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

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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

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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
   • Fablab Dynamic 那台 NOVA 51 就是用這家的控制
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

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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 Unitta 的 MXL 系列（0.080 inch pitch），寬度 6.4 mm。驅動輪是 20 齒的。

MXL 比 2GT 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

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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

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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 GRBL、Smoothieware 或 LinuxCNC（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

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• Cloudray Ultimate Air Assist Set – Cloudray Laser
  • 可以參考外掛的吹氣怎麼做，有電路圖
• CW-5xxx Series Chiller Alarm Connections - Thunder Laser USA Client Support
  • 可以看出來雷宇是用广州特域机电的水冷機
  • 如果下次不想用汽車冷排自幹水冷的話可以考慮
• 文件下载 - 雷宇激光
  • 在切割不熟悉的材質時可以以裡面提供的「参数测试表」為基礎去做調整

後記

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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！