grbl1.1+Arduino CNCシールドV3.5+bCNCを使用中。
BluetoothモジュールおよびbCNCのPendant機能でスマホからもワイヤレス操作可能。
その他、電子工作・プログラミング、機械学習などもやっています。
MacとUbuntuを使用。

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*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。


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2016年5月17日火曜日

CNCマシン:Bluetoothでワイヤレス化

先日、bCNCのPendant機能でタブレットでワイヤレス操作ができることがわかりました(以下がタブレット上の操作画面)。これでも充分便利ですが、昔買ったBluetoothモジュールがあったことを思い出し、それもつけてしまおうかと思い始めました。
そうすればわざわざMacBookをCNCマシンの脇に持って行かなくてもいいので、普段パソコンをしているテーブルの上からも操作可能となります。CNCマシンの近くにパソコンを置いておくと埃などもかぶってしまうし、パソコン作業を中断するのも面倒なので。しかし、こういう工作機械は、ワイヤレスにしないほうが誤作動も起こらなくで本当はいいはずです。それなら、スイッチなどつけて切り替えできるようにしておけばいいかなと。イメージとしては、別のテーブルでパソコン作業をして、タブレットをリモコンとして持ってCNCマシン付近でジョグ操作などするという感じ(そのうちRaspberry Pi 3をホストにしてWifi上で操作するというのも考えてはいるのですが、、、)。

ということで、昔のBluetoothモジュールを取り出してきました。ひとつ3000〜4000円くらいしたと思います(探したら全部で5個くらいありました)。その後ワイヤレスと言えばネットワークが組めるXbeeが登場して来てXbeeを使うようになったのですが、最近はWifiモジュールのESP-WROOM-02とかでしょうか。
これは、かなり前にSparkfunで買ったBlueSMiRFというBluetoothモジュールです。使う端子はVCC(5V)、GND、TX、RXの4つだけです。Class1で100mくらい電波が届きます。いまでも売っているはず。

MacbookのBluetooth設定:
まずシステム環境設定のBluetoothで設定する必要があったので行ってみます。やり方は忘れてしまったのですが、それほど難しかったわけではないので適当に。しかし、ここではペアリングできないようです。
追記:パスキーが0000ではつながらなかったのですが、1234であればペアリングできました。
仕方ないので、システム/ライブラリ/CoreServices内にあるBluetooth設定アシスタントへいくことに。
ここでも接続はできないけれどもポートはつくることができたので、あとはbCNCでそのポートを選択して接続すればいいはずです。


CoolTermで設定(ATコマンド入力):
ただ、Baudrateが9600になっていたかもしれないので、念のためgrbl0.9でつかっている115200に合わせておこうと思います。ATコマンドというのを入力して変更します(ATコマンドについてはこちらに書いてあります/HC-05やHC-06のATコマンドについてはこちら)。そのためにターミナルソフトがあるといいのですが、検索するとCoolTermというのが見つかったので、それでやってみます。
こんな感じのソフトです。たしかこのBluetoothモジュールは電源が入ってから60秒以内にATコマンドを入力して設定モードに入らないといけなかったはずです。つないだり他の設定しているあいだに1分すぎてしまうこともあるので、その制限時間も無制限に設定し直すことにします。ちなみに、このときBluetoothは5VとGNDにつないで電源だけ確保しておけば大丈夫です。通信自体はワイヤレスなので。
これがCoolTermの操作画面ですが、ただ文字(ATコマンド)を打っていくだけです。
いちおうCoolTermの設定画面(以下)で、Local Echoにチェックいれておきます。そうしないと自分で入力した内容が表示されないので。


ATコマンド入力:
最初に設定モードに入るには(電源を入れて60秒以内に)、
$$$(リターンキーなし)
そうすると、
CMD
と返してきます。これで設定モードに入ったということです。
現在の設定内容を確認するには、
D(リターンキー)
そうすると、上の画面のように、設定内容が出てきます。
もう設定し終わったあとの画面なので、Baudrt=115kになってます。
Baudrateを変えるには、
SU,115(リターンキー)
で115200になります。9600ならSU,96です。
それから設定モード突入までの制限時間60秒を変えるには、
ST,255(リターンキー)
と入力すると無制限になります。
設定終了するときは、
---(リターンキー)
ハイフン3個です。ENDという返事が出ます。


BluetoothモジュールとCNCシールドの接続:
これでBluetoothの設定はできたので前にAitendoで買ったCNCシールドV3.0につなげてみます。まだ実験段階です。
このようにCNCシールドの右上にはRX、TX、5V、GNDがまとまって付いているので、ここにつなげればいいだけです。ただし、つなげるときは、TX(Bluetooth)→RX(CNCシールド)、RX(Bluetooth)→TX(CNCシールド)という感じでクロスさせてつなぎます。ちなみにSCL端子はProbeに使っています。
メス-メスのジャンパワイヤがないので、こんな感じでつないで実験してみます。


bCNCでの接続確認:
Serial Port:でBluetoothのポートを選んでOpenを押します。
ConnectedになればOKです。あとはいくつかGコードを入力して確認します。

$Xを入力して解除、そして$$を入力すればArduino内に保存されているCNCマシンの設定が出てきます。これで大体確認はとれたと思います。


コントロールボックスへの取り付け:
ということで、あとは実際のCNCマシン(コントロールボックス)への取り付けとなります。
久々に開けたら、配線がたくさんあって何かめんどくさそう。とりあえずBluetoothモジュールをどこにつけるか?配線は基本的に4本。

コントロールボックスの前面にあるパンチングメタルにつけてみました。表側から見ると、BluetoothのLEDが光っているのが見えるので通信中ということが確認できます。

これでMacBookをUSB接続しなくてすみます。しかし、USB接続しないかわりに、Arduinoボードに電源を供給しなければいけません。DC12VのACアダプターは入っているので、そこから線を分岐させればいいのですが、かなり配線がこみ入っていてこれまた面倒。USB接続もすることがあるので、スイッチもつけておいたほうがよさそう。また配線が複雑になってきました。スイッチは一個余っているので、それを使えばいいのですが、一旦ハンダづけして熱収縮チューブもつけたところを外して、またハンダ付けすると考えると面倒に感じてきます。そもそもArduinoボード自体外すのが面倒だし、これからつけるスイッチだけ形が違うので、それを主電源スイッチにしたほうがよさそう。それと非常停止ボタンをCNCシールドのE-STOPにつなげてあるのですが、それだとArduinoボードをリセットするだけなので、この際主電源カットにしたほうがいいのかも。配線計画をやり直しになるかも。そう考えているうちに時間切れ。この作業の続きは次回へ
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2016年5月8日日曜日

CNCマシン:スイッチパネルの制作

まだCNCマシンのスイッチパネル/スイッチボックスは出来ていないので、昨日また秋葉原に行って必要な端子類など買ってきました。
Z軸の真下あたりに照明もつけようと、ためしにテープ状のLED(一番上)も買ってみました(使うかどうかわからないけど)。画像左中にもLED照明がありますが、これは昔買ったもので、こっちをつかうかもしれません。ピンソケットとピンプラグはプローブ用。それからステッピングモータードライバ用のファン。電源用ソケットとプラグ付きコード(この辺も探したら持っていた)。
だいたいこの部品を取り付ける感じ。

現状はこんな↑感じ。CNCシールド、レーザードライバ、DC24V電源、DC12V電源が一直線線に並んでいる。
この上にもう一枚板のせる感じです。

上面の板は、ここまでは出来ています。AliExpressで買った非常停止ボタン(139円送料無料)も届いたので取り付けてみました。普通に取り付けるなら径22mmの穴をあけるのですが、この板が15mmもあるので、上から径30mmのフォスナービットでザグリをいれて、さらに26mmで貫通穴をあけて、段つきの穴にして取り付けました。そうしないと上から締め付けるギザギザナットがスイッチ本体のネジ山まで届かない。
縦に3個ならんでいるスイッチはLEDで光るタイプ。手前が主電源用(AC100VをON/OFF)。真ん中がLED照明用。奥がレーザー用。
あとは、先ほどのプローブ用ピンソケット、電源用ソケット、ファンが側面につく感じです。LED付きスイッチもあるし、けっこう配線が面倒かも。

秋月や千石のある通りに、二軒ほどLED屋があるので(いつのまにかできていた)ちょっとのぞいてみました。Z軸真下につけるLEDでちょうどいいのがないかと。そうするとリング状のLEDを発見。しかし、2個セットで3000円以上する。高すぎる。径60mm、70mm、80mm、90mmなど、ちょうどトリマを囲むように配置できそう。
あとからAliExpressにも売ってないかなと思って、「LED ring」で検索したらやっぱりでてきた。
2個セットで591円。これに透明カバーがついたものとか、LED部分がもう少し強力そうなものとか何種類かあるけど、このタイプが比較的安い。明るさはどのくらいなのかわからない。大きさも径60〜120mmまで10mm単位でいろいろあるみたい。DC12V仕様。
AliExpress.com Product - COB! 2Pieces(1pair) Auto Halo Rings COB 70MM Angel Eye COB Chips Car Headlight 70mm Car Angel Eyes Motorcycle White Waterproof2個で591円

これは何用なのかと思ったら、自動車のヘッドライトの周囲につけるアクセサリー照明らしい。この大きさはこの車種に適合しているとかたまに説明が書いてあり、サンプル写真ものっていた。
これ↑が正規の利用法らしい。自動車用だからDC12V仕様だったのかと。

いずれにしても、サイズや種類も豊富なのでトリマのサイズにあわせて一個買ってみようかと。
ただトリマの場合、集塵カバーも取り付くので、LED照明を取り付ける部分がなかなかない。集塵カバーにLEDを内蔵してしまえばいいのかもしれないけど、どうしようかな?いずれ集塵用カバーも作り直そうと思うのでそのときにでもまた考えます。


作業のつづき:
その後かなり時間かかりましたが、一応配線終了。LED付きスイッチのLEDがスイッチのON/OFFに連動するのかと思ったらそうではなくて3個分配線やり直しました。全体的に相当面倒な配線でした。
接点がむき出しにならないように、熱収縮チューブとホットボンドも使いました。こんな感じで開けることができるように線を少し長めにしました。けっこう隙間なく詰まっています。
CNCマシンの脇に置くとこんな感じです。まだ側面の板はつけてませんが、一応すっきりしたと思います。LED照明はまだつけていませんが、スイッチ(真ん中)には配線済みなので、LED照明をZ軸裏の端子につなげばON/OFF可能です。予備用にもう一回路あるのですが、それもZ軸裏までは配線済みです。何に使うかは未定です。

まだ上板も固定はしていないのでちょっとずれてのっています。全面はパンチングメタルで、ここから空気が入り込んで右脇にあるクーリングファンから排気されます。パンチングメタル上の左上にあるピンプラグがプローブ用の端子です。プローブを使うときだけここに差し込みます。非常停止ボタンは、CNCシールドのP-Stop端子(E-Stop端子)につないでありますが、まだ試していません。3個ならんでいる一番手前のスイッチが主電源ON/OFFで、これをOFFにするとAC100Vが遮断されるために、モーターやレーザーなども同時にOFFになってしまいます。CNCシールド(Arduinoボード)だけはMacBookにUSB接続するために電源が落ちるということはありません。非常停止ボタンはおそらくArduinoボードのリセットボタンと同じなのかもしれませんが、その場合モーターはOFFになるにしても、レーザーはOFFにならないので、その辺が気になります。ということから、主電源OFFが非常停止になるのかもしれません。

Shapeoko wikiを見てみると、E-Stopには、AC BreakerとDigital Breakerの二種類あると書いてありました。
AC Breakerは、もともとのAC電源を切る方法。
Digital Breakerは、Arduinoに信号を送ってマシン自体(ステッピングモーター)を止める。しかし、スピンドルは別なので、Sparkfunで売っているPowerSwitch Tail Ⅱと連動させればスピンドルも止めることができるようです。
こんな感じのもの↑($28.95)。
本体に端子がついていて、E-Stopを押すとPowerSwitch Tail Ⅱに信号が送られてAC電源も切ってしまうようです。たしかに便利というか安全そうです。


さらに作業のつづき(スイッチパネル完成):
ようやく完成。というか側面の板を貼っただけです。なぜか手ノコと穴あけはカッターで作業(このほうが早い)。

側面にUSB端子とクーリングファンがついています。右側2/3は電源類が入っているので簡単な通気口をあけておきました。
前面にあるピンソケットにプローブ用ピンプラグを差しこんであります。前面のパンチングメタルから空気が入ってクーリングファンにより排気されます。主にCNCシールドのステッピングモータードライバDRV8825(4個)とレーザー用ドライバを冷却します。コントロールパネル(コントロールボックス)はすべてネジ止めで組み立てられているので、故障や機能を付け足すときは分解することができます。とにかく配線がとても面倒でした。

あと残っている作業は、スピンドル下のLED照明(集塵カバーも兼ねて)、レーザーシールドの取り付けくらいでしょうか。レーザーシールドについては、現在問い合わせている段階です。レーザー遮蔽アクリルでレーザーダイオードの真下を箱状に囲いたいと思っています。内寸で32.5x32.5x50mmくらい。最悪一面だけレーザー遮蔽アクリルにして、残り3面は普通の不透明アクリル(黒など)でもいいかもしれません。それまでは、かわりになる不透明な箱をつけてみようかと思ってます。

2016年4月27日水曜日

CNCマシン:制作中15(配線作業その5)

前回CNCシールドからの配線までは終わったので、次はこの左に見えるコネクターに接続する本体からのケーブルをつくります。上画像のコネクターには、あと8線レーザー+その他用につながる予定ですが、それは後回しで。

というわけで、本体からのケーブル合計36線なんとかまとめました。以前と同様にコネクターは2.54mmピッチのピンヘッダとピンソケット。ハンダ付けした部分に黒いホットボンドを充填し、コテと台(クラフトテープのテフロンっぽい表面を使った)でコネクターの四方から押さえつけて平らにしておきました。
この状態なら、CNCシールドにDC24V供給しパソコンとUSB接続すれば、いちおう動くはず。
まだスイッチ類(主電源スイッチ、レーザー用スイッチ、非常停止スイッチなど)が残っています(レーザー用の配線も)。
それから、ガイドレールの平行、直角、レベルを出すためのジグも作らないといけないかもしれません。そのままではなかなか計測しにくいので、たぶんアルミの端材を使ってダイヤルゲージがセットできるようなものをつくらないといけないかも。

続き:スピンドルマウント装着

2016年4月21日木曜日

CNCマシン:配線計画その2+CNCシールドV3.5到着
























CNCマシン本体に対して、主には以下の配線が必要です。
・XYZ軸のステッピングモーター(4個)
・XYZ軸両端のリミットスイッチ(6個)
・レーザーモジュール+ファン
・LED照明+予備端子

全ては手前右下のCNCシールドを内蔵したコントロールボックスまで線が引かれます。
コントロールボックス上には、主電源スイッチや非常停止ボタンなどいくつかのスイッチ類がつきます。
途中、X軸裏面とY軸右側面にケーブルドラッグチェーンがつきます。
ケーブルはCNCマシン本体をX軸、Y軸、Z軸にそれぞれ分解したときに脱着可能にするためコネクターが用いられます。
以下が配線のダイアグラムです(ちょっと見にくいですが)。































字がつぶれて見にくいですが、このくらいの配線数があるという感じです。かなり大変。
上のほうから、一番遠いZ軸付近のもの、次にX軸関係、そしてY軸関係、最後下の方がコントロールボックス(CNCシールド)で、スイッチ類や電源など。
途中にコネクターもつけるので、その数も多いです。だいたいこれで把握はできたので、まだケーブルドラッグチェーンは届いていないのですが、配線部品を買いにいこうと思います。コネクター類は現物を見て判断しながら選ぼうと思います(相応しいのがなければ、普通の2.54mmピッチのピンヘッダとピンソケットでもよさそうだけど)。

CNCシールドV3.5到着
それから、CNCシールドV3.5が届きました。これでレーザーの可変出力が可能になります。
V3.0からだと、けっこう内容が変わっているようです。ピンの数も増えている感じです。


























このCNCシールドにDRV8825を4つのせる予定です。DRV8825のほうが電流制限値が高いのでその分パワフルなのでは。



























基板右側の真ん中あたりに「SpnEn(pwm)」端子があります。それと基板左上のタクトスイッチの右にある「P-STOP(シルクが重なって読みにくい)」とあるのが、非常停止ボタン用でしょうか?試してみないと分からないですね。基板右下の「Abort(中断/途中終了)」とどう違うのか?タクトスイッチ(Arduinoボードのリセットスイッチ)のすぐとなりにあるので、リセットだとは思うのですが。
それと、ジャンパーブロックもついていました。これでようやく実験できます。

ハードウェア/構造の作業は大体終わったので、徐々に電気系の作業に移っていきます。

次:引き続き配線作業

2016年4月10日日曜日

CNCマシン:スイッチパネル案

製作作業は、アルミ板やネジ類、切削オイルが届くまで待つことに。そのかわり、マシンの脇につけるスイッチボックス/パネルについて考えることにしました。
アイデアとしては、

・メインスイッチ/LED内蔵型(AC100V電源ON/OFF)
・非常停止ボタン(リセットボタン)
・Z軸高さ設定用端子(ピンジャック)
・電源ソケット(側面:AC100Vコード脱着用)
・USB端子(Arduino UnoのUSB端子)
・ケーブル端子(CNCマシン本体との接続)

基本は以上。今後のことも考えて以下も追加。

・レーザー電源スイッチ(ON/OFF)
・レーザー出力ボリューム(PWM:0-256可変)
・ヘッド切替スイッチ(スピンドル/レーザー切替など)
・ヘッド先端部LED照明スイッチ(Z軸下部にLED照明装着)

こんなものでしょうか。
レーザー出力ボリュームはデジタルで数値化されていたほうがわかりやすいかもしれないので、LCDディスプレイもつけようかな。

このスイッチボックス/パネル内部には、

・Arduino Uno+CNCシールド+モータードライバ
・クーリングファン
・レーザーモジュール用ドライバ
・12V安定化電源

などが入っています。
もし、新たなスピンドル(金属切削用)を導入すれば、そのドライバとそのスピンドルに合わせた安定化電源(48Vなど)も必要になるかもしれません。
まだ未定な部分もあるので、モジュール化して、メイン部、レーザー部、追加スピンドル部などに分けて追加可能にしておくのがいいかもしれません。


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