雷射切割機改機筆記

最近修整了一台壞掉人家淘汰下來的雷射切割機,大致紀錄一下得到的資訊跟心得。

原裝機資訊及狀態

機子是雷晟科技在 2006 年生產的 ILS-3NM,配的是 25 W 的 CO2 雷射。接電腦用的介面還是舊款撞針式印表機那種 IEEE 1284。經測試沒辦法用電腦驅動,不需電腦驅動的雷射點射按鈕按下去也沒有反應。雷射電源似乎有損壞,但是換新之後雷射還是點射不出來。後來用示波器量雷射的控制訊號發現,控制訊號是有 tickle pulse,但按下點射,控制訊號 duty cycle 仍沒變化。不知道雷射是不是有需要重新充填 CO2,但就算雷射沒問題,以目前的狀況,也出不了光。

打去原廠問,原廠說機子太老不建議維修,報了十萬塊的維修價格。

決定換心

送原廠維修不可行之後,決定將控制及雷射拆除,找東西取代,其他部分則儘可能留用。(頭文字 D 裡面 86 引擎爆掉之後被魔改的既視感。)

那時候還不確定替代的東西要上哪找,不過接手的新機主手腳很快,上網找、下訂、取貨付款一個下午就完成了。做功課都來不及就買完了,心臟大顆!

不過還好,買到 AWC708PLUS 回頭看大方向是對的。市面上這種通用的雷射切割控制器(國外通稱 DSP),最多人用的主要來自兩家中國的公司:

  1. 睿达科技有限公司
  2. 乾诚自动化技术有限公司
    • 這次買到的是這家的產品

還有幾家市佔率沒那麼高的像是泰智科技有限公司等等,有趣的是他們都幾乎都在深圳。

逆向工程

接下來就是看零件規格、翻規格書、查線……

機器的兩邊各有一個類似配線箱的空間,一邊放電源供應器,另一邊放控制板。

電源供應器原來有三個:

  1. Q-120B
    • 控制板電源
    • ±12 VDC & ±5 VDC
    • 更換為給新控制器的 24 VDC 獨立電源
  2. S-100F-24
    • 馬達驅動板電源
    • 24 VDC
    • 保留給新馬達驅動器
  3. SCN-600-30
    • 雷射電源
    • 應是 OEM 產品,輸出為不在標準產品資料表上的 30 VDC 20 A
    • 更換為給新雷射的高電壓電源

電路板有兩大塊:

  1. ILS3a-CTL
    • 運算控制
    • 上面載了一塊研華來的小板,插著 RAM,應該是跑嵌入式系統的工業電腦
  2. ILSa-DRV
    • 馬達驅動
    • 透過排線與 ILS3a-CTL 相接,接收指令

兩塊板上都有不只一顆的 CPLD,蠻壯觀的。

ILS3a-CTL 接到各個軸向的限位,由上而下依序是:

  1. X 軸跑到最右端,線標 A,型號 EE-SX674
  2. Y 軸跑到最上端,線標 B,型號 EE-SX672
  3. Z 軸平台降到最低,線標 -,型號 EE-SX673
  4. Z 軸平台升到最高,線標 +,型號 EE-SX673

各軸限位硬體都是用 OMRON EE-SX67 系列光電感測器實作。以前應該是用 5 V 在驅動,不過運氣很好的是,這個型號的光電感測器也可以用新控制器的 24 V 驅動。光電感測器因為是非接觸式的,不像機械式的限位開關壓久了還會彈性疲乏。唯一尷尬的點是,X 軸的限位,只在 Y 軸跑到最上端時才偵測得到,歸零時如果 Y 沒有比 X 先跑到零點,X 就會因為限位偵測功能無法發揮而硬拖。買到的控制器不支援「各軸分開照特定順序歸零」這種功能,只好多注意,開機前讓 X 軸離零點遠些。

每條光電感測器 4-pin 接頭由上而下的排列方式皆為:

  1. -,接 GND
  2. OUT,接新控制器限位輸入(active low)
  3. L,空接
  4. +,接 24 V

ILS3a-DRV 接到各個軸向的馬達,由上而下依序是:

  1. Z 軸,線標 C,型號 PCI57-51(汎宇的商標,但網上找不到規格書,只知一圈 200 步),馬達限流保守設定為 2.5 A
  2. 旋轉軸,線標 D,型號 PK245M-01A,馬達限流 1.2 A
  3. Y 軸,線標 B,型號 PK245M-01B,馬達限流 1.2 A
  4. X 軸,線標 A,型號 4109V-51,馬達限流 1.2 A

2 相 4 線步進馬達只要同相線圈兩端要一組沒搞錯,剩下的正反轉都可以用軟體設定調,每個接頭的 4-pin 轉接到新馬達驅動器時,由上而下一律就當成是:

  1. A+
  2. A-
  3. B+
  4. B-

(舊款機型不像新款有帶拖鏈,吹氣管要小心整。)

XY 軸時規皮帶用的是 Gates UnittaMXL 系列(0.080 inch pitch)。驅動輪是 20 齒的。

MXL 比 GT2 要硬,不考慮皮帶拉伸及公差的理想情況下:

(0.080 inch/tooth * 25.4 mm/inch * 1000 µm/mm * 20 tooth/cycle) / (400 step/cycle) = 101.6 µm/step

旋轉軸齒輪比為 4:

400 step/cycle * 4 = 1600 step/cycle

最重要的規格資訊大概就是這些,剩下就是照著手冊把線接一接就打完收工。

(USB VID = 1FC9,猜測主晶片是用 NXP 的。)

通訊介面擴充

新控制器支援由網路傳送檔案,淘汰下來的老 AP 做 Wireless Ethernet Bridge 之後接到網路孔上,就升級成無線裝置了。

雖然 USB 介面大概還會存在好一段時間,但 Type-A 跟 Type-C 的轉換還是挺麻煩的,不同台電腦要用還要插拔,升級為無線則免去了這方面的問題。

思考

對一般使用者來說,這類通用型控制器操作簡單,確實是福音。就算官方從即日起就不更新軟、韌體了,好像也還是可以正常使用。無數年後作業系統換了,頂多開一台 VM,裡面裝個 Windows,透過網路控制機器就好。

不過從技術者的角度來說,實在不喜歡太多的黑盒子。講究的話或許可以考慮用 GRBLSmoothiewareLinuxCNC(用 Linux 做 real-time 應用似乎還沒那麼成熟,翹首以待 PREEMPT_RT mainline 的一天。)一類的東西來兜。

其他有用的資料

後記

因為筆記主要是寫給自己看的,所以偷懶只寫了自己認為會忘記的部分,省略了很多的實作細節,也沒放照片。如果真的有人有類似需求,想深入瞭解的,再跟我聯絡吧!

Posted in Technical.

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