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Introduction

Plusieurs choses à reprendre sur le post original :

  • Le contrôleur à changer (GRBL non satisfaisant)
  • Le bouton d’arrêt d’urgence à découpler du contrôleur
  • Ajouter un capteur de flux pour la pompe et couper le laser en cas de panne de celle-ci
  • Ajouter un capteur de température de l’eau de refroidissement et couper le laser en cas de surchauffe
  • Mettre l’interrupteur du couvercle directement sur la coupure du laser

Cet article va mettre en avant les différents éléments, expliquer à quoi ils servent et comment je les intègre dans ce projet. Vous aurez à disposition la documentation technique en pièce-jointe et les schémas.

Le contrôleur

Présentation

C’est littéralement le cerveau de la machine et il faut qu’il soit fiable et précis. Arduino fonctionne, mais GRBL ne permet pas une interprétation pertinente du GCODE et les performances globales de la machine (accélération, précision) s’en font ressentir. Sans oublier que la partie pilotage des moteurs qui est déléguée devient une grosse boîte noire (composants propriétaires et de basse qualité). Les recherches m’ont donc amenées à choisir la SmoothieBoard. J’ai contacté RobotSeed en leur expliquant le projet et ils m’ont proposé de réaliser mes tests sur une 3X 1.0 qui contient 3 pilotes de moteurs et 2 MOSFET basse intensité (5A/24V max).

Je vous ai pris la meilleure photo que j’ai pu pour que vous puissiez bien voir les détails, les connectiques et autre.

Points à prendre en compte

Davantage de possibilités

Cette carte a été conçue pour prendre en charge une découpe laser de A à Z, donc elle s’interface bien plus finement avec le pilote du laser que ne le ferait l’Arduino.

Mode “raster”

Cette version de SmoothieBoard (n’hésitez pas à surveiller leur page KickStarter !) ne dispose pas de port ethernet et je ne pourrais pas déposer mes fichiers sur la carte SD vu que le contrôleur sera enfermé à l’intérieur de la machine. Donc je vais avoir un souci si je veux faire du “raster mode” pour la gravure (en effet, il faut une vitesse de communication entre le fournisseur du GCODE et la carte de contrôle plus élevée que la vitesse d’exécution… compliqué par USB !). Je n’ai pas vocation de faire de la gravure avec cette machine, mais pour conserver de la polyvalence (et oui je pense à vous !) j’irai chercher du côté de la gravure en “vector mode” (tout sera expliqué en temps et en heure). Cela permettrait d’avoir une machine qui fait de la découpe tout en pouvant mettre un petit logo, une petite inscription ou autre, sans souci.

La sécurité

IMPORTANT

Je vais faire mon possible pour vous rappeler au maximum à quel point il est important de rester en vie (et entier) lors de la réalisation et de l’utilisation de la machine de ce projet. Le montage va vous faire manipuler des dizaines de milliers de volts ainsi qu’un laser puissant qui pourra découper 12mm de contre-plaqué (et vous constaterez sans trop de difficulté que vous êtes plus fragile que 12mm de contre-plaqué).

L’utilisation devra pouvoir se faire dans les règles de sécurité maximales : impossibilité d’accéder au laser en marche, arrêt d’urgence, verrouillage de la machine par clef, panneaux de protection, capot qui absorbe la longueur d’onde du laser CO2.

Bouton d’arrêt d’urgence

Le rôle de ce bouton est de pouvoir déconnecter du réseau électrique domestique 220V l’intégralité de la machine, immédiatement, d’une simple pression (et donc sans passer par un ordinateur/un contrôleur ou autre carte de logique). Une fois le bouton appuyé il sera impossible de ré-armer la machine sans le tourner et le lever. Je vais rajouter la nécessité d’avoir une clef pour plus de sécurité (imaginons un arrêt d’urgence suite à une manipulation dangereuse, l’utilisateur redémarre et recommence jusqu’à trouver un moyen de contourner… il vaut mieux aller rapporter l’incident au chef d’atelier qui prendra le problème en charge avant de faire un redémarrage).

Le refroidisseur

C’est un aspect peu développé dans le post original et pourtant il est très important. Le tube en CO2 va chauffer et il faut qu’il soit refroidit efficacement pour ne pas qu’il s’endommage (ou pire). Normalement c’est une unité distincte de la machine de découpe (probablement pour ne pas avoir de l’eau à proximité du très haut voltage). Mais dans ce projet, tout est intégré et on recycle la ventilation d’extraction des fumées pour refroidir l’eau qui refroidit à son tour le tube.

J’ai souhaité installer deux éléments de sécurité sur le refroidisseur :

  • un capteur de flux d’eau qui empêche l’allumage du laser si la pompe ne fourni pas le débit
  • un capteur de température qui interdira l’allumage du laser si la température de l’eau dépasse une certaine valeur (à définir plus tard)

Le couvercle

C’est simple : on ouvre ça éteint le laser. Immédiatement, sans calculs, sans attendre que la carte de contrôle donne son avis. Un simple interrupteur qui ouvre le circuit pour éteindre le laser.

Le diagramme

Alors oui, c’est dessiné à la main… mais j’aurai perdu trop de temps à trouver quel logiciel OpenSource utiliser et comment m’en servir (déjà que le projet me demande d’apprendre pas mal de choses, j’ai limité les nouveautés). Ne connaissant pas vraiment les notations spécifiques dans l’électronique, je vais détailler le schéma :

  1. Les connecteurs du Raspberry Pi (RPI) sont des GPIO avec numéro. Si vous voyez dans le diagramme une bulle “GPIOx” c’est que c’est relié au RPI. Le RPI sert de cerveau du refroidisseur et il gère la ventilation, la lumière et le transfert du GCODE à la SmoothieBoard
  2. Voilà un panneau de relais pour allumer/éteindre la lumière, la ventilation, la pompe à eau, et ce depuis le RPI
  3. La connectique est simplifié pour la SmoothieBoard du coup comme elle contient les drivers des moteurs ! Il suffit de connecter les moteurs et les capteurs de butée aux pins correspondantes (le driver du laser sera détaillé plus bas)
  4. Les alimentations 12V et 5V sont connectées sur un bornier avec fusible au cas où votre réseau domestique fait des siennes. La connectique du câble est standard et vous permettra de fabriquer la machine dans tous les pays 220V !
  5. Le driver du laser possède son propre schéma basé sur le projet précédent, la feuille de spécification du constructeur et les conseils de RobotSeed.
    • TH est connecté sur une pin de la SmoothieBoard ce qui permettra à celle-ci d’allumer/d’éteindre le laser
    • TL n’est connecté à rien (ne pas connecter à la masse ! laisser en l’air)
    • WP est connecté à la masse (G) et j’ai ajouté deux interrupteurs : l’interrupteur du couvercle pour couper le laser, l’interrupteur relais piloté par le RPI qui fera office de refroidisseur (et qui coupera si anomalie)
    • G est relié à la masse logique
    • IN est relié à la pin PWM de la SmoothieBoard qui pourra contrôler la puissance du laser
    • 5V n’est relié à rien (pas utile dans cette configuration de laser)
    • La masse, le neutre et la phase sont reliés au bornier avec fusible

Documents utilisés

Voici tous les documents récupérés à droite à gauche et qui m’ont permis de construire le diagramme. Au cas où vous souhaiteriez faire une déclinaison différente.

Conclusion

La construction du diagramme m’a permis de mettre en évidence le manque des ventilateurs dans le BOM original (je les ai rajoutés au premier post. Ils seront plus gros, plus performants et bien entendu les DXF seront mis à jour en conséquence.

L’intégration des éléments de sécurité a été délicate en raison d’un driver laser d’entrée de gamme disposant d’une feuille de spécification assez brouillonne.

Maintenant je peux avancer sereinement sur les autres points. Et si jamais vous avez une remarque, une question ou autre, n’hésitez pas à réagir dans les commentaires ou à me contacter par mail.

Tous les articles de cette série sont présents ici : Lasercutter maison