Lasersnijder, Makerspace, NLT

Lasersnijden 4: Besturing Lasersnijder

Inleiding

Snijden met een laser? Binnenkort kan dat ook hier op school.

Wij, Tim en ik zijn een lasersnijder aan het bouwen. De lasersnijder bouwen bestaat eigenlijk uit 4 vrij losstaande deelprojecten.

  1. Laser en Laserpad
  2. Proggrammatuur en basis aansturing
  3. Bedrading en apparatuur in het veld
  4. Mechaniek en frame

Nummer 2 is het lastigste huidige project, en het Project Tim zich nu mee bezig aangezien die er veel vaker tijd voor heeft. Het Laserpad heeft inmiddels meneer Kappé op zich genomen. En ik probeer de bedrading te leggen.

Laser en laserpad

Voordat je kan snijden met de lasersnijder moet je ervoor zorgen dat de laser van uit een vaste plek door middel van spiegels in de kop komt. De laser weegt ongeveer 10 kilo, op het moment dat je dat aan de kop vast maakt, hebben de motoren een groot gewicht te verplaatsen. Nu hebben we dus de laser aan de rechter kant van het systeem hangen. Vanuit daar gaat er een draai spiegel op, precies op de zelfde stang aan de achter kan komt er nog een die de andere helft draait. Vervolgens gaat hij van af daar de Y-as op. De x-as beweegt heen en weer over de Y-as waardoor we niet een volgende spiegel nodig hebben. We moeten van af dit punt alleen nog omloog. Daarvoor zit er een spiegel op de x-as. Op dat punt dieper in de x-as(kop) word de laserstraal kleiner en gevaarlijker, zodat het werkt als een mes.

Voor de laser gebruiken we een laser die 2e hands is. Maar die nieuw 20.000 euro kost. De laser genaamd TI – firestar, is bedoeld voor professionele doeleinden, en zal ons project niet te kort doen. De aansturing voor deze laser is al voorbereid, in tegenstelling tot de laser die we hadden voor gecalculeerd. Zo hoeven wij geen koeling zelf nog te verzinnen, natuurlijk moeten we het alsnog om alle warmte de kast uit te krijgen maar als de kast open zou blijven is het goed zo. De laser zelf heeft een aansluiting voor een data kabel waarmee wij alles zouden kunnen besturen van de laser.

Vanuit de laser gaat er een 36 volt lijn naar de grote voeding, die alleen de laser voor ziet van stroom. Uit die voeding komt een 230 aansluiting, die gaat in de toekomst naar een relais bord, waarmee wij definitief de stroom van de laser af kunnen halen op het moment dat het nodig is. Want vergis je niet, de laser gaat gefocused met gemak door je heen/

Uiteindelijk moet deze data kabel verbonden worden met de Arduino die de snijprojecten beheerd.

Programmatuur en basisaansturing

De lasersnijder wordt bestuurd door een Arduino met een CNC-Shield erbovenop. Een CNC-Shield zet de code van de Arduino om in signalen die de motoren aansturen.

Wij gebruiken geen normale elektrische motoren, maar speciale stappenmotoren. Deze zijn overal te vinden, bijvoorbeeld in 3D printers. Het voordeel van een stappenmotor is dat hij, zoals de naam zegt, in stappen ronddraait. Je kunt tegen zo’n motor zeggen “ga 69 stappen met de klok mee” en dan zet de motor exact 69 stappen. Of 420 stappen, net welk getal je meer aanspreekt 🙂. Hoeveel stappen 1 graad is, is in te stellen in de software van de Arduino. Op het CNC-Shield kun je het aantal stappen per graad ook nog aanpassen. Voor de beste resolutie hebben wij de Arduino + CNC-Shield ingesteld op het meeste aantal stappen per graad.

De Arduino draait op de GRBL code. Dit is een opensource software die gemaakt is voor CNC machines. Onze lasersnijder verandert qua code maar in 1 ding van een CNC machine: wij hebben geen hoogte(Z-as). De GRBL code moest dus worden aangepast zodat de Z-as uitgeschakeld is. Dit maakt Homing mogelijk.

De Arduino krijgt zijn signalen op dit moment van een tablet van school. Het is uiteindelijk de bedoeling dat een Raspberry Pi (die op dit moment alleen de verlichting, koeling enz. Gaat doen) ook de GRBL signalen gaat sturen zodat er geen externe computer meer nodig is voor het snijden. Een foto lasersnijden wordt dan kinderlijk eenvoudig, omdat dat dan geheel op de lasersnijder zelf te doen is.

Dit klinkt allemaal heel erg mooi, maar de realiteit is anders. De combinatie van computer, Arduino, CNC-Shield, bedrading en motoren is een erg onstabiel systeem en er gaan vaak dingen fout. Op dit moment doen de motoren helemaal niks en er hangen rare voltages over de draden. Maar dat is waar we volgend schooljaar verder aan gaan.

De Arduino geeft ook een signaal af wat de sterkte van de laser gaat beïnvloeden. Je begrijpt wel, dat als de straal langzamer over het materiaal gaat, bijvoorbeeld in een bocht, dat dan de laser een minder krachtige straal moet leveren. Anders wordt de snede erg ongelijkmatig. Of nog erger, je materiaal vliegt in de fik.

Bedrading en apparatuur in het veld

Uit Tims arduino komen een hele hoop draden die van alles en nog wat doen of juist erger, soms zijn er kabels die niks doen. Vanuit Tim arduino stacken we alle draden, alle motor aansluitingen bij elkaar, alle eindstoppen bij elkaar, enz. Dit is beter op het moment dat je storing hebt. Je kunt zo heel gemakkelijk vrij specifieke dingen aan en loskoppelen zonder dat je hoeft te sleutelen aan de arduino. Ook zitten er in deze stacks een hoopje voedingen verwerkt. Enkel de laser gaat zelf naar de voeding, om dat daar een hoog vermogen door heen gaat. De andere voedingen worden verzorgd door een oude gebruikte maar nog prima werkende computer voeding.

Hier boven zie je een aantal van die rijg klemmen, dit is een foto van een andere installatie maar het idee komt op het zelfde neer. Het is eigenlijk een professionele kroonsteen. Dus aan de ene kant stop je een draadje die rechtstreek word door verbonden met het andere draadje.

Apparatuur in het veld vallen onder andere alle eindstopen onder. Eindstoppen zorgen er voor dat de arduino weet wanneer de as tegen zijn maximum aanzit. Hier mee kan hij uitrekenen waarneer hij bijvoorbeeld op y 10 zit. Hij kalibreert zichzelf eigenlijk constant. Dit “homing procces” word bij begin van iedere actie uitgevoerd.

Ook de motoren vallen hier onder, die hebben langere draden waarmee we ze verder van de arduino kunnen positioneren. Later kom hier ook de led strips, afzuiging en de eindstoppen voor de kap bij. Dit valt allemaal onder laatste puntjes werk. De kap hoeft er in eerste instantie niet perse op, waardoor de led strip nog niet en goede bevestigingsmogelijkheid hebben. De koeling moeten we eigenlijk wel al aan beginnen maar als de platen toch nog niet bevestigt zijn is er weinig af te zuigen.

Het vermogen is niet mild, de laser trekt dan ook volgens Tim 55 ampère bij 36 volt. Dat is 36 * 55 = 1980 watt. Het arduino en de rest van de aansturing zal heel erg mee vallen en ik denk dat een wattage van 15 rieel is. Totaal zal het vermogen dus liggen rond de 1995 watt. Dat kom neer op ongeveer 8,7 ampere op 230 volt. Want 1995 / 230 is 8,67 ampere. Dit is best wel veel, er zijn maar weinig apparaten in huis te vinden die dit vermogen trekken. Het is te vergelijken met een wasmachine.

Mechaniek en frame

Dit is eigenlijk het simpelste deel van de hele lasersnijder, maar toch moet het goed zijn berekend. Hier bij zorgen we eigenlijk dat alle assen perfect kunnen bewegen. Ook het frame is erg belangrijk, het frame bestaat uit een hoop gezaagde plankjes van constructie profielen van 30 bij 30 mm. Dit alles moet precies recht zijn, om te voorkomen dat er delen schuin komen te staan. Het hele frame word gemoteerd moet m5 bouten, in samenspraak met opzet hoekjes die de hoeken stevig houden. Dit geeft meer dan genoeg kracht. Om aan te geven hoeveel kracht er nu al rond om het frame werkt, het frame weegt nu al 40 kilo en meer dan de helft van dit gewicht komt er nog bij. We moeten dit product dus met 4 man te gelijk tillen. We hebben het ook zo bereken dat hij precies in de lift van school kan. Zodat wij vrij zijn om ons te verplaatsen met dit systeem.

Geschreven door Nand en Tim uit MH4G.

Leave a Reply