" e mentre costruivo queste macchine ho iniziato ad armeggiare su come funzioneranno queste stampanti, se userò un Galvo Scanner invece di un sistema di movimento cartesiano. Tuttavia in questi giorni non avevo le conoscenze per programmare un controller per uno scanner galvo. Quindi ho usato un firmware esistente con movimento cartesiano.

Ma oggi e dopo alcune ricerche ho trovato un istruibile in cui l'autore usa un arduino per creare uno spettacolo Laser Galvo fai-da-te. Ho pensato che fosse esattamente quello che stavo cercando, quindi ho ordinato le parti come nel suo istruibile e ho fatto alcuni esperimenti. Dopo alcune ricerche ho scoperto che Arduino non funzionerà bene come interfaccia passo / direzione, quindi l'ho remixato per il microcontrollore STM32.

Ricorda che questo controller è solo un prototipo, ma utilizzabile per molti progetti. Ad esempio in una stampante 3D SLS fai da te o in un incisore laser.

Le caratteristiche del controller Galvo sono:

• conversione da segnali step/dir 5V a standard ILDA
• Frequenza di ingresso 120kHz di (segnali di passo/direzione)
• Risoluzione di uscita a 12 bit (0, 006° per angolo)
• conversione da coordinate polari a coordinate lineari
• compatibile con qualsiasi controller di movimento che creerà un segnale di passo e direzione
• perno di allineamento centrale (routine di riferimento)

video del controller laser galvo: (prossimamente)

Se ti piace il mio Instructable, per favore votami nel Remix Contest

Passaggio 1: parti necessarie per il controller Galvo

Parti elettroniche per il controller galvo:

Quantità	Descrizione	Collegamento	Prezzo
1x	Set galvanometro ILDA 20Kpps	Aliexpress	56, 51€
1x	Diodo laser da 6 mm 650 nm	Aliexpress	1, 16€
alcuni	fili	-	-
1x	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Parti elettroniche per il circuito:

Ecco tutte le parti necessarie per il controller galvo. Ho cercato di reperire tutte le parti il più a buon mercato possibile.

Quantità	Descrizione	Nome sul circuito	Collegamento	Prezzo
1x	Microcontrollore STM32 "Blue-Pill"	"PILLOLA BLU"	Aliexpress	1, 88€
1x	MCP4822 DAC a doppio canale a 12 bit	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 doppio amplificatore operazionale	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	Resistenza 1k	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	Potenziometro trim 10k	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
alcuni	intestazione pin	-	Aliexpress	0, 46€

Passaggio 2: la teoria del controller

Qui ti spiegherò come funziona il controller in generale. Mostrerò anche alcuni dettagli per esempio il calcolo dell'angolo retto.

1. REGOLATORE DI MOVIMENTO

Il controller di movimento è la parte in cui creerai i segnali di passo e direzione. Il controllo passo/direzione viene spesso utilizzato in applicazioni di motori passo-passo come stampanti 3D, laser o fresatrici CNC.

Oltre ai segnali di passo e direzione, è necessario un pin di allineamento centrale per rendere coerenti l'STM32 e il Motioncontroller. Questo perché i galvo sono controllati in modo assoluto e non è necessario alcun finecorsa.

2. STM32-Microcontrollore

Il microcontrollore STM32 è il cuore di questo controller. Questo microcontrollore ha diversi compiti da svolgere. Questi compiti sono:

Compito 1: misurare i segnali

Il primo compito è misurare i segnali di ingresso. In questo caso saranno segnali di passo e direzione. Poiché non voglio che il controller di movimento sia limitato dalla frequenza di ingresso, ho progettato il circuito per 120kHz (testato). Per ottenere questa frequenza di ingresso senza perdere dati, sto utilizzando due timer hardware TIM2 e TIM3 sull'STM32 per gestire l'interfaccia passo/direzione. Oltre ai segnali di passo e direzione c'è il segnale di allineamento. Questo allineamento è controllato da un interrupt esterno sull'STM32.

Compito 2: Calcola i segnali

Ora il controller deve calcolare i segnali al valore corretto per il DAC. Poiché il galvo creerà un sistema di coordinate polari non lineare, è necessario un piccolo calcolo per creare una dipendenza lineare tra il passo e il laser effettivamente spostato. Qui ti mostrerò uno schizzo del calcolo:

Ora dobbiamo trovare la formula per il calcolo. Poiché utilizzo un DAC a 12 bit, posso fornire una tensione da -5 a +5 V in passi da 0 a 4096. Il galvo che ho ordinato ha un angolo di scansione totale di 25° a -5 - +5V. Quindi il mio angolo phi è in un intervallo da -12, 5° - +12, 5°. Infine devo pensare alla distanza d. Personalmente voglio un campo di scansione di 100x100 mm, quindi la mia d sarà di 50 mm. L'alto h sarà il risultato di phi e d. h è 225, 5 mm. Per portare la distanza d in relazione all'angolo phi ho usato una piccola formula, che utilizzerà le tangenti e convertirà l'angolo da radianti in "valori DAC"

Infine ho solo bisogno di aggiungere un bias di 2048, perché il mio campo di scansione è allineato al centro e tutti i calcoli sono stati eseguiti.

Attività 3: inviare valori al DAC:

Poiché l'STM32 che ho utilizzato non ha un DAC integrato, ho utilizzato un DAC esterno. La comunicazione tra il DAC e l'STM32 è realizzata tramite SPI.

3. DAC

Per il circuito sto usando lo stesso DAC a 12 bit "MCP4822" di deltaflo. Poiché il DAC è unipolare 0-4, 2V e hai bisogno di -+5V bipolare per lo standard ILDA, devi costruire un piccolo circuito con alcuni amplificatori operazionali. Sto usando gli OpAmp TL082. Devi costruire questo circuito amplificatore due volte, perché devi controllare due galvo. I due OpAmp sono collegati a -15 e +15V come tensione di alimentazione.

4. GALVO

L'ultima parte è piuttosto semplice. La tensione di uscita dei due OPAm sarà collegata ai driver ILDA Galvo. E questo è tutto, ora dovresti essere in grado di controllare i galvos con segnali di passo e direzione

Passaggio 3: il circuito

Per il circuito ho utilizzato un prototipo di PCB.

È possibile collegare i segnali di passo e direzione direttamente all'STM32, perché ho attivato i resistori di pull down interni. Inoltre ho usato perni tolleranti 5V per i perni passo, direzione e centro.

Di seguito è possibile scaricare lo schema completo del circuito:

Passaggio 4: programmazione dell'STM32

L'STM32 è programmato con Attolic TrueStudio e CubeMX. TrueStudio è gratuito e puoi scaricarlo qui

Poiché TrueStudio non è così semplice come ad esempio l'IDE Arduino, ho generato un file.hex, che devi semplicemente caricare sul microcontrollore STM32.

Di seguito spiegherò come caricare il file su STM32 "BluePill":

1. Scarica "Utility STM32 ST-LINK": puoi scaricare il software qui

2. Installare e aprire "Utility STM32 ST-LINK":

3. Ora apri il file Galvo.hex nell'utilità ST-Link:

Successivamente è necessario collegare l'STM32 "BluePill" all'ST-Link-V2. Una volta connesso, fai clic sul pulsante "Connetti a traget":

Infine clicca su "Download". Ora il tuo STM32 dovrebbe essere lampeggiato correttamente.

Inoltre, ho allegato tutti i file sorgente per Galvo_Controller in TrueStudio

Passaggio 5: collegare tutte le parti meccanicamente e testarle

Ho posizionato tutte le parti elettroniche su una piastra di alluminio da 4 mm per una migliore visuale:-)

Ora ti mostrerò come è necessario regolare i potenziometri sul circuito probabilmente:

Inizialmente alcune informazioni di base sullo standard ILDA. Lo standard ILDA viene solitamente utilizzato per gli spettacoli laser e consiste in un segnale 5V e -5v. Entrambi i segnali hanno la stessa ampiezza, ma con polarità cambiata. Quindi quello che dobbiamo fare è tagliare il segnale in uscita dal DAC a 5V e -5V.

Regolare il potenziometro:

Quello che puoi vedere qui è la tensione di uscita di questo circuito a una frequenza di passo di ingresso di 100kHz e con un segnale di direzione costante. In questa foto va tutto bene. L'ampiezza va da 0 a 5V e da 0 a -5. Anche le tensioni sono probabilmente allineate.

Ora ti mostrerò cosa potrebbe andare storto durante la regolazione del potenziometro:

Come puoi vedere ora entrambe le tensioni probabilmente non sono allineate. La soluzione è regolare la tensione di offset dall'OpAmp. Lo fai regolando i potenziometri "R8" e "R10".

Un altro esempio:

Come puoi vedere ora le tensioni sono probabilmente allineate, ma l'ampiezza non è 5V ma 2V. La soluzione è regolare il resistore di guadagno dall'OpAmp. Lo fai regolando i potenziometri "R7" e "R9".