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我的DIY激光雕刻机----自己的方案

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发表于 2015-7-6 23:39:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 lyssi 于 2015-7-7 03:50 编辑

        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。

IMG_20150706_233220.jpg IMG_20150706_233248.jpg IMG_20150706_233231.jpg
        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。
IMG_20150705_205916.jpg
        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。
未标题-1.jpg

       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。

IMG_20150701_202543.jpg

       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。
IMG_20150701_204933.jpg

       焊好元件。
IMG_20150707_005144.jpg

       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。
未标题-2.jpg

        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。
未标题-3.jpg
       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。
IMG_20150703_164253.jpg

再刻个男的
IMG_20150703_164313.jpg

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。
IMG_20150703_164129.jpg
       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。
      



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发表于 2015-7-7 09:42:10 | 显示全部楼层
感觉好费钱的样子
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 楼主| 发表于 2015-7-7 12:17:47 | 显示全部楼层
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
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发表于 2015-7-7 15:33:05 | 显示全部楼层
如果有单片机的雕刻机的话,我就做一个
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发表于 2015-7-8 07:52:06 | 显示全部楼层
请问 51单片机 怎么做这个
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发表于 2015-7-8 16:55:21 | 显示全部楼层
激光模组哪买的? 感觉不错的样子, 发热厉害么?
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 楼主| 发表于 2015-7-8 17:44:38 | 显示全部楼层
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
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 楼主| 发表于 2015-7-8 17:45:41 | 显示全部楼层
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
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发表于 2015-7-8 19:31:38 | 显示全部楼层
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。。
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 楼主| 发表于 2015-7-11 20:57:53 | 显示全部楼层
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
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发表于 2015-7-11 23:15:08 | 显示全部楼层
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
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 楼主| 发表于 2015-7-18 13:36:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 lyssi 于 2015-7-18 13:39 编辑

        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。
IMG_20150707_161050.jpg

        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。
IMG_20150713_004705.jpg

        这个就清晰多了。再上一张雕刻G代码的图。
未命名.JPG

        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。
IMG_20150707_183839.jpg

        现在做盖子就简单一些了。先上网下个图片
D65845E11056739FB48241880AE81102副本.jpg

        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 IMG_20150707_183809.jpg
        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。

IMG_20150718_132119.jpg

        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!

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发表于 2015-12-19 22:45:00 | 显示全部楼层
好棒啊
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发表于 2016-5-31 14:23:09 | 显示全部楼层
看我的机器,喜欢的进我的QQ群光雕粉丝群 563583827
760510.jpg
加非 拷贝.jpg
800.JPG
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发表于 2017-7-24 22:00:07 | 显示全部楼层
需要教程加我qq448265596
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发表于 2017-7-26 08:44:54 | 显示全部楼层
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发表于 2017-7-26 08:45:19 | 显示全部楼层
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发表于 2017-7-26 08:46:19 | 显示全部楼层
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发表于 2017-7-26 11:37:20 | 显示全部楼层
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
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发表于 2017-7-27 13:20:13 | 显示全部楼层
楼主激光模组几瓦的
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