これまでのあらすじ:
2016年3月、フェルト生地を手で裁断している際にレーザーカッターがあれば複雑なカットが容易にできるなあと思って、安価になってきたレーザーカッターを購入しようと思ったのがきっかけ。調べていくうちに、合板も切れたほうがいいと思うようになって、CNCルーター(CNCミリング)についても考えるようになった。
Arduinoは以前から使っており、CNCシールドがあると気付いて自作も可能と思うようになった。当初はShapeOkoやX-CARVEを参考にMakerSlide、OpenRail、V-Wheel、2GTタイミングベルトなどで5万円くらいで自作しようと思っていた。AliExpressでも部品が安く買えることが分かって、しばらくは部品探し。探せば探すほど安くて本格的な部品も見つかってくるので、そんなにケチらなくてもいいのではないかと徐々にスペックアップ。最終的には剛性や精度のことも考えてボールスクリューやリニアスライドを使うことになり、予想以上に重厚な3軸CNCマシンをつくることに(約7万円)。
構想から約5週間(制作約3週間)でルーターとレーザーともに使えるようになり、現在はgrbl1.1+Arduino CNCシールドV3.5+bCNCを使用中(Macで)。余っていたBluetoothモジュールをつけてワイヤレス化。bCNCのPendant機能でスマホやタブレット上のブラウザからもワイヤレス操作可能。


CNCマシン全般について:
国内レーザー加工機と中国製レーザー加工機の比較
中国製レーザーダイオードについて
CNCミリングマシンとCNCルーターマシンいろいろ
その他:
利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:

*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。

2016年5月5日木曜日

CNCマシン:レーザー焦点距離計測実験

レーザーのほうの準備が整ったので早速実験開始です。今回はレーザー切断するための、対象との焦点距離を計測します。レーザーは5.5W 450nmのブルーレーザーです(約17000円でAliExpressより入手)。
50mmの線を5mm間隔で20本引き、一本引くことにZ軸を5mmずつあげていくという実験です。Inkscape+Laser Tool Plug-inで5本くらい線を引いて、Gコードとして吐き出したものをTextEditで開いて、Z軸が5mmずつ上がる部分を書き足しました(以下6行目:G X10 Y60 Z10のZ10が5ずつ増えていき、Xも5ずつ増える)。最初の3行以降、9行ずつ一本の線を引く内容になってます。

M05 S0 (レーザー停止、出力0)
G90 (絶対座標設定)
G21 (単位mm設定)

G1 F600 (フィード600mm/min速度設定)
G1  X10 Y60 Z10 (座標X=10,Y=60,Z=10へ移動)
G4 P0 (待ち時間0)
M03 S1000 (スピンドル/レーザーON、出力100%)
G4 P0 (待ち時間0)
G1 F400.000000 (フィード400mm/min速度設定)
G1  X10 Y10 Z10 (座標X=10,Y=10,Z=10へ移動)
G4 P0 (待ち時間0)
M05 S0  (レーザー停止、出力0)

G1 F600
G1  X15 Y60 Z15
G4 P0
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X15 Y10 Z15
G4 P0
M05 S0

・(中略)

G1 F600
G1  X105 Y60 Z105
G4 P0
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X105 Y10 Z105
G4 P0
M05 S0

G1 F600 (フィード600mm/min速度設定)
G1 X0 Y0 (原点へ移動)
M18 (プログラム終了) M30(プログラム終了)

こんな感じのGコードです。合計20本の線。M03 S1000でレーザー出力最大です。
追記:
最後の行にある「M18」は、grblではエラーがでるようです。M30に書き換えたほうがよさそうです。これについてはこちらへ


シナランバーコア合板に照射します。先端のレンズチューブからの距離10mmから100mmまでを計測。
bCNCで見るとこんな感じ。階段のように上がって行く感じです。以下(なんか途中からちょっとずれてるけど大丈夫でしょう。あとで確認すると一段ずれていたようです)。

ということで、読み込ませたGコードをスタート。


実験開始です。レーザー防護ゴーグルをしていたので、どんな感じの写真になっているかはそのときは分かりません。危険な光がでてます。

いちおう順調。危険なので、あまり見てません。単純な線なので面白くはないです。
数分かかって終了です。

ボケボケですが、よくみると50(距離50mm)が、やたらとシャープな線になっています。50を中心として線が太くなって、さらには薄くなっているのが分かります。これはどうみても焦点距離は50mmという感じ。予想は当たりました(このレーザーが届いたときに試しに合板に照射してみたとき定規ではかったら、大体50mm前後がよく燃えてたので)。49mmか51mmか?というほど厳密にやらなくてもよさそうです。やってもいいのですが(その実験内容はこちら)、以下のもうひとつの焦点調節もあります。

実はこの実験をするまえに、レーザーのレンズ部分を多少調整しておきました。
先端のアルミチューブのなかにレンズがはいっています。これを回すと前後に動いて焦点調節できるのですが、前回投稿した内容のように、かなりガタがあり、いちおう内部にはバックラッシュ対策としてスプリングが入っていましたが、それでもなんかゆるゆるな感じです。なのでプラスチック板を間にはさんでぐらつかないようにしました。前回手動で焦点を合わせたときだいたい2mmくらい出っ張る感じだったので、このプラスチックの板の分だけ前に出ているという感じです。

レンズチューブを外すとこんな感じ。いちおうプラスチックの板はレンズチューブのネジ山(M9ピッチ0.5mm)でタッピングしてあるので、レンズチューブを締めることができます。焦点の合わせ方はけっこう適当で、回してみて行き過ぎたら戻るという繰り返しで決めています。照射してみて、見た目できるだけ細い光点になるようにしただけです。
こっちのレーザー本体の焦点もいちおう大体合わせてから、照射する物体との距離を合わせる感じになります。
今回の実験で大体は分かったので、試しにフェルトも切ってみることに。レーザー先端からフェルトまでの距離は50mmにしておきました(実験結果から)。

先ほどの距離実験の合板の上にフェルトをのせて切ったのですが、F300 S1000(5.5W 100%)で切ってしまったので出力が強すぎたようです。下の合板に貫通して普通に切れ目が入っています。

F300をF600くらいにもっと速くするか、レーザーの出力を50%くらいにしてもフェルトなら切れそうです(強すぎると焦げてしまう)。フェルトは木材と違ってあっさりきれてしまいます。とりあえず、これでかなり複雑な模様のフェルト切断も可能になったので(当初の目標)、さっそく使っていきたいと思います。

ということで今回の実験は終了。あとは切断する材料に対するちょうどいい出力値やスピードを見つけて行く感じでしょうか。
それとレーザ用のスイッチを手元につけないといけません。

前々回のトリマを使っての合板の切断と今回のレーザー切断が一応確認できたので一安心です。

関連:
レーザー焦点距離計測実験その2(より詳細な実験)

12 件のコメント:

  1. mirror nerrorさん

    ご無沙汰しております。半年ほど前にかなりお世話になったさわです。
    あれから、スピンドルを付けましたが騒音問題のため、レーザーに切り替えて動かしております。

    さて、またまた問題が発生してしまったので相談させてください。
    Inkscapeなのですが、書き出したgcodeをbcncで読み込むとパスが縮小されてしまいます。

    Inkscapeで200mmの線を描く

    Laser Tool Plug-inでgcodeを作る

    bCNCでgcodeを読み込み加工開始

    200mmの線が60mm程度になってしまいます。
    四角形、円なども試してみましたが縮小されてしまいます。
    ・・・何か解決策をご存じないでしょうか?

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    返信
    1. お久しぶりです。
      inchとmmの単位設定はあってますか?
      Inkscape:
      ファイル>ドキュメントのプロファイル>ページタブでmm設定
      あまり関係ないかもしれませんが、一応bitmapの解像度設定は、
      編集>Inkscapeの設定>ビットマップダブ
      デフォルトのエクスポート解像度:200dpi
      作成するビットマップコピーの解像度:90dpi
      デフォルトのインポート解像度:90dpi
      になっています。

      bCNCのほうは:
      Tools>config
      で左画面に表示されるUnits(inches)にチェックが入っていない状態
      同様にTools>controllerで$13 Report in inchesにチェックが入っていない状態
      という感じでしょうか。
      Laser Tool plug-inのかわりにLaserWeb3もしくはLaserWeb4で試してみてはどうでしょうか?
      LaserWeb4は、最近ほぼ完成したようで、ダウンロード版のアプリになったので前よりは使いやすくなったと思います。
      それでも、ずれていそうであれば、Inkscapeのほうの設定か何かということになりそうですね。

      削除
    2. LaserWeb4をインストールしてみました。モダンなデザインでいいですね。
      Inkscapeで作図 → SVGで保存 → LaserWeb4でGcode作成
      この流れでやったらバッチリうまくいきました!アドバイスをありがとうございます!

      LaserWeb4でいくつか質問があるのですが・・・

      (1)LaserTestが使えない(bcncでいうところの「Spindle」ですよね?)
      (2)X軸を向かって右に(+)動かしているのに画面は左に動いてしまう
      (3)紫色のポインタがまったく動かない


      ちなみに、前のやり方(Inkscape+LaserPlugin+BCNC)で再度チャレンジしてみました。
      ドキュメントプロファイル内の単位設定はすべてミリ単位になっていました。それと、bitmapは使用していないので問題ないと思われます・・・。
      関係があるかわからないですが、Laser Tool plug-inで100mmのパスをgcodeで書き出し、拡張子を変えてNCVNで見たところ切削距離が100mmでした。ですのでInkscape側の問題ではないかもしれません。

      ご指摘頂いたBCNCの設定もすべて問題ありませんでした。ですが、LaserWeb4で、SVG→GCODEの流れで出来たと言うことはBCNCの設定に問題があるのかもしれませんね・・・。

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    3. LaserWeb4のほうは、最初に多少セッティングが必要かもしれません。

      (1):
      左のメニュータブ>Settings>Gcodeで、
      TOOL ON:M3(あるいはM4)
      TOOL OFF:M5
      MAX PWM S VALUE:1000
      CHECK-SIZE POWER:100(100にしましたが何用なのかは不明)
      TOOL TEST POWER:10(これがテスト用出力設定だと思います。ためしに10%程度で)
      TEST TOOL DURATION:100MS(とりあえず0.1秒)

      レーザーモードをオン(S32=1)にしている場合は、M3ではなくM4で出力オンになるので、ヘッドが止まっている間は出力0%になる思います(レーザー出力がスピードに比例するため)。LaserTestボタンを使うなら$32=0でM3で試してみないとダメかもしれません。

      (2):
      $3の各軸の移動方向設定するとダメでしょうか?
      (3):
      $10=1になっているでしょうか?$10は各軸の座標値をソフトへ知らせる設定です。

      bCNCについては、
      現在の最新バージョンが0.9.9ですが、あらためてダウンロードしてみてはどうでしょうか?

      削除
    4. (1)
      アドバイスいただいた通り、TOOL TEST POWERとTEST TOOL DURATIONを設定したら無事出来きました!ありがとうございます。

      (2)
      $3の値を変えてみましたが変わらないですね・・・。

      (3)
      $10=1になっていました。


      2、3なのですがBCNCでは問題なかったのに、LaserWeb4では上手く動かないことがあるのでしょうか?

      削除
    5. Mac版のLaserWeb4を使ってみましたが、LaserWeb3ではBluetooth通信が使えたのに、LaserWeb4では通信が上手くいきません。USB経由なら問題ないのですが、やはり4のほうだとまだ微妙に不具合など残っているのかもしれませんね。それと、アプリを立ち上げるとファンがかなりうるさくなってPCへの負荷も高そうです。いまのとこLaserWeb3でも問題なく使えているので(立ち上げ方がやや面倒ですが)、もう少しLaserWeb4は様子見したほうがいいのかもしれませんね。

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    6. こんにちは。返事が遅くなりました。
      あれからLaserWeb4を使っていますが少しずつ慣れてきました。しかし「bCNCでできたのに」ってことが多々あります。

      また質問になってしまうのですが・・・LaserWeb4でレーザー加工するとき、移動時にレーザーが付きっぱなしになってしまいます。例えば「あいう」という文字であれば、「あ」をカットして次の「い」に移動するとき、本来はレーザーが切れると思うのですが切れずにそのまま動いてしまいます。

      画像をアップロードしたので見ていただければうれしいのですが、緑色のパスの部分です。

      https://yahoo.jp/box/k_d9eA

      解決策をご存知でしたら教えていただけないでしょうか?

      削除
    7. 「あいう」の文字は、どんなファイル(拡張子)をLaserWeb4で読み込みましたか?
      Inkscapeで描いた文字のアウトラインをパス化した.svgファイルでしょうか?
      たまに、bCNCでもDXF形式を読み込ませた際に、似たようなことが起きるときがあります。その場合は、Gコード上で多少手直しするか、SVGやDXFではなく、Gコード化したファイルを読み込ませたほうがいいのかもしれません。

      削除
    8. inkscapeで文字を描いてアウトラン化(「オブジェクトをパスへ」でいいんですよね?)したものをsvgで保存して読み込んでいます。
      LaserWebってDXFも対応していたんですね。DXFでも試してみたいと思います。

      また、提案いただいた「Gコード化したファイル」というのはSVGからGコードに変換できるソフトがあるのでしょうか?いつも質問ばかりですみません。

      削除
    9. LaserWeb4でそのSVGファイルを読み込んだあと、左側のFilesタブ>GCODE(緑)の欄の水色(目のマーク)ボタンでGコードとして確認できるかと思います。右隣りの緑のファイルボタン(Export G-code to file)でデスクトップなどに保存できると思います。そのGコードファイルをテキストエディタなどで開いて、必要な箇所に(「あ」と「い」の間の移動パスなどに)、M5S0でレーザーオフ出力ゼロ、M3S1000でレーザーオン出力100%など挿入することになるかと。たぶん、このGコードが入っていないために連続してオンになっているのだと思います。
      もしくは、一度InkscapeのプラグインであるLaser Tool Plug-inでGコードを吐き出してみるといいと思います。そのGコードと比較すれば、どこが違うか分かるかと思います。
      https://cnc-selfbuild.blogspot.jp/2016/05/cncinkscape-laser-tool-plug-in.html

      また、Grbl1.1のレーザモードなら($32=1)、M3ではなくM4なので、M4S1000でレーザーオン出力100%になります。

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  2. レーザーモジュール12wを入手してやってみましたが、焦点調整難しいですねぇ(T~T)
    私の作ったレーザーカッターはx軸+Y軸(A軸クローン)のベルト駆動なのでz軸まで手が出ませんでした
    Z軸替わりは5mmの寸切りで取り付け部を上下させるものを作りましたモータを組込めるような物では無いので手動です
    5mmのベニヤ板抜くのに8パス(s1000 f400)も必要なのですが、ほんとに12wなんだろか、透明アクリルは完全透過するし中国人に騙されたのかな(T_T)

    も少ししたらy軸ベッド式X軸固定門型のミルマシンを設計しようと思っています
    その時も色々参考にさせていただきます

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    1. ダイオードレーザーの場合は、透明アクリルは光が透過してしまって切れないようです。不透明の黒アクリルであれば切れるようです。40WくらいのCO2レーザーじゃないと透明アクリル切断は無理そうです。
      5mmのベニヤ板を8パス(F400)というのは、焦点がまだ合ってないのかもしれません。ちょっとずれるだけでも、いきなり切れ味が悪くなってしまうので、なんとか焦点が合うポイントを探したほうがいいかもしれません。ちなみに、焦点が合う範囲は1mm程度だと思います。
      Z軸が動かないタイプであれば、板を斜めに配置して(高低差10mmなど)、何本目の線が一番シャープになっているか確認するといいと思います。それを目安にあと何ミリ上下すればいいか分かると思います。

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