CONTRLEUR GALVO LASER DIY STEP/DIR : 5 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Salut, dans ce Instructable, je veux vous montrer comment vous pouvez créer votre propre interface étape / dir pour les scanners laser galvo standard ILDA.

Comme vous le savez peut-être, je suis également l'inventeur de la "DIY-SLS-3D-Printer" et de la "JRLS 1000 DIY SLS-3D-PRINTER" et pendant que je construisais ces machines, j'ai commencé à bricoler sur la façon dont ces imprimantes fonctionneraient, si je vais utiliser un Galvo Scanners au lieu d'un système de mouvement cartésien. Cependant, de nos jours, je n'avais pas les connaissances nécessaires pour programmer un contrôleur pour un scanner galvo. J'ai donc utilisé un firmware existant avec mouvement cartésien.

Mais aujourd'hui et après quelques recherches, j'ai trouvé un instructable où l'auteur utilise un arduino pour créer un spectacle DIY Laser Galvo. Je pensais que c'était exactement ce que je cherchais, alors j'ai commandé les pièces comme dans son instructable et fait quelques expériences. Après quelques recherches, j'ai découvert que l'Arduino ne fonctionnerait pas aussi bien en tant qu'interface pas / direction, je l'ai donc remixé pour le microcontrôleur STM32.

N'oubliez pas que ce contrôleur n'est qu'un prototype, mais utilisable pour de nombreux projets. Par exemple dans une imprimante 3D DIY SLS ou un graveur laser.

Les caractéristiques du contrôleur Galvo sont:

• conversion des signaux step/dir 5V au standard ILDA
• Fréquence d'entrée 120 kHz de (signaux de pas/direction)
• Résolution de sortie 12 bits (0, 006° par angle)
• conversion de coordonnées polaires en coordonnées linéaires
• compatible avec n'importe quel contrôleur de mouvement qui créera un signal de pas et de direction
• broche d'alignement central (routine de ralliement)

vidéo du contrôleur laser galvo: (à venir)

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Étape 1: Pièces dont vous avez besoin pour le contrôleur Galvo

Pièces électroniques pour le contrôleur galvo:

Quantité	La description	Relier	Prix
1 fois	Kit galvanomètre ILDA 20Kpps	Aliexpress	56, 51€
1 fois	Diode laser 6 mm 650 nm	Aliexpress	1, 16€
certains	fils	-	-
1 fois	ST-Link V2	Aliexpress	1, 92

Pièces électroniques pour le circuit:

Voici toutes les pièces requises pour le contrôleur galvo. J'ai essayé de trouver toutes les pièces aussi bon marché que possible.

Quantité	La description	Nom sur le circuit	Relier	Prix
1 fois	Microcontrôleur STM32 "Blue-Pill"	"BLUE-PILULE"	Aliexpress	1, 88€
1 fois	MCP4822 DAC double canal 12 bits	MCP4822	Aliexpress	3, 00€
2x	TL082 double OpAmp	IC1, IC2	Aliexpress	0, 97€
6x	Résistance 1k	R1-R6	Aliexpress	0, 57€
4x	Potentiomètre de réglage 10k	R7-R10	Aliexpress	1, 03€
certains	En-tête de broche	-	Aliexpress	0, 46€

Étape 2: La théorie du contrôleur

Ici, je vais vous expliquer comment fonctionne le contrôleur en général. Je montrerai aussi quelques détails par exemple le calcul de l'angle droit.

1. CONTRLEUR DE MOUVEMENT

Le contrôleur de mouvement est la partie où vous allez créer les signaux de pas et de direction. Le contrôle pas à pas/direction est souvent utilisé dans les applications de moteurs pas à pas comme les imprimantes 3D, les lasers ou les fraiseuses CNC.

En plus des signaux de pas et de direction, une broche d'alignement centrale est nécessaire pour assurer la cohérence du STM32 et du contrôleur de mouvement. C'est parce que les galvos sont contrôlés de manière absolue et qu'il n'y a pas besoin d'interrupteurs de fin de course.

2. STM32-Microcontrôleur

Le microcontrôleur STM32 est le cœur de ce contrôleur. Ce microcontrôleur a plusieurs tâches à accomplir. Ces tâches sont:

Tâche 1: Mesurer les signaux

La première tâche consiste à mesurer les signaux d'entrée. Dans ce cas, il s'agira de signaux de pas et de direction. Parce que je ne veux pas que le contrôleur de mouvement soit limité par la fréquence d'entrée, j'ai conçu le circuit pour 120 kHz (testé). Pour atteindre cette fréquence d'entrée sans perdre de données, j'utilise deux temporisateurs matériels TIM2 et TIM3 sur le STM32 pour gérer l'interface pas/direction. En plus des signaux de pas et de direction, il y a le signal d'alignement. Cet alignement est contrôlé par une interruption externe sur le STM32.

Tâche 2: Calculer les signaux

Maintenant, le contrôleur doit calculer les signaux à la bonne valeur pour le DAC. Parce que le galvo créera un système de coordonnées polaires non linéaires, un petit calcul est nécessaire pour créer une dépendance linéaire entre le pas et le laser déplacé réel. Ici, je vais vous montrer un croquis du calcul:

Maintenant, nous devons trouver la formule pour le calcul. Parce que j'utilise un DAC 12 bits, je peux donner une tension de -5 à +5V par pas de 0 à 4096. Le galvo que j'ai commandé a un angle de balayage total de 25° à -5 - +5V. Donc mon angle phi est compris entre -12, 5° - +12, 5°. Enfin, je dois penser à la distance d. Personnellement, je veux un champ de balayage de 100x100mm, donc mon d sera de 50mm. Le h élevé sera le résultat de phi et d. h est de 225, 5 mm. Pour amener la distance d par rapport à l'angle phi j'ai utilisé une petite formule, qui utilisera les tangentes et convertira l'angle des radians en "valeurs DAC"

Enfin, je n'ai besoin que d'ajouter un biais de 2048, car mon champ de balayage est aligné au centre et tous les calculs sont effectués.

Tâche 3: Envoyer des valeurs au DAC:

Parce que le STM32 que j'ai utilisé n'a pas de DAC intégré, j'ai utilisé un DAC externe. La communication entre le DAC et le STM32 est réalisée via SPI.

3. CAD

Pour le circuit, j'utilise le même DAC 12 bits "MCP4822" que deltaflo. Parce que le DAC est unipolaire 0-4, 2V et que vous avez besoin de -+5V bipolaire pour la norme ILDA, vous devez construire un petit circuit avec quelques OpAmps. J'utilise des amplis op TL082. Vous devez construire ce circuit amplificateur deux fois, car vous devez contrôler deux galvos. Les deux OpAmps sont connectés à -15 et +15V comme tension d'alimentation.

4. GALV

La dernière partie est assez simple. La tension de sortie des deux OPAmps sera connectée aux pilotes ILDA Galvo. Et c'est tout, maintenant vous devriez pouvoir contrôler les galvos avec des signaux de pas et de direction

Étape 3: Le circuit

Pour le circuit, j'ai utilisé un prototype de PCB.

Vous pouvez connecter les signaux de pas et de direction directement au STM32, car j'ai activé des résistances de rappel internes. J'ai également utilisé des broches tolérantes 5V pour les broches de pas, de direction et de centre.

Vous pouvez télécharger le schéma complet du circuit ci-dessous:

Étape 4: Programmation du STM32

Le STM32 est programmé avec Attolic TrueStudio et CubeMX. TrueStudio est gratuit et vous pouvez le télécharger ici

Parce que TrueStudio n'est pas si simple comme par exemple l'IDE Arduino, j'ai généré un fichier.hex, qu'il vous suffit de télécharger sur le microcontrôleur STM32.

Dans ce qui suit, je vais expliquer comment vous avez téléchargé le fichier sur le STM32 "BluePill":

1. Téléchargez "STM32 ST-LINK Utility": Vous pouvez télécharger le logiciel ici

2. Installez et ouvrez « STM32 ST-LINK Utility »:

3. Ouvrez maintenant le fichier Galvo.hex dans l'utilitaire ST-Link:

Après cela, vous devez connecter le STM32 "BluePill" au ST-Link-V2. Une fois connecté, cliquez sur le bouton "Connect to traget":

Cliquez enfin sur "Télécharger". Maintenant, votre STM32 devrait être flashé correctement.

De plus, j'ai joint tous les fichiers sources du Galvo_Controller dans TrueStudio

Étape 5: Connectez toutes les pièces mécaniquement et testez-les

J'ai placé toutes les pièces électroniques sur une plaque en aluminium de 4 mm pour un meilleur look:-)

Maintenant, je vais vous montrer comment vous devez probablement régler les potentiomètres sur le circuit:

Dans un premier temps, quelques informations générales sur la norme ILDA. La norme ILDA est généralement utilisée pour les spectacles laser et se compose d'un signal 5V et -5v. Les deux signaux ont la même amplitude, mais avec une polarité modifiée. Donc, ce que nous devons faire, c'est réduire le signal de sortie du DAC à 5V et -5V.

Ajustez le potentiomètre:

Ce que vous pouvez voir ici est la tension de sortie de ce circuit à une fréquence de pas d'entrée de 100 kHz et avec un signal de direction constant. Sur cette photo tout va bien. L'amplitude va de 0 à 5V et de 0 à -5. De plus, les tensions sont probablement alignées.

Maintenant, je vais vous montrer ce qui pourrait mal se passer lors du réglage du potentiomètre:

Comme vous pouvez le voir maintenant, les deux tensions ne sont probablement pas alignées. La solution consiste à ajuster la tension de décalage de l'OpAmp. Vous faites cela en ajustant les potentiomètres "R8" et "R10".

Un autre exemple:

Comme vous pouvez le voir maintenant, les tensions sont probablement alignées, mais l'amplitude n'est pas de 5V mais de 2V. La solution est d'ajuster la résistance de gain de l'OpAmp. Vous faites cela en ajustant les potentiomètres "R7" et "R9".