Laser加工機製作 ~その18 水流センサー不具合対策~

最近レーザーカットしていると時々「切り残し」が発生する事に気づきました。

下図は厚紙に試し打ちした写真です。裏から打った線が薄く見えていてちょっと見づらいですが、赤で囲んだ部分が「切り残し」です。

切り残し

切り残し

最初は原因が分からなかったのですが、水流センサーの信号判定回路に付けたLED(水が流れている事を示す)が時々、一瞬消える時があり、その瞬間に切り残しが発生する事が分かりました。

水流センサーは水が流れると水流に比例したパルスを出します。これを判定回路のPICマイコンでカウントし、1秒間に10発以上のパルスが来れば「流れている」と判断します。水流が無い時はレーザー電源のイネーブル信号をOFFにして強制的にレーザーを止めます。

試しにレーザー電源をOFFのまま動作させてみるとLEDが消える事はありません。やはりレーザーからノイズが載っている様です。 判定回路の入力はセンサーからくるパルスのみなので、この信号にノイズが載ってもカウントが10発以上あれば良く、ノイズをカウントしたとしても「流れている」方に間違うはずと考えました。という事は電源か・・・。そこで5Vの電源ラインに10μFの電解コンデンサを付けてみましたが効果がありません。

で、レーザー動作中にオシロスコープで信号をみたところ、電源に揺れはありませんがパルス信号にかなりのノイズが載っています。 よく考えるとノイズが多く入ってカウンターがオーバーフローすると「流れていない」と誤判定するかもしれません。 そこでパルス入力に(ちょっと大きめですが)0.1μFを付けたところ、波形はかなり鈍りましたがノイズはきれいに消えており、切り残しも今のところ発生していません。もう少し小さいコンデンサで良さそうですが、パルス自体が早くないので鈍りが大きくても問題ないと思います。

WaterFlowSensor

電源に10μF、信号に0.1μFを追加。
10μFの方は不要だったかもしれません。

バルサ材カット

これだけ切っても「切り残し」は発生していないので恐らく解決です。

この水流判定基板はもう一枚作ってぽんさんに差し上げる約束をしていますが、その前に見つかって良かったです。

Laser加工機製作 ~その16 操作パネル~

この「Laser加工機製作 ~そのXX~」というタイトルは久しぶりです。この間にも換気扇の話水流センサーの話を書いたので、これらも同タイトルにすべきところでしたが・・まあいいや。

今回は操作パネルの制作に取り掛かりました。今までは写真のようにバラックのままです。

操作パネルが無くバラバラ

操作パネルが無くバラバラ

本当はZ軸の上下やレーザーパワー制御のPWM化とか、そのあたりが完成後に操作パネルを作るつもりでしたが、いつになるか分かりません。
また、近所のホームセンター「ハンズマン」の廃材コーナーで写真のアクリルパネルを30円で購入し、これが操作パネルに良さそうなサイズだったので、ここらで一旦パネルを作ってしまいます。

ハンズマンの廃材/見切り品購入

ハンズマンの廃材/見切り品コーナーで購入。
アクリルのほかにも細い両面テープと何かわからないプラスチックパーツ。
プラスチックパーツは直径5cmの円筒がピッタリはまるものでレーザー管やコーキング剤の筒と一致し、何か使えそうな気がして購入。

LaserPanel1

30円のアクリル版がほぼピッタリ(実は幅が数ミリ足りないが何とかする)。

まず電流計の台を3Dプリントします。

LaserPanel2

電流計の台。プリント中。

LaserPanel3

プリント完了。

こんな感じで取り付ける予定です。

LaserPanel4

電流計取り付けイメージ

ところでこれ、電流計とか言っていますが元はマルツパーツ館で100円で買ったVUメーターです。このメーター、実測ではフルスケール時200μA/130mVでした。
使用中の40Wレーザー管は定格20mA流れる事になっていますが、実際はよく分からなかったのでかなり余裕をみて40mAあたりをフルスケールに設定します。要は抵抗を並列に接続し、そちら側に39.8mAを流せば良いので抵抗値は130mV/39.8mA≒3.27Ωです。今回は手持ちの関係で3Ωを取付けました。

LaserPanel4

メーターの裏側に3Ωの抵抗を並列に取付け、カプトンテープで保護します。

1Wぐらいの大きい抵抗を付けているのは手持ちの関係です。130mV×39.8mAなので1/4Wでも1/8Wでも問題ありません。

 

そして目盛り盤を作成します。まずメーターの目盛り盤にマスキングテープを貼り、テスターを直列に接続して色々な電流を流しながらマスキングテープに目盛りを記入していきます。各電流値とメーターの角度が分かったらパソコンで目盛り盤を描いてタック紙にプリントしたものをメーターに張り付ければ完成です。

LaserPanel5

目盛り盤貼り付け。
MAX50mAになってしまいました。
またなぜか等間隔になりません。
ま、大体の電流が分かればいいので良しとします。

結果、少し多めのMax50mAになってしまいました。ちょっと抵抗が小さすぎた様です。実際にレーザーを発射しても20mA弱までしか流れないので、いずれフルスケール25mA狙いで作り直そうと思います。

 

パネル上には奥から電流計、マニュアルレーザー発射ボタン、ボリューム、水ポンプスイッチ、非常停止スイッチを取付け予定です。文字を裏からラスタースキャンで描くのでカットも裏から切ります。

LaserPanel6

JW-CADでパネルの図を描きます。

・・・これもまた、ぼちぼち進めていきます。やっぱり、ぼちぼち堂です。

レーザー加工機 排気 ~完了~

またまたレーザー加工機排気の続きです。

製作した箱で換気扇を囲む様に取付けます。そして配管をレーザー加工機まで接続しました。
なお前に失敗した穴(空けてみたら筋交いが登場して断念)には新しく開けた穴から切り出した板を張り付けて目立たなくしています。

レーザー排気1

木箱を取付けてレーザー加工機まで配管を接続。

 

とりあえずこれで箱を塞ぐとレーザー加工機から空気を吸い出してくれます。完全に塞ぐとモーターが過負荷になりそうなので塞ぎ具合を色々とためしてみます。

レーザー排気2

1/3ぐらい塞ぐといい感じで吸ってくれます。

 

塞ぎ加減が分かったのでMDFをレーザーカットして最終版の蓋を作ります。その際、早速換気扇を使用しました。今まで窓を少し開けトイレファンを外に向けて排気していましたが、これで窓を開けなくても排気ができて冬でも寒くありません。また風向きによって逆流する事もなくなると思われます。

レーザー排気3

蓋をカット中。

 

蓋を取付けます。当初は丁番で取り付ける予定でしたが、途中で面倒になってテープ貼りにしてしまいました(落ちないとは思いますが)。上だけ止めているので開放する事も出来ます。

レーザー排気4

最終的な蓋を取付けたところ。レーザーから接続している左下を多く塞いでいます。

やっと完成です。これで快適にレーザー加工ができるはず!!

レーザー加工機 排気 ~4~

引き続き換気扇の取り付け工事です。

断熱材をカッターで切り取りました。
計画では穴の四隅に外壁まで貫通する穴を空け、それを目印に外側に線引きして壁を切り取る予定です。そこで百均のコンクリートドリル3mmΦで外に向かって空けようとしたのですが、何だか硬くて入っていきません。壁はモルタルの様です。

壁穴10

四隅に開けるのは諦めて中心に一つ、10Φで開けます。この刃もダイソーですが高山質店で50円で買ったものです。

やっと貫通しました。
壁穴11

覗くと向かいの家が見えます。

壁穴12

な、なんか感動。

いよいよ外壁です。ドリルで貫通させた穴を基準に四角に線引きし、見やすい様にマスキングテープを張りました。 そしてディスクグラインダーにダイヤモンドホイールを取付けて切っていきます。 ドリルと違ってダイヤンドホイールはどんどん切れていきます・・・・が、モルタルが厚すぎて100mmΦのホイールが裏まで届きません。溝が入っただけです。
タガネとハンマーで叩いても外れる気配はありません。

もっと径の大きなダイヤモンドホイールが必要ですが、それだと今のディスクグラインダーに付かないと思います。
ギブアップです。

壁穴17

この状態で途方に暮れる・・・

知人のO氏に相談したら「持ってるよ」の一言。貸してと頼んだらO氏自身も応援に来てくれました。ありがたい限りです。
ちなみにO氏の専門は電気工事ですが、この手の作業も良くするそうです。

この後は殆どO氏の手により作業が進んでいきます。

壁穴13

作業中のO氏。頼れる男。

あっという間に木枠をとりつけ、コーキングして換気扇フード(以前ガラクタ市で買った激安品です)まで付いてしまいました。
なお最初にに3mmドリルで穴を空けられなかった理由は回転が速すぎた事が原因だった様です。O氏の指導により回転数を調整すれば、ちゃんと穴が空きました。
なんだかんだで日暮れギリギリでしたが、後は室内から換気扇を取付けるだけです。

壁穴14

ついたぁ!最後は他力本願でしたがやっと換気扇が付きました。

有孔ボードも四角にくりぬいて取付けます。

壁穴15

あちこち傷だらけです。先に失敗した方の穴も何とかしなければなりません。

これで部屋の換気としては機能します。
あとはレーザー加工機の排気をここに接続するため、写真の様な箱を製作中です。

壁穴16

換気扇をこの箱で囲みます。
前面を開放すると部屋の換気ができ、半分くらい塞ぐと横のダクトからレーザー排気を吸い出せる予定。

もう一息です。

 

レーザー加工機 排気 ~3~

レーザー加工機排気のため、換気扇取り付けの続きです。

先日の計画通り、下図の箇所に穴をあけようと思います。

壁裏想像図

先日の計画通り、斜線(赤)の箇所に穴をあけ直そうと思います。

 

今回は作業し易い様に有孔ボードを取り外します。しかし最上部の廻り縁に挟まれた部分が外れないので有孔ボード自体を切ってしまいました。

なお作業中、さしがねを壁の隙間に落としてしまいました。もしかすると家を壊すまで救出不能かもしれません。

壁穴6

石膏ボードが現れ、作業し易くなりました。

 

壁裏探知機で柱の位置を調べ、ここぞという箇所に切り取り予定線を入れます。有孔ボードを取り去ったのはこの探知機を使う為でもあります(有孔ボードのままだと石膏ボードとの間に隙間があり探知機が使えないのです)。
この探知機は前から持っているのですが、壁内部がハッキリわかる場合とわからない場合があります(使い方が下手なだけかもしれません)。
壁穴7

 

まずは半分だけ切り取ってみます。探知機の表示から、穴の左は柱ギリギリだと思っていたのですが、実際には柱は7cm程奥にありました。切り取りを半分にしておいて良かったー。

壁穴8

指が写り込んでしまいました。

 

 柱ギリギリの位置に線を引き直して切り取ります。穴の左辺が柱の位置と合っており、換気扇の木枠をこの柱に固定するつもりです。

壁穴9

どんどん家が壊れていく・・・

今回の位置に筋交いは無かったので、この位置で進めていきます。次はいよいよ外壁を切り取らねばなりませんが、日が暮れたのでこの続きは後日行います(とりあえずこちらにもビニールを張っておきました)。

 

レーザー加工機 排気 ~2~

先日失敗した換気扇取り付け穴はビニールを張ったままです。

その後考えたのですが、筋交いの角度を延長していくと、ほぼ部屋の端で一番下に着きます。
そこから考えると、壁の内側は下図の様になっていると想像しています。
ならば少し右に開けなおせばいいんではないかと。
筋交いはもしかすると一本ではなく、X状になっているかもしれませんが、そうだとしても この位置なら影響はない筈です。また間柱もあと何本かあるでしょうが、それも影響ないと思われます。

壁裏想像図

たぶん、壁の裏はこうなっていると思う。

今度、この位置に開けてみようと思います。勇気が必要ですが。

Grbl × NCVC

レーザー加工機Grbl化で、NCVCで生成したGコードだと上手くいかずくハマっていましたが、なんか見えてきました。

何をやっていたかというと、まず実機に乗せる前に以下を試しました。

  • ArduinoUNOに現在最新と思われるGrbl1.1eを書き込む。
  • PC(Windows10)にはbCNCをインストールする。
  • とりあえずCNCシールドは載せずに今までのGコードを走らせてみる。

・・・なのですが、Gコードを実行すると途中で停止してIdle状態になってしまいます。
あちこちググッて以下の内容を試しましたがこれらは全て効果ありませんでした。

  • リミットスイッチや非常停止に変な信号が入らない様、プルアップを外部に追加、およびコンデンサ取り付け。
  • ArduinoUNOをバッタ物から純正品に交換。
  • PC側をGrblControllerに変更。
  • Grblのバージョンを0.9にダウングレード。

レーザー加工用データは全てNCVCで生成しています。そこで試しに基板加工用データを実行したところ、これだと最後まで実行できました。基板加工データはGynostemmaで生成しています。
Gコードを比べると、Gynostemmaが生成したコードは全て(曲線も含め)G01の直線を組み合わせて描かれいるのに対しNCVCで生成したコードは円や円弧(G02,G03)を使用しています。途中で停止する箇所は色々変わるのですが大抵は円を描くあたりで止まっている様です。

最終的に変更したのはNCVCの設定4点です。

  1. 「オプション」→「 切削パラメータの設定」から設定ファイル(ウチではLaser.nci)を選び、「表記」タブ内の「ゼロは省略」のチックを外す。
  2. 同じ「表記」タブ内の「全円は2分割」にチェックを入れる。
  3. 同じ設定ファイルの「生成」タブ内の省略指定の「Gコードモーダル指定」にチェックを入れる。
  4. LinuxCNC用にヘッダにG64を追加していたのを廃止。

これで最後まで進むようになりました。

1.はNCVCのサポート掲示板に記載がありました。
2.についてですが、円を描くとき、今までNCVCが次の様なコードを出していました。「G03J1.5F500.」
円なので始点と終点は同じにつきXやYの位置は省略していますが、これでLinuxCNCでは問題なく 動作していました。しかしGrblはダメな様です。
Grblでは「G03Y8.5J1.5F500.」の様に指定してやる事で正常動作しました。しかしNCVCにこの為の設定が見当たらなかったので「全円は2分割」設定にしました。これにより円弧を2回描く事になり、円弧であれば終点の指定が入るので正常動作します。
3.はコードの一番最後に原点に戻す「X0Y0」がなぜか実行されず、「G0X0Y0」だと実行できたのでG0が連続してモードが変わらない場合でもG0を明記する様に設定にしました。
4.のG64はLinuxCNCの時、これがないと直角に折れ曲がる筈なのに角が曲線になってしまった対策で入れていました。GrblではG64はサポートされていない様です(何故なくてよいのかは調べていません)。

以上により、何とかArduino単体では動作する様になったので先に進めます。

変更箇所(備忘録)

 

レーザー加工機 排気

現在いろんな事がやりかけのままですが、ここでレーザー加工機の排気用に換気扇を付けようと思いたちました。  が、やらかしてしまいました。 素人がいい加減な事をするとこうなるという見本です。

まず我が家は2年程前に中古で購入したのですが、その時点でトイレにはかなり強力な換気扇が付いていました。扉を閉めて換気扇を回すと空気が薄くなりそうな気がします。そこでまずこの換気扇をそれなりのサイズのものに交換します。

換気扇交換後1

換気扇の交換後です。
まだスイッチに課題アリです。

トイレ換気扇2

外側にはガラリを取り付け。

で、取り外したのがこれ。
これを工作室の壁にとりつけ、前を箱で囲ってそこにレーザーの排気ダクトを接続しつつ、普段は箱の蓋を開ければ部屋の換気にも使えるという計画です。

換気扇1

木枠は新たに作りました。
外壁につけるフードは先日も書いたハンズマンのガラクタ市購入品です。

取り付け先である我が家の工作室は、前の持ち主がオーディオルームとして使われており、音楽室みたいな有孔ボードが貼ってあります(きっとオーディオ好きの方にはいい環境なのかもしれませんが、私には猫に小判です)。
まずは壁の中を調べる為、ホールソーで直径10cmぐらいの穴をあけてみました。

壁穴1

石膏ボードが見えてきました。

石膏ボードの向こうがどうなっているか分かりません。そこで100均のコンクリートドリルビットで中心に穴をあけてみます。

壁穴2

ドリルで石膏ボードに穴。

穴をのぞくと断熱材が見えます。グラスウールみたいなやつです。穴から針金を突っ込んでみましたが、それ以上の情報は得られません。そこで更にホールソーで石膏ボードに大き目の穴をあけてみました(木工用ホールソーなので手動でゆっくりと切ってみました)。
ここでまた針金で上下左右を探ったところ、換気扇取り付け予定範囲に柱はなさそうです。なお有孔ボードのつなぎ目には柱らしきものが見えているのですが、これは石膏ボードの手前だけで、石膏ボード裏側の柱は別の位置にある事が分かりました。一瞬戸惑いましたが有効ボード用の柱っぽい木材も結構がっちりしているのでこのままここに取付けようと思います。

後で考えると、ここでの確認が不足していたのですが・・・ノコギリで有孔ボードを切ってしまいました・・・

壁穴3

有効ボードをカット

そして石膏ボードもカッターで切って・・・・

壁穴4

石膏ボードも切ってしまった。

四角い穴をあけました。しか~し、
ここで断熱材よりも奥に筋交いがある事を発見!まずいです。
柱と筋交いの場所に斜線を描いてみました。
筋交いって断熱材よりも外側にあるのね・・・。(T_T)

壁穴と筋交い

筋交いと左右の柱の場所

また地震が来るかもしれませんし筋交いを切るのはマズイと思われ、とにかくこの位置には設置できません。
柱と筋交いを避けて上にずらすと天井ギリギリになってしまいます。かといって下げるとかなり低い位置になってしまいます。また全く違う場所にすると中がどうなっているか分からず、再び同じ失敗を繰り返すかもしれません。

素人が無茶するとこういう事になります。
対策を考える間、とりあえずビニールで塞いでいます。

壁穴5

取りあえず塞いで考え中。

対策ですが、今のところダクトでの排気に変更しようかと考えています。Φ100程度の丸穴なら筋交いを避けて出せそうなので、ここに加工機のトイレファンを接続しようかと。
よく考えてから再開します。

 

Grbl,CNCシールドとか水流センサーとか

だいぶ遅くなってしまいましたが、あけましておめでとうございます。
本年もぼちぼちとやっていきたいと思います。

ぼちぼちと言いつつ早速ですがCNCシールドの続きです。正月休みに帰省した際、日本橋のシリコンハウスに行く事ができたので4pin、2pinのハウジングを購入してきました。これでモーターやらリミットスイッチやらを接続しようと思います。
4pin,2pin

で、接続方法を調べているのですが、リミットスイッチや非常停止信号は今までの接続とGrblの標準が異なる様なので、とりあえずGrblの設定にて論理を反転したりしてやってみようと思います。ところで現在LinuxCNCで使っている制御回路は次のようになっています。色々継ぎ足したので特に非常停止信号周りはややこしくなってしまいました。

レーザーコントロール回路

そういえば水流センサーを取り付けた話はブログで報告していませんでした。のんさやさんのレーザー管破損記事も見ていたのでいつか付けねばと思っていたところ、昨年のMFTの後に秋葉原でセンサーを見つけたので購入して取り付けておりました。

水流センサー

水流センサー
ホースと接続する金具はホームセンター「ハンズマン」で購入。

水が流れるとセンサーから流量に応じたON/OFF信号が出ます。ウチの水ポンプの場合1秒あたり25から35発くらい出ていました。それを90円マイコンのPIC12F629で検出し、10発/秒以上なら水流ありの判定としました。水流が無い時は2pinがH,3pinがL、水流ありならその逆を出します。そして2pinから2SC1815を通してレーザーを強制OFFにしていますが、これだともし2SC1815が故障したらレーザーをOFFにできないのであんまりよい回路ではないと思いますが、簡単に後付するためこうなってしまいました。

WaterFlowSensowI/F

水流センサーインターフェース
後付けなので宙ぶらりんです。

このあたりの回路をCNCシールドに載っけるのが結構面倒です。とりあえずはLinuxCNCで動いているので、やっぱり「ぼちぼち」になりそうです。

参考までにPIC12F629のプログラムをここにアップしておきます。
(MPLAB IDE 8でコンパイルしています)

Grbl,CNCシールド

レーザー加工機ではこれまでLinuxCNCを使ってきました。
PCと加工機の間はプリンターケーブルでつないでいます。

LaserCutterController

こんな感じ・・・

 

このあたり、最近はGrblというのが流行りの様です。これだとArduino経由で接続するためプリンターポートが無いノートパソコンでも制御できます。
先日見せていただいたぽんさんのレーザー加工機もGrblを使われており、気になっていました。
またこちらのサイト「
自作CNCマシン・レーザーカッターについて」も大変参考になります。

最近Grblにはレーザー加工機用のモードが追加されたそうです。このモードはヘッドのスピードが落ちた時にレーザーを弱めてくれるとの事で、今まで直角の曲がり角とかは焼き過ぎっぽかったのが解消されるかもしれません。

AliExpressにはArduino UNOとCNCシールドがセットで¥1009-で売られていました。早速購入し、すでに到着しております。
CNCシールド

なんか、ステッピングモータードライバのヒートシンクが3つしか入っていないです。
まあ当面ふたつしか使わないですが。

ついでに2.54mmピッチの3pinコネクターも買いました。ラジコンサーボとかで使うアレです。
サーボは3pinでよいのですが、よく考えるとステッピングモーターは4ピン、センサー類は2ピンのハウジングが必要です。一緒に発注しておけば良かったです。これらを正月休み中に部品店に買いに行ければいいのですが…

2.54mmピッチコネクタ

2.54mmピッチコネクタ

・・・という訳で、ぼちぼちやっていきます。