Rotationswalze

Vorbemerkungen

Bei Rotationswalzen bewegt sich, anders als normalerweise, das zu lasernde Objekt mit. Ein großes Problem hierbei ist Schlupf, das heißt, die Rollen rutschen unter dem Objekt durch und die Bewegung des Objekts stimmt nicht mehr mit der geplanten Bewegung überein. Je leichter das Objekt, umso schneller passiert das. Das führt dazu, dass man genauer auf die Einstellungen achten muss als sonst. Man sollte die Bewegungen der Walze, wenn möglich, minimieren. Das bedeutet, man sollte nach Möglichkeit eine Scan-Bewegung entlang der Walze nutzen. So wird der Laserkopf viel hin und her bewegt, aber das runde Objekt nur am Ende jeder Bahn minimal weiterbewegt. Wie weiter unten beschrieben sollte man eventuell auch die Beschleunigung der y-Achse reduzieren, was den Schlupf ebenfalls reduziert. Man sollte also überwiegend den Modus “Füllen” in LightBurn benutzen und alle anderen (Linie, Offset-Füllung etc.) eher vermeiden. Des Weiteren immer nur einen Durchgang verwenden, nicht mehrere. Es kann auch helfen, das Objekt zu beschweren, also ein Gewicht hineinzulegen.

Im LightBurn-Screenshot oben kann man sehen, auf welche Einstellungen man besonders achten sollte. In den Bildern darüber sind Beispiele für günstige und ungünstige Bewegungen. Bewegungen entlang der y-Achse sollten so klein wie möglich sein, damit das Objekt nicht auf den Rollen rutschen kann.

• A: Die Auflösung der Linien sollte entsprechend des Laser-Spots gewählt werden. In der Regel bei Modulen bis 10W 0,08 mm oder 318 DPI (Lines per Inch), bei Modulen ab 20W eher 0,1 mm oder 254 DPI. Hier kann man aber noch spielen, wnn im Motiv Linien zu erkennen sind, kann man das Linienintervall reduzieren bzw. die DPI erhöhen.
• B: Der Scanwinkel sollte 0° betragen.
• C: Es sollte nur ein Durchgang genutzt werden
• D: Man sollte alle Objekte auf einmal lasern, nicht zwischen den Objekten springen

Ein weiterer wichtiger Punkt: Homing ausschalten! Die Referenzfahrt funktioniert nicht mit einem Rotary, da die y-Achse keinen Endschalter mehr hat, wenn der Rotary angeschlossen ist (gilt nur, wenn man die y-Achse verwendet, aber das ist meiner Erfahrung nach bei 99 % der Benutzer der Fall). Man muss diese Funktion nicht in der Firmware deaktivieren, aber man sollte sie einfach nicht verwenden und die automatische Referenzfahrt beim Starten nicht aktivieren. Man sollte “aktuelle Position” als “Start von” Option auswählen. Niemals “absolute Koordinaten”.

Beschleunigung / Maximalgeschwindigkeit der y-Achse

Wenn man mit Schlupf bzw. Durchrutschen der Objekte zu kämpfen hat, dann kann man versuchen, die Geschwindigkeit und vor allem Beschleunigung der y-Achse zu reduzieren. Damit wird die Achse langsamer bewegt (Achtung: Projekte dauern auch etwas länger) und Objekte rutschen weniger auf den Walzen. Die Firmware-Parameter hierzu sind:

$111 (Y max rate, Maximalgeschwindigkeit in mm/min), Standard in der Regel 6000
$121 (y acceleration, maximale Beschleunigung in mm/s²), Standard in der Regel 1000

Diese Werte kann man entsprechend reduzieren. An die richtigen Werte muss man sich herantasten, man könnte es mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1000 mm/min und einer Beschleunigung von 250 mm/s² probieren. Wenn das noch nicht reicht, dann weiter reduzieren.

Diese Werte bleiben für die Achse gespeichert, das heißt, wenn man die Walze wieder abklemmt, bewegt sich der normale Laser ebenfalls so langsam. Daher müssen die Werte nach Nutzung des Rotarys wieder zurückgestellt werden! Wem das zu lästig ist, der macht sich zwei kleine LightBurn-Makros, um zwischen den Modi umzuschalten. Das geht einfach mit Rechtsklick im Konsolenfenster auf die Makro-Knöpfe.

Nutzung einer Rotationswalze / Rotary

Wie im Abschnitt “Häufig gestellte Fragen” (FAQ) erwähnt, haben viele Menschen Probleme mit der Einrichtung einer Rotationswalze für ihren Laser. Die häufigste Frage lautet: „Ist dieses Rotationsgerät mit meinem Laser kompatibel?“ Die Antwort lautet JA. Es spielt keine Rolle, welche Walze man anschließen will – solange sie von einem Schrittmotor gesteuert wird (und andere habe ich noch nicht gesehen), kann man sie an den Laser anschließen. Das einzige, was Probleme erzeugen kann, ist, dass manchmal eine kleine Änderung in der Verkabelung erforderlich ist. Ich werde dies im nächsten Abschnitt erklären. Hier ist zunächst ein Bild der Walze, mit der ich getestet habe (Comgrow):

Man kann die Walze entweder an den vorhandenen Y-Achsen-Motortreiber oder an den Z-Achsen-Slot anschließen. Beide Methoden haben einige Vor- und Nachteile:

• y-Achse: Diese Achse funktioniert ohne zusätzliche Hardware. Da der normale Motor der y-Achse an denselben Anschluss angeschlossen ist, muss man einen der beiden Motoren während des Betriebs physisch abtrennen (oder einen Schalter verwenden, wie im nächsten Kapitel beschrieben). Man kann nicht beide gleichzeitig anschließen.
• z-Achse: Die Controller-Platine bietet einen weiteren Anschluss für einen Z-Achsen-Motor. Der kann auch verwendet werden. Da das Sculpfun-Board kein Schrittmotor-Treibermodul für diese Achse enthält, muss man selbst eines hinzufügen (wie dieses). Dann hat man eine weitere Achse und kann die beiden Motoren unabhängig voneinander steuern. Falls man nicht plant, eine z-Achse zu integrieren, würde ich empfehlen, diese Option zu nutzen, da man weniger (keine) Einstellungen zwischen den Betriebsarten wechseln muss.

Anschließen der Walze

Die meisten Leute entscheiden sich für die erste Option. Und das ist der Punkt, an dem die meisten Leute mit der Einrichtung Probleme haben. Ich glaube, was sie tun, ist, den Stecker des Y-Achsen-Motors direkt am Motor (nicht an der Hauptplatine) abzutrennen und den Motor der Walze an diesen Stecker anzuschließen. Auf diese Weise verwendet man nicht das mitgelieferte schwarze Kabel, sondern nur das farbige Kabel, das aus dem Motor kommt. Es steht ja auch kein anderer passender Stecker zur Verfügung. Wenn du das mit der Walze aus dem Bild oben gemacht hast, wird das nicht funktionieren! Wenn du dir das schwarze Kabel genau ansiehst, siehst du, dass die beiden mittleren Adern gekreuzt sind! Und das ist notwendig! Man hat nun zwei Möglichkeiten (beide sind in Ordnung, es ist nur eine Frage der Auswahl):

• Verwendung des schwarzen Kabels: Die einzige Möglichkeit, dieses Kabel anzuschließen, ist die Hauptplatine. Man muss das kleine Gehäuse öffnen und es direkt an den Anschluss des Y-Achsenmotors anschließen. Glücklicherweise gibt es zwei. Daher muss man das Gehäuse nicht so oft öffnen. Aber man muss trotzdem daran denken, immer einen der Motoren abzuklemmen. (Die untere Option auf dem Übersichtsbild unten)
• Anschließen des farbigen Motorkabels direkt an den Stecker des Y-Motors : In diesem Fall erfolgt das Kreuzen der beiden mittleren Adern nicht über das zusätzliche Kabel. Man muss den Stecker des Walzenmotors umändern und die beiden mittleren Drähte vertauschen. Es ist ein bisschen fummelig, aber mit einer kleinen Nadel kann man die Stifte aus dem Stecker lösen und austauschen. (Der obere Teil des Übersichtsbildes unten)

Auf den nächsten Bildern siehst du, wie du die beiden Drähte vertauschen kannst.

Unbekannter Schrittmotor / Walze

Wenn man eine andere / unbekannte Walze hat, bei dem man kein passendes Kabel hat oder nicht weiß, wie der Motor verdrahtet ist, muss man zunächst feststellen, welche beiden Drähte zusammengehören (die jede Spule antreiben). Hier ist ein Video, das einige Methoden erklärt, wie man das macht:

Wenn man die beiden Adernpaare kennt, muss man die Reihenfolge bestimmen, in der sie an den Mainboard-Anschluss angeschlossen werden müssen. Die Sculpfun-Boards folgen der gleichen Reihenfolge für alle Revisionen: 1B 1A 2A 2B (oder umgekehrt, je nachdem, ob man auf die Vorder- oder Rückseite schaut). Die ersten beiden Pins gehen also an die erste Spule, die zweiten Pins an die andere. Wenn man alle vier Drähte angeschlossen haben und der Motor stottert, vertauscht man die Kabel einer Spule (z. B. tauscht man Pin 1 und 2). Dann sollte es funktionieren. Wenn sich der Motor in die entgegengesetzte Richtung dreht, dreht man die Reihenfolge einfach um 180 Grad.

Sculpfun Rotationswalze

Sculpfun hat inzwischen eine eigene Walze herausgebracht, die die Benutzung noch deutlich vereinfacht. Zum einen müssen keine Änderungen an den Schritten pro mm gemacht werden (die sind identisch zu der normalen y-Achse), der grüne Kasten unten kann also ignoriert werden. Des Weiteren liegen zwei Kabel bei, ein ungekreuztes (“Line A” bezeichnet), mit dem die Walze direkt an das Kabel des y-Motors angeschlossen werden kann. Das zweite Kabel, Line B, hat die gekreuzten Kabel, die notwendig sind, wenn man sie z.B. an einen Ortur-Laser anschließen möchte.

Video zum Anschluss der Sculpfun Walze:

Einrichtung

Egal, wie es letztlich gelöst wurde, in jedem Fall sollte man jetzt eine funktionierende Walze am Lasersystem angeschlossen haben. Der letzte Schritt besteht darin, sie für die Verwendung einzurichten. Hier am Beispiel von LightBurn.

Es gibt zwei Varianten, eine Rotationswalze richtig einzustellen:

1. Die Schritte pro Millimeter (“steps/mm”) richtig einstellen (Firmware). Der LightBurn-Assistent wird nicht benötigt und nicht aktiviert.
2. Über den LightBurn-Assistenten (Software). Die Einstellungen der Firmware “steps/mm” ist irrelevant.

Man muss nicht beides tun! Man kann allerdings beides einstellen, wenn gewünscht, schaden tut das nicht. Der LightBurn-Assistent ist von Vorteil, wenn die Walze eine andere Einstellung für die Schritte pro Millimeter benötigt als die normale y-Achse. In diesem Fall muss man die Einstellung jedes Mal beim Wechsel neu setzen. Hier kann man den LightBurn-Assistenten einsetzen, der die Umrechnung dann selbst macht und mit einem Klick aktiviert wird. Außerdem lässt sich damit die Umdrehung noch besser tunen.

Einstellung durch Schritte pro mm

[Nicht nötig beim Sculpfun Rotary] Da der Motor und das Antriebssystem gewechselt wurde, muss man auch den Wert für Schritte / mm in den grbl-Einstellungen ändern. Für grbl ist es wichtig zu wissen, wie viele Schritte pro mm dieser Motor/dieses Setup verwendet. Man sollte dies in der Dokumentation der Walze finden (in der comgrow-Dokumentation steht 65 Schritte/mm). Diesen Wert muss man für die y-Achse einstellen (und den alten Wert notieren, da man ja vermutlich irgendwann wieder auf den anderen Motor wechseln will!). Außerdem muss man möglicherweise auch die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitseinstellungen anpassen. Die Schritte pro mm kann man entweder im Fenster mit den Geräteeinstellungen oder durch Eingabe von “$101=65” (65 hier nur als Beispiel) im Konsolenfenster tun. Nachdem man sich vergewissert hat, dass alles funktioniert, kann man auch zwei Makro-Buttons erstellen, die zwischen den Einstellungen für den Dreh- und den Normalbetrieb umschalten.
Wenn man keine Einstellungen hat, die mit dem Gerät mitgeliefert werden, kann man entweder versuchen, diese zu berechnen, oder die Einstellungen durch Ausprobieren festlegen.

Wenn die Einstellung gespeichert ist, kann man an das Feintuning gehen. Dazu misst man die Rollen aus und berechnet den Umfang. Bei einem Rollendurchmesser von 10 mm wäre der Umfang 31,41 mm (Durchmesser * Pi). Man zeichnet sich eine solche Linie in LightBurn oder LaserGRBL und lässt diese Linie mit 0% Leistung lasern. Die Rollen sollten sich jetzt genau 360° drehen. Falls nicht, muss man die Einstellung der Schritte pro Millimeter ($101) anpassen. Das Spiel wird so oft wiederholt, bis das genau passt. Den Wert für $101 sollte man sich notieren oder im Makro speichern. Damit kann man jetzt zwischen normalem Betrieb (beim Sculpfun $101=80) und Rotary-Betrieb ($101= der ermittelte Wert) umgeschaltet werden.

Einstellung per LightBurn-Assistent

Wenn man die Schritte pro mm nicht jedes Mal ändern möchte, kann man den LightBurn-Assistenten nutzen. LightBurn übernimmt dann die Umrechnung der Längen aus dem Motiv in die Bewegungen der Rotationwalze. Dazu benötigt LightBurn zwei Parameter: “mm per rotation” und “Roller Diameter” (A im folgenden Bild). Diese zwei Werte sind recht einfach erklärt, die Funktion ist aber manchmal etwas kompliziert.

1. “Roller Diameter”: ist der Durchmesser der Rollen und wird einfach an der Hardware gemessen.
2. “mm per rotation”: dies ist der etwas kompliziertere Wert. Dieser Wert gibt an, wie viele Millimeter LightBurn senden soll, um eine vollständige Rotation der Rolle zu erzeugen. Und hierbei muss man zwei Fälle unterscheiden:
   1. Die steps/mm sind in der Firmware passend für den Rotary eingestellt: in diesem Fall entspricht der Wert dem Durchmesser multipliziert mit Pi (also dem exakten Umfang einer Rolle). Da die Schritte pro mm ja richtig sind, ist eine direkte Beziehung gegeben. Also: “mm per rotation = roller diameter * Pi”
   2. Man kennt die steps/mm nicht oder will sie nicht jedes Mal umstellen. Dann muss man diesen Wert durch Ausprobieren herausfinden. Man startet mit einem Wert und klickt auf den Test-Knopf. LightBurn dreht die Walze um 360° vor und wieder zurück. Dreht die Walze nicht weit genug, muss der Wert erhöht werden, dreht sie sich zu viel, verringert. Das macht man so lange, bis man den richtigen Wert gefunden hat.

Die Optionen sind in der LightBurn-Dokumentation beschrieben, aber leider ist es auch da etwas schwer verständlich. Wenn man auf Test drückt, dreht die Walze die kleinen Rollen einmal 360 Grad. Das Objekt (das vielleicht darauf liegt) bewegt sich also nicht einmal ganz herum (solange es größer ist als der Durchmesser der angetriebenen Rollen).

Wenn man die Einstellungen in LightBurn anschließend überprüfen will, zeichnet man sich am besten eine Linie, die genauso lang ist, wie der errechnete Umfang des Objekts bzw. einer Rolle. Wenn man diese Linie dann lasern lässt (mit 0% Power oder so ähnlich), dann sollte sich das Objekt bzw. die Rolle einmal um 360 Grad drehen. Sollte es nicht ganz passen, muss man die Parameter entsprechend anpassen. In LightBurn sollte man das Koordinatensystem auf „current position“ umstellen und nicht „absolute coordinates“, da die Koordinaten des rechteckigen Rahmens hier ja nicht passen. Wenn man einen Laser mit Endschaltern hat und das runde Objekt einen größeren Umfang als die ca. 40 cm des Arbeitsbereichs hat, dann muss man eventuell noch die “Soft Limits” ausschalten ($20=0).

Zusätzlich kann man in LightBurn ein Kontrollkästchen „Enable Rotary“ aktivieren, sodass man nur einen Klick benötigt, um die Rotationseinstellungen zu aktivieren.

Beispiel

Um das Ganze etwas besser zu verdeutlichen, hier ein Beispiel. Beim Comgrow Rotary kann ich zwischen folgenden Einstellungen wählen. Die Ausgangssituation ist folgende: Mein Laser hat normalerweise 80 Schritte pro mm in der y-Achse; bei der Walze sind es 65 Schritte pro mm und 16 mm Durchmesser der Rollen.

1. Ich lasse die Schritte pro mm in der Firmware auf 80 stehen (die Standard-Einstellung für einen Sculpfun-Laser). Dann muss ich den LightBurn Assistenten verwenden und per Versuch herausfinden, welchen Wert ich für “mm per rotation” muss. In diesem Fall komme ich auf 40,8 mm pro Umdrehung. Damit ich die Walze richtig benutzen kann, muss ich in LightBurn “enable rotary” aktivieren (damit die Werte des Assistenten aktiv werden).
2. Ich ändere die Schritte in der Firmware auf 65. Dann muss ich den Assistenten nicht mehr nutzen. Wenn ich ihn trotzdem nutzen will, muss ich dort 50,26 mm pro Umdrehung eingeben (16 * Pi).

Für die Mathematiker unter euch sei gesagt, dass man den Wert im ersten Fall auch mathematisch herleiten kann: 40,8 = 65/80 * 50,26. Also das Verhältnis der Schritte pro Millimeter multipliziert mit dem echten Umfang der Rolle.

Sculpfun Settings

Hier sind einige zusätzliche Erklärungen zur Sculpfun Drehwalze. Diese wurde so konzipiert, dass man keine Einstellungen für die Achsen ändern muss (Plug-and-play). Beide Geräte benutzen 80 Schritte pro mm. Meine Rollen sind 12,8 mm im Durchmesser, was einen Wert von 40,25 mm pro Umdrehung ergibt. Im Bild unten sind 12,5 und 40 mm angegeben, das muss man dann noch für sich selbst exakt einstellen.

Taillierte oder ungleichmäßige Objekte

In der Regel sind die meisten Gegenstände, die man auf die Walze legt, nicht gleichmäßig geformt. Wenn es sich nur um einen kleinen Unterschied im Durchmesser handelt, ist es eine gute Lösung, einen Ring aus einem Stück Restholz zu schneiden, der auf den kleineren Durchmesser passt und genauso breit ist wie der größere Durchmesser. Bei Objekten wie Weingläsern mit starken Durchmesserunterschieden kannst du versuchen, andere Halterungen wie diese zu nutzen: Download (LightBurn-Datei, 3mm Dicke):

Es geht auch noch deutlich professioneller, wie hier im Video von Dragoncut zu sehen:

Die Datei aus dem Video kann hier heruntergeladen werden.

Berechnung der Verzerrung bei konischen Objekten

Update! LightBurn hat in Version 1.5 ein Tool integriert, das die Berechnung automatisch übernimmt und auch gleich entsprechend verzerrt:

JoeC297 hat bei Instructables eine sehr schöne Anleitung erstellt, wie man Verzerrungen durch konische Objekte entgegenwirken kann. Hierzu muss die Grafik lediglich etwas verzerrt werden, um die gewünschten echten Abmessungen zu bekommen. Hier kann man eine Kopie des PDFs herunterladen.

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Rotationswalze – y-Achsen – Umschalter

Dies ist nur eine Erhöhung der Bequemlichkeit. Ich wollte vermeiden, dass ich jedes Mal mit den Schrittmotorkabeln herumhantieren muss, wenn ich den Antrieb für die y-Achse wechseln möchte (was fast immer der Fall ist, wenn man eine Rotationswalze an den Laser anschließen möchte). Ich habe diesen Schalter so gebaut, dass ich einfach zwischen beiden Motoren wechseln kann und nichts umstecken muss. Es genügt, den Schalter zu drücken, und schon ist der andere Motor aktiv. Den Anschluss für die z-Achse konnte ich nicht verwenden, da ich plane, eine motorisierte z-Achse in den Laserkopf zu integrieren. Ich habe diesen Schalter verwendet: Amazon-Link. Es gibt so einen ähnichen Schalter inzwischen auch in einem UK-Shop: Link.

Standalone Rotationslaser

Leider ist mein Gehäuse so klein, dass ich den Laser-Rahmen nicht erhöhen kann. Dadurch bin ich sehr limitiert, was die Rotationswalze angeht. Da ich noch einen S9 Laser übrig hatte, habe ich mir überlegt, dass es bequem wäre, ihn als einen Standalone-Rotationslaser einzusetzen. Die Steuerung ist identisch zum S6/S9 Laser, ich habe das gleiche Mainboard genutzt. Die Rotationswalze ist als y-Achse angeschlossen, da sowieso keine andere y-Achse zum Einsatz kommt. Die Höhe kann ich über die Aluminiumprofile einstellen. Zusätzlich ist hier noch eine automatisch verstellbare z-Achse verbaut, die kommt aber aus einem anderen Test und hat eigentlich nichts mit diesem hier zu tun.

Update, neue Bilder der finalen Version:

Alte Bilder mit der z-Achse, die inzwischen hier verwendet wird: