Laser Engraver (Laser Driver)

[Ch3fk0ch]

Hallo,
ich bin neu hier im Forum und hätte direkt einige Fragen.

Kurz zu mir, ich bin 28 Jahre jung und Maschinenbauingenieur aus NRW. Da ich mehr mechanisch als elektrisch veranlagt bin bräuchte ich hilfe bei der Laserdriver konfiguration.
Um erstmal Laserluft zu schnüffeln wollte ich mir so einen "DVD-Laser-Engraver" bauen und später villt auch einen Lasercutter aus einer MPCNC bauen.

Folgendes Schaltbild habe ich rausgesucht:

abLcZ59.png

Die grobe Auslegung der Wiederstände habe ich verstanden, aber mit der Diode und dem Kondensator stehe ich ein wenig auf Kriegsfuß.

Fangen wir mal mit dem an, was ich glaube zu Wissen:
Daten der LD
Case diameter 5.6 mm
Wavelength 445 nm
Nominal power output 1000 mW
Nominal current 960 mA
Maximal current 1400 mA
Threshold current 200 mA
Voltage drop at nominal I 4.45 V
Differential efficiency 1.36 mW/mA
Max. working temperature 55 °C
Lifetime 20 000 h

Netzteilauslegung
Voltage Drop LD + V LM317
4,45V+3V=7,5V ==>> 7,5V Netzteil verwenden

Wiederstände
Grundspannung LM317=1,25V
R=U/I
=(1,25/1400)*1000
=0,89ohm
=1ohm (1250mA)

oder Parallel geschaltete Wiederstände z.B. 10Ohm und 1Ohm =0,91Ohm (1373mA)

Dazu dann noch ein "Präzisionspoti. 25 Gänge, stehend, 100 Ohm"
Warum 100Ohm?

Weiter zu der Diode, wenn ich mich nicht irre, dann ist die nur ein Verpolungsschutz. Kann ich Weglassen da ich keine Batterie nutze oder?

Kondensator, da weiß ich nicht wie man die Auslegt. Kann mir das wer erklären?


Weiter ist mir natürlich klar, dass ich eine Kühlung der LD benötige und natürlich eine Schutzbrille OD4+ der entsprechenden Wellenlänge.


Ich hoffe ihr könnt mir da helfen.

Gruß

[VDX]

... bei meinen LM317-Schaltungen mit jeweils etwa 1A pro LM-Chip habe ich 2W-Widerstände mit 1.25 Ohm genommen - hier noch ein paar weitere Infos: http://reprap.org/wiki/Laser_Cutter-German

Der Poti im Kreis muß ebenfalls die vollen 1A aushalten, weil das der Haupt-Strompfad ist ... die direkte Verbindung zum linken Pin des LM317 ist nur der Sense-Eingang zur Strom-Regelung, da fließt praktisch kein Strom drüber.

Zur Leistungsregelung bei den LM-Treibern verwende ich PWM (Puls-Weiten-Modulation), wobei das Verhältnis aus Puls- zur Pausenzeit über die Zeit und zurückgelegte Strecke gemittelt die effektive Leistung definiert.

Die Diode und Kondensator sollen etwaige Spikes oder Rückströme ausgleichen, die kannst dua aber auch weglassen - sorg lieber für eine saubere, stabile Spannungs+Stromversorgung ...

Viktor

[Ch3fk0ch]

Also ich steig da noch nicht so durch.
Fangen wir mal beim Netzteil bzw der Spannung an.

Die LD und der LM317 haben beide eine Abfallspannung.
Ist die Abfallspannung bei der LD gleich der Arbeitsspannung?
Also reicht theoretisch ein Netzteil von 7,45V?

Was würde passieren wenn ich einfach ein 12V Netzteil nehme?
Bleibt dann alles gleich also die Wiederstände etc. und nur das LM317 wird wärmer?

Außerdem finde ich irgendwie keinen LM317 mit den Werten bei Reichelt.
Wenn ich z.B. den hier nehme: Klick
rechne ich dann statt mit 3V mit 1,2V?


Sorry für die Basic fragen.

[VDX]

... der LM317 ist schon der richtige -- die "1.25V" sind der "Spannungsabfall" am Widerstand, auf den er den Strom durch den Widerstand einregelt, wenn er als Stromkonstanter verwendet wird ... den "Spannungsabfall" von etwa 2-3V braucht der als "Eingansspannungs-Überhöhung", um sauber regeln zu können.

Deine blaue Laserdiode hat eventuell eine andere Betriebsspannung, als die in deinem Beispiel verwendete - rechne mit etwa 4.5 bis 5V, die sie zum leuchten braucht -- dazu die 2.5-3V "mehr" für den LM317 um sauber regeln zu können, dann kommst du auf etwa 7V bis 8V, um das sauber laufen lassen zu können ... kann durch Bauteilschwankungen auch nicht viel genauer vorgegeben werden.

Ich würde ein 9V-Netzteil suchen und aufs Minimum (etwa 8V) runterregeln ... je höher die Spannung, umso wärmer wird der LM317 ... ich habe die aber auch schon mit 16V und sehr großem Kühlkörper laufen lassen

Als "Bettlektüre" kannst du dich ja hier mal durchlesen:

http://laserfreak.net/forum/viewtopic.p ... &start=210

http://forums.reprap.org/list.php?414

Viktor

[Ch3fk0ch]

OK,
danke werde ich mal machen.

Gruß

[Ch3fk0ch]

Hallo,
die Teile sind jetzt alle da.
Ich habe mal eine Frage zum Anschluss der Laserdiode.
Die haben ja 3 Pins, Plus-Minus und noch einen^^

Ist die Belegung dieser immer gleich bzw. woran erkennt man was?

FZZ4SCQGKS0UMOS.SMALL.jpg

Weil bei meiner der hier als - gekennzeichnete gekürzt.

Gruß und Dank

[guido]

Am besten am Datenblatt der Diode.
Das sollte eine vertrauenswürdige Stelle immer bereitstellen können.

[Ch3fk0ch]

Naja, das ist ne gebrauchte aus einem [C...o] Projektor.
Eine 1W 1000mW Laser Diode Blue 445nm TO-18 5.6mm.

Gruß

[VDX]

... normal sind die beiden äußeren Pins für die Diode - der "gekürzte" dürfte Gehäuse sein.

Schau mal hier - die Pinbelegung sollte bei der 1W-Diode auch so sein:

https://sites.google.com/site/dtrlpf/ho ... 140-didoes

Viktor

[Ch3fk0ch]

Ok, danke.

Dann werde ich mal den Treiber zusammenlöten sowie die Steuerung.
Dann den den Laserteser von rog8811 auf nem Breatboard zusammenstecken testen und anschließen.

Gehäuse habe ich schon geschnitten, fehelt nurnoch nen Blickschutz für vorne.

Gruß

[Ch3fk0ch]

Hi,
ich habe jetzt alles soweit am laufen.
(bis auf die automatische Steuerung der intensität, da muss ich noch googlen wie ich ein pwm oder sowas in den Kreislauf einbauen muss. Automatisch ein/ausschalten klappt schon)

Nur habe ich ein Problem mit der G-Code erstellung.

Wenn ich z.B. etwas mit Inkscape in der größe 35x35mm zeichne, dass ganze dann mit dem Inkscape Laser Plug-In (JTech) in einen Gcode umwandle und diesen dann in den UniversalGcodeSender lade ist es nurnoch ca. 9,6x9,6mm groß.

Woran kann das liegen?

Gruß

[VDX]

... Zoll/mm ist's wohl nicht - das wären andere Verhältnisse.

Bei meinen Anlagen muß ich ggf. auch kalibrieren und die Werte beim Einlesen oder ausgeben mit einem Kalibrier-Faktor multiplizieren -- bei den kommerziellen Markierlasern ist das in der Treiberkonfiguration für jede Achse separat drin.

Schau mal, wo du das bei dir skalieren kannst ...

Viktor

[Ch3fk0ch]

Scheinbar hat Inkscape irgendwas in dem Programm geändert was in dem Plugin noch nicht angepasst wurde (Irgendwas mit den den dpi).
Mit der Vorgängerversion gehts.

Darf ich fragen was ihr für Programme benutzt (Auch um Bilder zu laseren)?

Gruß

[VDX]

... unterschiedliche Programme und Hardware, da ich das teilweise auch selber entwickle

Zum Erstellen der Dateien - vor Allem: Corel X6, Inkscape, Photopaint, Gimp, BeamConstruct, ...

Zum eigentlichen Lasern: modifiziertes Pronterface (3D-Druck-Software), Editask10, IsyCAM/WinRemote, BeamConstruct, ...

Anlagen: div. CNC-Anlagen, XY-Galvoscanner, ...

Laser: div. Diodenmodule, CO2-Laser, Faserlaser (CW, gepulst), ...

(das ", ..." steht für alle möglichen und unmöglichen Varianten, die sich über Anfragen oder Projekte ergeben)

Viktor

[Ch3fk0ch]

Hab was gefunden, lasergrbl macht was ich brauche^^

Jetzt muss ich nurnoch schauen wie ich die Laserstärke über das Arduino regeln kann.
Irgendwie den LM317 mit PWM steuern oder ka.

Hat ier schonmal jemand sowas in den DDl von z.B. rog8811 (siehe oben) eingebaut?

[Death]

Dein Arduino kann doch PWM, wenn ich mich recht entsinne...

Aus der PWM kannste mit einer kleinen Platine entweder 0-5 oder 0-10 Volt machen. Passend dazu hatte ich von Isaneware Insaneware Deluxe einen Dioden Treiber und dann ging die post ab.

CCTools PWM Wandler

Ich hatte mir damals fast nen Wolf gesucht, bis ich endlich auf CCtols für die Conrad C-Controll gestoßen bin.

Damit hatte ich meinen ersten Diodenlaser betrieben. Ich hab das damals mit Linux EMC² über GCode realisiert und über den Spindelausgang die PWM aktiviert und damit den Laser geregelt.

Da ja GRBL GCode kann müsste eigentlich auch die Spindelfunktion funktionieren, ansonsten legste dir nen 4-Achs CNC Controller zu und benutzt Linux CNC.

Kannst ja mal schauen

Und auf jedenfall die passende Schutzbrille nicht vergessen, am besten sogar in Kombi Lichtdichtes Gehäuse.

Gruß
Michael

[VDX]

... mit PWM bekomme ich nicht die fürs Gravieren erforderliche geschwindigkeitsabhängige Regelung hin - da werden Kanten (Linien-Anfang und -Ende) und Kreisbögen (kurze Liniensegmente) stärker ausgebrannt, als innerhalb einer Linie ... obwohl das mit etwas übehöhter Leistung fürs Laserschneiden noch geht bzw. von fast allen Herstellern so gehandhabt wird

Zu Beginn meiner Laserei (um 1990 herum mit einem CO2-Laser) hatte ich mir das so aufgebaut, daß bei "Laser AN" die Schritt-Takte der X/Y-Achsen jeweils einen Puls erzeugt haben - damit war ich immer "Geschwindigkeitssynchron" und habe die Gravier-/Schneidleistung nur noch über die Pulslänge vorgegeben.

Heute mache ich das auch noch so, nur daß mir einige Programme (aus dem 3D-Druck-Bereich) schon die richtig synchronisierten Pulse ausgeben, was normal für den Kunststoffextruder berechnet wird, damit der immer die richtige Menge ausgibt, unabhängig davon, wie schnell der gerade druckt.

Für die Leistungs- und Pulsanpassung habe ich in meinen Lasermodulen einen kleinen Arduino drin, der über Analogspannung oder serielle Kommunikation und ein paar Eingänge für Safety und An/Aus den Laser jeweils passend zuschaltet -- das geht bis etwa 200kHz mit einem Arduino Pro Mini Clone ohne Probleme ... für schnelleres Pulsen nehme ich dann einen ArduinoDue (etwa 1MHz) oder einen E1701P oder -E von HAlaser (bis 500kHz mit CNC-Steuerung bis 20MHz mit Galvo).

Viktor

[Ch3fk0ch]

Schaue ich mir mal an, danke.

[Ch3fk0ch]

Meint ihr das sowas funktioniert?
http://www.ebay.de/itm/12V-TTL-1W-2W-3W ... SwYmZXNZtc

Alternative die ich gefinden habe ist eine Schaltung mit einem 555 timer:

Laser Modulator.PNG

[Ch3fk0ch]

Ich habe jetze mal den PWM Poart vom Arduino Nano am 2N3055 NPN angeschlossen (den ich eigentlich zum AN/AUS schalten nehme).

laser_driver.png

Funktioniert auch, aber irgendwie komme ich so nicht auf volle Leistung.

[jojo]

Einen 2N3055 direkt vom Mikrokontrollerpin anzusteuern, ist sehr optimistisch.
Die 10mA Basisstrom werden den vermutlich nicht groß jucken.

Gruß
Joachim

[Ch3fk0ch]

Hät ja klappen können^^.
Also einen 555 Timer oder ein Mosfet nehmen.

[VDX]

... ich mach's normal über (schnelle, bis 4.5MHz) Optokoppler - dann wird der Vorwiderstand entsprechend 3.3V oder 5V-Ausgangsspannung des Controllers gewählt und an der Ausgangsseite kann ich mich an der Versorgunsspannung der Laserdiode orientieren -- da habe ich meis 9V - 12V, kann aber auch mal 24V sein.

Anbei die Schaltung und Layout für einen meiner alten auf LM317 oder LM338 aufbauenden Treiber, die ich so bis zu 9 Ampere verwendet habe - für kleinere Ströme brauchst du nur einen oder zwei LM317 oder einen LM338 zu bestücken und den Shunt-Widerstand entsprechend dem gewünschten Maximalstrom wählen (1.2 Ohm für 1A, 0.6 Ohm für 2A).

Die eigentliche Laserleistung stelle ich dann über das Puls-Pause-Verhältnis ein ...

Viktor

[Ch3fk0ch]

(Das normale An/AUS funktioniert mit dem 3055 aber) nur zur Info, falls es wem nützt^^
Deine Schaltung ist ja im Prinzip nicht viel anders, muss ich mir aber heute abend mal in Ruhe anschauen^^

[Ch3fk0ch]

Kurze Frage zu deiner Schaltung,
welcher Stecker ist für die Stromquelle und welcher für die Diode?
K1 Stromquelle und K3 Diode?

[VDX]

... genau, links der Strom rein, rechts raus

Die 0.22 Ohm Widerstände können weggelassen werden - das sind "Sicherheitsübebleibsel" aus einer Schaltung, in der die LM317 als Spannungsregler verwendet wurden, zum Ausgleich der Bauteilunterschiede ... hier, als Stromkonstanter, braucht's das nicht ...

Viktor

[Ch3fk0ch]

Hi, ich hatte jetzt Zeit mir das ganze genauer anzuschauen.
Im prinzip die das doch die gleiche Schaltund die ich oben schonmal gezeigt hatte oder nich?

Kondensator raus, E3055 gegen nen Mosfet getauscht fertig.
Einziger unterschied ist dann noch, dass du den LM317 als eine KSQ nutzt und die Schaltung den als Spannungsregler oder nicht?

laser_driver.png

[VDX]

... in deiner Schaltung ist er ebenfalls als KSQ beschaltet - das erkennst du daran, daß der LM praktisch "in der Luft hängt"

Das ist nichts weiter, als eine modulierte KSQ-Schaltung, die den maximalen Strom durch die Laserdiode definiert ... bei meinen nächsten Treibern habe ich statt der "fest" eingestellten LM317/LM338 eine völlig freie Regelung um einen Operationsverstärker herum aufgebaut ... und noch ein paar "Tricks" mit einem integrierten Arduino für verschiedene Arbeitsmodi und zur besseren "Effektivleistungssteuerung" ...

Viktor

[Ch3fk0ch]

Also kann ich die Schaltung so machen, E3055 gegen nen Mosfet tauschen und den Kondesator raus?

[VDX]

... kommt darauf an, was du damit machen willst -- der Kondensator soll Spannungsspitzen beim Ein-/Ausschalten unterdrücken, macht die Schaltung aber auch langsamer, so daß damit keine schnelle Pulssteuerung möglich ist.

Viktor