Projeto CNC Laser em Ação

Veja nosso protótipo funcionando com precisão e eficiência.
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Integrantes

Matheus Henrique Ferreira da Silva RA: 202338074

Gabriel Cypriano Godoy de Souza RA: 202308479

Jhonatas Carlos Bernardo Aguiar RA: 202348967

Lucas Hideki Almeida Ibusuki RA: 202338165

Victor Matheus dos Santos RA: 202351951

Protótipo

O protótipo consiste em um sistema de monitoramento remoto para máquinas CNC Laser baseado em conceitos da Indústria 4.0. Utilizando a controladora MKS DLC32, Node-RED e Adafruit IO, o sistema permite acompanhar em tempo real variáveis como posição, velocidade e potência do laser, aumentando a segurança, eficiência e confiabilidade operacional.

Qual problema o projeto resolve?

Em ambientes industriais ou fablabs, máquinas de corte e gravação a laser operam de forma isolada (sistemas em malha aberta do ponto de vista do operador remoto). O operador precisa estar fisicamente ao lado da máquina para monitorar parâmetros críticos. O projeto consta com um sistema de malha fechada e também resolvendo a ausência de monitoramento remoto e consolidação de dados em tempo real, evitando que falhas mecânicas (perda de passo), variações de velocidade ou travamentos na potência do laser passem despercebidos.

Arquitetura de Comunicação:

O sistema é estruturado como um Gateway Híbrido de Dados. O fluxo da informação segue este trajeto linear:
1 A placa controladora da CNC (MKS DLC32) atua como um servidor local e transmite strings de status contendo posições mecânicas (⁠MPos⁠/⁠WPos⁠) e força do laser via Rede Local Sem Fio (Wi-Fi) através do protocolo WebSocket.
2 O software Node-RED atua como o Gateway de Borda (Edge Gateway). Ele consome os dados brutos do WebSocket, faz o processamento matemático em tempo real e divide a informação em múltiplos canais.
3 A internet para escoamento externa é provida por um dispositivo móvel (iPhone em modo de ancoragem USB), fornecendo conexão 4G/5G para o computador.
4 O Node-RED despacha as variáveis tratadas para o Broker em nuvem da Adafruit IO utilizando o protocolo MQTT.
Descrição do Hardware Utilizado:
Controladora: Placa MKS DLC32 (baseada no microcontrolador ESP32 de 32 bits, com Wi-Fi nativo).
Atuador Mecânico: Motores de passo Nema 17.

Tecnologias Utilizadas

Sensores (Encoder Óptico Incremental em Quadratura): O sensor opera por interrupção de feixe luminoso. Um disco plástico ou metálico dotado de 50 fendas (furos) micrométricas é fixado ao rotor do motor e gira entre o emissor e o receptor.
Princípio de Funcionamento: Quando uma fenda alinha-se com o feixe, o fototransistor satura, gerando nível lógico alto (1). Quando a parte opaca do disco bloqueia a luz, o sensor corta a condução, gerando nível lógico baixo (0).
Cálculo de Quadratura: O sensor possui dois receptores desalinhados (Canal A e Canal B). A defasagem elétrica de bm{90^circ} entre as duas ondas quadradas geradas permite ao microcontrolador identificar o sentido de rotação (pela ordem de subida dos canais) e quadruplicar a resolução do disco através da leitura de todas as bordas de subida e descida do sinal.