Ttl лазер что это
СТАНОК С ЧПУ СВОИМИ РУКАМИ
Последние публикации
Заметки
Лазерный гравер с ЧПУ на Arduino
Продолжаем дорабатывать простой станок с ЧПУ на Arduino. Теперь делаем из него лазерный гравер. Механическая часть в плане доработок отсутвует. Потребуется прикрепить радиатор лазера к платформе. Некоторая доработка потребуется для прошивки платы Ардуино, а также для программы управления станком.
TTL-модуляция, подключение драйвера лазера к Ардуино
Внимание! Если для лазерной гравировки вы используете драйверы, построенные по схеме двойной мост, например L298N, то TTL+ надо подключать к АНАЛОГОВОМУ пину 2. На Ардуино UNO и Nano не хватает цифровых пинов.
Длина волны и мощность лазера для гравировки
Для выжигания по дереву подходят высокочастотные лазеры. Длина волны лазера 405нм соответствует фиолетовому свету видимого спектра. Выбор пал на 405нм лазер с выходной оптической мощностью 300мВ. Излучение с длиной волны 405нм поглощается большим количеством материалов, что обеспечит большую универсальность граверу. Фиолетовый цвет выбран потому, что наиболее эффективно гравирует / выжигает на деревянной поверхности.
Для ослабления воздействия на глаза я использовал специальные красные очки, купленные также в китайском интернет-магазине. Соблюдение техники безопасности крайне важно при работе с лазером.
Оптика лазерного гравера на Ардуино
Купленный мной комплект включает лазерный диод, установленный на радиаторе, который охлаждается с помощью небольшого вентилятора. При покупке я не обратил внимание на то, что комплект продаётся без системы фокусировки. То есть отсутствует выпуклая линза или система линз, которые позволяют сфокусировать излучение лазерного диода в точку. Однако имеется трубка, которая вкручивается в радиатор. В неё должен встраиваться коллиматор. Покупать коллиматор, а затем прикручивать его к радиатору я не стал. Вместо этого купил обычный дверной глазок и вытащил из него выпуклую линзу. Фокусное расстояние моей линзы 2-3 см, что меня устраивало. Свет лазера видимый, так что оптическая линза из дверного глазка вполне подходит. Линзу я приклеил к трубке моментальным клеем. Полученную оптическую «систему» вкрутил в радиатор.
Фото лазерного гравера с ЧПУ. За основу взят недорогой станок с ЧПУ на базе контроллера Ардуино, шаговых двигателей 17HS3404N в корпусе Nema 17 и драйверов ШД DM420A. Все электронные составляющие лазерного гравера, управляемого компьютером, приобретены в китайских интернет-магазинах.
Фото морды гепарда, выгравированной лазерным станком с ЧПУ. Слева исходная фотография. Рядом лежит 50-копеечная монета для оценки размеров результата и точности выжигания с помощью лазерного гравера, управляемого программой на компьютере. Такой лазерный гравер с ЧПУ легко можно сделать самостоятельно в домашних условиях.
cnc-club.ru
Статьи, обзоры, цены на станки и комплектующие.
Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 24 окт 2017, 21:56
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение fat_robot » 24 окт 2017, 23:01
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 24 окт 2017, 23:06
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение fat_robot » 24 окт 2017, 23:21
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение fat_robot » 24 окт 2017, 23:25
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 24 окт 2017, 23:43
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 24 окт 2017, 23:49
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение fat_robot » 25 окт 2017, 07:58
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение selenur » 25 окт 2017, 08:47
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 25 окт 2017, 09:22
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 25 окт 2017, 11:04
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение Rom327 » 25 окт 2017, 11:25
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение sambur77 » 25 окт 2017, 11:39
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение DOKTOR_666 » 12 ноя 2017, 14:56
чтобы не плодить похожие темы спрошу тут
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение Alex lamaka » 12 ноя 2017, 23:05
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение DOKTOR_666 » 13 ноя 2017, 08:16
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение Alex lamaka » 13 ноя 2017, 08:45
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение drey82 » 13 ноя 2017, 09:48
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение DOKTOR_666 » 13 ноя 2017, 10:29
Re: Помогите пожалуйста подключить лазер с TTL к плате
Сообщение Alex lamaka » 13 ноя 2017, 11:26
Электроника лазерного гравера. Arduino UNO, CNC shield v3, ttl laser driver.
Тестирование электроники лазерного гравировального станка с ЧПУ.
Перед установкой всей электроники на место, рекомендую поэтапно все проверить, чтобы не искать возникшую проблему уже на станке. Можно допустить ошибку в настройке электроники или в механике, что при проверке установленной электроники приведет к ряду трудностей в определении причины сбоев в работе ЧПУ станка.
Расчет деления шага.
Как же рассчитать деление шага, и сколько шагов получится для совершения перемещения на 1 мм? Количество шагов сделанных шаговым двигателем, для совершения перемещения станка на 1 мм, зависит от характеристик шагового двигателя, от передачи (винтовая или ременная), какое деление шага настроено (для разных драйверов деление шага настраивается по разному, и количество отличается). В моем случае, получаются следующие параметры:
Количество шагов на 1 мм рассчитываем по формуле:
H = Sh*M/D где,
Н = 200*1/0,5 = 400 шагов для перемещения на 1 мм.
Данные параметры нам пригодятся при настройке GRBL, которые будем настраивать в следующей статье.
Установка драйверов A4988 и настройка ограничивающего тока.
После установки деления шага, устанавливаем драйвер A4988 в разъёмы с надписью X и Y.
Дальше, нам нужно рассчитать ограничение тока драйвера A4988, для этого нужно знать параметры двигателя и номинал резисторов, установленных на драйвер A4988.Это два черных прямоугольника на плате драйвера, обычно подписаны R050 или R100.
Расчет ограничивающего тока драйвера шагового двигателя A4988.
Vref = Imax * 8 * (RS)
Для 17HS4401 Vref = 1,7 * 8 * 0,100 = 1,36 В.
В связи с тем, что рабочий ток двигателя равен 70% от тока удержания, то полученное значение нам нужно умножить на 0,7. В противном случае, двигатели, в режиме удержания, будут сильно греться.
Для 17HS4401 Vref ист. = 1,36*0,7 = 0,952 В.
Настраиваем ток шагового двигателя.
Для этого возьмём мультиметр, и один контакт подключим к контакту GND, а второй на переменный резистор драйвера. Поворачивая потенциометр на драйвере, подбираем нужное напряжение. На мультиметре у меня показания в мВ, поэтому такое большое значение.
Аналогично настраиваем ограничивающий ток для второго драйвера.
Внимание! Не забудьте установить радиатор охлаждения на драйвер шагового двигателя, в противном случае, драйвер будет перегреваться.
Подключение шагового двигателя и светодиода, вместо лазера.
Для начала подключаем светодиод. Так как у меня лазер 450 nm, он синего свечения, и светодиод на макетную плату установил синего цвета.
Не забудьте про то, что в Arduino UNO нужно загрузить прошивку GRBL 1.1. Скачать прошивку можно внизу статьи. Подробно, как загрузить прошивку в Arduino, рассмотрим в следующей статье.
Схема подключения светодиода к CNC shield v3.
С работой лазера определились. Сейчас нужно проверить работу шаговых двигателей. Подключаем шаговые двигатели к CNC shield v3, как показано на схеме ниже.
Схема подключения шаговых двигателей к CNC shield v3.
На схеме у меня подключено 3 драйвера шагового двигателя A4988. По сути, должно стоять всего 2. В изображении CNC shield v3, которое я использую при рисовании схемы, сделано с 3 драйверами, и изменить изображение нельзя, поэтому на драйвер, установленный на ось Z, не обращайте внимания.
Сейчас можно проверить работоспособность шаговых двигателей. Для этого будем использовать программу LaserGRBL, скачать которую вы можете внизу статьи, в разделе материалы для скачивания.
Дальше, подключаем Arduino к компьютеру. Выбираем порт, к которому подключена Arduino UNO. Затем, в программе нажимаем на панель управления, в левом нижнем углу, на стрелки влево или вправо. У вас должен вращаться шаговый двигатель, подключённый к оси X. При нажатии стрелок вверх и вниз, должен вращаться двигатель, подключенный к оси Y.
Если у вас не получилось воспользоваться программой LaserGRBL, вы можете отправить, по очереди, следующие команды в монитор порта:
При удержании вала, двигатель не должен останавливаться сразу. Для остановки вала нужно приложить усилие. Если ваш шаговый двигатель сразу останавливается, то нужно проверить настройку ограничивающего тока, правильность установки драйверов. При необходимости, поменять драйвера местами. Бывают случаи глюков драйверов, и при простой их смене местами, всё начинает работать нормально.
Установка электроники на лазерный гравировальный станок, и подключение.
После проведения всех тестов, можно установить электронику на ЧПУ станок и провести первый пуск.
Схема подключения Arduino UNO + CNC shield v3 + A 4988 + ttl laser driver.
Подключаем все вот по такой схеме. Я постарался все разместить и подписать так, как у меня на TTL драйвере. У вас может быть другой порядок подключения, но значительных отличий быть не должно.
Несколько фото подключения ttl laser driver к CNC shield v3.
Вот так выглядит установленная электроника. Как станок работает, смотрите в предыдущей статье. А в следующей статье рассмотрим: как загрузить GRBL 1.1 в Arduino UNO, настроить GRBL и запустить гравировку первого изделия.
Понравился проект Самодельный Лазерный гравёр с ЧПУ, в домашних условиях? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях.
А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.
Спасибо за внимание!
Технологии начинаются с простого!
Лазерный диод: зажечь и не сжечь
Радиолюбители часто пытаются с той или иной степенью успешности использовать в своих конструкциях полупроводниковые лазерные излучатели видимого и ИК спектра. Лазерный диод внешне кажется довольно простым полупроводниковым прибором. Ему не нужно ни высоких напряжений, ни колоссальных токов. Он на первый взгляд похож на светодиод: пропустил через него ток — получил на выходе излучение. Тем не менее, в использовании полупроводниковых лазеров кроется некоторое количество подводных камней, игнорирование которых ведет прежде всего к снижению их надежности, к быстрой деградации выходной мощности и качества пучка, а нередко и к мгновенному выходу из строя еще до первого включения. В этой статье я хотел бы обратить на эти подводные камни внимание.
Почти светодиод
На этом рисунке (из Нобелевской лекции Жореса Алферова) приведен пример схемы строения активной зоны типичного современного лазерного диода, включающего квантовую яму из нелегированного высокоомного арсенида галлия и гетероструктурную сверхрешетку из тончайших (доли нанометра) слоев полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, а также слои с более высоким показателем преломления, обеспечивающие удержание света в активной зоне.
А чтобы превратить светодиод в лазер, не хватает самой малости. Имя ей —
Оптический резонатор
Размеры активной зоны на основе полупроводникового кристалла чрезвычайно малы и встроить его в традиционный оптический резонатор из зеркал и линз было бы очень сложно, а еще сложнее — отъюстировать эту оптическую схему. Тем не менее, первый лазерный диод был создан практически сразу же после изобретения светодиода, и помогло в этом полезное свойство кристаллов арсенида галлия — совершенная спайность. Этим понятием называют способность некоторых кристаллов легко раскалываться по параллельным плоскостям, совпадающим с определенными кристаллографическими гранями. Если кристалл совершенен, имеет низкую плотность дислокаций и лишен блочного, мозаичного строения, эти сколы совершенно плоски, атомно гладки (за исключением отдельных ступеней) и абсолютно параллельны друг другу. А в силу высокого показателя преломления эти грани хорошо отражают свет. Эти два параллельных скола, перпендикулярные плоскости активной зоны диода, и образуют резонатор. Оптические свойства двойной гетероструктуры, являющейся по сути волноводом, способствуют снижению потерь света в резонаторе. В современных лазерных диодах волновод формируют в кристалле умышленно, вводя дополнительные слои с более высоким показателем преломления относительно активного слоя.
Катастрофа на зеркалах
Столь высокие уровни плотности излучения на зеркалах делают их чрезвычайно уязвимыми. Стоит возникнуть малейшему дефекту, нанощербинке размером в несколько параметров решетки,— буквально, сместиться нескольким атомам — и лучевая прочность зеркала резко упадет. Вырвать атом из атомно-гладкой поверхности сложно, его держат связи, образованные множеством других атомов, но стоит удалить один, соседние оторвать становится гораздо проще. Кроме того, дефект поглощает свет и греется, а его рост приводит к усилению нагрева, в результате чего он лавинообразно разрастается, превращаясь в кратер, перекрывающий значительную часть сечения пучка, а то и канал, уходящий вглубь кристалла и разрушающий, сплавляющий структуру активной зоны, и лазер выходит из строя, что проявляется скачкообразным прекращением генерации, а иногда — резким падением излучаемой мощности, при этом пучок становится неоднородным, пятнистым. Такой механизм называется катастрофическим оптическим повреждением (COD — Catastrophic optical damage).
Важно то, что для возникновения зародыша достаточно превышения мощности на несколько наносекунд. И раз начавшись, COD будет развиваться, даже если превышение допустимой мощности излучения не будет продолжаться, при номинальной и даже пониженной мощности.
Конечно, существуют и другие сценарии гибели лазерного диода — как в виде постепенной деградации, так и катастрофической — связанные с образованием скоплений дислокаций, так называемых «темных нитей» в толще активной зоны, с термодиффузионным «размытием» гетеропереходов, с термическим разрушением активной зоны протекающим через нее током. Но во многих случаях именно COD является лимитирующим фактором, определяющим «точку выхода из строя». Не в последнюю очередь это связано со скоростью его развития: кратковременный, наносекундной длительности, запредельный бросок излучаемой мощности может быть обусловлен переходными процессами при включении или выключении, и даже слабым разрядом статического электричества. Из-за этого лазерные диоды, особенно маломощные, являются одними из наиболее подверженных статическому электричеству компонентов.
И способствует этому еще одно свойство лазерных диодов.
Дважды нелинейность
И начинающему радиолюбителю известно, что светодиод нельзя подключать к источнику напряжения. Крутая прямая ветвь ВАХ приводит к резким изменениям тока при небольших колебаниях напряжения, изменениях температуры, в том числе и при саморазогреве. ВАХ лазерного диода совершенно аналогична, но это усугубляется тем, что зависимость выходной мощности от тока тоже очень напоминает прямую ветвь ВАХ: до определенного порогового тока выходная мощность очень мала (лазерный диод светится, как светодиод, генерации нет), а после его достижения выходная мощность стремительно растет, взлетая от нуля до максимально допустимой мощности при изменении тока на 20-30%. А если это помножить на крутизну ВАХ, окажется, что росту мощности от нуля до предельно допустимой величины зачастую соответствует изменение напряжения на единицы процентов!
Ну хорошо, никто не будет питать лазерный диод прямо от батарейки. Даже в дешевой китайской указке он будет включен через резистор, а в любой серьезной конструкции для его питания будет предусмотрен стабилизатор тока. Но является ли такой стабилизатор на самом деле источником тока, или это источник напряжения, которое с помощью цепи обратной связи регулируется так, чтобы поддерживать ток неизменным?
Какая разница? — спросите вы. А вот какая. Если мы возьмем операционный усилитель и охватим его обратной связью по напряжению на токоизмерительном резисторе, мы получим, казалось бы, практически идеальный источник тока. Но на самом деле выход ОУ — это источник напряжения. И источником тока его делает активная работа ОУ. Как только ОУ не успевает — источник тока перестает быть таковым. В частности, когда эту схему включают, на фронте может образоваться выброс, и это будет выброс напряжения. Соответствующий ему бросок тока на нелинейной нагрузке окажется значительно выше, не говоря уже о выбросе излучаемой лазером мощности.
Температура
Есть еще другой путь — термостатирование. Обычно его делают с помощью маленькой термоэлектрической батареи-холодильника, встраиваемой непосредственно в корпус лазерного диода вместе с терморезистором. Так поступают обычно в том случае, если нужно стабилизировать не только мощность, но и длину волны излучения, которая тоже зависит от температуры (например, это важно при накачке неодим-ванадат-иттриевого лазера — полоса возбуждения узкая, а у лазерного диода на 808 нм в диапазоне 0-30°С длина волны «уходит» на 10 нм), а также когда имеют дело с мощными лазерами, когда сложно организовать обратную связь по излучению, да и снизить рабочую температуру полезно — и для срока службы, и для КПД.
Как бороться?
Какой же выход? Проектировать драйвер таким образом, чтобы избежать бросков напряжения, тока накачки и, следовательно, мощности. Запирать выход на время переходных процессов при включении (например, закорачивая лазерный диод нормально замкнутым ключом), при возможности, если не нужна быстрая модуляция излучения, организовывать плавный старт, вводить балластное сопротивление между выходом драйвера и лазерным диодом, либо элементы, замедляющие нарастание напряжения на нем и тока — RC-цепочку, последовательную индуктивность. Если нужно запустить лазерный диод на столе, от лабораторного БП — следует включить последовательно с ним балластное сопротивление на 10-100 Ом (в зависимости от рабочего тока излучателя), а параллельно диоду — малоиндуктивный конденсатор на 0,01 мкФ. Удобно также ввести в эту цепь резистор на 1 или 10 Ом для измерения тока, протекающего в цепи. При этом недопустимо подключать эту схему к уже включенному блоку питания. Сначала следует вывести напряжение в ноль, а затем плавно, контролируя ток в цепи и выходное излучение, поднять напряжение сначала до порога генерации, а затем до достижения нужной выходной мощности. Выключаем в обратном порядке. При этом нужно убедиться в том, что регуляторы ЛБП не дают «шорохов» при регулировании. В этом смысле лучше подходят цифровые программируемые ЛБП, но и их надо проверять на наличие «иголок» при переходе на следующий уровень напряжения.
Важным моментом является и измерение выходной мощности. «На глаз» ее не определишь, а ошибка приведет к тому, что лазерный диод быстро, за несколько часов или дней, или даже моментально — придет в негодность. Существуют специальные измерители мощности лазерного излучения — от старого советского ИМО-2Н — хорошего, точного, но чересчур громоздкого, до современных приборов различных производителей, цена которых вызывает в памяти отрывок из известной книги для начинающих радиолюбителей:
Н. — Просто чудесное устройство. Я немедленно куплю себе стробоскопический осциллограф.
Л. — Я советую тебе несколько повременить, потому что сейчас такой осциллограф стоит в 2–3 раза дороже спортивного автомобиля.
Н. — Пока я довольствуюсь самой маленькой микролитражкой и поэтому немного подожду.
Впрочем, сделать, а главное — откалибровать подобный измеритель в домашних условиях не составляет большого труда. Его основа — обыкновенный элемент Пельтье. Его нужно закрепить на радиаторе, зачернить поверхность, на которую будет падать излучение, и подключить к хорошему милливольтметру. Для калибровки к чувствительной поверхности временно приклеиваются несколько SMD-резисторов, через которые пропускается известный ток, и строится градуировочная зависимость термо-ЭДС от мощности, рассеиваемой на них. Но это тема отдельной статьи. А из промышленных приборов самым доступным, пожалуй, является Sanwa LP1, сделанный на базе фотодиода и по этой причине требующий обязательного введения поправки, зависящей от длины волны излучения. Его предельная измеряемая мощность невысока — 40 мВт. С другой стороны, самодельный измеритель на базе элемента Пельтье начинает хорошо работать при падающей мощности не менее пары-тройки десятков милливатт.
И последнее: я выше упоминал, что лазерные диоды — одни из самых чувствительных к статическому электричеству приборов. Импульс тока при статическом разряде — короткий, десятки наносекунд, но в пике может достигать десятков и сотен миллиампер. Так, при статическом потенциале всего 30 В на человеческом теле он в неблагоприятных условиях (влажные руки) доходит до 50-60 мА, чего достаточно для надежного вывода из строя пятимилливаттных лазеров с рабочим током в 20-30 мА. Потенциала в 200-300 В хватает, чтобы спалить таким путем и лазер из DVD-RW привода. Наличие COD-механизма воздействия статики не отменяет чувствительности к электростатическим разрядам структуры, состоящей из множества слоев, среди которых есть слои толщиной в единицы нанометров. Поэтому храним ЛД в антистатической таре — проводящей пене, фольге и т.п., перед монтажом — перемыкаем выводы проволочкой, пользуемся только заземленным паяльником и т.п.
Немного практических схем
Простая схема драйвера для лазерных диодов, стабилизирующего ток, была опубликована в журнале «Радио», 1986, №11, с. 61 в статье об использовании лазерных диодов серии ИЛПН. Я привожу эту схему так, как она опубликована и скажу лишь то, что она легко адаптируются к современным ОУ, в том числе с однополярным питанием. Здесь хорошо работает, например, мой любимый ОУ AD8605. Приведенная там же схема драйвера со стабилизацией выходной мощности рассчитана на подключение внешнего фотодиода (встроенные в лазерные диоды фотодиоды имеют, как правило, один общий вывод с лазерным диодом) и, по-видимому, содержит ошибки.
Существуют удобные, но к сожалению, дороговатые микросхемы серии iC-WK для построения драйверов лазерных диодов, требующие лишь нескольких внешних элементов и содержащие не только цепи стабилизации тока и мощности, но и цепи защиты от опасных импульсов. Схема позволяет подключать лазерные диоды с любой полярностью фотодиода относительно лазерного диода и обеспечивает ток до 350 мА при напряжении питания от 3 до 15 В.
Кстати, примененные здесь и в iC-WK выходные каскады, построенные, как токовое зеркало, устраняют вышеописанное поведение источников тока во время переходных процессов, как источников напряжения, повышая надежность лазера, в том числе в процессе быстрой модуляции излучения.
Не у всех лазерных диодов «живучесть» ограничивается выходной мощностью. Некоторые диодные лазеры обладают столь малой дифференциальной эффективностью (наклоном ампер-ваттной характеристики), что они не достигают порога COD раньше, чем выйдут из строя от перегрева слишком большим током. Таковы многие зеленые лазерные диоды на 520 нм, некоторые мощные синие лазерные диоды. В меньшей степени подвержены COD из-за большой площади зеркал резонатора и VCSEL лазеры. Но у большинства распространенных типов полупроводниковых лазеров именно выходная оптическая мощность ограничивает область безопасной работы в непрерывном режиме.