【开源硬件挑战赛】基于Arduino和庆科Micokit的激光雕刻机

  • ghasdf
  • LV3工程师
  • |      2016-01-24 12:15:38
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开源硬件挑战赛之激光雕刻机

感谢云汉电子社区提供的机智云的Arduino、庆科Micokit及众创工坊的模块。

【开源硬件挑战赛】基于Arduino和庆科Micokit的激光雕刻机

机智云的Arduino底板,超级神奇的Arduino uno R3

【开源硬件挑战赛】基于Arduino和庆科Micokit的激光雕刻机

几个小模块

【开源硬件挑战赛】基于Arduino和庆科Micokit的激光雕刻机

庆科MiCOKitMiCOKit-3165

对于机智云的套件,我主要利用的是其Arduino创客板,我准备利用它来作为激光雕刻机的数控中心,实现其控制XY轴的移动,实现雕刻机的功能。我们进行了工程训练学习,各种数控车床、数控铣床等等,在输入G代码后,能够得到我们想要的图形,其中在激光雕刻的部分留下了很深刻印象,准备自己也制作一个雕刻机来自己使用,体验一下雕刻的乐趣。

激光雕刻机的优势在于能提高雕刻的效率,使被雕刻处的表面光滑、圆润,迅速地降低被雕刻的非金属材料的温度,减少被雕刻物的形变和内应力;可广泛地用于对各种非金属材料进行精细雕刻的领域。

我们的条件不允许我们获得一些容易雕刻的棒料,同时为了节约成本考虑,准备制作一个小型激光雕刻机,目的是通过它能够实现在深色卡纸上进行图案的绘制。

对于激光雕刻机而言,它是在一个平面上进行灼烧雕刻的,那么首先我们就需要搭建一个可以进行移动的工作平台,即一个可供XY轴移动的平面。我们初步的想法是将其XY轴进行平台的移动,但发现如此一来对于雕刻的精度以及机械结构的搭建有了更高的要求,为了减少工作量和简易起见,决定让工作平面负责X轴方向的移动,激光头负责Y轴方向的移动。

我们所用到的材料:

   200mW激光发射器

   一路继电器

   机智云的Arduino创客板

   两块Easydrive步进驱动板

   两个步进电机及丝杠

   光敏电阻传感器、蜂鸣器、开关等

   小风扇

   各种螺帽、螺栓以及其他的建材。


步进电机和丝杠

     为了达到令工作平台顺利移动和激光头的准确定位,我们选取了步进电机作为移动的动力来源,同时利用丝杠实现了工作平台的直线移动。在激光雕刻机中我们需要用到XY两个轴的协作运动,于是我们选择了两个步进电机,我们将一个步进电机与工作平台相连,实现了38mm内的直线移动,基本满足我们对X轴方向精度的要求。

    

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     我们利用的是这种光驱中的小型步进电机,它的优势在于自带丝杠,不用再费力找,而且小区域内它能够完全胜任。

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 焊接步进电动机。用四根杜邦线去掉一边的塑料外皮,连接步进电动机。另一端用杜邦头连接到Easydrive电机驱动板上,两个步进电机同样的处理。

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 请无视这渣到爆的焊工,最后用胶*将焊接部分粘住,牢固性就不会有问题了。

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Easydriver也进行相同的处理,焊上引脚插头,然后插在试验电路板上使用。Easydriver有两个引脚,叫做MS1MS2,它们用于设定步进的序列。将它们双双连在Easydriver5V电压输出上。这样就设为了微步进控制。把从步进电动机伸出的四根引脚连接在电动机的输出端,而控制引脚(STEPDIRGND)连在Arduino。除了这些以外,Easydriver还需要连上电源。我用一个5伏的USB电源驱动电动机和Arduino

【开源硬件挑战赛】基于Arduino和庆科Micokit的激光雕刻机


这个线比较凌乱,我们准备做一个转接板,然而结果还是有些欠考虑。


比较失策的是我们为了图方便,将一个驱动板的5V供电连接在了Arduino5V上,而没有考虑它的驱动能力。事实上它是能够带的动一个小型的步进电机的,但是不能够带动激光头和步进电机同时工作,远超过它的负载能力。我雕刻出的图案只有一条直线,我以为是我的小步进电机坏了,调换了X、Y轴后发现不是电机问题,亲测USB3.0的插口能够带动,USB2.0不可以。

这个简单插的洞洞板,只能由USB3.0带动,或是驱动能力足够的USB接口。

雕刻“刀”

我们小型雕刻机的工具,我们选择了激光头,其优点主要体现在雕刻迅速,被雕刻处的表面光滑、圆润,迅速地降低被雕刻的非金属材料的温度,减少被雕刻物的形变和内应力,对我们工作平台的稳定性影响最小。

对于激光二极管的选择,我们考虑到雕刻机的实际工作需要以及安全方面的考虑,我们使用了200mV的激光头,这个功率能够灼烧纸面留下痕迹,基本满足我们的需要。同时,危险性也在可控范围之内。我们就直接从某宝上购买了。

【开源硬件挑战赛】基于Arduino和庆科Micokit的激光雕刻机

机械结构

我们选择了坚固度比较高的金属支架作为雕刻机的底座,同时利用废旧光驱中的滑轨作为相应的移动轨道。我们找到了一些垫片、螺母和螺栓来固定X轴方向。而工作平面我们暂时里用硬纸板,简单的粘在相应的滑轨中部,达到步进电机带动滑轨,滑轨带动工作平台的传动效果。这主要是为了后续固定工作区域和更换雕刻材料方便考虑。


最后发现只考虑到了坚固性,忘记了容易导电的问题。

比较困难的便是激光头的固定,我们需要激光头在工作平台的上方移动,同时需要兼顾的是,由于激光头需要聚光才能产生大量的热,达到雕刻的温度,所以我们的激光头不能够离工作平台过于接近。


对此,我们利用了一些铝制板材,用螺母、螺栓及垫圈将板材固定在了底座金属支架上,我们又将剩下的一个步进电机及导轨成功固定到了板材上。我们利用胶棒又将激光头固定到了滑轨上,成功实现了,激光头的移动和工作平台的移动。



其他

    数控中心由Arduino负责,其性能也被压榨的差不多了,然而,在激光雕刻机的工作过程中还有一个非常严重的问题便是雕刻过程中,灼烧纸面所造成的烟雾,还是比较烦人的,这时mico派上用场了,我利用它来控制风扇工作与否。同时利用mico自带的温度传感器以及蜂鸣器作为安全保障,防止危险事故发生。

    各个小模块

    

    

   


    【开源硬件挑战赛】基于Arduino和庆科Micokit的激光雕刻机  

    我把风扇放到了工作平台的周围,能够迅速将产生的烟雾吹散,如图所示的位置或是对侧,位置比较灵活,暂时没有固定。

    

    整体图如下

    

       

    

    


雕刻卡纸的优酷视频:http://v.youku.com/v_show/id_XMTQ1NTE2MTIyOA==.html


   

   





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