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2021-09

不定期掲載:続々・zプローブの制作

みかんを食べる手が止まらない、そんな季節です。
こんばんわ。

さて、先週基板の完成まではこぎつけたZプローブですが、今週はケース部分に着手し、完成。
PB231436.jpg

結局、底面側を樹脂製、プローブ側を真鍮としました。
樹脂は以前使ったコーリアン(人工大理石)の切れ端が見つかったので、それを利用しました。

真鍮側と基板上のプローブ端子を結線→はんだ付けして・・・
PB231437.jpg

蓋してネジ止め。ネジは超低頭ネジです。
PB231438.jpg

おもった以上にカッチリ感ある出来栄えに。
さすがの真鍮製で重量は十分なのでケーブルのひねりにも負けません。

クリップも取り付けて、通電テスト。
PB231439.jpg

ショートさせるとこんな感じ。コーリアンはリトフェインに使われるものなので、薄くするとある程度、光を透過します。ちょうどよい感じでLEDを確認できますね。底面は0.5mm、LEDの直上部分は0.3mmの厚みとしました。少々薄いので強度的には不安ですが^^;
PB231440.jpg

まぁ、もっともこれは基本底面なのでLED光ってても見えませんけどね^^;

で、さっそく接続して動作確認しつつ、プローブ動作用のプログラムを鋭意開発中。

ざっと確認した範囲では・・・
・USBを2つ接続したことによる影響はほとんどなし。
・プローブがショートしたことを検知する動作にはほぼ問題なし。

で、実際にプローブ動作させてみた範囲では・・・1つ問題が・・・

モーターの駆動はFT245経由でおこないますが・・・駆動パルスって基本「投げっぱなし」なんですよね^^; プローブ動作において、「プローブがショートしているか」を確認したのち、「1パルスだけZ軸を下げ」て、その上で「プローブがショートしているか」を見て・・・を繰り返すわけですが、ショートしているかのチェックはZ軸が動作して1パルス分下がった上でチェックする必要があります。

しかし、駆動パルスは投げっぱなしな上にFT245上のバッファーに蓄積していくので、そのままほかっておくとバッファー上に蓄積されて、実際にはまだ動いていないのに次のチェックが走ってしまうことになり、これではまともに動作できません・・・

そうなるとアプリケーション側でZ軸を1パルス下げたのち、十分に動作されるだけの時間待った上でチェックをおこなうことになるのですが・・・Windowsアプリケーションってのはそういった少しの時間を正確に待つというのがすこぶる苦手でして・・・

Z軸の下降動作がお世辞にも滑らかとは言えない・・・下降音がきれいに澄んだ「うぃーん」という音ではなく、「ガッガッガ」っといった感じのひどい音がします。なんとか調整して滑らかになるように試みましたが、がんばっても「ババババ」って感じの濁った音しかしません^^;

まぁとりあえず音は我慢するとしても、あとは精度的なものがどの程度なのか?っということです。

連続でプローブ動作をさせた場合、毎回同じ高さに収束・・・するわけもなく、大体プラマイ0.01~2の範囲内に収束する感じです。まぁあとZ軸の微動下降なんで、うちのヘッポコZ軸はおそらくコラムに張り付いたりして正確には動いていない場合もありそうです・・・

あと、接触→通電検知なので、やはりある程度プローブに刃が食い込んでる感じはしますね・・・テストに使ったのが刃がなまって廃棄した0.3mmエンドミルなので細くて余計に刺さりやすいってのもあるかとは思いますが・・・

まぁ私が使う分には精度的にもこれくらいで十分なんですけど、もうちょっと滑らかには動いてほしいかなぁ・・・




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不定期掲載:続・zプローブの制作

さて、不定期掲載とかいっておきながら今週も更新^^;
こんばんわ。

先週、基板切削までで力尽きたzプローブの製作、部品実装しました。
PB151430.jpg
フラックスでデロデロになってます^^;

裏面はこんな感じ。
PB151426.jpg

通常のCNC制御ボードであれば、まぁ普通に外部入力端子も付いているので、そこを使ってzプローブの制御等をおこなうわけですが、自作制御ボード故に現状、入力端子はついてません・・・

そこで、最初はセオリーどおり制御ボードに入力端子を増やすためにUSB-IFを改善する方向で多チャンネルUSBのICを試したりもしたのですが・・・
PA041409-1.jpg

よくよく考えたら、別に同一基板上に設けなくても、USBなんだし、そもそも複数機器を扱える仕様なんだから別口で作って必要な時だけつなぐ・・・まさにプラグ&プレイな感じでもいいのでは・・・? との結論に。

ただ毎回USB-IFのICを回路に組み込むのも、ちょっと面倒(おもにコネクタ周りが・・・)・・・ってのもありまして、思い至ったのがコチラ。
PB151425.jpg

いわゆるUSB-シリアル通信ケーブルってやつですね。PCに接続すると仮想COMポートとして認識されるヤツです。USBコネクタ側部分にUSB-IFのICが埋め込まれています。ただ購入したのはD-SUB9ピンのコネクタがついてる一般的なものではなく、2.54mmピッチの汎用コネクタ(QIコネクタとか2550コネクタとかいうらしい)になっているものです。

速度面では期待できませんが、そんなに速度が必要でもない用途であれば十分用を成すかなと。それにこれ、秋月電子からの購入なのですがFTDIのFT232が乗っているのが分かっている製品なのです。なので・・・

仮想COMポート経由ではなく、D2XXドライバ経由で直接制御できる

という非常に使い勝手の良いアイテムなのです。シリアル通信してもいいですし、もっと簡便な用途には単純に4チャンネルのデジタル入出力として使える、しかも5Vの電源付き・・・というわけです。入力もできるというのが便利。今回みたいな単機能で規模が小さいアイテムにはピッタリです。また、D2XXドライバだと接続されているICを固有IDで識別することもできるので、プログラム側からどのUSB-IFが何につながっているのかを判断することもできるというのも、複数機器をつなぐ場合には有利ですね。

で、とりあえずつないでみて、まずはマイコンにアクセスできるかどうかを確認。
PB141421.jpg

今回新しくやってみたスルホールはうまく機能しているようです。マイコンは認識成功。チップLEDなんかも破損することなくうまくハンダ付けできたみたいです。ただ、D2XX側にて、ポートを出力に設定して接続しているとISPがうまく動作しない模様。出力に設定するとポートがプルアップないしプルダウンに固定されてしまうから、まぁ当たり前か・・・^^; 入力にしておけばOK。

実はマイコン無しで直接入力してもよかったんですが、導通したらLED光らせるとか、PCとの通信で簡単なフロー制御をしたいとかありまして、AVRのTINY85が載ってます。このクラスのマイコンにはハードウェアシリアル通信がついてないってのも、D2XX経由での接続を選択した理由になってます。(新しい世代のTINY202とかであればシリアルついてるんですが・・・手持ちのAVR-IPS mkIIでは書き込みさせてもらえないという・・・)

zプローブ機能自体はオーソドックスな、プローブとエンドミルが接触した際に導通し、プルアップされているプローブ部分がGNDに遷移するのを検知するタイプです。検知部分にはRCローパスフィルタとシュミットトリガを配し、ノイズとチャタリング対策としています。

マイコン側のプログラム自体は小さいものなので大したこともなく完了。PC側との接続も問題なしです。で、実際にこれを使うためにはプローブ部分をケースに収めるわけですが・・・

とりあえず40mmの円形真鍮ブロック内に埋め込むことは確定なのです。どっしり重い感じにしておかないとケーブルのひねりとかで不安定になりますし・・・
PB151434.jpg

で、蓋となる部分をどうするか・・・で悩み中。
真鍮ブロック側をプローブとして蓋を土台とするか、蓋側をプローブとして真鍮ブロック側を土台とするか・・・いずれにせよ蓋と真鍮ブロックの間を絶縁する必要があります。(絶縁しないとワークが金属の場合、フライス本体をぐるっと伝ってエンドミル部分に接続されてしまいます・・・)

蓋自体を絶縁体で製作するのがよいのですが、そうなるとなにかしらか樹脂製となるわけで・・・気温によってプローブの高さが変わりそう・・・なので絶縁部分を極力薄くして・・・とか、エンドミルが下がり過ぎた際に破損しないようにプローブ部分は薄く柔らかく・・・そうすると加工時に歪みがでそう・・・

とか、いろいろ思案しつつ、今週はここまで。



不定期掲載:久しぶりの切削・・・

めっきり寒くなってまいりました。
こんばんわ。

さて、なんだかすごい久しぶりの切削、かつ制御PCがLattePandaになってから最初の切削はこちらの基板切削となりました。
2020110801.jpg

Zプローブほしいなぁ・・・と思い立ちまして、ソレようの基板です。今回はブレッドボードで起こさずに机上だけで回路組んだので、動くのかどうかまだ不明です^^;

で、エイヤっと切削。リハビリも兼ねてます^^;
PB081410.jpg

なんだか荒れてますが、これは使用したエンドミルの寿命による切れ味の鈍化が原因です。盛大にバリが出てます。銅箔は柔らかく粘りがあるのでこんな感じでへばりつくようなバリがでます・・・擦った程度では取れません。

本当は切削で全部取ってしまえるんですが、それをやるとエンドミルの寿命到達が早まってしまうので節約で^^; のこった部分はカッターナイフで剥がしとっていきます。
PB081416.jpg

面倒だったので全部剥がしてしまいました。

で、今回の新しい試みは基板上に7か所ほどあるスルホールの施工です。今回の基板は片面なのでスルホールは必要ないんですが、このテストピンを差し込むためのスルホールが欲しかったんです。
PB081418.jpg

基板の両面をつなぐ際はただのピンを通してはんだ付けするだけ・・・なのでスルホールはこれまでつくったことが無かったんですが、今回はピンを差し込むためにちゃんとしたスルホールが必要・・・ということです。

外径1.4mm、内径1mmの銅パイプに0.9mm径のピアノ線を差し込み、つぶれてしまわないように基板の厚みよりちょっと大きめに切り出します。
PB081412.jpg

思ったよりも切りにくくて、なかなかうまくきれません・・・
PB081413.jpg

で、この切り出した銅パイプを基板に挿入。これをやるために1.43mmという定番外のドリルをわざわざ購入してます^^; おかげでヌルリと挿入できるちょうどよい手ごたえ。
PB081411.jpg

あとはポンチでたたいて、ハンダ付け、余分なハンダは吸い取って、1mmのドリルで穴を成形して完成。うまくテストピンが刺さるスルホールができました。
PB081419.jpg

で、次は部品実装なのですが・・・
必要な部品をピックアップしてたら疲れたので今日はここで終了^^;
PB081417.jpg

それなりに部品イロイロ買いそろえた結果、だんだん探すのが大変な量になってしまいました・・・もともとパーツ棚を買って入れていたのですが・・・まぁ、あっという間にパンクして、いまはコンテナにあふれている始末・・・収容物にアクセスしやすく、拡張性のあるパーツ収納棚が欲しい・・・自作するかなぁ・・・

不定期掲載:USB-IFについて再評価

ポツポツと、なにかするたびに不定期掲載しています。
こんばんわ。

新しい機械を増やすということで、専用の制御基板一式が必要なわけですが、もうちょっと制御軸数を増やしたり、入力もやってみたい・・・ということでUSB-IF部分を再考中。

久しぶりにブレッドボードを出してきまして、現在使用している制御基板と同じ構成で回路を組んでみます。
PA041408.jpg

FT245RL + ATMega328P です。

現状、ATMega328Pは内蔵のRC発振器8MHzでの動作です。
PC側から1000000パルス送信し、終了までに経過した時間から秒あたりのパルス数(Hz)を計測してみます。

まず現状設定での計測結果。
20201004001.png

32KHz。まぁ、こんなもんです。
1回転200ステップでマイクロステップを8分割、送りねじ2mmピッチとすれば・・・
32000Hz / (200 * 8) → 毎秒20回転で2mmピッチなので → 毎秒40mm → 毎分とすると2400。つまりF2400なので十分な感じ。

次に16MHzのセラロックに切り替えたところ・・・
20201004002.png

純粋に倍になりましたね・・・もうちょっとオーバーヘッドで速度でないかとおもったんですが。

さらに20MHzのセラロックに切り替え。
20201004003.png

こちらも動作周波数の増加分にほぼ比例して早くなった感じ。

動作軸数を増やすためには現状1Byteで構成している制御フレームを2Byteにする等の対応が必要ですが、とりあえずマイコンの動作周波を上げる等すれば、フレーム数を増やしても問題なさそうな感触です。

入力については単純に2チャンネルのUSB-IFを内蔵するFT2232を使用する予定。
PA041409.jpg

ただ、FT2232は0.5mmピッチなので、これはさすがに自作基板で切削するのは厳しいですし、はんだ付けも難度高い・・・なので、このままこのブレイクアウトボードを使うようにする予定です。

これまではUSB-IF部分とドライバ部分を一体にした構成にしていましたが、今後は分割して使いまわしできるような構成にしたいところですね。

不定期掲載で再開です。

ご無沙汰しております。
コロナ禍の中、まだなんとか生きてます^^;

最近ようやく普通の生活に戻ってきた感じなので、この連休から
ボチボチ再開していこう! ということで・・・

まず手始めにこのおんぼろブースを作り直すことにしました。
P9191389.jpg
このブース、フライス盤購入した当時からあるのでもう9年ですか・・・
スチレンボードをテープで張り付けただけの構造なのでいい加減痛みが
ひどくなってきたので^^;

で、MFDボードで再構築しました。
P9221395.jpg
しっかりボルト止め構造で見た目もスッキリです。

内側の隅にはL字の樹脂版と扉の隙間ふさぎ用デープでしっかり塞いで
切子が下に落ちないように。壁面に有孔ボードを取り付けて、よく使う
工具類へのアクセス性向上なんかも・・・
P9221401.jpg
照明も9年前からは大きく状況が変わってます。マグネットでポン
付けできる薄型のLED照明が安く手に入るようになったので両側
に取り付け。手をかざすだけでオン/オフできる便利さです。
ひじょうに快適、そして眩しい^^;

ケーブルを通す部分は玄関扉用のすきまテープ(ブラシみたいな
毛がついてるテープ)でケーブルを挟み込むように通すことで切子
をガード。
P9221399.jpg

わかりにくいので写真は撮ってないんですが、このブースの全面を
覆うアクリルシートのカーテンも用意したので切子飛び散り対策は
バッチリです。ついでにある程度の遮音性も確保できるようになり
ました。まぁ、気休め程度にしか遮音しませんが^^;

あと、購入したままほったらかしにしてあったLatte Pandaの運用
も併せて開始。運用するためにケースを作成しました。
P9221398.jpg
いままで使ってたノートPCのバッテリーが膨らんできてしまった
のでもう限界でした。Win7だったのでLANからも切り離してSD
カードでやり取りしてたのが面倒極まりなかったのですが、無線
LAN接続でデータのやり取りは楽になりそうです。セキュリティ
パッチあてるのにすごい時間かかるのが難点でしょうか・・・

ちなみにこんな感じで背面についてます。
P9131388.jpg
ケースとかいいながら背面はむき出しなので、どちらかという
とスタンドですかね・・・

ざっと動かしてみた感じ、処理速度的には問題ないんですが、
どうも動き始めるタイミングでモーターの動きにノイズがのる
感じ。パルス送信が追い付いていないみたいです。動き始める
と問題無いのでUSBの通信開始動作なのか、タスクの切り替え
部分なのか・・・

LattePanda Alphaとかのがいいんでしょうけど正直高すぎる
ので、それを買うならもう普通のノートPCを買った方がいい
気がする・・・

しばらく使ってみて、ソフト側を煮詰めていく予定です。
ホームスイッチとかの入力部分も作りこみして機械原点を扱え
るようにしたいですねぇ。


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