framboise314.fr

################################################################################################
# #
# G code interpreter and executer for 2D CNC laser engraver using Raspberry Pi #
# Xiang Zhai, Oct 1, 2013 #
# zxzhaixiang at gmail.com #
# For instruction on how to build the laser engraver and operate the codes, please visit #
# funofdiy.blogspot.com #
# #
################################################################################################

import RPi.GPIO as GPIO
import Motor_control
from Bipolar_Stepper_Motor_Class import Bipolar_Stepper_Motor
import time
from numpy import pi, sin, cos, sqrt, arccos, arcsin

################################################################################################
################################################################################################
################# ###################################################
################# Parameters set up ###################################################
################# ###################################################
################################################################################################
################################################################################################

filename='Xiang.nc'; #file name of the G code commands

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

MX=Bipolar_Stepper_Motor(23,22,24,26); #pin number for a1,a2,b1,b2. a1 and a2 form coil A; b1 and b2 form coil B

MY=Bipolar_Stepper_Motor(11,7,5,3);

Laser_switch=15;

dx=0.075; #resolution in x direction. Unit: mm
dy=0.075; #resolution in y direction. Unit: mm

Engraving_speed=0.1; #unit=mm/sec=0.04in/sec

#######B#########################################################################################
################################################################################################
################# ###################################################
################# Other initialization ###################################################
################# ###################################################
################################################################################################
################################################################################################

GPIO.setup(Laser_switch,GPIO.OUT);

GPIO.output(Laser_switch,False);

speed=Engraving_speed/min(dx,dy); #step/sec

################################################################################################
################################################################################################
################# ###############################################
################# G code reading Functions ###############################################
################# ###############################################
################################################################################################
################################################################################################

def XYposition(lines):
#given a movement command line, return the X Y position
xchar_loc=lines.index('X');
i=xchar_loc+1;
while (47<ord(lines)<58)|(lines=='.')|(lines=='-'):
i+=1;
x_pos=float(lines[xchar_loc+1:i]);

ychar_loc=lines.index('Y');
i=ychar_loc+1;
while (47<ord(lines)<58)|(lines=='.')|(lines=='-'):
i+=1;
y_pos=float(lines[ychar_loc+1:i]);

return x_pos,y_pos;

def IJposition(lines):
#given a G02 or G03 movement command line, return the I J position
ichar_loc=lines.index('I');
i=ichar_loc+1;
while (47<ord(lines)<58)|(lines=='.')|(lines=='-'):
i+=1;
i_pos=float(lines[ichar_loc+1:i]);

jchar_loc=lines.index('J');
i=jchar_loc+1;
while (47<ord(lines)<58)|(lines[i]=='.')|(lines[i]=='-'):
i+=1;
j_pos=float(lines[jchar_loc+1:i]);

return i_pos,j_pos;

def moveto(MX,x_pos,dx,MY,y_pos,dy,speed,engraving):
#Move to (x_pos,y_pos) (in real unit)
stepx=int(round(x_pos/dx))-MX.position;
stepy=int(round(y_pos/dy))-MY.position;

Total_step=sqrt((stepx**2+stepy**2));

if Total_step>0:
if lines[0:3]=='G0 ': #fast movement
print 'No Laser, fast movement: Dx=', stepx, ' Dy=', stepy;
Motor_control.Motor_Step(MX,stepx,MY,stepy,50);
else:
print 'Laser on, movement: Dx=', stepx, ' Dy=', stepy;
Motor_control.Motor_Step(MX,stepx,MY,stepy,speed);
return 0;

###########################################################################################
###########################################################################################
################# ###############################################
################# Main program ###############################################
################# ###############################################
###########################################################################################
###########################################################################################

try:#read and execute G code
for lines in open(filename,'r'):
if lines==[]:
1; #blank lines
elif lines[0:3]=='G90':
print 'start';

elif lines[0:3]=='G20':# working in inch;
dx/=25.4;
dy/=25.4;
print 'Working in inch';

elif lines[0:3]=='G21':# working in mm;
print 'Working in mm';

elif lines[0:3]=='M05':
GPIO.output(Laser_switch,False);
print 'Laser turned off';

elif lines[0:3]=='M03':
GPIO.output(Laser_switch,True);
print 'Laser turned on';

elif lines[0:3]=='M02':
GPIO.output(Laser_switch,False);
print 'finished. shuting down';
break;
elif (lines[0:3]=='G1F')|(lines[0:4]=='G1 F'):
1;#do nothing
elif (lines[0:3]=='G0 ')|(lines[0:3]=='G1 ')|(lines[0:3]=='G01'):#|(lines[0:3]=='G02')|(lines[0:3]=='G03'):
#linear engraving movement
if (lines[0:3]=='G0 '):
engraving=False;
else:
engraving=True;

[x_pos,y_pos]=XYposition(lines);
moveto(MX,x_pos,dx,MY,y_pos,dy,speed,engraving);

elif (lines[0:3]=='G02')|(lines[0:3]=='G03'): #circular interpolation
old_x_pos=x_pos;
old_y_pos=y_pos;

[x_pos,y_pos]=XYposition(lines);
[i_pos,j_pos]=IJposition(lines);

xcenter=old_x_pos+i_pos; #center of the circle for interpolation
ycenter=old_y_pos+j_pos;


Dx=x_pos-xcenter;
Dy=y_pos-ycenter; #vector [Dx,Dy] points from the circle center to the new position

r=sqrt(i_pos**2+j_pos**2); # radius of the circle

e1=[-i_pos,-j_pos]; #pointing from center to current position
if (lines[0:3]=='G02'): #clockwise
e2=[e1[1],-e1[0]]; #perpendicular to e1. e2 and e1 forms x-y system (clockwise)
else: #counterclockwise
e2=[-e1[1],e1[0]]; #perpendicular to e1. e1 and e2 forms x-y system (counterclockwise)

#[Dx,Dy]=e1*cos(theta)+e2*sin(theta), theta is the open angle

costheta=(Dx*e1[0]+Dy*e1[1])/r**2;
sintheta=(Dx*e2[0]+Dy*e2[1])/r**2; #theta is the angule spanned by the circular interpolation curve

if costheta>1: # there will always be some numerical errors! Make sure abs(costheta)<=1
costheta=1;
elif costheta<-1:
costheta=-1;

theta=arccos(costheta);
if sintheta<0:
theta=2.0*pi-theta;

no_step=int(round(r*theta/dx/5.0)); # number of point for the circular interpolation

for i in range(1,no_step+1):
tmp_theta=i*theta/no_step;
tmp_x_pos=xcenter+e1[0]*cos(tmp_theta)+e2[0]*sin(tmp_theta);
tmp_y_pos=ycenter+e1[1]*cos(tmp_theta)+e2[1]*sin(tmp_theta);
moveto(MX,tmp_x_pos,dx,MY, tmp_y_pos,dy,speed,True);

except KeyboardInterrupt:
pass

GPIO.output(Laser_switch,False); # turn off laser
moveto(MX,0,dx,MY,0,dy,50,False); # move back to Origin

MX.unhold();
MY.unhold();

GPIO.cleanup();