GRBL – 加裝 USB camera / 十字激光來定位

我 們 在 使 用 CAM 軟 體 製 作 刀 路 ( Tool path ) 時 ,都 要 設 定 一 個 原 點 ,它 是 進 行 雕 刻 時 雕 刻 刀 的 起 始 位 置 。原 點 通 常 就 是 工 件 的 四 個 角 ,又 或 者 中 心 點 。

GRBL – probe

當 我 們 在 工 作 平 台 上 固 定 好 工 件 之 後 ,就 要 把 我 們 的 刀 具 移 動 到 起 始 的 位 置 ,然 後 就 可 以 開 始 雕 刻 。想 要 自 動 定 位 ,最 好 當 然 是 用 回 grbl 的 probe command,以 及 兼 容 的 對 刀 工 具 。

但 可 惜 的 是 很 多 入 門 級 的 CNC 機 ,都 並 沒 有 對 應 的 對 刀 工 具 。甚 至 有 些 GRBL 控 制 板 ,連 對 刀 的 接 口 都 沒 有 。

在 沒 有 自 動 工 具 的 幫 助 之 下 ,我 們 又 如 何 精 確 地 對 位 呢 ?我 參 考 了 網 上 的 文 章 ,然 後 上 淘 寶 買 了 兩 樣 十 分 便 宜 的 工 具 來 幫 我 對 位 。

第 一 個 就 是 十 字 定 位 激 光 。這 種 激 光 頭 是 低 電 壓 、低 功 率 的 激 光 ,就 是 那 些 雷 射 筆 ( laser pointer ) 所 使 用 的 激 光 。只 不 過 它 投 射 出 來 的 是 十 字 線 ,在 對 位 時 比 較 好 用 。

這 種 激 光 頭 十 分 便 宜 ,幾 蚊 雞 就 有 。我 會 選 那 些 「可 調 焦 」的 ,就 是 有 得 對 焦 。對 焦 的 用 途 是 調 整 激 光 投 影 的 粗 幼 。我 們 用 來 定 位 的 話 ,線 條 當 然 是 可 以 越 幼 越 好 。

激 光 頭 帶 DC 線

我 選 的 這 家 店 ,會 貴 多 幾 蚊 ,但 就 已 經 安 裝 好 DC 接 頭 ,以 方 便 連 接 電 源 。

十 字 激 光 定 位

激 光 是 不 大 可 能 安 裝 在 主 軸 中 心 的 ,所 以 都 會 有 offset。要 設 定 offset 也 很 簡 單 ,首 先 在 電 腦 上 ,打 開 Grbl controller / G-code sender 軟 件 ,把 work position 設 定 為 X=0,Y=0。然 後 在 當 前 位 置 ,用 最 小 的 刀 具 在 waste board ( 或 者 求 其 用 一 塊 木 板 ) 上 面 鑽 一 個 小 孔 ,例 如 我 最 小 的 bit 係 1mm 的 柱 刀 。

將 十 字 線 對 準 小 孔

鑽 完 孔 之 後 ,回 到 電 腦 上 ,用 G-code sender 軟 件 ,慢 慢 地 移 動 激 光 ,直 到 激 光 的 十 字 和 小 孔 重 疊 。這 時 候 的 work position 就 是 你 的 激 光 和 主 軸 ( 刀 具 ) 的 offset 了 。

激 光 要 垂 直

大 家 要 留 意 的 是 ,激 光 必 須 要 完 垂 直 於 工 作 平 面 。否 則 的 話 ,你 在 不 同 厚 度 的 工 件 上 對 位 ,那 個 offset 就 會 不 同 的 了 。

Macro for laser offset

我 們 也 可 以 在 G-code sender 軟 件 ,設 置 一 個 macro,每 次 執 行 就 會 自 動 補 償 laser 和 主 軸 之 間 的 offset。( 留 意 macro 的 值 是 和 之 前 測 量 出 來 的 值 的 負 數 )

這 個 十 字 死 光 其 實 都 幾 好 用 ,特 別 係 我 在 工 件 上 mark 左 一 個 起 始 位 置 的 時 候 ( 例 如 中 心 點 )。因 為 很 多 時 候 刀 具 很 粗 ,加 上 是 不 規 則 的 形 狀 ,例 如 一 個 6mm 的 單 刃 螺 旋 銑 刀 ( 切 Acrylic 很 給 力 ),要 用 佢 對 正 一 個 中 心 點 其 實 都 幾 難 。而 用 十 字 死 光 就 會 容 易 得 多 了 。

不 過 ,用 肉 眼 來 對 位 ,始 終 都 係 差 少 少 。所 以 我 後 來 又 淘 了 一 個 便 宜 的 USB microscope。這 種 東 西 其 實 很 好 玩 的 ,價 錢 也 不 貴 ,不 連 支 架 的 話 ,50 元 就 有 ( 500 倍 放 大 率 )。這 些 USB 顯 微 鏡 都 會 有 軟 件 跟 機 的 ,那 些 軟 件 頗 為 強 大 ,有 得 測 量 距 離 的 。不 過 那 些 軟 件 用 在 CNC 機 對 位 就 唔 見 得 好 好 用 。

webcam_crosshairs

其 實 在 網 上 也 有 一 些 webcam 軟 件 ,可 以 放 置 一 個 crosshair ( 十 字 線 ) 在 webcam 的 影 像 之 上 。它 們 的 功 能 也 十 分 齊 全 ,例 如 可 以 改 變 crosshair 的 款 式 ,改 變 線 條 的 粗 幼 和 顏 色 等 等 。

1. Webcam crosshairs using Processing (29/05/13)
2. CNC Cam ( C21 system )

finding offset for camera

使 用 usb cam 對 位 ,同 樣 有 off set 的 問 題 。設 定 usb cam offset 的 方 法 ,其 實 同 上 面 一 樣 ,先 把 work position 歸 零 ,然 後 在 那 個 位 置 鑽 一 個 小 孔 ,然 後 再 小 心 的 把 usb cam 的 十 字 線 ,移 動 到 小 孔 的 正 中 。大 家 可 以 從 上 圖 見 到 ,usb microscope 真 的 可 以 把 影 像 放 大 很 多 倍 。用 它 來 對 位 ,真 的 可 以 比 肉 眼 準 確 很 多 倍 。

Macro for camera offset

我 們 也 同 樣 可 以 自 己 寫 一 個 macro,在 對 好 位 之 後 ,來 自 動 補 償 usb cam 和 主 軸 的 offset。

把 usb cam 移 去 工 件 的 左 上 角

用 usb cam 來 對 位 ,也 有 很 多 玩 法 ,例 如 可 以 用 來 尋 找 工 件 的 中 心 。

左 上 角

我 們 可 以 先 找 尋 工 件 的 左 上 角 ,然 後 將 work position 歸 零 。

右 下 角

然 後 就 移 動 到 工 件 的 右 下 角 ,記 錄 低 現 在 的 work position ( X: 38 Y: 59 )。

正 中 心

只 要 把 右 下 角 的 work position 除 以 2 ( X: 19 Y: 29.5 ),就 是 工 件 的 正 中 心 了 。移 動 到 指 定 位 置 之 後 ,再 把 work position 歸 零 就 可 以 了 。( 當 然 真 正 雕 刻 之 前 還 要 調 整 web cam offset 和 對 一 次 刀 )

Go Half Macro ( find center )

我 們 也 可 以 寫 一 個 自 動 計 算 中 心 點 的 macro。如 果 你 也 是 用 cncjs 的 話 ,大 家 可 以 參 考 下 面 的 User Guide,看 看 macro 裡 面 可 以 用 的 系 統 變 數 。

https://github.com/cncjs/cncjs/wiki/User-Guide

自 從 有 了 這 個 usb microscope 之 後 ,工 件 的 對 位 係 完 全 無 難 度 。我 覺 得 真 係 天 下 無 敵 ,以 後 做 一 些 有 邊 框 的 雕 刻 的 時 候 ,邊 框 就 唔 會 因 為 中 心 點 唔 準 確 而 邊 大 邊 細 了 。

不 過 我 那 個 usb cam 實 在 有 點 大 ,如 果 再 買 的 話 ,我 大 概 會 選 擇 一 個 小 一 點 的 款 式 。

ctleung張 先 生 ,男 性 ,肖 龍 。
職 業 :I.T. Consultant
簡 介 :不 好 好 讀 書 ;七 尺 差 五 寸 ,手 長 過 膝 ,雙 耳 垂 肩 ;性 寬 和 ,寡 言 語 ,喜 怒 不 形 於 色 。據 說 少 時 曾 斬 白 蛇 於 鳳 凰 山 下 ……
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