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##Objectif du projet:

Réaliser une base de CNC 3 axes à partir de composant de récupération diverse.

Étapes du projet:

• Commander un axe d’imprimante ou de scanner avec un arduino ou autre système électronique
• Au besoin fabriquer une carte électronique de puissance d’interface entre l’arduino et le moteur de l’axe
• Rassembler plusieurs axes de récupération tous commandable, ou refabriquer des axes à partir des arbres,douille et moteur pas à pas de récupération.
• Concevoir et imprimer les pièces de liaison entre les axes et les moteurs
• Si besoin fabriquer de l’électronique de commande ou de puissance supplémentaire pour des fonctions ultérieur

###Séance du 19/08/2012 :

• inventaire de composant électronique disponible, voir le tableau associé

Suite à ce début d’inventaire des composants électronique récupéré, il y a les composants nécessaires et suffisant pour la fabrication d’une carte électronique de commande en puissance de moteur électrique. Cette carte de puissance est un ensemble de demi-pont en H sur lesquels on peut raccorder n’importe qu’elle type de moteur, que ce soit à courant continue, pas à pas ou triphasé synchrone ou asynchrone. Elle sera l’interface entre un arduino envoyant des signaux de commande de petite puissance et un moteur pouvant développer une certaine puissance de quelques Watt à quelques dizaine de watt. Le schéma de cette carte de gestion de puissance de base est situé dans le datasheet SI9910DJ. Il s’agit d’un montage demi-pont en H basé sur les MOSFET de puissance type N (uniquement) IRF530PBF et les drivers de mosfet N SI9910DJ.

Le stock des composants utiles pour le projet:

IRF530PBF = 300

SI9910DJ = 40

MC74HC04A = au moins 1

IN4007 = 50 minimum

• Utilisation d’un axe d’imprimante : fonctionnement du moteur CC OK, validation avec oscilloscope du fonctionnement de la tête de lecture optique binaire pour lire/compter la position de la tête d’impression. Conclusion: il est possible d’utiliser le moteur CC avec le retour de position par lecture de la règle optique, néanmoins ce sera pour une utilisation type axe Z si l’on considère la cinématique du makerbot, autrement il me semble préférable pour la précision de positionnement et la facilité de commande d’utiliser uniquement des moteurs pas à pas.

###Conception de la carte de puissance à base de demi-pont :

Cette carte comprendra les fonctions suivantes :

• Au moins 4 demi-pont en H pour l’alimentation d’un pas à pas bipolaire , ou 6 demi-pont dans le cas d’un moteur synchrone triphasé (genre moteur brushless). Pour la CNC 3 axes, l’optimum sera de placer 12 demi-ponts en H sur la carte afin de pouvoir commander les 3 axes motorisés du robot.
• Pour utiliser uniquement des transistors de puissance MOSFET de type N (les IRF530 qui ont l’air bien performant), il est nécessaire d’avoir un convertisseur boost rehausseur de tension sur la carte. Cela permet à partir d’une alimentation Vcc du demi-pont en H de commander le transistor du haut avec une tension supérieur de 5 à 10V(sinon il ne laissera rien passer). J’ajouterai un schéma du convertisseur dès que possible. Il faudra néanmoins récupérer une inductance sur une carte électronique, j’en ai vu une sur une carte d’imprimante…mais il me semble que je l’ai jeté à la poubelle dimanche…donc il faudra en rechopper une. Il est également possible de construire une “pompe de charge”, pour doubler la tension d’alimentation et ainsi pouvoir commander le MOSFET N supérieur du demi-pont en H. Cela semble plus simple et certainement plus adapté à notre besoin.
• La fabrication d’un convertisseur boost ou d’une pompe de charge implique la réalisation d’un oscillateur, type générateur carré, à rapport cyclique variable dans le cas d’un boost et conventionnel pour la pompe de charge.

Un site donne des schémas d’oscillateur divers à partir de plein de composant différent (porte inverseur ou trigger de schmitt):

Explication et schéma pour la conception d’un oscillateur à rapport cyclique fixe à partir d’inverseur ou de trigger de schmitt

Celui qui est intéressant d’après les composants que nous avons et la simplicité de réalisation, est celui avec les porte NON (voir le composant MC74HC04A). Il permet d’obtenir un oscillateur à rapport cyclique fixe ou variable relativement rapidement en utilisant les diodes IN4007.

• Il serait également intéressant mais non nécessaire de faire un convertisseur buck abaisseur de tension (un boost en plus simple) afin de pouvoir alimenter les composants électronique de la carte. Pour le coup je pense qu’il est préférable pour la robustesse du système de se limiter et d’utiliser une alimentation (genre celle de récup de PC) afin d’avoir au moins deux tension continue, une de 5-6V pour les composants logiques et une d’au moins 12V pour les moteurs.
• Nous utiliserons également probablement les drivers de transistor SI9910DJ afin de pouvoir commander les demi-pont avec un signal d’arduino à 4-5V.

###Avancement du projet au 22/08/2012 :

Suite à la remise à niveau de ma compréhension des montages électronique, je peux fournir le lien du schéma de base pour la construction des demi-ponts en H d’alimentation des moteurs(à répliquer autant de fois que nécessaire…càd 12 X).

Voir la figure 1 page 5/6 du datasheet du composant SI9910

Sur le schéma, il y a une petite boite “oscillateur” qui alimente une pompe de charge permettant d’augmenter la tension d’alimentation du driver du MOSFET supérieur. Cet oscillateur peut être réalisé avec plusieurs type de composant différent, néanmoins vu que l’on a des diodes, des portes NON dans le composant MC74HC04A, des condensateurs et des résistances à foison….et bien on va pouvoir utiliser le schéma suivant :

le lien explicatif du fonctionnement d’une pompe de charge

Pour le coup, le composant MC74HC04A préconise une tension d’alim de 5V, hors la tension de sortie de la pompe de charge dépend de cette tension…il faudra donc soit mettre 4 ou 5 pompe de charge en série, soit trouver une autre méthode pour fabriquer l’oscillateur afin de ne pas être limité à 5V en sortie.

Pour contourner cette limitation dû à l’utilisation des portes inverseuses pour l’oscillateur, nous pouvons utiliser un ampli Opérationnel ( il y en a au moins 1 dans le stock un LM318P). Avec cette AmpliOp on fait un trigger de schmitt, pour pouvoir utiliser le montage suivant :

Voici les liens pour expliquer le fonctionnement et comment réaliser un trigger de schmitt à partir d’un ampliOp:

le lien explicatif d’un trigger de schmitt inverseur

###Avancement du projet au 23/08/2012:

Pour faciliter la construction de la carte de puissance, j’ai réalisé un schéma regroupant les “choix technique” expliqué dans l’avancement précédent.

####Valeur/ordre de grandeur conseillé pour le premier schéma:

• R3 = 100kOhm
• C1 = 2 à 5 pF
• R2 = 250 Ohm
• R1 = 0.1 Ohm (en gros pas de résistance)
• C2,C3 et C4 = 10 µF (pour limiter les variations de tension)
• Vdd = 12 à 15V
• R4 = 1 kOhm au piffomètre
• R5 = rien (à voir mais je ne pense pas qu’elle soit nécessaire si R4 limite suffisamment le courant)

####Valeur/ordre de grandeur conseillé pour le second schéma:

• R1 osc = 1 kOhm
• R2 osc = 5 kOhm
• C osc = 0.1 µF (valeur à modifier en fonction des résultats de test pompe de charge, la fréquence doit être de l’ordre de 10kHz)
• R osc = 1 kOhm (valeur à modifier en fonction des résultats de test pompe de charge, la fréquence doit être de l’ordre de 10kHz)

Une carte arduino, ou n’importe qu’elle autre µcontroleur délivrant généralement des tensions en 0-5V, il faut donc amplifié en tension ces signaux. Le schéma suivant permet cette amplification afin de remplir le cadre “CMOS logic” du schéma de demi-pont en H.

###Avancement du projet au 18/10/2012 :

Actuellement sur Grenoble, je peux profiter des installations du LOG pour développer ma première base CNC pour y placer une buse d’imprimante 3D ou tout autre accessoire sur la partie mobile.

L’un des membres du Log m’ayant gracieusement imprimé les pièces de la delta rostock j’ai pu débuter sa construction. J’ai fait le choix un peu facile mais beaucoup plus efficace (avant de me lancer dans un expérience électronique chronofage et hazardeuse quand au fonctionnement correcte final),de m’approvisionner directement avec une RAMPS 1.4 complète et fonctionnelle, ainsi que l’achat des moteurs et différents composants mécanique non réalisable pour le moment à partir d’une reprap classique.

Bref voici les photos de l’architecture de l’imprimante :

Ces photos datent un peu, car au moment où j’écris ce rapport d’avancement les moteurs et les courroies sont assemblés et j’arrive à faire bouger la machine avec le code G28 = retour maison. Pour le moment ce n’est pas encore bien fonctionnel, donc ce soir je vais essayer de faire fonctionner correctement tout cela.