Dưới đây là sơ đồ các chân
58
4.4. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN “MÁY KHẮC LASER CNC SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ARDUINO” BỘ ĐIỀU KHIỂN ARDUINO”
4.4.1. Sơ đồ khái quát
Sau khi ghép nói các phần tử điện, điều khiển ta được như sau
59
60
4.5. GIỚI THIỆU VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MỘT SỐ PHẦN MỀM GIAO TIẾP GIAO TIẾP
4.5.1. Phần mềm xuất CAM
4.5.1.1. Phần mềm 3DP BURNER IMAGE2 GCODE – Phần mềm đặc biệt chuyên dụng để khác tranh laser [10]
3dp burner image2 gcode là một phần mềm mềm được viết bởi hang Cádiz -
Spain của Tây Ban Nha. Đây thực sự là một phần mềm “cực kì hữu ích” để biên dịch
Gcode từ hình ảnh 256-bit (ảnh màu) phục vụ cho quá trình khắc Laser CNC. Để cài đặt phần mềm 3dp burner image2 gcode chỉ cần chuẩn bị máy tính sử dụng hệ điều hành Window XP trở lên.
Đây là giao diện phần mềm 3dp burner image2 gcode sau khi đã cài đặt thành công:
61 Một số chức năng chính của phần mềm
Tab “Image”
+ Brightness: Độ sáng của hình ảnh khắc ra
(khoảng 0 – 20 tùy hình ảnh). Ảnh hưởng tiếp đến chất lượng hình ảnh khắc ra
+ Contrast: Độ tương phàn của hình ảnh. + Ganma: Ảnh hưởng đến độ đậm – mở của
hình ảnh sau khi khắc ra
+ Wight, Height: Hiệu chỉnh kích thước của
hình ảnh sau khi gia công
Tab “Laser profile”
+ Min, Max Power: Khoảng biến thiên công
suất nhỏ nhất và lớn nhất của laser.
62 Tab “GCode”
+ Feedrate: Bước tiến của laser (mm/min) + Laser Power command: Lựa chọn kiểu hiện
lệnh hiệu chỉnh công suất laser (thường mặc định là S)
+ Engraving pattern: Kiểu di chuyển của bàn
máy, trong đó:
Horizontal scanning: Dịch chuyển theo phương ngang Diagonal scanning: Dịch chuyển theo đường chéo
Các bước để xuất G-code gia công từ phần mềm
Bước 1: Khởi động phần mềm bằng cách lựa chọn biểu tượng
Bước 2: Sau khi xuất hiện giao diện của phần mềm, chọn File -> Open để mở file
63
Bước 3: Sau khi xuất hiện hộp thoại, ta lựa hình ảnh cần gia cơng và chọn Open
64
Bước 4: Lựa chọn các thơng số về kích thước, độ sáng và tương phản sao cho phù
hợp. Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình ảnh sau khi gia cơng
Bước 5: Ở tab Laser profile, ta lựa chọn khoảng biên thiên công suất laser.
Tùy theo từng loại vật liệu gia công.
STT Vật liệu P
1 Gỗ ép 25-200
2 Giấy bìa 25-150
3 Giấy 25-100
65 Bước 6: Lựa chọn bước tiến của laser, kiểu di chuyển của bàn máy.
Bước 7: Chọn Generate file… và lựa chọn folder xuất file G-code.
66
4.5.1.2. Phần mềm Inkscape
Inkscape là phần mềm mã nguồn mở cho xử lý đồ họa vec tơ. Mục đích phát
triển của dự án Inkscape là để tạo ra một phần mềm có tính năng xử lý đồ họa véc tơ tốt đồng thời phù hợp với chuẩn XML, SVG và CSS. Nó là một phần mềm đa nền tảng, chạy trên Microsoft Windows, Mac OS X và Unix; mặc dù đa số các phát triển chính là dành cho GNU/Linux.
Inkscape hiện đang được phát triển mạnh, và ngày càng có nhiều tính năng mới. Trong đó có những dụng hữu ích liên quan đến việc xuất G-code gia công CNC. Đặc biệt là phay, khắc laser biên dạng ngồi…
Một số chức năng chính của phần mềm
Inkscape có tính năng nhận diện hình: đổi từ ảnh bitmap ra các đường nét.
67 Các đối tượng hình vẽ gồm có một số loại đặc biệt: hình sao, đường cong Bézier, gradient màu.
Ngồi ra, cịn 1 số tính năng khác như:
Inkscape quản lí bản vẽ theo các lớp và cho phép chuyển giữa các lớp một cách linh hoạt.
Chức năng nhân bản đối tượng (clone) rất có ích khi cần sao chép với số lượng lớn hay tạo ra các họa tiết.
68 Các bước để xuất G-code gia công từ phần mềm
Bước 1: Khởi động phần mềm bằng cách chọn biểu tượng
Bước 2: Để khắc biên dạng ngoài từ 1 file .dxf (AutoCad) ta chọn Nhập (Import)
69 Bước 3: Chọn kích thước giới hạn cần gia cơng (có thể bỏ qua bước này)
Tập tin -> Thuộc tính tài liệu (File -> Document properties)
70 Bước 4: Chọn gốc tọa độ và vị trí cần gia cơng
(Chỉ cần nhập X:0; Y:0 chi tiết sẽ được gia công từ gốc tọa độ)
Bước 5: Tiến hành xuất G-code gia công
71
(Extensions -> Laserengraver -> Laser…)
72
4.5.2. Phần mềm thực thi lệnh Gcode - Universal Gcode Sender
Đây là một ứng dụng hiệu quả, dễ thao tác sử dụng để điều khiển máy CNC 2,3 trục (phay, cắt plasma, khắc laser…) sử dụng firmware GRBL.
Các bước để gia công bằng phần mềm:
Bước 1: Khởi động phần mềm bằng cách chọn biểu tượng
Bước 2: Ta chọn Port kết nối giữa Arduino Uno và máy tính. (Đối với Grbl 0.9h mặc định Baud là 115200)
Hình 4.11 – Phần mềm Universal Gcode Sender
Click Open để kết nối UGS với Arduino UNO. Nếu kết nối thành công, trong mục Console sẽ có thơng báo
**** Connected to COM4 @ 115200 baud **** Grbl 0.9h [‘$’ for help]
73
Bước 3: Vào mục Settings -> Firmware Settings -> GRBL để thiết lập các thông số
74 Trong đó:
$0: thời gian mỗi xung cấp tới động cơ bước, tính bằng micro giây. Mỗi một động cơ có đặc tính thơng số thời gian kéo dài của xung điện áp khác nhau. Quy tắc điều chỉnh là giảm thời gian mỗi xung xuống càng thấp càng tốt miễn là động cơ chạy ổn định. Giá trị mặc định là 10 us.
$1: thời gian đợi để tắt động cơ, tính bằng mili giây. Sau khi động cơ hồn thành xong một chuyển động hoặc dừng hẳn, mạch điều khiển vẫn tiếp tục cấp điện cho động cơ trong thời gian ứng với giá trị $1. Nếu muốn để mạch điều khiển luôn luôn cấp nguồn cho động cơ (động cơ luôn ở chế độ được cấp điện), đặt giá trị $1 = 255. Thơng thường với những máy sử dụng đai GT2, có thể
75
đặt giá trị $1 = 255, tuy nhiên khi đó động cơ có thể nóng hơn bình thường một chút.
$2: thiết lập đảo mức điện áp tín hiệu điều khiển động cơ bước. Chức năng này sử dụng để đảo ngược mức tín hiệu (5V <-> 0V) của tín hiệu điều khiển động cơ. Thơng thường thiết lập này không cần sử dụng tới trừ trường hợp với một vài driver đặc biệt.
Cách sử dụng $2 như bảng trên: ví dụ khi muốn đảo mức tín hiệu điều khiển động cơ bước của trục Z, các trục X và Y không thay đổi, ta thiết lập: $2 = 4.
$3: thiết lập đảo mức tín hiệu điều khiển hướng động cơ của mỗi trục. Thiết lập này tương đương với đảo thứ tự toàn bộ chân các dây điều khiển của động cơ bước và dùng để đảo chiều chuyển động ( âm hoặc dương) của động cơ. Cách thiết lập trục nào sẽ bị đảo hướng chuyển động cũng giống như đối với $2. Ví dụ muốn đảo hướng chuyển động của trục Y, ta sửa giá trị $3 = 2.
$4: thiết lập dảo ngược tín hiệu kích hoạt động cơ cho tất cả các trục. Thơng thường thiết lạp này khơng cần sử dụng và có thể để mặc định $4 = 0.
76 $5: thiết lập đảo ngược tín hiệu kích hoạt Endstop (cảm biến giới hạn hành trình máy) cho tất cả các trục. Nếu $5 = 0, mạch điều khiển sẽ xem tín hiệu kích hoạt Endstop là mức 0 (0V). Nếu $5 = 1, mạch điều khiển sẽ xem tín hiệu kích hoạt Endstop là mức 1 (+5V).
$6: thiết lập đảo ngược tín hiệu kích hoạt cảm biến dị bề mặt phơi. Khi sử dụng chức năng dị bề mặt phơi (kiểm tra độ cao các điểm trên bề mặt phôi để bù lại khi gia công), nếu $6 = 0 mạch điều khiển sẽ xem tín hiệu kích hoạt đầu dị là mức 0 (0V). Nếu $6 = 1 mạch điều khiển sẽ xem tín hiệu kích hoạt đầu dị là mức 1 (+5V). Lưu ý, khi đặt $6 = 1, cần phải bổ sung thêm một trở nối đất cho chân tín hiệu đầu dị.
$10: thiết lập phản hồi trạng thái của máy khi đang chạy:
Mục đích của thiết lập là cho phép người dùng chọn lựa/loại bỏ một số thông tin trạng thái của máy cần theo dõi. Thơng thường càng ít thơng số cần theo dõi càng tiết kiệm được tài nguyên của mạch điều khiển. Các thông số có thể chọn/loại bỏ trình bày như trong hình trên gồm có: Machine Position (vị trí máy); Work Position (vị trí gia cơng); Planner Buffer (bộ nhớ đệm lưu các bước gia công tiếp theo); RX Buffer (bộ nhớ đệm nhận tín hiệu); Limit Pins (trạng thái các chân tín hiệu Endstop).
Cách sử dụng: ví dụ nếu muốn mạch điều khiển chỉ gửi về thông số Machine Position và Work Position, đặt giá trị: $6 = 1+2 = 3.
77 $11: thiết lập giá trị gia tốc của dao khi di chuyển qua các điểm nối giữa các cạnh cần gia công. Giá trị gia tốc này càng cao, máy chạy càng nhanh nhưng khả năng xảy ra sai lệch kích thước càng lớn và ngược lại.
$12: thiết lập độ chính xác gia cơng các cung trịn/đoạn cong, tính theo milimét. Thông thường giá trị này không cần phải thay đổi trừ khi cần giá trị khác. Nếu muốn gia công các cung trịn nhanh hơn, có thể tăng giá trị $12 lên một chút.
$13: thiết lập thông báo trạng thái làm việc của máy theo đơn vị Inch hay không. Nếu $13 = 0, máy sẽ báo trạng thái làm việc theo đơn vị mm. Nếu $13 = 0, máy sẽ báo trạng thái làm việc theo đơn vị inch.
$20: thiết lập chức năng giới hạn hành trình bằng phần mềm. Khi kích hoạt tính năng này (bằng cách đặt giá trị $20 = 1), mạch điều khiển sẽ chỉ cho phép dao di chuyển trong giới hạn cho phép (xem $130; $131; $132) tính từ gốc tọa độ. Khi muốn dùng tính năng này bắt buộc phải bật tính năng về gốc tọa độ ($22) trước.
$21: thiết lập chức năng giới hạn hành trình bằng Endstop. Khi kích hoạt tính năng này (bằng cách đặt giá trị $21 = 1), mạch điều khiển sẽ tự động dừng tồn bộ máy khi có bất kỳ Endstop nào kích hoạt. Thơng thường tính năng này khơng cần dùng đến, trừ một số trường hợp đặc biệt.
$22: thiết lập chức năng về gốc tọa độ. Khi kích hoạt tính năng này (bằng cách đặt giá trị $22 = 1), mỗi lần khởi động máy, dao sẽ được tự động di chuyển về gốc tọa độ (được xác định bằng 3 Endstop ứng với trục X; Y; Z). Trong quá trình di chuyển về gốc tọa độ, mạch điều khiển sẽ không thực hiện bất cứ một lệnh nào khác cho tới khi về tới vị trí của 3 Endstop.
$23: thiết lập hướng di chuyển về gốc tọa độ (sử dụng khi đảo ngược hướnglắp Endstop trên trục). Cách sử dụng giống như với $2.
78 $24: tốc độ về gốc tọa độ chậm (mm/phút). Khi về gốc tọa độ, đầu tiên dao sẽ di chuyển nhanh (tốc độ về gốc tọa độ nhanh $25) từ vị tri hiện tại. Khi gặp Endstop, dao sẽ được di chuyển ngược lại và sau đó di chuyển chậm (tốc độ về gốc tọa độ chậm $24) để đảm bảo độ chính xác. Giá trị $24 càng nhỏ thì vị trí xác định khi gặp Endstop càng chính xác, tuy nhiên càng mất thời gian hơn.
$25: tốc độ về gốc tọa độ nhanh (mm/phút). Xem giải thích tại $24.
$26: thiết lập độ trễ (delay, mili giây) khi kiểm tra tín hiệu Endstop khi về gốc tọa độ. Để giảm ảnh hưởng do nhiễu tín hiệu điện, mạch điều khiển sẽ tạo một thời gian trễ khi nhận được tín hiệu kích hoạt từ Endstop. Thơng thường giá trị này nằm trong khoảng 5 – 25 ms.
$27: thiết lập di chuyển sau khi đã về gốc tọa độ (mm). Sau khi đã về gốc tọa độ, dao sẽ được di chuyển theo chiều ngược lại một quãng bằng giá trị $27 theo tất cả các trục.
$100; $101; $102: thiết lập số bước của động cơ ứng với 1mm theo các trục X; Y; Z tương ứng.
$110; $111; $112: thiết lập tốc độ di chuyển cực đại của dao theo mỗi trục X; Y; Z tương ứng (mm/phút). Khi kiểm tra máy, ban đầu có thể đặt giá trị này thật thấp, sau đó tăng dần tới khi động cơ hoạt động mượt nhất.
$120; $121; $122: thiết lập gia tốc di chuyển dao ứng với mỗi trục X; Y; Z tương đương (mm/s2). Nếu đặt giá trị gia tốc quá thấp, dao có thể khơng bao giờ tăng tới vận tốc cao nhất được. Tuy nhiên nếu để gia tốc quá cao, động cơ có thể bị mất mốt số bước khi hoạt động.
$130; $131; $132: thiết lập hành trình tối đa (kích thước gia công tối đa) theo các trục X; Y; Z tương ứng (mm). Các thiết lập này chỉ cần thiết khi đã kích hoạt tính năng $20.
79 Dựa vào thực nghiệm thì đề tài Nghiên cứu cải tiến máy khắc laser CNC bằng bộ
điều khiển Arduino cần cài đặt các thông số sau
Bảng 4.2 – Các thông số cần thiết lập cho các trục X, Y
$100 160 Số bước của động cơ ứng với 1mm trên trục X
$101 160 Số bước của động cơ ứng với 1mm trên trục X
$110 3500 Tốc độ di chuyển cực đại của dao theo trục X
$111 2000 Tốc độ di chuyển cực đại của dao theo trục Y
$120 1000 Gia tốc di chuyển dao ứng với trục X
$121 800 Gia tốc di chuyển dao ứng với trục Y
80 Bước 5: Ở tab File mode chọn Open, chọn file cần gia công
81
4.6. Tiến hành thử nghiệm và cải tiến
4.6.1. Tổng hợp kết quả chạy thử nghiệm
Bảng 4.3 - Thống kê chạy thử nghiệm của máy
Lần Ngày thử
nghiệm File thử nghiệm thước Kích Cơng suất
laser Vật liệu Bước tiến
dao Thời gian hoàn thành Kết quả Ghi chú 1 27/3/16 Moto 1 80x120 5-255 Ván ép 3mm 3000 NG Bị đen 2 27/3/16 Moto 2 80x121 10-255 Ván ép 3mm 4000 NG Bị đen 3 27/3/16 Moto 3 80x122 0-255 Ván ép 3mm 5000 NG Bị đen 4 27/3/16 Moto 4 80x123 0-255 Ván ép 3mm 5000 NG Bị đen 5 27/3/16 Moto 5 80x124 0-255 Ván ép 3mm 6000 NG Bị đen 6 1/4/16 abc 100x62 15-180 Ván ép 3mm 6000 NG Mờ 7 1/4/16 CR7 100X90 15-180 Ván ép 3mm 7000 NG Mờ 8 1/4/16 Halong Bay 176x100 15-180 Ván ép 3mm 12000 NG Mờ 9 1/4/16 UTE 1 66x80 15-180 Ván MDF 8000 NG Mờ 10 1/4/16 UTE 2 66x80 15-180 Ván MDF 8000 NG Mờ 11 1/4/16 UTE 3 66x80 15-90 Ván MDF 8000 NG Mờ 12 3/4/16 Lampard 3 90x65 15-180 Ván ép 3mm 8000 17' G 13 3/4/16 Baby 45x100 15-180 Ván ép 3mm 4000 10' G 14 3/4/16 Gerrard 3 80x60 15-180 Ván ép 3mm 8000 8'55 G 15 3/4/16 MPT 1 70x100 15-180 Ván ép 3mm 7000 15'20 G 16 3/4/16 Gerrard 6 80x60 15-400 Ván ép 5mm 5000 8,56' G 17 3/4/16 Children 80x100 15-300 Ván ép 5mm 6000 13' G 18 3/4/16 Family 1 120x80 15-300 Ván ép 5mm 6000 10'4 G 19 3/4/16 PG 1 70X105 15-300 Ván ép 5mm 7000 12' G
82 20 4/4/16 HNH 1 66x100 15-90 Ván ép 3mm 6000 NG Dừng đột ngột 21 4/4/16 HNH 2 66x100 15-80 Ván ép 3mm 7000 NG Dừng đột ngột 22 4/4/16 Lampard 1 90x65 15-80 Ván ép 3mm 10000 NG Dừng đột ngột 23 4/4/16 Lampard 2 90x65 15-80 Ván ép 3mm 8000 NG Dừng đột ngột 24 4/4/16 abc 1 10x43 15-70 Ván ép 3mm 8000 NG Dừng đột ngột 25 4/4/16 abc 2 55x100 15x80 Ván ép 3mm 8000 NG Dừng đột ngột 26 7/4/16 Romantic 1 70x53 15-200 Da 8000 9'30 G