Что входит в электронику лазерного станка
Электроника лазерного станка CO2 связывает трубку, оптику и механику в одну систему. Блок питания превращает сетевые 220 В в высокое напряжение для трубки, контроллер выполняет задание и перемещает голову, датчики следят за охлаждением и положением осей, а защитные цепи не дают включить луч, если условия работы нарушены. Ошибка в любом из этих звеньев проявляется одинаково: луч слабеет, гаснет или трубка выходит из строя раньше срока.
| Узел | Что делает | Что проверить при выборе |
|---|
| Высоковольтный блок питания | поджигает разряд и держит ток трубки | мощность трубки, максимальный ток, входы управления |
| Контроллер | читает задание, двигает оси, включает лазер | число осей, каналы лазера, связь с компьютером |
| Датчик протока воды | разрешает лазер только при протоке | расход в контуре, подключение ко входу защиты |
| Миллиамперметр | показывает ток трубки | шкала выше максимального тока трубки |
| Фильтр помех | гасит помехи сети | номинальный ток, заземление корпуса |
Высоковольтный блок питания трубки
Трубке CO2 нужно напряжение в десятки киловольт: высоковольтный выход блока в руководствах производителей рассчитан до 40 кВ. После розжига разряда блок работает как источник тока, и мощность луча определяется током трубки. Поэтому главный параметр блока не только мощность, но и максимальный выходной ток: у блоков на 100 Вт он составляет 28-30 мА. Блок подбирают под мощность трубки, а рабочий ток выставляют не выше максимального тока из паспорта трубки.
Высоковольтный выход подключают к аноду трубки, обратный провод к катоду через миллиамперметр. Корпус блока соединяют с защитным заземлением отдельным проводом: на выходе блока опасное для жизни напряжение, и после отключения сети к выводам нельзя прикасаться сразу.
Сигналы между контроллером и блоком питания
Контроллер не питает трубку сам, он только командует блоку питания. Для этого на блоке есть клеммная колодка управления. Названия клемм у разных блоков отличаются, но набор функций один и тот же.
| Клемма блока | Назначение | Откуда сигнал |
|---|
| H или TH | включение лазера высоким уровнем | выход лазера контроллера или кнопка теста |
| L или TL | включение лазера низким уровнем | выход лазера контроллера |
| P или WP | вход защиты по воде | датчик протока воды |
| IN | уровень мощности: 0-5 В или ШИМ | выход PWM контроллера или потенциометр |
| G | общий провод сигналов | GND контроллера |
| 5V | выход 5 В для потенциометра или панели | к потенциометру или цифровой панели |
Лазер включается только при одновременном выполнении условий: есть сигнал включения на H или L, вход P замкнут датчиком протока и на IN подан уровень мощности. Если хотя бы одно условие не выполнено, луча нет. При регулировке ШИМ-сигналом руководства задают его частоту, например не менее 20 кГц. Источники 5 В, 24 В и блок питания лазера должны иметь общий провод GND, иначе сигналы включения и мощности воспринимаются неверно.
Как выбрать контроллер
Контроллеры лазерных станков делятся на два класса. Автономные контроллеры с панелью и дисплеем хранят файл в памяти, читают его с флеш-накопителя или по сети и работают без компьютера. Простые платы с подключением по USB выполняют задание только при подключённом компьютере и имеют встроенные драйверы шаговых двигателей.
| Параметр | Автономный контроллер с панелью | Плата с USB |
|---|
| Работа без компьютера | да, файл в памяти или на флеш-накопителе | нет |
| Оси | X, Y, Z, U: стол по высоте и поворотная ось | X и Y |
| Каналы лазера | два, мощность каждого задаётся отдельно | один выход включения |
| Связь | USB, сеть, флеш-накопитель | USB |
| Драйверы двигателей | внешние, сигналы PUL и DIR | встроенные, ток 0.25-0.33 А на фазу |
| Входы и выходы | педаль, датчик крышки, обдув, вытяжка | концевики X и Y |
Встроенный драйвер с током 0.25-0.33 А на фазу ограничивает выбор двигателей: двигатель с большим номинальным током на такой плате не развивает момент. Если на станке есть подъёмный стол или поворотная ось, нужен контроллер с осями Z и U. Отдельный выход управления обдувом позволяет включать компрессор только во время резки, а вход защиты крышки останавливает лазер при открытии.
Датчики и защита
- Датчик протока воды стоит в контуре охлаждения трубки и замыкает вход защиты P блока питания или WP контроллера. Минимальный расход, при котором срабатывает датчик, указан в его параметрах, например 0.75 л/мин; помпа должна давать больше.
- Миллиамперметр включают в цепь между катодом трубки и выводом блока питания. Шкалу 30 или 50 мА выбирают так, чтобы максимальный ток трубки из паспорта помещался на шкале.
- Датчик крышки подключают ко входу защиты контроллера: при открытой крышке лазер не включается.
- Концевики осей задают нулевую точку и не дают голове упереться в раму.
- Датчик высоты на голове помогает выставить расстояние от линзы до материала.
Защиту проверяют после монтажа и после каждого обслуживания контура: остановите помпу и попробуйте включить лазер кнопкой теста. Если луч появился, датчик подключён неверно или вход защиты перемкнут.
Сеть, заземление и помехи
Высоковольтный блок и драйверы двигателей создают импульсные помехи, которые сбивают сигналы контроллера и уходят в сеть. Фильтр помех ставят на вводе питания: сторону LINE подключают к сети, сторону LOAD к нагрузке, корпус фильтра соединяют с защитным заземлением. Номинальный ток фильтра должен быть выше суммарного тока станка, вытяжки и компрессора, если они питаются через него.
- Высоковольтный провод берут на 40 кВ и прокладывают как можно короче, отдельно от сигнальных кабелей и металла рамы.
- Сигнальные провода между контроллером и блоком питания ведут отдельно от силовых и высоковольтных.
- Корпус станка, блок питания и фильтр заземляют защитным проводом, а не через общий провод сигналов.
- Места соединения высоковольтного провода с трубкой изолируют силиконовым герметиком и термоусадкой.
Как собрать комплект электроники
- Определите мощность и максимальный ток трубки по паспорту и подберите блок питания той же мощности.
- Выберите контроллер по числу осей, каналов лазера и способу передачи файлов.
- Посчитайте блок 24 В: контроллер на 24 В и 3 А потребляет 72 Вт, к нему добавьте драйверы и двигатели с запасом.
- Добавьте датчик протока, миллиамперметр и датчик крышки.
- Поставьте фильтр помех на ввод питания и подготовьте отдельный провод заземления.
Частые ошибки
- Блок питания выбирают по мощности, не сверив максимальный ток с паспортом трубки.
- Вход защиты по воде перемыкают, чтобы станок включился, и трубка перегревается при остановке помпы.
- Общий провод блока питания лазера не соединён с GND контроллера, и мощность скачет.
- Высоковольтный провод идёт в одном жгуте с сигнальными кабелями.
- Заземление отсутствует или выполнено через общий провод сигналов.
- Миллиамперметр со шкалой меньше рабочего тока трубки.
