UV Laser Printer

[roehre]

Hallo ,
ich bin neu im Forum, beschäftige mich viel mit Elektronik und natürlich auch mit Lasern.
Im Moment arbeite ich an einem Projekt zur Leiterplattenbelichtung mit UV-Laserdiode und Galvoscanner.

Hardware:
175mW 405nm UV Lasermodul http://www.insaneware.de
Galvos und Treiber : CT 6810P
Mikrocontroller 32 Bit von Microchip : Pic32 Pinguino Micro
Analog : Dual - DAC 16Bit DAC8532

Software : EAGLE (Leiterplatten Layout) - daraus wird mit „ FastGcode.ulp “ ein CNC File mit XYZ Koordinaten welche mittels der Software “ Repetier-Host“ (aus der 3D-Drucher Szene ) zum Mikrocontroller per USB übertragen wird. Der berechnet, gibt mit dem Bresenham-Algorithmus die Werte an den DAC und der zum Galvotreiber aus.
Soweit so Gut, funktioniert auch schon. …...aber aber …. mit Kissenverzerrung

Die Galvos befinden sich senkrecht mittig 300mm über der Projektionsfläche von 200x200mm.
Die Ankathete des X- Galvos = 300mm und die Ankathete des Y- Galvos = 320mm Lang.
Mit der atan - Funktion kann ich den Winkel der Spiegel berechnen.

x_ziel_dac = ceil( deg_dac *( rad_deg *( atan2 ( x_soll , X_Ankathete ) ) ) ) ;
y_ziel_dac = ceil( deg_dac *( rad_deg *( atan2 ( y_soll , Y_Ankathete ) ) ) ) ;

deg_dac = Umrechnungsfaktor Winkel in 16Bit DAC – Wert
rad_deg = Umrechnungsfaktor Radiant in Winkel

Das Funktioniert aber nur in einer Ebene für sich allein , also [ x = 200, y = 0 ] oder [ x = 0, y = 200 ] .

hat jemand vielleicht einen Tipp um mich in die richtige Richtung zu schubsen .

Frank

[VDX]

Hi Frank,

derartige Kissenverzerrungen werden normalerweise 'wegkalibriert'.

Dafür scannst du ein regelmäßiges Raster auf die Arbeitsfläche, vermißst die einzelnen Positionen und verrechnest die Abweichung zur Sollposition ...

Viktor

[roehre]

Hallo Viktor,
danke für die schnelle Antwort.
Ich hatte nur gehofft nicht mit Korrektur-Tabellen oder Faktoren arbeiten zu müssen, weil die durch die gegenseitige Beeinflussung von x zu y und umgekehrt, zu speziell werden .
Es muss doch eine mathematische Ableitung für diesen Fall geben.
Frank

ps bei http://forum.david-3d.com/ bin ich "tube"

[VDX]

Hi Frank,

da die optischen Verzerrungen relativ gleichmäßig sind, dürfte das mit einem Korrektur-Polynom 2. oder 3. Ordnung zu 'erschlagen' sein - für Wärmeleitwerte von Gasen in Abhängigkeit zur Konzentration habe ich das in 2 Dimensionen mit Excel automatisch (bis zur 6.Ordnung!) umrechnen lassen.

Schau mal, ob du für die 3D-Verzerrung sowas auch findest, ansonsten sollte Mupad (bzw. Matlab) das auch als Standardfunktion drin haben ...

Viktor

[roehre]

Hallo Viktor,
nach langen suchen habe ich endlich etwas gefunden
Quelle : http://stackoverflow.com/questions/6199 ... distortion
habe auch schon erste erfolge

20140201_224631.jpg

175mW 405nm Laser auf Thermo-Faxpapier

Frank

[VDX]

Hi Frank,

das sieht gut aus!

Ich bin auch gerade dabei was aufzubauen -- momentan noch auf Treiberebene, um eine DLL fürs Laser-Programm zu erstellen, damit ich meinen Galvoscanner ansteuern kann ... im nächsten Schritt dann Anpassung bzw. Einbindung des ganzen in ein CAD/CAM-System von Isel

Viktor

[roehre]

Hallo , kurze Info.
Habe nach einigen Umbauten - Laserdiode (jetzt 100mW 405 nm) , Gestell und Software, die erste Leiterplatte mit Galvoscanner - Software Kissenentzerrung und 16 Bit DAC , belichtet - entwickelt und geätzt .
Platte beschichtet mit KONTAKT CHEMIE - POSITIV 20 FOTOKOPIERLACK - Auflösung für den G-Code Interpreter = 0,130 mm
gesammte Scann-Belichtungszeit 11 min


Frank

[SnakeHanau]

WOW....echt beeintruckend.....

wie machst du das mit der Ausrichtung des Basismaterials ?

[VDX]

... Glückwunsch! - sieht richtig proffessionell aus

Ich bin gerade dabei meinen 'Servo-XY-Scanner' einzufahren, dann werde ich mich irgendwann auch noch um die Kissen-Entzerrung (bei mir nur in einer Achse) kümmern - kannst du mir deinen Algorhythmus zumailen, damit ich schonmal eine praktische Basis habe?

Ich versuch später noch ein Testvideo von dem Scanner-Kopf und Ansteuerung über Editasc (konventionelle 3 bis 8-Achs-Fräsensteuerung, die ich auf nur 2 Achsen 'runtergeprügelt' habe ) reinzustellen ...

Viktor

[roehre]

Hallo, @ SnakeHanau
ich scanne einfach ein "L"mit 20% Laserleistung also von x0,y0 --> x150,y0 --> x0,y0 --> x0,y150 --> x0,y0 in einer Schleife von 30sec.
Das "L" , Rechteck und ein Kreuz habe ich im Microcontroller der Steuerung fest einprogrammiert und kann sie direkt im Menue anwählen oder per M-Befehl fom Host PC
+ einen mechanischen Anschlagwinkel

Frank

[VDX]

... geschafft! -- anbei das Video vom Einfahren meines 'Servo-XY-Scanners' (sorry für die Rumwackelei ) - das Teil könnte noch etwa 3x schneller ... da muß ich schauen, wieweit ich Editasc konfigurieren/anpassen kann bzw. ob ich den Programmierer dazu hinbekomme, die bisherige maximale Taktrate von 100kHz auf 300kHz zu optimieren

https://vimeo.com/95379146

[roehre]

Hallo ,
habe in einem anderen Forum Bilder vom Aufbau eingestellt.
falls von Interesse ....
http://www.mikrocontroller.net/topic/30 ... =2#3851108
http://www.mikrocontroller.net/topic/30 ... =2#3846056

Frank

[roehre]

Hallo,
nach einigen Überlegungen, da die Kissenentzerrung in der Firmware mächtig bremmst, habe ich für einen schnelleren Controller, einen STM32F4 mit 168 MHz, entschieden .
-> neuer C-Compiler (für ARM)
-> neues Controller Bord - gibt's fertig http://www.mikroe.com/mikromedia/stm32-m4/
-> neues Layout für Analog-Frontend mit dem 16Bit DAC - passend zum Controller Bord (natürlich mit dem UV Laser Printer belichtet)
-> einiges an Anpassung der Firmware auf den neuen Controller

und tatsache 50% schneller - die gleiche Leiterplatte auf https://www.youtube.com/watch?v=7nVMRmfJnZg , dauert jetzt nur noch knapp 3 min

Da man nicht laufend Leiterplatten macht, kann man auch Stereolithographisch 3D - Drucken. Anbei meine ersten Test's
Mit mehr Leistung geht auch schon Gravieren und mit noch mehr Leistung warscheinlich auch Kunststoffpulver sintern - drucken (wie bei denen da http://sintratec.com/ )

Frank

[VDX]

Hi Frank,

wenn du einen schnellen XY-Galvoscanner-Controller brauchst, kannst du dir mal den E1701D von HALaser aschauen:
http://www.beamconstruct.com/e1701.php

Der basiert auf einem BeagleBone Black und kann bis 2MHz 'Pixeltakt' ... die Software BeamCosntruct für die Ansteuerung/Ausgabe gibts kostenlos ...

Viktor

[roehre]

Hallo Viktor,
danke für den Tipp , mein 16Bit DA-Wandler schafft da nur in 2,1µs für beide Wandlungen X und Y , also knapp 0,5 MHz. Dazu kommt noch Rechenzeit für G-Codeinterpreter, Bresenham und Kissenentzerrung
Was jetzt schon für meine Zwecke reicht. Wenn ich ohne Entzerrung arbeite, schaffen es meine Galvos nicht
Nur mein Laserdiodentreiber ist bei der jetzigen Geschwindigkeit an seiner Grenze. Hast Du nicht einen Tipp für einen schnellen PWM Treiber 12V bis 0.5A .

Frank

[VDX]

Hi Frank,

ich habe für die Firma einen relativ einfachen Analog/PWM-Treiber entwickelt, den ich für meine 2W/3,5W@445nm-Laserdioden bis zu 3A und für die IR-Dioden bis 8A verwende und damit bis zu 500kHz Pulsraten ausgebe, der ist aber leider nicht mehr OS

Eins von den blauen 2W-Modulen mit integriertem Treiber wird bei uns für glaube um die 1200€ Netto gelistet ... ich verbaue die bisher aber nur in Kundengeräte, die als Sondermaschinen >>30k€ kosten, so daß ich zum Einzelpreis nicht viel sagen kann ...

Viktor

[tschosef]

Hai hai....


nur mal angemerkt.... TOLLE SACHE! gefällt mir
@ roehre... gut gemacht!

[roehre]

Danke @ tschosef

[jojo]

Hast Du mal ermittelt, welche Leistung bzw. Belichtungsdaten Du mit der 405nm Diode und dem Basismaterial brauchst?
Da Du ja weisst, wie lange Du eine DAC-Position ausgibts, in etwa den Spotdurchmesser kennst und die Punktabstände die Du fährts, ergibt sich ja ein Wert W/s oder mW/ms. Daraus kann man dann ja auch berechnen wie schnell das System werden kann, bevor die Laserleistung nicht mehr ausreicht.
Da Du ja nun die gesamte Arbeitszeit halbiert hast, nehme ich an Du brauchst auch die doppelte Laserleistung.

Ich habe ein ähnliches Projekt laufen, allerdings zum Belichten von Fotos. Dazu wird mit RGB-Laser belichtet und analog moduliert.
Meine Belichtung sind natürlich um Welten geringer, so im Bereich 500 Mikrowatt/Mikrosekunde.
Ich nehme auch einen X/Y-Scanner und meine Arbeitsfläche ist momentan 20x20 cm.
Das Verzerrungsproblem hatte ich auch. Da ich aber zeilenweise belichte und Bitmaps verarbeite, musste ich die gesamte Farbbitmap im Vorfeld ent- bzw. verzerren, damit es auf der Ausgabe wieder passt.

Gruß

Joachim

[roehre]

Hallo Joachim @jojo,
Leistung messen kann ich leider nicht - nur abschätzen --> Schwärzungsgrat auf Thermofaxpapier
ich habe derzeit eine LD aus einem 16 fach BlueRay Brenner (einzeln kosten die Dinger manchmal mehr als ein kompletter Brenner) und steuere sie mit max. 300mA ~ 500mw an .
http://www.insaneware.de/epages/6171420 ... bdr209arco
Zur Leistungsregelung gebe ich aus dem Controller ein PWM-Signal 0-100% aus.
- und ja ich benötige mit dem schnelleren Controller mehr Leistung - alter Zustand ca. 12 % PWM ; aktuell ca 25 % PWM für Standart Bungard Platinen-Basismaterial
- für die 3D Drucke und Harz, welches allerdings für DLP-3D Drucker bestimmt ist, benötige ich nur 4 % PWM
also noch reichlich Reserve

ach so, warum belichtest Du so umständlich deine Fotos -> entwickeln -> fixieren -> trocknen ? Macht doch jeder Drugstore und dazu noch gerade

Frank

[jojo]

Hi,

Okay, dann hast Du effektiv 120 bis 250mW.
Hat mich eben gewundert, weil Du oben etwas von einer 100mW Diode geschrieben hattest. Aber diese gehen ja bis 800mW oder mehr.

ach so, warum belichtest Du so umständlich deine Fotos -> entwickeln -> fixieren -> trocknen ? Macht doch jeder Drugstore und dazu noch gerade

Ha! Warum belichtest Du so umständlich Deine Platinen und musst die noch ätzen? Macht doch jede Musterbude und dazu noch mit Lötstoplack und Bestückungsdruck.

Meine sind inzwischen auch gerade (Naja zumindest wenn ich das Papier irgendwann mal eben fixiere und nicht nur mit Tesa an 2 Stellen anpappe). Und das Entwickeln, Fixieren und Trocknen ist auch nicht so schlimm. Das übernehmen eine Rollenentwicklungsmaschine und ein Durchlauftrockner.

Scan-150216-0009_web.jpg

Dass noch mehr oder weniger etwas schief oder nicht zu 100% korrigiert ist, liegt daran, dass ich keinen Profi-Beschrifterkopf nehme, sondern Showscanner. Und die haben das Problem, dass die Spiegel zum Teil nicht immer exakt 90° zueinander stehen und die Treiber sind bekannterweise "vorentzerrt". Ich müsste diese Begrenzerschaltung, die jeder Scannertreiber im Showbereich drin hat, mal rausnehmen. Dann passt auch wieder die Mathematik.
Alles was bei der Show kein Thema war, kam hier zum Vorschein. Angefangen von DNL-Werten der DACs über die Spiegel (dielektrische runter -> alte Aluspiegel druff) bis hin zu mechanischen Toleranzen chinesischer Billigmounts.
Nur von der eigentlichen Genauigkeit der Scanner war ich positiv überrascht. Komme ich doch je nach Abstand auf 500DPI.
200DPI reichen locker aus.

Leider habe ich nicht das Glück, PWM nehmen zu können. Da ich momentan 100KPixel pro Sekunde scanne, bräuchte ich bei 256 Graustufen pro Farbe 40ns PWM-Auflösung. So schnell sind aber meine Diodentreiber nicht.
Außerdem plane ich mit einem späteren Aufbau ca. 2Megapixel/Sekunde zu belichten.

Meine Software hat mittlerweile einige nette Features drin. So kann ich z.B. Farbprofile verwenden, die besagte Geo-Korrektur machen und auch die 3 Laser einzeln per Software bis zu 10 Pixel in X und Y "shiften", falls die Laser mal nicht exakt übereinanderliegen. Belichtungswerte und Farbabgleich können natürlich abgespeichert werden und ich kann mir die auch als Info direkt mit auf das Foto ausbelichten lassen.

Auf der ToDo Liste für später steht noch eine Batchverarbeitung und vor allem ein Hardwareknopf für Start. Das einzelne Bilderladen auf dem PC, Abdunkeln des Monitors und Start-Drücken auf der Tastatur ist das einzig nervige im Moment.

Gruß

Joachim

[roehre]

Hallo jojo,
das Problem mit den ChinaGalvos hatte ich auch, erst die Elektronik
- mit alten Audioendstufen und nicht ausreichend stabilisierte Spannungen für die OPV's, dann die Mechanik
- nicht einmal die Befestigungsgewinde waren sauber gearbeitet und schief (Freihand gebohrt)
- irgendwann ist noch eine Galvospule abgeraucht
-jetzt liegt das Ding in der Ecke und wird mit Nichtachtung gestraft

Hat mich eben gewundert, weil Du oben etwas von einer 100mW Diode geschrieben hattest. Aber diese gehen ja bis 800mW oder mehr.

- jaja die erste hab ich gekillt ( man fummelt nicht an offenen, eingeschalteten Lasertreibern herrum )

Da ich momentan 100KPixel pro Sekunde scanne, bräuchte ich bei 256 Graustufen pro Farbe 40ns PWM-Auflösung.

40 ns das sind 25 MHz - mein Clock-Signal für den DAC - alle 10µs neues Pixel anfahren und RGB belichten klingt heftig -> benutzt Du DAC's mit parallel Eingänge
Frank

[jojo]

alle 10µs neues Pixel anfahren und RGB belichten klingt heftig -> benutzt Du DAC's mit parallel Eingänge

Nein. Ich benutze eine NetLase. Da sind für X/Y 14Bit DACs mit SPI drauf, allerdings läuft die SPI mit 50MHz.
Der 4x8Bit DAC für die Farben läuft mit 25MHz SPI. X/Y und Farben hängen an einer eigenen SPI und können somit gleichzeitig geladen werden.
Die DACs sind momentan nicht mein Problem. Um schneller zu werden brauche ich erstmal schnellere Diodentreiber. Meine hören bei 100KHz auf.
Die NetLase habe ich eingesetzt, weil sie da war. Ich hatte keine Lust, eine neue Hardware zu bauen.

Gruß

Joachim

[VDX]

... meine ersten Galvos für die Tests zum Lasermarkieren waren auch billige China-Teile, die ich hier von einem Fori für 100€ bekommen hatte - nachdem ich mehrmals die kleinen Spiegelchen 'zerschossen' hatte ... und mehrfach immer größere (bis 15x15mm) draufgeklebt und die Resonanzen neu eingestellt hatte, bin ich jetzt zu Servos mit 40x40mm-Spiegeln drauf gewechselt

Die Galvos mit Steuerung und selbstgeschriebener Firmware/Treiber für BeamConstruct liegen aber noch funktionsfähig im Regal ... evtl. mal 'ne Idee, die mit einer von den 1W@405nm-Dioden auszuprobieren? - die scheinen einen deutlich besseren Strahl zu haben, als die 445nm-Dioden

Ich hätte aber auch noch ein paar Galvoscanner mit Treibern aus einem 3DSystem-SLA-Printer (Optik für 385nm) und einen Galvokopf aus einem alten 150W-NdYAG-Lasermarkierer (1064nm) ... wenn ich nur mehr Zeit hätte

Viktor

[Dr. Burne]

Hi,

Joachim hast du mal über AOMs nachgedacht?
Die machen locker 2MHz und sind auch ziemlich linear.

Habe mir mal Professionelle Diodenlaser für Laboranwendungen angeschasut, meist ist bei 200-500kHz Analog Schluss.