我的DIY激光雕刻机----自己的方案

lyssi

        从去年开始想做一个激光雕刻机，12月份就把激光器和光驱买好了，但是没想到一直很忙，做做停停一直做不成。最近终于有空，大功告成。
        做之前当然先要上网参考一下，包括购物网站上的成品方案。大致看了一下，DIY的基本上都是基于Arduino，包括一部分购物网站的成品，其他也有自己设计硬件软件的。基于Arduino的方案说白了就是组装了，软件部分基本不涉及，顶多烧一下MCU，主要是硬件上三轴的搭建和制作。对于Arduino我一直也没学习，因为自己本身是做单片机的，感觉去学Arduino有点本末倒置，就像学会了六脉神剑，再回去学一阳指的感觉，当然我也不否认Arduino肯定有我值得学习和借鉴的东东，但是一阳指对于六脉神剑来说，借鉴的意义似乎不大。网上diy的文章上面什么Grbl、XLoader又是什么Gcodetool、Inkscape 感觉有点眼花缭乱，实在是不大懂，似乎是欲练此功，必先买Arduino板，然后以XLoader之力烧写Grbl的hex文件，打通Arduino板的任督二脉，再通过上位机软件控制来实现一招制敌的效果。我的想法是尽量用自己手头的东东，除了必要的东西就不买了，于是还是选择自己搭建软件和硬件，这样不免就要累一点了。只做硬件，应该说只做手工，组装一下，确实没什么意思，也不是DIY的本意。尽量利用光驱的部件来做雕刻机的框架，能省就省，X轴和Y轴直接用光驱的步进电机和滑轨，这样比较省事，精度应该比我自己手工做滑轨要好一点吧。说实在的我不是非常喜欢做这种手工，还是比较喜欢做电子电路的设计。激光器是购物网站买的405NM蓝紫激光器，300mW，140元包括激光器和驱动板，他这个驱动板上面带有TTL控制，就是可以通过PWM来控制激光的强度，比较实用。当然通过每个像素的雕刻时间也可以控制图片的亮度的。话不多说先上个图。


        手机照片不大清晰哈，凑合看。蓝色的底座是我这边地方的一种白酒的包装壳，当时喝完酒发现酒盒子底下这块密度板不错，感觉挺漂亮，挺厚实的。光驱的拆解就不上图了，简单粗暴，拆下就行。步进电机组件直接固定在蓝色密度板上，不知是否健在的DVD激光管和相关PCB直接拆掉，用一块红色的铝塑板抹上哥俩好粘在激光管组件的托架上，Y轴大致就是这样。X轴使用了光驱的外壳，刚性一般般，固定好了之后用手一掰感觉有点软，要是用电机雕刻的话，电机转起来不知要抖成什么样子。非常侥幸，我是做激光雕刻，激光器没有风扇的话是不会自己震动的。


        在给光驱壳和步进电机托架钻孔的时候出现了意外，似乎步进电机突然使用了吸星大法，把钻下来的铁屑吸入内部，用手转动丝杆感觉略有卡滞。这步进电机设计的不科学啊，没办法锯开步进电机，取出铁屑，又用胶粘上了，所以能够看到步进电机上面有点胶。
        话说这些都是几个月之前的事情了，当时做好了雕刻机框架之后，为了避免做H桥的麻烦，先试了一下手头的A3977步进电机驱动板，发现这个IC不能工作于5V，使用高电压的话，光驱的步进电机线圈电阻只有10欧左右，电流非常大。没办法就做了一小块驱动板，用的LB1848这个驱动器，便宜，一元一个。购物网站上有用AT89C2051和这个IC做的光驱步进电机驱动器，还有视频，所以我就没多想直接买来LB1848，做了一块板子。

        就是这个板子了，SOP10的IC就是LB1848。下面焊盘接步进电机，上面插针接单片机，左边LM2596转5V供电。连接好步进电机，用开发板测试了一下，发现驱动起来问题不大，但是LB1848发热比较大。电流忘了多大了，好像至少几百mA，感觉它随时都要挂掉，必须要散热片。上面的两个10欧的电阻是后加的，加上去之后LB1848不太发热了，但是电阻开始发热了。我不太爱做这样不稳定的东东，当时又有了别的活儿，这个项目就暂时搁下了。
        后来的后来又参考了一下网上别人的设计，购买了A3967的步进电机驱动板，可以调整驱动电流的。买回来之后扔在一边，当时太忙了，这个项目就又暂时搁下了。
        前几天终于有空，还是说嘛，时间就像事业线，使劲挤一挤还是会有的。试了一下A3967，发现它也发热，但是调小驱动电流之后结合散热片，还是很安全的，就是感觉步进电机不是很有力，当然移动XY轴还是问题不大。于是终于确定硬件的方案，MCU使用STM8S105K4，价格公道，功力还不错，和Arduino上面的MEGA有的一拼。做了个板子。


       这种单面板一般我都是自己做，用的是平板打印机和醇溶性墨水。话说这次是我第一次用DXP打印，发现无法使用R230（平板打印机使用爱普生R230改装的）的照片模式打印，不知为什么。不用照片模式打印出来就没法用，定位太不准。我开始还以为是打印机的毛病，喷头校准了两回，真是蛋疼。没办法把PCB文件转换成PROTEL99的，才顺利打印。



       打印之后以浓热FeCL3液腐蚀之。以前我都用稀HCL和双氧水，后来发现浓HCL稀释成稀HCL配起来还要小心谨慎，味道刺鼻，即使我已经成为裂海期高手，碰一下还是皮肤发白。所以现在又回到小时候用毛笔磁漆复写纸画电路板的时代，又开始用FeCL3液了，不同的是当时FeCL3液用热水烫，现在可以用微波炉了。其实除了看腐蚀状态麻烦之外，速度还是挺快的。


       焊好元件。


       这张图是我刚拍的，所以线都连好了。右上角的绿色PCB是激光模组的驱动板，中间的IC是STM8S105K4，上面加了两个LED，说实话用处不大，主要是装一下，当X轴或Y轴步进电机运动的时候，LED会闪，其实是和A3967驱动板上面STEP信号是同步的，很简单。电路板左下角那个黑色的是光驱上面的12V、5V接口，暴力拆下来，正好有一个IDE转USB接口的电源是闲着的，就用到这上面了。只用12V，给激光驱动板供电，还是用LM2596转5V。不过这个电源标称12V1.5A，实际使用时电流0.5A就很热了，我觉得真是额定电流使用的话，很快就会挂了。真是垃圾，这就是国货的典型。我忍不住又想评论国货和民族工业，还是算了吧，大家都懂的，和谐点好。
        右边A3967板和激光驱动板之间有两个接口，一个是MCU下载接口，一个是串口，通过串口和电脑上位机软件连接。
做好这些之后先开始XY轴的调试，以及G代码文件的测试。MCU这边其实不难，要是直接用MACH3的话，连接并口到A3967和激光驱动板就可以雕刻了，只是现在电脑一般都没有并口，我才做了这个串口的版本。


        这是最后的上位机软件版本，通过串口与MCU联系。借用了一下姚笛的图片，其实我还是挺喜欢童佳倩的，其实文章也没什么错，至少我喜欢大象关冰箱，共三步。先选择串口，调整激光雕刻开始的位置，调整激光模组的焦距，使激光照射的点最小。当然这时候激光是很暗的，不然对眼睛伤害很大。可以鼠标点击四个按钮调整激光模组位置，也可以用键盘的WASD按键，这样更方便。我用的是无线键盘，很意外的实现了一下无线控制，感觉美美哒！然后输入雕刻参数，发送给MCU。最后选择要雕刻的文件，点击“开始”按键。如果要停止的话，直接按下MCU的复位键就行了。这是个傻瓜软件，我写的可能不大好，各路高手请轻点批评，维护一下我小小小小的自尊心。我用C#做的这个软件，作为C#的初学者还是从中学到一些东东的。每次用C#都很伤，被里面各种数据类型转换弄得晕头转向，转换的方法实在太多了，尤其是图片文件的内容，每个字节按照字节的方式读出来，再发出去。单片机的C语言对这个很不在意，U8和char直接转，各种接口发送数据简简单单。但是在C#里面真是麻烦，现在想想有点解脱的感觉，当时写程序的时候相当蛋疼。一边听着儿子的动画片彼得兔说“好兔子决不放弃”，一边痛苦。。。。。。
       当然最开始这个软件没这么完善，这都是一点一点一步一步改出来的。XY轴正常运动了之后，迫不及待的安装激光模组，试一下。还是用光驱的边角料，做个激光模组的架子。

       接上电源，调好焦距，发现这个激光模组功率还是可以的，切白纸走的慢一点，只需要一刀，全场都一刀全部都一刀，切啥割啥剁啥都是一刀，原本都是十刀八刀的，现在都是一刀，随便切，随便割，都是一刀，是的你没听错，不是二刀也不是十刀，真的只要一刀，切不了吃亏也切不了上当！
       切白纸画方框的时候发现这块红色的铝塑板用的不是十分很好，步进电机运动的时候，上面的纸板有点打滑，摩擦摩擦。。。。。。只能用胶带固定一下了。
       先做的是雕刻G代码文件，因为前面说了比较简单。光驱的这个步进电机组件行程4cm，丝杆螺纹距3mm，步进角18度，所以20步转一圈，大约260步走一个行程，使用A3967驱动板8细分驱动，这样大约就是2000多步，也就是STEP信号2000个脉冲。我设定的就是2000步，比实际上最大的2000+少一点点，少这一点哥不要了，任性！G代码文件直接按字符读出来，发到MCU，由于C#不大会用，在这里面分析G代码很累，所以这个工作就在MCU里完成了，所以我写的这个上位机程序本质上可以叫“BMP图片和G代码文件发送器”。顺便说一下我使用JDPaint来做G代码的，这个软件以前稍微接触过，我也不是CNC专业的，对里面刀路什么的好多术语有点梅超风学九阴真经的感觉，实在是不通。几乎摸索了一天，才生成了可用的G代码文件，用的是里面图库里的图案。到了MCU这边一切感觉又简单了，因为雕刻二维图案，所以G代码也简单，G开头的F开头的后面数据都忽略，只提取XYZ开头的，然后和当前的位置比较一下，算出目标位置的偏移，再控制步进电机运动。在JDPaint里面直接制作4cm大小的图，最后需要设定原点，在图的左下角，这样G代码里面数据都是正值，方便运算，把G代码里的坐标数据转换到0~2000里面。先刻个简单的。


再刻个男的。


雕刻的时候激光光点还是很酷的，尤其是在手机的镜头里，感觉火星四射。分析一下可能是因为手机镜头能看到激光中的紫外光，镜头中火星四射的感觉可能是实际上紫外光的反射。

       然后开始做BMP的部分，又重新复习一下下24位位图的BMP文件格式。一行最大2000像素，每个像素3字节，也就是6000字节。前段时间用的STM32用多了，不多说直接设定6000的数组，结果编译不过了，查下资料才发现STM8S105K4的RAM才2K，真是小啊。。。这样只好按像素发送了。先按顺序发送一行，再反顺序发送一行，这样激光模组返回的时候也可以雕刻，节省时间。时间时间时间啊真的很重要，做好之后发现雕刻一个2000*2000像素的文件都是按小时计算时间的，真没想到这么慢，我要再做的话一定要用1W的激光模组，几十元买一套二手打印机字车架，上面电机光栅皮带什么的一套都是全的，用这个当X轴，应该会快很多，就像工业上几十W的CO2激光管用的X轴。不过会再做吗？应该不会，这只是个玩具，而且我对于手工真的不太感兴趣。
        由于雕刻的时间很长，实际使用过程中发现雕刻图片过程中有时会出现雕刻停止的情况。估计问题应该不在MCU，电脑本身就不是实时操作系统，有可能因为某种原因导致程序响应慢，结果和MCU之间的通讯发生中断。早知道这样还不如用TF卡，BMP文件和G代码文件直接拷贝到卡里，脱离电脑，这样不是更好？省的打C#这个怪了。试了几次，只把儿子的照片完整的刻了出来，这里就不分享了，他太帅太可爱了，你们会羡慕嫉妒恨的{:soso_e113:}。。。
       姚笛的照片刻起来总是中断，老婆还不时地上电脑看看某宝的衣服，影响了电脑CPU运行，应该也是原因之一，原因之二可能是老婆看到我刻姚笛的照片感觉不爽，她感觉文章出轨其实是因为。。。。。。唉，有空我再试一下，用小一点的图片，雕刻机这边像素调低一些，用4个点或者9个点代替图片的一个点，再想办法提高一下X轴速度，再完善一下和电脑之间的通信，应该会好很多吧。。。试好了上图，今天先到这。
      

2399021159

感觉好费钱的样子

lyssi

2399021159 发表于 2015-7-7 09:42
感觉好费钱的样子

没有啊，就是激光模组140元加运费150，二手光驱11元一个，STM8S105K4--3元，A3967驱动板6元一个，再加上其他元件一共也就200元的样子

游泳的鸟儿

如果有单片机的雕刻机的话，我就做一个

我是男人

请问 51单片机 怎么做这个

wcm_e

激光模组哪买的？　感觉不错的样子，　发热厉害么？

lyssi

我是男人 发表于 2015-7-8 07:52
请问 51单片机 怎么做这个

一样啊，程序都差不多的。不过现在一般都不用51了，价格性能什么的都没优势，也就入门用一下罢了

lyssi

wcm_e 发表于 2015-7-8 16:55
激光模组哪买的？　感觉不错的样子，　发热厉害么？

马云那里买的。发热很小，稍微有一点点温的感觉

我是男人

lyssi 发表于 2015-7-8 17:44
一样啊，程序都差不多的。不过现在一般都不用51了，价格性能什么的都没优势，也就入门用一下罢了

。。。 那stm的程序 经过改改能用在51单片机上吗 现在我只有51单片机 别的 没有买而且还没学。。

lyssi

我是男人 发表于 2015-7-8 19:31
。。。 那stm的程序 经过改改能用在51单片机上吗 现在我只有51单片机 别的 没有买而且还没学。。

用51自己做就可以了，程序不难的

我是男人

lyssi 发表于 2015-7-11 20:57
用51自己做就可以了，程序不难的

那我研究研究 有啥不懂的找你

lyssi

        最近几天又是有点忙，bmp文件雕刻出来之后一直没空传上来。现在上传。


        这张图片有点粗糙，因为本身图片是1000*1000的bmp，然后X轴每两步雕刻一个点，Y轴每两行雕刻一行，雕刻速度几乎变为原来的4倍，这就像喷墨打印机打印文档和打印照片的区别。雕刻速度进过各种改进后快了一些，但是仍然有点跟不上激光头的功率，主要瓶颈在于电脑这边的非实时操作系统的反应速度。确实有改进的方法，比如2000*2000的24位灰度bmp，每行只读取2000个字节就可以（24位灰度bmp没有颜色信息，只有亮度信息，每个像素的三个字节是一样的），每次发送半行，也就是1000字节数据，这样对于STM8S105K4的RAM来说还是足够的，这样就可以尽量避免电脑这边的瓶颈。不过我只是做个玩具，也不是拿出去卖，也没空做的这样尽善尽美，所以现在雕刻2000*2000的bmp需要2.5小时。


        这个就清晰多了。再上一张雕刻G代码的图。


        雕时右边textbox显示G代码文件的内容。
        可能有人认为这真的只是个玩具罢了，我下面就举例子，这个东东还是很有用的，只是在于我们愿不愿意去思考。
        例子1：
        我有一个别人送我的移动电源，不完整，当时也有点小毛病，修好之后也没有盖子。后来用电话卡做了个盖子，没想到一摔即掉，相当脆弱。


        现在做盖子就简单一些了。先上网下个图片


        然后ps一下，拉伸缩放勾边，过程就不上图了，反正最后在FR-4板上雕刻成这样
        这个盖子超过了4CM，所以右边缺一点点，后来的事实证明画外面的椭圆圈圈实属多余。最后钻孔结合小锉刀，哥俩好粘好之后，还可以吧？如果黑一点的塑料板，我估计雕刻N遍也许可以直接刻出来，是吧----在N非常大的情况下。


        例子2：
        前面不知道说没说过，这个激光器可以一刀就切割透明胶带。这样就可以制作电路板了，对的，将胶带贴在覆铜板上，雕刻之后把一部分胶带揭去，然后就可以腐蚀了。如果你有多大的的雕刻机，就可以做多大的板子。可以刻pcb板印章，甚至可以制作钢印，这个不鼓励制作，我也没做过。理论上没有漏洞，只是腐蚀时间会比较长，这样的话有可能胶带会掉，可以改用自喷漆。。。。。。
        帖子到此结束，欢迎交流。下月初可能会发新帖，关于汽车HUD的制作，非常精彩哦！

小电容

好棒啊

马甲一号

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aniasaiyou

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极客小子

lyssi 发表于 2015-7-7 12:17
没有啊，就是激光模组140元加运费150，二手光驱11元一个，STM8S105K4--3元，A3967驱动板6元一个，再加上 ...

好像很不错的样子

并联谐振大法

楼主激光模组几瓦的