Laserplotter
Ein Präzisionsplotter muss nicht teuer sein. Benötigte Baugruppen finden sich in fast jedem Bastelkeller. Wenn statt eines Stiftes ein Laser verwendet wird, erweitern sich die Einsatzbereiche ungemein. So kann der Plotter auch als Lasercutter dienen.
Zutaten
- 2 defekte DVD-Laufwerke
- 1 Laserdiode aus einem defekten DVD-Brenner (eins der obigen Laufwerke)
- 1 R32C/111-Evaluation-Board (Geschenk eines Weihnachtsgewinnspiels)
- 1 Lochblech aus einem alten Industrie-PC-Gehäuse als Werkstückträger
- 2 Magnete aus alten Festplatten, um das Werkstück in Position zu halten
- 2 L293D aus altem Spielzeug als Treiber für die Schrittmotoren der Laufwerke
- 1 LM317 Konstantstromquelle für die Laserdiode (aus dem Netzteil eines Tastatur-Umschalters)
- 1 Steckbrett als Platine
- 3 Flachbandkabel aus IDE-Kabeln
- 1 Holzbrett als Grundplatte
- 3 Holzleisten zur Aufhängung der Y-Achse
- 1 CPU-Lüfter, der verhindern soll, dass sich Material auf der Linse des Lasers ablegt
- 1 Aixiz-Gehäuse für die Laserdiode (für das Projekt neu gekauft)
Inspiration
Hardware
Zur Befestigung des Aixiz-Gehäuses an dem für die Y-Achse zuständigen Laufwerk wurde ein Päckchen Sugru [3] verwendet, aus welchem eine Schale für die Aufnahme des Aixiz-Gehäuses geformt wurde, sodass das Lasergehäuse in der richtigen Position gehalten wird. Für die Befestigung kommt noch ein Kabelbinder um Laufwerksschlitten, Sugru und Aixiz-Gehäuse zum Einsatz.
Als Treiberschaltung für die Schrittmotoren wird jeweils ein L293D-Baustein eingesetzt. Angesteuert werden die Bausteine durch ein Evaluation Board eines Mikrocontrollers, welches aus einem Gewinnspiel stammt. Auf dem Controller läuft ein Programm, das Daten, die auf einer USB-/seriellen Schnittstelle eingehen, auf seine Ausgangspins legt. Der Controller wird so zur Ausgabe an die Hardware benutzt.
Die Konstantstromquelle der Laserdiode wurde durch eine einfache LM317-Schaltung realisiert, welche auf ca. 170 mA eingestellt ist. Diese kann über ein Relais aus- und eingeschaltet werden. In der Software wird das Relais in der HPGL-Version durch "Stift heben" bzw. "Stift senken" (PU & PD) gesteuert, in der G-Code-Version der Software sind hierfür die Kommandos M3 und M5 zuständig. Ich habe versucht, den Diodenstrom so zu bemessen, dass die Lebensdauer der Diode nicht unnötig beeinträchtigt wird, aber die Diode noch genug optische Leistung zum Brennen liefert.
Das Werkstück wird mit Hilfe des X-Achsen-Laufwerks verschoben. Für die Y-Achse wird die Lasereinheit über dem Werkstück verschoben. Ein CPU-Lüfter erzeugt, solange Versorgungsspannung anliegt, einen leichten Luftstrom, damit sich kein Rauch an der Linse der Laserdiode niederschlägt.
Software
Die Software des Projektes lässt sich in vier Teile zerlegen:
- uC-Firmware
- Treibersoftware für Schrittmotoren und Lasersteuerung
- HPGL- und G-Code-Interpreter
- Testsoftware
Zu 2: Gesteuert wird der Plotter durch einen PC. Auf dem PC läuft ein Programm, welches in mehreren Programmiersprachen umgesetzt ist. Zur Ausgabe an die Hardware gibt es einen Softwaretreiber für die Schrittmotoren, der die Steuerungssignale generiert und an den Controller liefert.
Zu 3: Ein Stiftplotter erarbeitet/verarbeitet typischerweise HPGL, so wurde in Lex/Yacc ein HPGL-Interpreter geschrieben, damit der Plotter produktiv benutzt werden kann. Hierzu wurden nur die wichtigsten HPGL-Befehle umgesetzt.
Es zeigte sich, dass beim Einschalten der Laserdiode, diese einige Sekunden am Platz verweilen muss, damit sie "einbrennen" kann. Das weitere "Beschreiben" von Holz kann dann mit höherer Geschwindigkeit geschehen.
Dadurch dass der HPGL-Interpreter in Lex/Yacc geschrieben ist, ließ sich dieser leicht gegen einen einen G-Code-Interpreter austauschen. dies vergrößerte die Möglichkeiten beim Einsatz von CAD-Software.
Im Blockdiagramm sind die Softwareteile, die auf einem PC laufen, rot hinterlegt.
Die hardwarenahe Software auf dem uC sowie die Hardware selbst sind violett hinterlegt. Es ist ebenfalls zu sehen, wie HPGL- und G-Code-Interpreter gegeneinander ausgetauscht werden können.
Zu 4: Zur Inbetriebnahme wurde ein weiteres Programm geschrieben, das besseren Zugriff auf die Hardware bietet, sodass die Laserdiode ein-/ausgeschaltet werden kann oder die Schrittmotoren gesteuert werden können. So konnten der mögliche Verfahrweg von Werkstück und "Werkzeug" erprobt und der mögliche Bearbeitungsbereich gekennzeichnet werden.
Erfahrungen
Video
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Links in diesem Artikel:
[1] http://bit.ly/pow1Iw
[2] http://bit.ly/qBhe2W
[3] http://sugru.com/
[4] mailto:pek@ct.de
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