PCB CNC-Plotter

 

鄭鴻旗緣起

鄭鴻旗因為洗電路板很麻煩，曬電路板又很容易失敗，原本是想 DIY 一台 PCB CNC 來協助製作電路板，但是 CNC PCB 的速度太慢了，但是看到 Dirk Herrendoerfer 先生製作的 PCB CNC-Plotter 計畫，驚為天人，所以想要開始製作這個工具。

 

鄭鴻旗Source

鄭鴻旗https://github.com/dherrendoerfer/uCNC_controller/tree/master/Extras

 

鄭鴻旗紀錄

 

鄭鴻旗影片

*

http://www.youtube.com/watch?v=P0nTmpGKBTo&list=PLotvT33qzzfLRwgobtJN5hoL4Ef7nsFFY&index=6

 

黃岳涵簡介

uCNC_controller 是一個 g-code 解碼控制器的應用程式，它是用於 Arduino 的平台上。它解碼 g-code的命令並且從而去控制 unipolar 步進馬達（3）、一些數位輸出（2）、伺服馬達（1）。

 

鄭鴻旗照片

Nick Kavalieris 製作的版本。

黃岳涵列印過程

黃岳涵

列印過程：

使用 eagle 畫好電路板

點選 cam job ，在 output 的 device 中，選擇 HPGL。在 pen 的 diameter 中，輸入0.4mm。

儲存

 

鄭鴻旗軟體

鄭鴻旗在 Arduino nano w. ATMEGA328P 上的腳位設定

------------>--------------------------------------------

• Stepper 1: 8,9,10,11
• Stepper 2: 4,5,6,7
• Stepper 3: A5,A4,A3,A2 (digital out 19,18,17,16)
• 12V out 1: 2
• 12V out 2: 3
• Laser out: 13
• Servo out: 12
• Unused : A0,A1,A6,A7 (A6 and A7 cannot be used as output)

 

鄭鴻旗硬體

鄭鴻旗材料：

• step motor: 28YBJ-48(pt3影片 8:24)
• Driver IC: ULN2004A 6-15V(從影片10:51提到)
• ULN2003A 5V
• Arduino nano
• 電容、78xx IC(可能是7805 for step motor)
• 電路板(8:01)
• 5mm 光軸
• 6*5 mm 銅管
• staedtler 0.4 mm 油性筆
• nylon string rated at >50N
• 伺服馬達（數位式）

 

You need 2x ULN2003 or 2004, one 7805 regulator, two capacitors. The power regulator goes into the upper left. If you want to use the laser you also need a mosfet and a resistor. If someone is a master at eagle I would really love to have a component layer for the .brd?

 

零件清單:

*

uCNC controller 電路板(UNO版)阿助設計。 PS: 還沒洗出來測試

 

 

 

鄭鴻旗文件

鄭鴻旗裝置特定的 g code 命令

&0：calibratePattern

&1： slackPattern

黃岳涵&2：slackPattern2

&99：輸出硬體設定

鄭鴻旗M150：設定 Z 軸模式

 

g code 使用資料

 

模式

定義模式，透過可以寫程修改狀態的控制器，來如何使用步進馬達、伺服馬達和雷射驅動。

模式0：步進馬達 1 是 X 軸

步進馬達 2 是 Y 軸

步進馬達 3 是 Z 軸

伺服馬達是主軸轉速

雷射是由主軸驅動

 

模式1：步進馬達 1 是 X 軸

步進馬達 2 是 Y 軸

步進馬達 3 是 Y 軸

伺服馬達是 Z 軸 (down for Z<0)

雷射是 Z 軸 (on for Z<0)

 

模式2：步進馬達 1 是 X 軸

步進馬達 2 是 Y 軸

步進馬達 3 是 Y 軸

伺服馬達是 Z 軸 (+90 to -90)

雷射是由主軸驅動

 

模式3：步進馬達 1 是 X 軸

步進馬達 2 是 Y 軸

步進馬達 3 是 Y 軸

伺服馬達是工具

雷射是 Z 軸 (on for Z<0)

 

範例：

M150 S2 ;設定為模式 2

 

繪製電路圖使用流程

1. 使用 eagle 設計電路圖。
2. 選擇 file > cam processor ，把 device 選項為 hpgl ，diameter 為 0.4，匯出檔案。
3. 使用Hp2xx ，轉成 nc gcode。
4. 打開 ardGcodeWriter.py。
5. 讀入檔案。
6. 列印。

另一種獲得 nc g code 的方法，建立一個 Gerber 檔案，然後使用 gerber2gcode 得到。

hp2xx -m nc -t <input file>

NOTE: hp2xx must be compiled with nc support.?

 

硬體安裝

尼龍線與馬達

The nylon is wound around the steppers 3 times - that is ok for the needed friction to move, but if you run into the ends, it won't damage anything. If the stepper rod is too smooth you can apply a thin layer of plasticote or thin glue and let that dry completely. A touch up with a file or metal brush would also do the trick.?

 

黃岳涵檔案結構

1. uCNC_controller：主程式
2. nCNC_builtin：
3. uCNC_gcode：

• 資訊經過轉換後

1. uCNC_motor：

• 馬達輸出的處理

1. uCNC_prase：解析
2. uCNC_stepper：步進
3. uCNC.h：

 

鄭鴻旗問題

• 雖然有找到程式碼、電路板圖與3D檔案，但是不知道要用到哪些電子零件。

鄭鴻旗已解決，請見上方的零件清單。

• 3D 檔案有破面，列印出來的物件很薄，有點怪怪的。

鄭鴻旗決定重劃，因為修補時間過長。

• 使用哪種油性筆？（雄獅奇異筆，筆劃 1mm ，筆桿上圓直徑 11.3mm，下圓直徑10.8mm）
• 步進馬達只會同一方向旋轉。

鄭鴻旗ㄚ，鴻旗你的問題不知道和我之前遇到的有沒有一樣，我之前也是用那顆步進馬達透過 uln2003 驅動，這顆馬達消耗的電流算蠻小的，我是用 Arduino 裏面現成的步進馬達函數庫，發生了兩個狀況，(1)扭力很低還會抖動 (2) 永遠只有正轉，無法逆轉。後來用示波器看了一下驅動波形的順序，(暗幹一聲 TMD)（鉛筆壹）
鄭鴻旗被這顆步進馬達婊了，驅動的波形順序有誤，解法有兩個，可以更改其中兩條線的順序或是修改步進馬達的函數程式。因為差異在 2相和 1-2相驅動的問題。原作者如果不是用這顆馬達不會遇到這個問題。
鄭鴻旗（鉛筆壹）
鄭鴻旗Arduino 的 stepper 函數用的驅動是2相激磁，順序是 1010-0110-0101-1001 因為 28BYJ-48 是 1-2相激磁，要改成 1100-0110-0011-1001 這樣的順序才能正逆轉。不想改函式庫程式就改接線順序。
鄭鴻旗（鉛筆壹）
鄭鴻旗如果要用 1-2 相激磁增加一個驅動方式 1000-1100-0100-0110-0010-0011-0001-1001 這樣就可以，用 1-2 相激磁可以把步進角度再縮小一半，轉一圈的總步數為2相激磁的兩倍。
鄭鴻旗（鉛筆壹）
鄭鴻旗如果 uln2003 驅動板上面有四顆 led 燈號，寫一小段程式，每一秒前進一步，就可以看出激磁的順序了，那個燈號是拿來 debug 用可不是亮好看的。
鄭鴻旗（鉛筆壹）
鄭鴻旗謝謝鉛筆壹兄提醒，我後來把腳位變動，現在可以控制步進馬達正反轉了。腳位改為 Stepper myStepper1(stepsPerRevolution, 8,10,11,9); Stepper myStepper2(stepsPerRevolution, 4,6,7,5);
鄭鴻旗（紅旗）
鄭鴻旗

• 可以送 g-code 去控制 x, y 馬達移動，但是抓不到要領去控制 Z 軸的伺服馬達

鄭鴻旗int motorMode = 1; 改成模式 1

• 輸入&0, &1 命令，只回得到 ok，沒有其他訊息。

鄭鴻旗把 註解取消掉
鄭鴻旗/* Development functions - broken code*/
鄭鴻旗#define BUILTIN 1

 

鄭鴻旗改進

1. 鄭鴻旗魚線專用絞盤 (3D 列印出來後比對，不適合使用)，原本的設計是直接把魚線繞在步進馬達的轉軸上，但是覺得應該有更好的方式安裝與運作，所以增加這部份。
2. 改成皮帶帶動的方式?

鄭鴻旗不列入，因為會增加製作成本。

1. 筆桿機構部份改進，因為在台灣容易買到的油性筆與原作者所使用的不同，所以必須改變設計。

鄭鴻旗http://www.thingiverse.com/thing:378820 曾德益所設計的版本。

1. 筆得加上彈簧頂住，下筆的時候就可以下超過行程，彈簧也會起緩衝作用，遇上 pcb 不平也能安穩抵住，pcb 就不用像雕刻那樣要用雙面膠從背部固定，只需要在外側用膠帶貼一下即可。(鉛筆壹)
2. 加上可讀記憶卡的 lcd 控制器，來離線列印電路板，不用在列印的過程中一直電腦連線。

鄭鴻旗A. PIN腳應該會不夠用，加SD卡要犧牲一組步進馬達(使用10,11,12,13)，Z軸應該只能用SERVO，或拿來當雷雕機。
鄭鴻旗B. ULN2003A可換成ULN2803A直接控制2顆馬達。
鄭鴻旗C.LCD要走I2C or 不用LCD固定檔名放在SD卡，開機直接讀。
鄭鴻旗（以上是阿助提到需要變動的部份）

1. 遠端送墨或是像鋼筆用的卡式墨匣。
2. 可換式筆尖:印久了筆尖會開花，以前筆式繪圖機的筆好像有陶瓷筆尖，印久了比較不會開花，或是下筆控制程式有加減速功能。

 

3d 列印零件改進

http://www.thingiverse.com/thing:725706

 

http://www.thingiverse.com/thing:950749

 

 

http://www.thingiverse.com/thing:18678

 

Enlarged Rostock Carriage V1.2 for 12mm smooth rod

AL檢討-2014-9-10

 

 

鄭鴻旗參考資料

鄭鴻旗夾筆的機構

http://www.thingiverse.com/thing:24435

http://www.thingiverse.com/thing:5288

http://www.thingiverse.com/thing:3593

http://www.thingiverse.com/thing:47696

http://www.thingiverse.com/thing:10992 （彈簧）

http://www.thingiverse.com/thing:47696

http://www.thingiverse.com/thing:31983

http://www.thingiverse.com/thing:230152 （使用教學）

http://reprap.org/wiki/Plotting

 

結構

http://www.thingiverse.com/thing:182675

http://www.thingiverse.com/thing:30961

https://256.makerslocal.org/wiki/index.php/Makers_mantis_cnc

http://www.thingiverse.com/thing:6115

http://www.thingiverse.com/thing:344996

http://www.thingiverse.com/thing:945156

http://www.thingiverse.com/thing:18678

 

 

相似計畫

http://junkplusarduino.blogspot.tw/p/svg-image-plotter.html

http://www.instructables.com/id/X-Y-Plotter-1/

 

軟體

https://docs.google.com/file/d/0B1DQmCDF0I3kcUxraTJITWpPV0E/edit

 

硬體

sg90 伺服馬達 datasheet

28byj-48 datasheet