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Laser Fernsteuerung

Eine Frage, die häufiger auftaucht ist, ob man immer einen Rechner benötigt, um den Laser anzusteuern. Das wirkt auf den ersten Blick sehr unpraktisch und bringt auch einige Nachteile mit sich. Tatsächlich muss der Laser aber nicht unbedingt mit einem großen Steuerungsrechner verbunden sein. Es gibt ein paar Möglichkeiten, das Ganze sozusagen ferngesteuert zu erledigen. Diese Möglichkeiten werden hier vorgestellt.

Hinweis

Grundsätzlich sollte der Laser NIE (auch nicht eine Minute) ohne Aufsicht betrieben werden!! Daher sind diese Anleitungen nur da, um im Fall von schwierigen technischen Gegebenheiten Abhilfe zu schaffen, man sollte einen Laser aber NIE und NIMMER aus der Ferne und ohne direkte Aufsicht betreiben. Ein paar Beispiele zu abgebrannten Lasern finden sich hier.

Sculpfun S30-Serie mit integriertem Bluetooth-Modul

Die Sculpfun S30-Serie besitzt ein Mainboard mit dem ESP32-Prozessor, der die Bluetooth-Funktionalität schon mitbringt. Gerade wurde das erste offizielle Firmware-Update mit herausgebracht, mit der die Funktion auch aktiviert werden kann. Siehe zum Download die Firmware-Seite. Damit es stabil funktioniert, muss noch eine Antenne am Modul angebracht werden. Spezifikationen der Antenne: IPEX 1 WIFI/BT 4DB.

Mainboard mit angebrachter Antenne (kleiner Halter aus Holz gelasert).

Im Anschluss kann in der Konsole mit dem Befehl “$Radio/Mode=BT” die Bluetooth-Funktion eingeschaltet werden. Am Host-PC muss Bluetooth ebenfalls aktiv sein. Man kann nun nach einem neuen Bluetooth-Gerät suchen (“Sculpfun”) und es koppeln. Im Anschluss sollte im Gerätemanager ein neuer COM-Port auftauchen, der die Bluetooth-Verbindung nutzt. Diesen COM-Port kann man dann in LaserGRBL oder LightBurn für die Verbindung auswählen.

Bluetooth-Modul für die serielle Verbindung

Hinweis

Kabellose Verbindungen sind in der Regel nicht besonders stabil. Ich würde davon abraten, solche Lösungen im Produktivbetrieb zu verwenden. Wenn die Verbindung einmal kurz abreißt, ist das aktuelle Projekt vermutlich zerstört.

Weiterer Hinweis: Der Controller hat nur eine serielle Schnittstelle. Die kann nur entweder von der USB-Verbindung ODER dem Bluetooth-Modul verwendet werden. Beide gleichzeitig können nicht betrieben werden! (Man muss eine der beiden physisch trennen, damit es geht)

Die einfachste Methode, die kabelgebundene Verbindung zu entfernen, ist sie direkt durch eine Funkverbindung zu ersetzen. Dafür eignen sich insbesondere die Bluetooth-Module HC-05 und HC-06, die auch unter 10€ kosten. Diese Module benutzen das SPP (Serial Port Profile), um eine serielle Verbindung über Bluetooth zu übertragen. Hier findet sich eine sehr gute Anleitung zu diesen Modulen und deren Programmierung. Ansonsten kann man auch einfach nach „hc-06 arduino“ suchen und findet tausende Projekte. Ich hatte ein HC-05-Modul zur Verfügung und habe das benutzt, mit dem HC-06 funktioniert es aber analog.

Vorbereitung / Modul konfigurieren

Zunächst muss das Modul richtig konfiguriert werden, damit es später mit dem Laser-Mainboard sprechen kann. Die Standard-Einstellung der seriellen Schnittstelle ist 9600 Baud/s und die Schnittstelle am Laser benutzt 115200. Das muss entsprechend eingestellt werden. Das geht entweder per sogenannter AT-Kommandos, oder per kleinem Tool, beides steht in dieser hervorragenden Anleitung: https://wolles-elektronikkiste.de/hc-05-und-hc-06-bluetooth-module. Ich habe einen USB-BUB-II-Adapter in der Bastelkiste gehabt, mit dem ich diese Einstellungen einfach vornehmen konnte. Dazu einfach den Adapter verbunden und dann das in der obigen Anleitung verlinkte Tool benutzt, um die Konfiguration zu ändern. Damit ist die Vorbereitung bereits abgeschlossen.

Adapter löten

Wie in den Beispielen zum HC-05/06 überall angegeben verträgt die serielle Verbindung nur 3,3V. Da das Laser-Mainboard mit 5V arbeitet, muss eine Pegelwandlung stattfinden. Am einfachsten und in den meisten Anleitungen empfohlen ist ein einfacher Spannungsteiler mit 1kOhm und 2kOhm-Widerständen. Damit die nicht wild herumhängen, habe ich die in das Kabel bzw. das Modul integriert.

Anschluss ans Mainboard

Der Stecker für das Mainboard hat die Pinbelegung VCC-GND-TXD-RXD. Dieser Stecker passt damit dann sowohl auf das MKS-DLC-Board, als auch alle Sculpfun Mainboards, mit Ausnahme der ersten S6-Reihe.

Unter Windows muss man sich nur noch mit dem Bluetooth-Modul pairen (Standard-Pin ist 1234) und ist soweit fertig. Windows erstellt einen neuen COM-Port für das Modul. Sobald dieser Port in LightBurn ausgewählt wird, stellt Windows die Verbindung her und der Laser lässt sich wie gewohnt steuern. Wie bereits erwähnt, würde ich dabei nicht erwarten, dass die Übertragungsqualität genauso zuverlässig ist wie per Kabel.

G-code erzeugen

Die Voraussetzung für alle „Fernsteuerungen“ ist, dass das zu lasernde Projekt als G-code Datei vorliegt. Sowohl LightBurn als auch LaserGRBL können diesen G-code exportieren. Bei LaserGRBL geht das im Menü “File” und dann “Quick Save” oder “Save (Advanced Options)”. Bei LightBurn gibt es die Option “Save GCode” im Laser-Fenster.

OctoPrint

Für alle, die aus dem 3D-Druck-Bereich kommen, ist OctoPrint ein gängiger Name. Es ist eines der meistgenutzten Tools, um einen 3D-Drucker remote zu verwalten. Tatsächlich ist OctoPrint auch in der Lage, grbl-Laser anzusteuern. Dafür gibt es das Plug-in “Better Grbl Support”.

Installation

OctoPrint ist darauf ausgelegt, auf einem Raspberry Pi Einplatinencomputer installiert zu werden. Damit ist die Installation sehr einfach. Der Pi wird per USB mit dem Laser verbunden und kann dann über ein Webinterface den Laser steuern. Ich habe es mit einem Pi 3 getestet, aber eigentlich sollte auch ein Pi Zero (W) vollkommen ausreichen. Die Software und die Installationsanweisungen finden sich unter https://octoprint.org/. Im Anschluss geht man in die Einstellungen von OctoPrint und installiert das Plug-in “Better Grbl Support”. Das Plug-in nimmt einige Einstellungen vor und ist danach einsatzbereit. Wenn man eine Webcam am Pi angeschlossen hat, sieht man auch das Bild davon.

In diesem Fenster hat man jetzt die Möglichkeit, G-code-Dateien hochzuladen und lasern zu lassen. Ich habe einige Tests gemacht, die auch einwandfrei funktioniert haben.

Display mit Steuerungsmöglichkeit

Wenn man kein Problem damit hat, sein Mainboard zu tauschen, dann kann man auch hier eine Offline-Steuerungsmöglichkeit einbauen. Die vorgestellten Modelle konnte ich noch nicht selbst testen, daher gibt es hier nur eine kurze Übersicht.

Die neueste Version vom MKS-DLC Controller Board, V2.1 enthält einen AUX Port, an dem ein Bildschirm angeschlossen werden kann, der die Steuerung übernimmt. Insbesondere bei AliExpress findet man dazu viele Angebote.

Hinweis

Die aktuellen Versionen 1.0 und 1.1 der Sculpfun Mainboards haben ebenfalls einen geeigneten Port. Wenn es vier Pins mit den Namen “RXD, TXT, GND, 5V” auf dem Board gibt, kann man das Display direkt am Sculpfun Mainboard anschließen.

Es gibt auch ein verwandtes Board, das MKS-DLC32. Hier wird ein ESP32 Chip eingesetzt, der deutlich leistungsfähiger ist, als die 8bit-Atmega-Controller. Das ermöglicht neue Funktionen und verbesserte Steuerungsalgorithmen. Die originale grbl-Firmware wird nicht für diesen Controller angeboten. Sie scheint ja ohnehin nicht mehr wirklich weiterentwickelt zu werden. Daher gibt es dafür ein neues Projekt: FluidCNC. Die Firmware ist überwiegend kompatibel zu grbl, unterscheidet sich in einigen Bereichen aber auch. Daher muss man sich damit noch einmal etwas genauer beschäftigen. Ich bin dazu auch leider noch nicht gekommen.

MKS-DLC32 V2.1 32bit ESP32 Controller

Display Tests

Inzwischen sind ein paar der bestellten Displays angekommen. Was mir dabei vorher nicht klar war, ist, dass es von MKS zwei verschiedene Typen von Displays gibt. Da wären MKS TS24 und TS35 sowie MKS TFT24 und TFT35. Und hier liegt auch ein großer Unterschied. Die TS-Displays sind reine Touchscreens, ohne eigene Controller-Fähigkeiten. Sie werden ähnlich den 3D-Drucker Displays mit zwei Steckern angeschlossen und können damit das Mainboard steuern. Die TFT-Displays sind eigenständige Displays mit eigener Firmware, die als Host dienen. Das heißt, sie laufen eigenständig und steuern das Mainboard über die serielle Schnittstelle an, genauso wie es der normale Steuerung-PC macht. Daher kann man sie eigentlich fast an jedes Mainboard anschließen, was die TX/RX-Ports des Controllers offenlegt und Gcode-Dateien ausführen.

Daher funktionieren beim MKS-DLC nur die TFT Displays und beim MKS-DLC32 nur die TS Displays. Und dort auch nur mit der eigens dafür entwickelten Firmware, wenn man das DLC32 mit anderer Firmware nutzt, dann funktionieren auch die Displays nicht mehr.

Update neues Sculpfun Mainboard mit MKS TFT24

Ich habe das TFT24 Display sowohl mit dem MKS-DLC v.2.2 als auch dem neuen Sculpfun Mainboard XY DLC V 1.1 getestet. Beides funktioniert wunderbar. Beim Sculpfun Mainboard muss man nur den Stecker richtig herum aufstecken, da es keinen richtigen Port, sondern nur die vierpolige Steckleiste gibt.

Hinweis

Ich wurde von Sculpfun informiert, dass auch die 1.0-Version der aktuell vertriebenen S9 Laser diesen Port besitzen. Nur ganz alte Versionen, insbesondere aus dem S6, enthalten den Port nicht (mein Mainboard ist aus dem S6). Wenn es vier Pins mit den Namen “RXD, TXT, GND, 5V” auf dem Board gibt, kann man das Display direkt am Sculpfun Mainboard anschließen.

Die Firmware des Displays ist so weit ich gesehen habe nicht Open Source und leider auch nur rudimentär umgesetzt, einige Buttons funktionieren gar nicht, und die Geschwindigkeit lässt sich nicht unter 1000 mm/ min einstellen. Aber das Ausführen eines Gcodes von der SD-Karte funktioniert!