回路図

前回は 5V バッテリーの出力を直接合成しようとしていたが、それだとバッテリーの個体差によって電圧の差が大きく、うまくバランスできないうえに、損失が大きくなるという問題があった。

今回はバッテリー出力それぞれを欲しい出力電圧付近まで DC/DC で昇圧してから合成することにした。これにより、DC/DC で電圧で調整が効き、かなり近くに電圧をあわせられる。昇圧後に電流制限回路とダイオードを入れ、ロードシェアさせている。

FET は、最大で、許容する電位差×最大電流値だけの損失を発生させる。±0.5V 700mA だと 700mW。空冷でもよさそう。ただ、全体の許容電流を超えた電流を流そうとすると損失が激しく増えて熱くなるので危険。

結果

電圧を高めにして、ゆっくり電流を増やしていくと最大28Wぐらいとれた。

問題点

オフィシャルな解決方法

https://github.com/grbl/grbl/wiki/Interfacing-with-Grbl にもFAQ的に書かれている。ここで書かれているのは、planner buffer queue size (設定すると status として出力できる) を見ながら、一定のキューサイズを保つ、という方法である。

しかしこの方法には以下のような問題がある

• planner buffer queue size を status に表示させるのが面倒
  • 毎回 $コマンド送るの？みたいな
• キューサイズを決めるのが難しい
  • 少なすぎるとスムーズに送れず、多すぎると止まるまで時間がかかる
• どっちにしろ入れたキューは消せないため、うまくやらないと止まるまで時間がかかる

Hold & Reset

次に思いつくのは Hold してから Reset するという方法である。Grbl は Hold など一部のコマンドはリアルタイムで処理されるため、キューサイズに影響されない。

つまり、動いているときに Hold させて即時停止させるということは可能。そしてその状態から Reset を行えばキューをクリアできるため、実質的にジョギング相当になる。

しかしこの方法には以下のような問題がある

• Hold -> Reset の遷移が安定しない
  • Reset during cycle エラーがでたりする (位置がずれてる可能性がありますよということ)
• Hold → 実際の Hold までディレイがある場合 (ネットワーク経由でHoldするとか) 停止までの時間が安定しない

ということで使えない。

インターバル方式

ということで別の方法を考えた。これは1つのGcodeあたりの実行時間を一定とし、一定時間ごとにキューイングする方式。

理想ジョギングはステップ単位で進むわけではなく、フィードレートのみに依存しているわけで、それに近い挙動をすることができる。

インターバルは Grbl へ送信してキューに入るまでの時間よりも長い時間をとる必要がある。ネットワーク経由だと少し大きめに設定する。

例えば 0.3sec インターバルでフィードレート800mm/minで送る場合、4mm ずつ送ることになる。

この方法のメリットは

• 一定時間(インターバル)以内に必ず動作が止まる
• 追加の設定が必要ない
• 実装が簡単

デメリットは

• インターバルよりもキューイングに時間がかかった場合スムーズに送れない

ぐらい。

実際のインターフェイス

実際はステップジョギングと可変フィードレートを併用できるのほうが嬉しいため、以下のような挙動にした。

• マウスダウン直後は1ステップ送る
• 終了後1秒間そのままでいるとステップから計算した可変フィードレートで上記インターバル方式のジョギングを行なう

かなり自然なジョギングができるようになって満足

vertex shader

頂点ごとの処理内容。線分だったら始点と終点。頂点の最終的な位置を決定する。ついでに頂点ごとの属性 (attribute) から fragment shader に渡すものをどうするか決めたりする。

最終的に gl_Position にスクリーン座標を代入する。

fragment shader

ある断片ごとの処理内容。線分だったら始点から終点までの各要素を分割した1要素 (線分をレンダリングしてピクセル単位にしたときのピクセル単位)

最終的に gl_FragColor に vec4 型で色情報を代入する。

varying として vertex shader から渡された値は、各断片ごとに値が変更されて渡ってくる。

gl_FragCoord という変数があり、これには実際に処理しようとしているピクセル座標が入ってくる (スクリーン座標系)

gl_FragCoord から元の世界座標系を計算するのは面倒なので、fragment shader で世界座標系が欲しい場合 varying で座標を渡すのがてっとりばやい。

varying variables

varying は vertex shader と fragment shader とを繋ぐものだが、vertex shader でセットした値がそのまま fragment shader に渡るわけではない。fragment shader に渡るときに該当する fragment について計算された値が渡ってくる。

https://www.opengl.org/sdk/docs/tutorials/ClockworkCoders/varying.php

コレットナットを軸からはずす

普通に緩めて外すだけ

ナットからコレットを外す

コレットをちょっと押してみると、ナットの位置によって傾むくほうと傾かないがあることがわかる。

傾むくほうを下にして、そのまま下に少し強めに押すと外れる

ナットにコレットをつける

ナットの内側をよくみると、コレットの溝にはまるようにリングがついていることがわかる。そしてそのリングが一方が深く、一方が浅いようになっている (偏心している)

なので、深いほうを先に入れ、浅いほうに向けてコレットを押しこむとつけられる。

ナットを軸につける

普通に締めるだけ

いちいちナットにコレット脱着するのが面倒だ!!

ナットだけ追加で買って、1コレット1ナットをセットにしてしまうのが早い。これなら、緩めて別のナットをつけるだけですむ。

メモ

これとは別にもう一枚切削したが、そちらはちょっとZが安定しなかった。おそらく両面テープ不足。また、バリがかなり出てしまった。ビビったせいかもしれない。とにかく、固定はしっかりしたほうがいいっぽい?

φ0.5mm のエンドミルはかなり扱いが怖い。φ0.8のミルも注文したけどまだ届いてない。

0.8mm厚だと切削したパスが表面から透けて見えるので、部品の配置がやりやすい。1.6mm よりいいかも?

現状

ふとやってみよう、と思ったので、0.8mm のエンドミルを使うべきところ (穴あけ) に 1mm のエンドミルを使っており、ランドが消滅していたりする。実際はシミュレーションとほぼ同じように削れたので、0.8mm にすれば解決するだろう。

Eagle -> G-code

Eagle -> G-code は直接出力する ULP が公開されているものがあったので、これを使ってみた。キデッジ メイカーズ ブログ　-卓上CNCでプリント基板を簡単に作ろう！- CNCとEAGLEによる片面プリント基板の自作法！, キデッジ メイカーズ ブログ　-卓上CNCでプリント基板を簡単に作ろう！- ドリル、外周カット用ULP version2！

これらのうち以下だけを使った。

• 1_linepattern_gcode_bottom.ulp
• 2_drill_holes_cutoff_v2.ulp

--- 1_linepattern_gcode_bottom.txt	2015-09-07 01:19:30.000000000 +0900
+++ 1_linepattern_gcode_bottom.ulp	2015-09-06 23:23:36.000000000 +0900
@@ -42,7 +42,7 @@
 //////////////////// ユーザー設定 ////////////////////
 //////////////////////////////////////////////////////
 
-string  DefaultSuffix   = "_bot.tap";   //お使いのCNC似合わせた拡張子に変更してください
+string  DefaultSuffix   = "_lines.gcode";   //お使いのCNC似合わせた拡張子に変更してください
 real    Width           = .3;           //実際に削る線幅を指定してください
 real	Lift            = 1;            //空中移動時の高さを指定してください
 real	Depth           = .1;          //実際に削る深さを指定してください
@@ -129,7 +129,7 @@
          printf ("G0Z%2.3f\n",Lift);
 //         printf ("G0Z0.23\n");
          printf ("G0X0Y0\n");
-         printf ("M03\n");
+         printf ("S10000 M03\n");
          printf ("\n");
          printf ("(Begin)\n");
 }

--- 2_drill_holes_cutoff_v2.txt	2015-09-07 01:19:20.000000000 +0900
+++ 2_drill_holes_cutoff_v2.ulp	2015-09-07 00:16:18.000000000 +0900
@@ -12,13 +12,13 @@
 //////////////////// ユーザー設定 ////////////////////
 //////////////////////////////////////////////////////
 
-string  DefaultSuffix   = "_cut.tap";           // お使いのCNC似合わせた拡張子に変更してください
+string  DefaultSuffix   = "_cuts.gcode";           // お使いのCNC似合わせた拡張子に変更してください
 real    dtool           = 0.8;                  // エンドミルの直径を指定してください
 real    zstep           = 0.4;                  // Z軸のステップ値を指定してください
-real    depth           = -1.5;                 // 基板の厚さを指定してください
-int    fvalue          = 200;                   // XY軸のF値を指定してください
+real    depth           = -1.7;                 // 基板の厚さを指定してください
+int    fvalue          = 80;                   // XY軸のF値を指定してください
 int    z_fvalue        = 50;                    // Z軸のF値を指定してください
-real 	cut_up 		= 1;  			// 空転移動時の高さを指定してください
+real 	cut_up 		= 2;  			// 空転移動時の高さを指定してください
 int     drill_cut       = 1;                    // 取り付け穴のパスが必要ない場合は0にしてください
 int     drill_on        = 1;                    // エンドミルによるドリルのオンオフ
 int     pecker_mode     = 1;                    // キツツキドリルのオンオフ
@@ -764,7 +764,10 @@
   {
     line_counter();
     checkturn_right_or_left();
-    printf("T2 M06 S0 M03\n");
+    printf("G90\n");
+    printf("G0Z2\n");
+    printf("G0X0Y0\n");
+    printf("T2 S10000 M03\n");
     
     if (drill_cut == 1)
     {

実際の切削

基板をしっかり固定するのが重要なのは言うまでもないけど実際難しい。基板自体が反ってしまっている場合、両面テープで貼ろうとしてもどうしても浮いてしまうし、クランプするとクランプした周辺だけ浮かない状態になって削れなくなってしまう。

切削で楽をしようとするなら、基板作成の段階のデザインルールで0.5mmぐらいのルールをしくのがよさそう。ユニバーサル基板の代わり(自動配線したいだけ) なら、このほうが圧倒的に楽

あと処理

結構バリがでるのでなんらかの方法でとりたい。

WebAudio で入門する 信号処理

メインセッションは、いつも20分枠に応募して、かなり説明をはしょりまくってもギリギリ、という感じだったので60分(50分)にしてみたのですが、時間配分が難しくて結局あわあわしてしまいました。これならもっと切りつめて20分のほうがメリハリがあってよかったので、大変大変反省しています。

いちおう少しでも面白いという反応が頂けのがよかったです。少しでも WebAudio 面白そうということで手を出していただければ幸いです。

LT コミュ力あげてこ

音量がうまくでないトラブルがありご心配をおかけしました。接続テスト時にネタバレをしたくなかったので、別のツールで「音が出る」ことだけを確認して、音量ならいくらでもあがるやろｗｗｗと思っていたら全然あがらなくてあせりました。

本当は 1.5分ぐらいひたすらモールス聞きとり(説明しませんでしたが、流れてくるモールスの聞きとりをやっていたのです)をやろうと思ったのですが、トラブルで時間をとられたので早々に諦めました (音が出た時点でデオチなので)。

ネタですがモールスやったらいいのにというのはマジ

• [ham][モールス] なぜ今僕がモールスを学習するのか | Thu, Aug 22. 2013 - 氾濫原

YAPC::Asia Tokyo 2015

今回あんまりセッションを聞けなかったので、動画の公開を楽しみにしたいと思います。

とりあえず CONBU さんの LT が最高に面白かったし、衝撃的すぎて良かった。LT でいっぱい人が出てくるという発想がまず全くなかったのでやばかった。

あと、今回は LT のドラの前に終わる人が多いように感じた。自分もそうだけど焦りすぎたかもしれない。結構、20分トークぐらいのをLTで圧縮する(そしてドラがなる)というのが例年あった気がするけど、リジェクトコンとかが充実してきてそういうのがなくなったのかもしれない。

最後の YAPC::Asia Tokyo、牧さんはじめスタッフのみなさん本当にありがとうございました。

Grbl - USB G-code 実行

Grbl はシリアル経由で G-code を与えると制御用信号を生成してくれるファームウェアで、オープンソースで開発されている。Arduino に書きこめば動いてくれる。Arduino Nano 互換ボードに書きこんで使っている。

CNC 用のステッピングモータ制御基板は、古来からパラレルポート (という名のGPIO) をインターフェイスにしているが、現代のコンピュータにはパラレルポートは存在していないため、制御信号をコンピュータで直接つくるのではなくマイコンにやらせる、という感じ。

書きこんで設定すれば動くので特筆するようなことはない。

$0=10 (step pulse, usec)
$1=25 (step idle delay, msec)
$2=0 (step port invert mask:00000000)
$3=1 (dir port invert mask:00000001)
$4=0 (step enable invert, bool)
$5=0 (limit pins invert, bool)
$6=0 (probe pin invert, bool)
$10=3 (status report mask:00000011)
$11=0.010 (junction deviation, mm)
$12=0.002 (arc tolerance, mm)
$13=0 (report inches, bool)
$20=0 (soft limits, bool)
$21=0 (hard limits, bool)
$22=0 (homing cycle, bool)
$23=0 (homing dir invert mask:00000000)
$24=50.000 (homing feed, mm/min)
$25=500.000 (homing seek, mm/min)
$26=25 (homing debounce, msec)
$27=1.000 (homing pull-off, mm)
$100=1066.667 (x, step/mm)
$101=1066.667 (y, step/mm)
$102=1066.667 (z, step/mm)
$110=800.000 (x max rate, mm/min)
$111=800.000 (y max rate, mm/min)
$112=800.000 (z max rate, mm/min)
$120=150.000 (x accel, mm/sec^2)
$121=150.000 (y accel, mm/sec^2)
$122=100.000 (z accel, mm/sec^2)
$130=200.000 (x max travel, mm)
$131=150.000 (y max travel, mm)
$132=60.000 (z max travel, mm)

仕様通りに設定すればちゃんと動いた。

配線の回路図

とりあえず仮でリミットスイッチを強力な両面テープを使ってつけており、ホーミングも実際は有効にしている。

緊急停止ボタンは、一番最初のうちからつけておくべき。うっかり操作をミスったときにとても便利。だいたい機械側からガガガガ〜とか音がなるとパニくるので、停止ボタンだけはとにかく物理ボタンで目立つようにすべき。

ちなみにこの緊急停止ボタン、中国製の安いの買ってみたら接点が接触しないという、用途的に致命的だろという欠陥製品だった。一旦分解して接点にハンダ盛ったした……

防音箱

動かしている間結構なお点前の音を出すのと、安全性のため、最初から箱を作ろうと考えていた。

仕様に書いてあるサイズを信用できなかったので、届いたものの稼動範囲や、でっぱりを調べたところ、内径として

   H=420mm
   W=410mm
   D=530mm

ぐらいは必要ということがわかった。スピンドルのでっぱりがかなり大きかった…

一旦箱の全景を SketchUp でモデリングしたあと、板取図も SketchUp でおこし、エコモクという通販サイトにカットを依頼した。

かなり正確にカットされたのがきて良かった。板さえ完璧に切れていれば組立は一瞬なので最高。

材質はパーティクルボード。MDF よりも若干比重が高く (遮音性が高いということ)、そして安価なのでこれにした。板は安いが配送料がどうしても高くなる。

防音箱の下にはゴムの防振パッドをしいている。

また、中身に吸音シート (ホワイトキューオン) を貼っている。ホワイトキューオンは50mm厚のやつを裂いて4分の1にしてある。最初吸音材は貼らないつもりだったけど、実際やってみると共鳴音っぽい響きをしてしまったので結局入れた。

扉は、スペースに余裕がないため観音開きにし、マグネットキャッチによってできるだけぴったり閉まるように調整をした。最初、ローラーキャッチで試してみたけど、キャッチの力が弱くてダメだった。マグネットキャッチのほうが保持力が強いみたい。

LED のライトもつけてある。秋月で250円で売っているやつ。普通の部屋用のLEDライトだとオーバースペックだよなと思って試してみたけど正解だった。ちょうどいい。micro USB 端子から直接12Vに昇圧できるボードを入れて、配線を簡単にした。

制御まわり

別のエントリを書く

500 Can't connect to lowreal.net:443 (certificate verify failed)

GrblServer

https://github.com/cho45/GrblServer

そもそもやりたいこととして

• 無線でジョギング(手動でXYZを動かす)
  • スマフォとか
• 複数の端末で同時に表示を行いたい
  • 箱の近くのRaspiと、ネットワーク上の別のPCとか

で、これらを実現するため

• シリアルポートで Grbl を通信しつつ WebSocket を喋るサーバ
• そのサーバと通信して制御するHTMLのビュー

を作った。前者は nodejs、後者は Polymer を使って実装している。

実際の使用

Grbl のサーバはネットワークに繋げた Raspberry Pi で動かしている。WebSocket は same-origin ポリシーとかがないので、LAN 内なら接続を許可するようなコードにしてある (つもり)

サーバさえ立っていれば、LAN 内のどの端末でも Grbl を制御できるので、PC 上で G-code を作ったやつを実行させたり、スマフォで開いてXYZを手動で動かして原点を出したりとできる。自分的には現時点でそこそこ満足いく構成になっている。

G-code 生成ソフト (CAMソフト)

別のエントリを書く

CNC フライス、G-code 生成・CAM・CADソフト編 | tech - 氾濫原

SketchUcam の勘どころ

SketchUcam は基本的に 2.5D CAM なので、パスの設定は完全に平面でなければならない。(Z軸方向の高さがあってはならない)

また、設定したセーフエリア外のオブジェクトは完全に無視される。SketchUp 上の複数の図面を書いたうえで、セーフエリアだけを動かせばそれぞれ別の G-code として生成できる。

2段以上の加工を行う場合、SketchUcam では一発で生成できないので、図面コピー + 切削条件再設定が必要。セーフエリアを動かして複数回 G-code 生成を行って、連結する。

SketchUcam でワーキングポジション設定

SketchUCam はセーフエリア(機械稼動範囲)の設定ができるが、セーフエリア左下に常に原点が固定されてしまう。しかし実際は「ここを中心(原点)にして機械を動かしたい」という場合がある。

可能なら任意の点を原点にできればいいんだけどできないので、オフセットを設定するしかない。

セーフエリア内の適当なところ(中心とか)にオブジェクトを起き、機械側でも原点まで移動させたあと、ゼロリセットではなく、オフセット分のリセットを行う。

例えば、セーフエリア原点から 50mm, 50mm オフセットした位置を中心にして図面を書いた場合、機械側の原点あわせは、中心点を手動であわせたあと、G10 P0 L20 X50 Y50 とか送ればいい。

生成済み G-code の確認方法

ビューの状態によってオブジェクトが出力されたりされなかったりするので、生成した G-code は必ず確認が必要。

この用途だと OpenSCAM が良さそうなので使っている。

1. G-code を出力したら、 OpenSCAM 側でそのファイルを開く。
2. OpenSCAM の Workpiece Settings を Manual にし、切削対象の大きさにあわせる
   • 最低でも Z 軸は正しくしないといけない。1mm厚で原点を上に設定する場合 Z Dimension は 1.00000, Offset は -1.00000 になる
3. Tool View を選択し、エンドミル直径を変更する
4. Simulation View の下側にある Rerun simulation ボタンを押す

特に Z 軸方向のチェック、例えば貫通すべきパスが貫通しているかとかをちゃんとチェックする。

出力しなおした場合、Rerun simulation すれば再度リロードされる。

これで正しく切削できそうなのが確認できればいよいよ実際に切削できる。