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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
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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5日木曜日

CNCマシン:中国製レーザーモジュールについて(まとめ)

レーザーの実験も終わったところなので、いままでのことをまとめておきます。

今回の自作CNCマシンでは、5.5W、12Vのレーザーモジュール(レーザーダイオード)を使っています。この手のレーザー加工機用のモジュールはEbayでも入手できますが、AliExpressで入手するのがほとんどでしょう。AliExpress内で「5.5w laser」や「5500mw laser」で検索すれば出てきます。
見た目はこんな感じのもので、レーザーモジュール本体、ドライバ基板(中央)、ACアダプターの3点セットになっています。もちろんマニュアルなし。Air Mail便で2週間前後で届きます。

AliExpress.com Product - 5.5w blue laser module high power focusing laser engraving and cutting TTL module 500mw/ 2500mw/5500mw laser tube+ gogglesAliExpress.com Product - 5500MW laser engraving machine 5W high power laser modules focusing head point wavelength 450m12v
ちなみに、これ↑は、5500mwのレーザーモジュール(6,757円)。たまに安いのがあります。

注意事項として:
購入する際も、一応内容のチェックをしたほうがいいです(メールやチャットで)。ドライバ基板はついてくるのか?ACアダプターは何V対応なのか?焦点距離はアジャスタブルかもしれないけど、大体どのくらいなのか?もし壊れていた場合返却できるのか?など。
マニュアルはないので、すぐに接続して試す前に、それぞれをテスターなどでチェックしたほうがいいです。ACアダプターの極性や電圧をチェックしてから、ドライバ基板に接続(このときまだレーザーモジュール本体はつながないほうがいいかも)。当然レーザー用ゴーグルも必要。ドライバ基板の各端子の極性や出力電圧チェック。配線の色が逆になっていることもあるので、それも確認するなど。レーザーを接続する場合も、異臭や異音を感じたら、すぐに電源OFFできるように身構えておく。燃えやすいものが近くにないかどうか。使用前と使用後の異常を確かめるためにも、最初にカメラで撮影しておくといいと思います。

出力と値段:
この種類、メーカーはどこのものなのか分かりませんが、0.3W、0.5W、1W、2W、2.5W、3W、4W、5W、5.5W、8W、10W、12W、15W、17W、20Wのバリエーションがあるようです。5.5Wで1万円前後、20Wで2万円前後という感じでしょうか。ショップによっても値段がかなり違いますが、画像は同じものを転用しています。購入するときはメールやチャットで内容を確認したほうがいいでしょう。


AliExpress.com Product - Blue Laser 15W Laser Engraving Machine Focusable High Power Laser Module 450nm TTL/Analog with Power Supply CNC Engraver Cutterダイオードレーザーではかなり強力な15Wレーザーモジュール。18,509円(送料込み)

17Wで33,576円(送料込み)。

また最近(2019年)では、以下のようなセットもありました。以前に比べるとかなり安くなってきました。

AliExpress.com Product - Powerful 20W 450nm blue laser module DIY laser head for Master Series CNC laser engraving machine Accessory with Wrench20W ダイオードレーザーCNCマシン、21,140円(送料込み)


レーザー加工機としてどのくらいのW数がいいか?:
国内のSmart DIYsの「FABOOL Laser mini」は1.6Wのようで、3Wにも拡張できるようです。おそらく、一度手にするともっと出力数の高いものが欲しくなってくると思います。1.6Wで柔らかい木材2mm切断できるらしいです。5.5Wで4〜5mmくらいでしょうか。アクリル板も切りたいと思うかもしれませんが、この手のダイオードレーザーだと透明アクリルは光を透過してしまって切れないようです(黒いアクリルなら可能)。もし分厚いアクリルも切りたいのであれば、Smart DIYsの「Smart Laser CO2」などの40Wクラスになってしまうでしょう。透明アクリルでも10mmまで切れるようです。ただし248,000円(税抜き)とかなり高額になってしまいます。中国製の40W/CO2レーザーであれば8万円前後で買えますが、電源やソフトなど改良する必要があるかもしれません。

AliExpress.com Product - 40w co2 3020 laser engraving machine,3020 laser cutting machine,engrave size 30*20cm support CorelDRAW output
中国製CO2レーザー40Wなら、こんな感じ↑(約68000円/送料込み)。これなら透明アクリルも切れるはずです。


ルーター、ミリングマシンという選択:
今回CNCマシンを制作するにあたりそんなことを考えましたが、やはり20万円以上も費やすのは高いかなと。分厚いアクリルなどを切るならルーターやミリングマシンで切った方がいいんじゃないかと。そうすれば、アルミなどの金属加工もできるし、レーザーとミリングの使い分けがいいのではないかと。
レーザー加工機の場合は、基本的にXY軸だけで済むし切断する材料から切削抵抗も受けないので、それほど剛性のある構造にしなくてもいいのですが、ルーター/ミリングマシンの場合は剛性をあげないと切削抵抗に耐えられなくなってしまいます。なので、レーザー加工機をルーターマシンに転用することはできませんが、その逆は可能なので、CNCルーターマシンをつくるという前提のほうがよさそうです。
もし自作しないのであれば、「Shapeoko3」や「X-CARVE」のような$1000くらいのXYZ軸の3軸CNCマシンを購入して、そのヘッドにレーザーモジュールを買い足せば15万円くらいで両方使えるようになると思います。当然自作すれば10万円以下で両方が可能になるはずです。
ミリングマシンであれば、基板制作も可能になるというメリットもあります。
ということから、レーザーの場合は例え5万円前後の10Wダイオードレーザーを装備したとしても、値段の割にはあまり大した物は切れないので、あくまで薄い素材を切るか、切るというよりも表面刻印加工用として考えたほうがいいかもしれません。どうしても分厚いアクリルなどをレーザーできれいに切りたいというのならCO2レーザーになってしまうと思います。

レーザー加工機を自作する場合:
ミリングは必要なく、レーザーだけでいいのであれば、3万円もあれば作業エリア500mm角くらいのものをつくることができると思います。何Wのレーザーにするかでコストが変わるので、レーザーモジュールを除いた部分(XY軸の2軸CNCマシン)だけであれば2万円くらいでつくれると思います。
必要なのは:
モーター:ステッピングモーターNEMA17クラス2個
送り機構:2GTタイミングベルト+タイミングプーリー
直動機構(構造フレームも兼ねる):V-slot Rail+solid V-wheel
制御:Arduino+ステッピングモータードライバ
その他:配線材料、ネジ類、ブラケット、リミットスイッチなど
しかし、AliExpressで2万円くらいで2Wレーザーカッターキットが買えるので、それをベースに改造したほうが早いかもしれません。Arduinoで動くものが多いので、Arduinoが使えるのであれば特に問題ないと思います。付随のソフトに問題があるのであれば、オープンソースのgrblやUniversal G-Code Senderを使えばいいと思います。自作についてはソフトとハードともに、Shapeoko wikiReprap wikiなどから充分情報が手に入ると思います。

AliExpress.com Product - benbox 2000mw laser engraving machine cutting maching laser engraver big working area 65*50cm support laser power adjust2Wレーザー加工機、21,671円(送料込み)

ダイオードレーザーモジュールの構成:
CO2レーザーはあきらめるとして(かわりにミリング加工する)、それでもレーザーでしか切ることができない柔らかい素材や刻印加工もあるので、一概にダイオードレーザが使い物にならないというわけでもありません。レーザーモジュールを買うなら、上画像にあるようにTTL端子のついたドライバが付属しているか確認したほうがいいと思います。

以下はダイオードレーザー用のTTLドライバ単品。

AliExpress.com Product - TTL driver board,laser driver board 2879円(送料込み)



こんな感じで↑、ドライバ基板にTTL端子がついています。ここにArduinoなどのマイコンをつなげばレーザーの可変出力を可能にします。何もつながなければ、手動によるON/OFF制御になってしまいます(具体的な配線についてはこちらへ)。

ドライバ基板は全体的にはこんな感じになっています。大きさは幅50mm、奥行き30mm、高さ25mm程度。右上が先ほどのTTL端子+-、その下の赤黒ケーブルがついている端子が電源DC12V端子、左側にLD+-端子(レーザー本体につなぐ)、その下がFAN+-端子(レーザー本体につけるDC12V用クーリングファン)。LD端子+からは約5.5Vが出ていました。

左に見えるのが付属のACアダプター、INPUT:AC100〜240V 50/60Hz DC12V 2A。レーザー本体は、32.5x32.5x65mmくらいの大きさです。先端と反対部分にファンがついており、ケーブルも別です。回路も含めてレーザー本体は、ほとんどが黒塗りのアルミ製ヒートシンクで囲われており、中心に円筒状(径18mm)になって入っています。
この状態で電源をつなげばすぐにレーザーは使えますが、いきなり最大出力がでるので注意しないといけません。
そのために、レーザー防護用ゴーグルが必要になります。

レーザー防護対策:
レーザーの安全基準(オムロン)を見てみると、大抵のレーザ加工機の場合は最も危険なクラス4に入ると思います。なので一度読んでおくといいと思います。
レーザ用ゴーグルなどがないと目に損傷を与えてしまうので、もし複数の人数で作業している場合は全員着用する必要があると思います。できるだけ見ないように注意しても、予期せぬ反射光が目に入って来たり、ゴーグルを着用していても頭をちょっと動かした際にゴーグルと顔との隙間から光が入ってくることもあります。当然、何も防護していない他の人やペット類がいるような場所での作業は控えた方がいいと思います。
個人的な経験ですが、レーザーの焦点実験などしていると、レーザーゴーグルをつけているにもかかわらず、なんとなく目が疲れたような感じになります。顔もなんとなく日焼けしたような感触を得ます。それだけレーザーの反射光を顔に浴びているということだと思います。

国内の防護ゴーグルを購入しようとすると2〜3万円くらいします。

リケン レーザー保護メガネCO2レーザー RSX4CO2
理研オプテック
定価 ¥21,600
Amazonで詳細を見る

安いものであれば、

BOSCH(ボッシュ) レーザーメガネ BL-GLASS
ボッシュ(BOSCH)
売り上げランキング: 105,133

ボッシュ製らしいですが1620円。

安いですが、これもきっと中国製だと思います。なのでAliExpressで同じようなものを探すと、
これ↑なんかは、一個155円(送料無料)
いちおう使っているレーザーの波長をチェックして、それに対応するものを選ぶ必要があります。
レーザーの種類、出力数によっては、品質の高いものを選んだほうがいいと思います。それと、安いものだと完全にレーザーを遮光するというわけでもないので、レーザーゴーグルを装着したからと言って直接レーザー光を見ないようにしたほうがいいと思います。遮光というよりは、あくまで軽減ということなので。

前述のレーザーモジュールの場合450nmなのでその波長をカバーしているかどうか?それと安全性の基準となるOD値(Optical Density:光学濃度)が書いてあるはずなので、それもチェック。書いてないようなものは買わない方がいいと思います。
この表↑を見るとOD値が大きいほど安全という感じです。

それと、ゴーグル以外にもレーザー遮光アクリル/シートなどあるといいかもしれません。ただしこれも結構高いです。
AliExpressで安く売ってるかと思うと、そうでもありません。
これ↑は、Laser Safety Windowという厚さ5mmのアクリル板ですが、50x50mmサイズで2203円(送料込み)もします。

他には、アメリカのJ-Tech Photonicsにある以下のもの。
12インチ角(約300mm角)で$16.99しかしないのですが、送料が$63.61もするので、8000円くらい。このサイトに利用例がありますが、以下のようにするだけでもかなり目に入ってくる量は減ると思います。

使っているレーザーの焦点距離が素材まで50mm程度なので、できればレーザーモジュール下の部分を箱状に囲ってしまうともっといいはず。そうすれば、いちいち怖がらずにどんどん作業できそうです。

追記:
最終的には以下のように、安価なレーザー用ゴーグルを材料にシールドを自作しました(そのときの内容はこちら)。


レーザー用ソフトなど:
Inkscapeで描画しGコードを生成するには、
Laserweb3(Grbl1.1対応のブラウザベースGコード生成+送信アプリ)
があります。
特にLaser Tool Plug-inは、Inkscapeのプラグインであり、レーザー加工機用につくられているのでInkscapeで描画しつつ、それをすぐにGコード変換できるので使いやすいと思います。あるいは、Laserweb3ならInkscapeで描いた図面等を取り込んだ後、Gコード生成とGコード送信が一つのアプリで可能なので便利です。
レーザードライバのTTL端子への出力値や刻印加工の設定も簡単にできそうです。
Arduino+grbl0.9(あるいは1.1)を使っている場合は出力値0〜1000の値を入力します。1000で100%、500で50%、0で0%。

レーザーの焦点距離:
きちんとした製品であれば、マニュアルなどに焦点距離について書いてあるはずですが、上記の中国製レーザーモジュールの場合、当然マニュアルなんかはついてきません。なので自力で探し出すことになります。もしくは買ったショップに問い合わせてみてもいいかもしれませんが、商品を売ってはいるものの、その商品の細かな内容についてまで知っているとは限りません。
設定が悪いとせっかく高出力のレーザーであっても半分の能力しか発揮できないということもあり得ます。まあ仕方ないですが、それも経験や学習から向上させていくしかありません。

焦点を合わせるには2カ所調整する必要がありそうです。
まず、先端部分にレンズが内蔵されたアルミチューブがあります。これを回すと前後に位置を調整できます。

こんな感じで飛び出してきます。中のレーザーダイオードからレンズまでの距離を合わせる必要がありそうです。
まず、レンズチューブ先端と素材を50mmくらい離して照射してみて、一番光点が小さくなるように調整します。もちろんゴーグルは必須です。できれば、出力を下げてやったほうがいいのですが。
ただ問題は、このレンズチューブを緩めると(飛び出させると)、ネジ山のあそびが多すぎるせいか、すこしぐらぐらしてしまいます。締め付けるために薄型ナットを取り付ける方法もあるのですが、M9ピッチ0.5mmという特殊なナットが必要になります。そのようなもので管用ナットというのがあるのですが、国内だとM9ピッチ0.75mmが主流のようでなかなか見つけるのが大変です。それならそのナット(締め付ける部品)すら自作したほうがいいかというと、


いちおうAmazonでもM9ピッチ0.5mm(1300円+送料880円)のタップは購入できます。しかし、たかがナット一個のために2180円も費やすのももったいないというのであれば、

こんな感じで、プラスチックの板などに径8.5mmくらいの穴をあけてから、アルミのレンズチューブ根元についているネジ山を利用して、タッピングしてしまうという手があります。そうすればプラスチックの板がレンズチューブを締め付けるナットになってくれるというわけです。これでレンズチューブを飛び出させてもぐらぐらしなくなります。
こんな方法で、内部のレーザーダイオードとレンズの距離を合わせたら、つぎは素材との距離を計測します。およそ50mmくらいだと思うのですが、レーザーの種類やレンズの種類によっても異なるかもしれないので、いちおう距離10mmから100mmくらいまでを5mm間隔くらいで照射実験します。

これが実験結果ですが、下のほうに手書きしてある数字が距離(mm)です。つまり左側10mmから徐々に5mmずつ離していって照射してみたということです。これを見ると分かるように、距離50mmが一番線がシャープになっています。50mmから離れるほど、線が太くなり、さらには線が薄くなっていくのが分かるかと思います。これは5mm間隔でやっていますが、さらに今度は45mmから55mmの間を0.5mm間隔などで実験すれば、さらにもっと正確な焦点距離がわかるはずです。という感じで焦点距離を探すように調べてみるといいと思います。

追記:
その後、0.1mm単位で焦点距離を調べてみると46.5〜48.5mmくらいでした。肉眼で見る限りでは約2mm前後のずれがあってもシャープさが鈍る感じではありませんでした。2mmの焦点深度があるような感じです。

いちおう以下に、10mmから100mmまで(5mm間隔、合計20本)の実験につかったGコードを書いておきます。
Arduino UNO+CNC ShieldV3.5+grbl0.9jで、PWM機能を使ってレーザードライバのTTL端子へつないで出力調整できるようにしてあります。尚、実験レポートは前回の投稿に書いてあります。

M05 S0
G90
G21

G1 F600
G1  X10 Y60 Z10
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X10 Y10 Z10
G4 P0 
M05 S0

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

G1 F600
G1  X20 Y60 Z20
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X20 Y10 Z20
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X25 Y60 Z25
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X25 Y10 Z25
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X30 Y60 Z30
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X30 Y10 Z30
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X35 Y60 Z35
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X35 Y10 Z35
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X40 Y60 Z40
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X40 Y10 Z40
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X45 Y60 Z45
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X45 Y10 Z45
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X50 Y60 Z50
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X50 Y10 Z50
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X55 Y60 Z55
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X55 Y10 Z55
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X60 Y60 Z60
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X60 Y10 Z60
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X65 Y60 Z65
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X65 Y10 Z65
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X70 Y60 Z70
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X70 Y10 Z70
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X75 Y60 Z75
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X75 Y10 Z75
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X80 Y60 Z80
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X80 Y10 Z80
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X85 Y60 Z85
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X85 Y10 Z85
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X90 Y60 Z90
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X90 Y10 Z90
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X95 Y60 Z95
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X95 Y10 Z95
G4 P0 
M05 S0

G1 F600
G1  X100 Y60 Z100
G4 P0 
M03 S1000
G4 P0
G1 F400.000000
G1  X100 Y10 Z100
G4 P0 
M05 S0

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
G1 X0 Y0
M30

2016年5月1日日曜日

CNCマシン:リミットスイッチ/ホーミングのトラブル(無事解決)

追記:
*リミットスイッチの配線については、GrblサイトのWiring Limit Switchesに追記されたので参考にするといいと思います。ノイズフィルターの有無、ノーマルオープン/ノーマルクローズドなど画像付きで詳しく書かれています(英語)。

G-Code-Senderは、以前書いたようにbCNCを使うことにしました。そこでCNCマシン本体にせっかくつけたリミットスイッチを確かめようと実験開始。bCNCで$$を入力し設定を確かめて、リミットスイッチを使う設定$21=0を$21=1にして動かしてみました。しかし、動かすとなぜかすぐにロックされてしまいました。
bCNC画面のTerminalボタンで、コンソール画面にすると、以下のようなメッセージ。

ALARM: Hard limit
[Reset to continue]

再度Control画面に戻り、画面左上にある以下の「Reset」と「Unlock」で解除。
何度やっても、動かした瞬間にリミットスイッチが反応しているようで、まったく先に進みません。CNCマシン本体をいろいろ調べてみました。Shapeoko wikiにもリミットスイッチはノイズを拾いやすいからシールド線を使うといいと書いてあったのを思い出し、たしかにモーターの近くを線が通っているし、シールドなしのケーブルを使っているのでそういうノイズの問題かな?と、またオヤイデ行かないといけないのかなと思いながらもケーブルをたどるように調べてみました。しかし、最終的にはCNCシールドのリミットスイッチをつなぐ端子でおかしなことが起こっているというのが分かりました。
使っているCNCシールドはV3.5なので、grbl0.9のピン配列に対応しています(V3.0の場合はZ limit端子がArduinoボードのD11からD12に入れ替わっているので注意、詳しくはこちらへ)。
上の写真のように、CNCマシン本体からのリミットスイッチ線を外し、かわりに緑色のジャンパワイヤをZ limitのZ+(5V)に接続しつつ、白いジャンパワイヤ(手でもっているだけで何にも接続されていない)をちょっとつけるだけで、そのノイズに反応してリミットスイッチが入ってしまうという現象。試しにテスターで計測しながらやってみると、たしかに5Vが外乱(白ジャンパワイヤ)によって1~3Vくらいまで下がってしまう。それで通常HIGH状態がLOWを瞬間的に検出して反応してしまうみたい。
なんでこんなに敏感すぎるんだ?じゃあ、コンデンサでもかましてみたほうがいいかな?と思って、ちょっと検索してみると、やっぱりこのようなリミットスイッチのノイズ問題はよくあるそうです。その対策としてシールド線を使うとか安物ではなくノイズに強い部品にするとかいろいろあるけど、手っ取り早いのがやはりコンデンサーをつけるというのが、instructablesにのってました
そこでは0.47uFのコンデンサーをArduinoボード上のリミットスイッチ用の端子(grbl0.9の場合、D9、D10、D12)につけるといいと書いてあります。ためしに手持ちのコンデンサーをつけてみることにしました。
こんな感じ↑で、CNCシールドV3.5に電解コンデンサー3個を直づけ(ちょうどArduinoボードD9、D10、D12の真上の端子とGND)。
これで動かしてみました。bCNCでGコードを入力。$21=1にしてHard limitをオンにしておきます。
Control画面の矢印で前後左右上下に動かしてみると、リミットがかからずちゃんと動きます(感動)。なるほど、やはり何らかのノイズがコンデンサーで解消されたというわけです。


ホーミングサイクルにチャレンジ
そのまま$21=1にしてHard limitをオンにして、今度はホーミングサイクルにチャレンジ。
しかし、、、動き始めましたが、途中で止まってしまいました。一歩進んだけど、また壁にぶちあたりました。
何が原因なんだろう?といろいろ調べてみたり、設定を変えてみたりしました。

grbl0.9にはホーミングの設定がいくつかあります(grblサイト参照)。
・$22:Homing cycle bool
  ホーミングサイクルするかどうかの設定(する場合$22=1)
  ホーミングサイクルによって、Z軸、X軸、Y軸、(A軸)という順番でゼロ地点設定
  そのためにはリミットスイッチを最低各軸の+側につける必要あり
  $23によってホーミングの方向を変更可能(通常各軸+側)
・$24:Homing feed mm/min
  ホーミングサイクルで最終的に座標ゼロポイントを決定するときの速度設定
  かなり遅めにして少しずつ進む感じ
  25mm/minくらい
・$25:Homing seek mm/min
  ホーミング開始後、各軸のリミットスイッチを探しだすときの速度設定
  慎重すぎて遅すぎると時間がかりすぎるので、スイッチをなぎたおさないくらいの速度
  600mm/minくらい(最終的には300に下げました)
・$26:Homing debounce ms
  ホーミングサイクルによってリミットスイッチを押す際のチャタリング/デバウンス防止のためのディレイ時間設定
  5〜25ms(最初250msになっていました)
・$27:Homing pull-off mm
  ホーミングサイクル後にリミットスイッチから事故防止のため少しだけ離れておく距離
  3〜5mm

と、こんな感じであります。

まずは、リミットスイッチのノイズがなくなったので、即停止はなくなったのですが、以下のような感じで止まってしまいます。

・Z軸+リミットスイッチを探しに上にあがる。
・Z軸+リミットスイッチを押す
・Z軸一旦少し下がる
・再度ゆっくり上昇(多分$24のHoming feedの速度で)
・また少し下がる(多分$27の5mm分)

ここまではいいのですが、次の行程でつまづきます。
・XとY軸が+方向に向かって同時に動き始める
・それぞれリミットスイッチを押す
・それぞれ少し戻る
そして、ここで止まる

おそらく次はZ軸の動きから察すると、ゆっくりHoming feedでゼロ地点を設定しに動くはずですが、なぜか止まります。またノイズなのかなとも思ったりして、いろいろ検索してみましたが、解決できるようなネタは見つかりません。
リミットスイッチにもコンデンサーつけてみたり、Y軸片側のモーターだけで駆動させてみたり。
なんとなくモーターに負荷がかかっているようにも見えるので(送りネジとガイドレールの平行がとれていなくて窮屈になっているとか)、ドライバが一時的にシャットダウンしているのかと思ってみたりして、それでマイクロステッピングを1/8から1/4に変えてみたりしてみました。


コンデンサー付け替え
いろいろやっているうちに分からなくなってきて、先ほどつけたノイズ対策のコンデンサーを見てみると、0.47uFなのに47uFをつけていることに気がつきました。容量がデカすぎるけど、つけたことによって一応ノイズは消えたわけだし大丈夫だろうと思いましたが、もうちょっと他のコンデンサーがないか探してみると、1uFのコンデンサー一袋が見つかったのでためしに付け替えてみました。
こんどはこんな感じ。コンデンサーも小さくなりました。同じようにArduinoボードD9、D10、D12、GNDの真上の部分です。0.47uFに対して1uFなのでまあまあ近い。
念のためと思ってつけたリミットスイッチのコンデンサーも外してしまいました。この3つで勝負。
それと、上記に書いたgrbl0.9ホーミングの設定値も少し変えてみました。

主には、$24=30、$25=300、$26=25、$27=5、そしてマイクロステッピングは1/4。
さて、ホーミングボタン(Home)を押すと、
まずは、Z軸が動き始めました。そしてX軸、Y軸です。速度をちょっと変えたので、なんとなくいい感じ。それで、問題のXとY軸のHoming feed速度で動く部分(最初600でしたが300に下げたことで負荷が下がったのかも)。おお、ゆっくり動き始めした。このままいけるかな?と息をのんで見守っていると、なんとか最後まで無事ホーミングサイクルが終了しました。エラーなしです。思わずコンソール画面を見てみました。
偶然なのかなんなのか分かりませんが、ようやくホーミング達成(感動)。

追記:

AliExpress.com Product - 3D Printer Parts Limit Switch End stop for CNC 3D Printer RepRap RAMPS 1.4 Board Mechanical Limit Switches Printing Accessories
リミットスイッチ6個セット、324円(送料込み)。
このようなノイズキラー付きのリミットスイッチを使えばトラブルが少なくなるかもしれません。


ホーミングサイクルの流れ
・XYZ軸の+側(右、奥、上)にリミットスイッチ(この場合ホームスイッチと呼ぶのかも)をつける。
 *grbl0.9ではZ+端子とSpinEn端子が入れ替わったので、CNCシールドV3.0を使う場合は、Z+リミットスイッチをSpinEnへつなぐ。Z+とZ-は内部でパラレルにつながっているので、Z-リミットスイッチもSpinEnにつなぐ(詳しくはこちらへ)。
・デフォルト$21=0(リミットスイッチ:オフ)のままでも構わない。
・$22=1にしてホーミングサイクル機能をオンにしておく。
・$24〜$27は上記のような数値にしておく。場合によっては少し遅めにする。
・あとは$Hをコマンド入力して(あるいはHomeボタン)ホーミングサイクルを開始する。
・最初にZ軸がリミットスイッチ方向に動き出しマシン原点を見つける。つぎにXY軸も同じように原点を探し出して終了。これでリミットスイッチがある箇所、右奥上がマシン原点(0,0,0)となる。最終停止位置は、$27で設定した値分だけ戻った位置になり、そこで終了(ホーミングサイクル中に各リミットスイッチを押すけれども、S21=1でHard limitがオンになっていても関係なく動き続ける)。

この画面↑でも分かるように、右側のX-Y平面上で、きちんと右上に矢印と現在位置が重なりました。原因はコンデンサーなのか、設定値なのか分かりませんが、なんとかここまで辿りつけました。
これでようやくゼロ地点設定可能となったので、思うように操作できそうです。
というのが、今日の収穫でした。ここまで来るのにかなり疲れました。
あとで設定値などを変えてみてどこが原因だったのか究明したいと思います。途中試行錯誤していた段階でも、速度を変えると動き始めたりしたので、適度な速度設定などがもしかしたら必要なのかもしれません。当然マシンによっても違うので、調べても最適な値は分からないのかもしれません。

ちなみにホーミングが成功するまでは、以下のように現在値と原点がずれた感じになっていました。
追記:
このずれは、現在地をWPosのリセットをすることで解消できます。G92X0Y0Z0のGコードを入力することで現在地を原点(加工原点)にセットすることができます。あるいは、bCNCならX=0、Y=0、Z=0ボタンで各軸ごとに、現在地を0に設定できます。

このままでも作業できないわけでもないのですが、やはりせっかくリミットスイッチもつけたことだし、ホーミングが機能しないと、なんとなく気持ちが悪い。

ということで、ホーミング直後の状態。右奥が原点です。見た目は前から特に変わっていません。
完成目標は4月中としていたので、ぎりぎり予定通りという感じです(まだ少し作業は残ってますが)。まあ、とりあえず一段落つきました。

作業エリア940x740mmの3軸CNCマシンとしてこの段階で、
Grbl0.9j+bCNC:Mac対応フリーウェア
ボールネジ+リニアレール一式:37000円
ステッピングモーターNEMA23(4個):9000円
アルミ構造フレーム材料+ネジ類:12000円
Arduino Uno:3000円
CNCシールドV3.5+モータドライバDRV8824(4個):3000円
配線材料+ケーブルドラッグチェーン:6000円
合計約70000円くらいかかりました。
予算の半分はボールネジ+リニアレールという感じ。MakerSlide、V-Wheel、タイミングベルトなどにしていれば、50000円くらいで済んだかもしれません。
その他:
レーザーモジュール5.5W(購入済み:17000円)、トリマ300W(手持ち:10000円くらい)、DC24V/7A電源(手持ち:5000円くらい)
という感じです。
使用工具など:
卓上マルノコ、小型ボール盤、ジグソー、ハンダゴテ、ホットボンド、各種タップ、各種ドリルビットくらいです。


追記:
その後、ドライバ(DRV8825)のマイクロステッピング設定を1/4から1/8に戻してホーミングしてみましたが問題ありませんでした。
ついでに、以前サンプルで拾った星形の.ngcファイルを読み込ませて実行してみました。
ホーミングでマシン原点を出してから、作業エリアの中央あたりに移動させて、そこをWPosの原点にしてから実行してみました。まだトリマはつけてないですが、MDFを3回パスで削るファイルのようで、きちんと3周して元の定位置に戻りました。もうそろそろCNCルーターとして使えそうという感じが見えてきましたが、まだレーザーについては後回しになっています。


続き:合板の初カット

2016年3月30日水曜日

CNCマシン:Inkscape + Gcodetoolsについて

追記:「gcodetools」に似た「Jscut」というブラウザベースのアプリがあり、個人的には「Jscut」のほうが使いやすいと思います(Jscutについてはこちらへ

*尚、Inkscape + gcodetoolsでの作業の流れについはこちら

部品が届くまでは図面を見ながら、CNCマシンのディテールなんかを考えています。
それと同時に、ソフトのほうも再チェック。

まずは、描画ソフト。イラストレータでもいいのですが、ここは一応無料のInkscapeでやってみたいと思います。Shapeoko wikiに詳しく書いてあるので、それを参考に。

Inkscapeは、オープンソースのベクター描画ソフトで、アドビのイラストレータ(有料:月額2000円くらいだったかな?)みたいなものです。もしイラストレータを持っていなければ、Incscapeを使いましょう。Windows Linux Macに対応しています。
Inkscapeダウンロード先はこちら
Macの場合は、X11とかXQuartzも必要だったかな。InscapeはXQuartz上で動いていたはず。
リンク先のダウンロードファイルからXQuartzをインストール。
それで、InkScapeが立ち上がるはずです。Shapeoko wiki(英語)にはInkscapeのことが書いてあるので、それを見るといいかもしれません。

InkscapeのEdit>Preferences...を選ぶと各種設定の画面が出て来て、日本語も選べますが、Shapeoko wikiなど英語のサイトを見ながらやってるので、日本語だとどのことを指しているのか分かりにくいため英語のままにしてあります。
再度Edit>Preferences..に行き、Toolタブを選び、Bounding Box to Useの中のGeometric bounding boxにチェックを入れろとwikiには書いてあります。

それからGcodetools(Forumページ下のほうの投稿内のextensions.tar.gz)という便利なExtensionがあるようなので、それもインストールしたほうがよさそう。さらにはShapeoko wikiにInkscape+Gcodetoolsチュートリアルのページがあるので、そっちに行ってみるといいです。英語ですがやり方が書いてあるので、なんとかできるかと思いますが、後でやり方を書いておこうと思います。
Inkscape内でGcodetoolsで生成したデータ(拡張子.ngcファイル)を、CAMoticsというソフトで3Dシミュレーションできるので、実際の切削作業前にかたちを3Dモデリングで確認できます。このソフトもダウンロードするといいと思います。

2016年3月26日土曜日

いろいろあるG-Code Senderについて

Grbl Controller:(使い方はこちらへ
Mac+Arduinoという環境で、Arduino用CNCシールドを探すところから始まったので、まずは:
Protoneer Arduino CNC Shield V3.10
この↑シールド(A4988付き)でステッピングモーターを動かすことができるけれども、それをPC(Mac)から操作するソフトも必要なので、
Zapmaker Grbl Controller 3.6.1(for Mac)
が見つかった。インストールが面倒そうなのですが、このページの以下の投稿から「3.6.1-T4」か「3.6.1」が簡単にインストール出来る。ちなみにWin/Linux版はこちらから
この人↑が「3.6.1-T4」と「3.6.1」のバイナリーをつくってくれたらしいので、青文字の「3.6.1-T4」か「3.6.1」をクリックすればソフトをダウンロードできる。

しかし、調べていくうちにこの手のソフトがたくさんあることが分かってきた。
基本的にはGRBL関係なら以下のサイトに行くといいみたい。
https://github.com/grbl
ここには、
・grbl:(Arduinoにアップロードするファームウェア)
・grbl-builds(コンパイルされていないファームウェア保管場所)
・grbl-sim:(Arduinoなしでシミュレーションできるらしい)
・Universal-G-Code-Sender(JavaベースのクロスプラットホームのGコード操作ソフト)
の4項目がある。

Universal-G-Code-Sender:
Zapmaker Grbl ControllerのかわりにUniversal-G-Code-Senderを使うこともできるようで、もしかしたら、こちらのほうがメジャーなのかもしれない。以下のようなインターフェース。
似たような感じではあるけれど、使ってみてどちらが自分に合うかで決めればいいと思う。

ShapeOko Wikiにあるリスト:
ほかにもこの手のソフトはいろいろな人によって開発されていて、以下の「Shapeoko」のwikiサイトに載っている。
http://www.shapeoko.com/wiki/index.php/Communication_/_Control
この中のリストにも「Zapmaker Grbl Controller」があるけど、「Shapeoko」でも使っていたようだ
現在の「Shapeoko3」では、「Carbide Motion Machine Control Software」を使っているみたい。こんな画面(以下↓)。
ちなみに「Shapeoko3」は、Arduinoシールドに「CNC Shield」ではなく「gShield」を使っている。

この手のソフトは、G-Code-Senderと呼ばれているようだ。そしてArduinoにアップロードされるファームウェアはG-Code-Interpriterと呼ばれているらしい。日本語ではGコード送信プログラムとかGコード解析プログラムとでもいうのでしょうか?

他には、Interactive G-Code-Generatorというのもあり、Javascriptでできる「Javascript G-Code Generator」というのもあるらしい、Webやブラウザ上でするにはいいかもしれない。
たしか、Smart Laser Miniがブラウザ上のインターフェースであるため、ネットを通して遠隔操作もできるようである。と、いまSmart Laser Miniのサイトを見に行ったら、来月(2016年4月)に新しいのでるみたいです(以下)。
レーザーモジュールが3Wにパワーアップしそうな感じです。価格は10万円くらいになってしまうのでしょうか。

ということで再びG-Code-Senderに戻りますが。
「X-CARVE」も「gShield」を使っている。インターフェースはブラウザ(今回はSafariで)で操作可能。以下のような感じ。これも右側に3Dシミュレーション画面のようなものがある。シンプルにまとまっていて素人でも使いやすい感じになっている。
いろんなG-Code-Senderが使えるということが分かったのですが、この際G-Code-Sender自体も自分の使い方に合わせてプログラムしようと思いましたが、今回はそこまではやらないで、既存の使いやすいものを試しながら選んで行こうと思います。

追記:
この記事を書いているときは、まだよく知らなかったので上記のようなソフトを試していました。現在はbCNC(以下のリンク)というG-Code-Senderを使っています。

関連:
CNC関連のソフト(まとめ)
G-Code-Sender(bCNCなど)

GRBLソフトウェアを試してみる

追記:
2017年現在では、このページの内容はやや古いものとなっています(Grbl0.9以前のもの)。
現行のGrbl1.1ならびにそれに対応したG Code Senderを使用する場合は、こちらのページを参考にして下さい。
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
ハードのほうは、ネットで調べながらなんとなく検討はついてきました。
ソフトのほうは思っていたより簡単でArduinoがあれば何とかなりそう。
とりあえず、目をつけておいた「CNCシールド」を使おうと思っているので秋葉原で売っていないかチェック。

aitendoで中国製CNCシールドが売っていることが分かった。ネットで買ってもよかったけれども、すぐに試してみたいので店頭で購入することに。aitendoと言えば、昔は自作液晶スクリーン屋だったと思うけど、いつのまにか店も引っ越して、Arduino関係をかなり増やしていた。新店舗もすごい量の商品。全部中国製ぽいけど。まあ、安いから実験するにはいいかも。
追記:
以下のCNCシールドはV3.0(grbl0.8対応)です。最新版はCNCシールドV3.51(grbl0.9)になります。V3.0とV3.51の違い、あるいはV3.0でgrbl0.9/1.1を使う場合についてはこちらへ

CNCシールド950円、安い。ついでにドライバも。

ドライバは、ネットでもっと安いのがあるけど、実験ということで3個購入。
ついでに、Arduino UNOも買っておこうと秋月へ。Arduinoも中国製のクローンでもいいかもしれないけれど、一応純正品を。ArduinoはDiemilanove以後買っていないし、そのDiemilanoveも壊れてしまったので、交換用ATMEGA328も1個購入。
AliExpress.com Product - Free shipping! New cnc shield v3 engraving machine / 3D Printer / + 4pcs A4988 driver expansion board これ↑なんかは(AliExpressで)、シールドとドライバ(4個)セットで456円しかしない。安い。

アマゾンでも売っていて、送料込みで670円(以下)。


これでコントローラーは一応揃ってしまったので、Arduino UnoにCNC libraryを入れてみることに。

手順(旧型Grbl v0.8):*v0.8は古いので、v0.9あるいはv1.1の場合はここをスキップ
https://github.com/Protoneer/GRBL-Arduino-Library
にアクセスし、画面下のほうにある「How to install it:」から、
https://github.com/Protoneer/GRBL-Arduino-Library/archive/master.zip
このzipファイルをダウンロード。おそらく自動解凍するので、
「GRBL-Arduino-Library-master」というフォルダが出来上がる。
フォルダ名を「GRBL」に改名し、Arduinoのlibrariesフォルダへ入れる。Macなら、
/Users/username/Documents/Arduino/libraries
の中へ入れるだけ。
あとはArduinoソフトを起動して、
「Arduinoメニューバー>ファイル>スケッチの例>カスタムライブラリのスケッチの例>GRBL>GRBLtoArduino」を読み込む。
以下の画面が出て来て、
あとはArduinoボードをUSB接続しアップロード(ツール>マイコンボードでArduinoボードの種類、ツール>シリアルポートも正しく選択しておくように)。
これでArduino側は終了。Arduinoボードは、ゆくゆくはCNCマシンのステッピングモーターを動かすために、マシン本体へ取り付けられることになる。


Grbl v0.9の場合:(追記:最新版grbl1.1についてはこちら
上記はGrbl v0.8だったけど、v0.9をインストールすることに。
*Grbl v0.8をインストール済みの場合は、Grbl v0.8を消去してからインストール
つまり、「/Users/username/Documents/Arduino/libraries」内の「GRBL」フォルダを捨てる
このページ(grbl本家wiki)を見ると、Arduino IDEを立ち上げてから、インポートする方法が載っている。
・まずこのサイトの画面右側の「Download ZIP」をクリック。
・そうすると「grbl-master.zip」がダウンロードされる。
・「grbl-master.zip」をダブルクリックして解凍する。
・解凍すると「grbl-master」フォルダができあがる。
・Arduino IDEを立ち上げる。
・「Arduinoメニューバー>スケッチ>ライブラリをインクルード>.ZIP形式のライブラリをインクルード...」を選択。
・そうするとファイル選択のウィンドウが出るので、先ほど解凍したフォルダのほう「grbl-master>grbl」を選択。
・インクルードされたら、「Arduinoメニューバー>ファイル>スケッチの例>カスタムライブラリのスケッチの例>grbl>grblUpload」を選択。

現れた画面↑上で、「検証」、「マイコンへ書き込む」でArduinoボードへアップロード。
以上。

Arduino IDEでArduinoボードにアップロードされたgrbl0.9jを確認する:
CNCシールドを装着したArduinoボードをパソコンとUSB接続し、Arduino IDEを立ち上げて、メニューバーの「ツール>マイコンボード」から使用しているArduinoボードのタイプ(Arduino UnoならArduino/Genuino Uno)を選択。続いて「ツール>シリアルポート」からArduinoボードのシリアルポートを選択。
Arduino IDEの画面右上にあるシリアルモニタボタンをクリックする(以下)。


そうすると、シリアル通信用の画面が出てきます(以下)。
この画面↑右下にあるbaudrateをgrbl0.9以上なら115200 bps(grbl0.8なら9600)にしておきます。

最初に接続すると、上画像にのように「Grbl 0.9j ['$' for help]」と出てきます。ここでArduinoにアップロードされたgrblのバージョンが0.9jであることが確認できます。
続いて、コマンド入力欄に$$(設定内容確認コマンド)を入力し(以下)、
そして、右上の「送信」ボタン↑を押すと、

このような↑、現在のArduinoボード内にアップロードされたgrblの各種設定がでてきます。
それぞれの設定内容(grbl0.9)については、grblのサイトに書いてあります。
例えば、ここで各種設定の下から3行目にある$130=500.000に対して、
$130=300
を入力するとX軸の移動範囲を300mmに設定し直すことができます。
再度、$$を入力し設定内容を確認すれば、
このように↑設定内容の下から3行目にある$130の項目は、
$130=300.000
に変更されたことが確認できます。
このような設定は後々使うG Code Sender(GRBL Controller、Universal G-Code Sender、bCNCなど)で行えばいいのですが、一応Arduino IDEのシリアルモニタ機能でも可能なので、動作確認のために試してみるといいでしょう。


GRBL Controller:
つぎに、CNCマシン(Arduinoボード)をMac上で操作する「GRBL Controller3.6.1」ソフトをダウンロード。「GRBL Controller3.6.1-T4」というのもあるみたい。Win用はこちらから
このソフトで何をするかというと、
・CNCマシンの各種パラメータ(移動距離、移動スピードなど)の設定
・左右前後上下ボタン(ジョグボタン)でヘッドを材料の位置へ移動したり(加工原点設定)
・このソフトとは別にあらかじめ用意しておいたGコードファイルを読み込んでCNCマシンへ送信し加工開始
という感じ。Gコードを送信するためのソフト(G Code Sender)であって、このソフトでGコードを生成するわけではない。Gコード生成(G Code Generator)などほかのソフトについてはこちらへ
追記:
その後、Gコードを送信するソフト(G Code Sender)をいくつか試してみましたが、個人的にはGRBL ControllerではなくbCNCというのが便利で使っています。

あとはステッピングモータードライバ(A4988)をのせたCNCシールドをArduinoボードに装着し、MacとUSB接続、GRBL Controller3.6.1を立ち上げる。
GRBL Controller3.6.1の画面はこんな感じ↑。Grbl v0.8ならBaudRateは9600。v0.9なら115200。
CNCシールド(Arduino)とUSB接続後、Port name、Baudrateを選び、Openボタンで開始。
画面右のほうに3つのタブがあり、Advancedタブを押すと、
こんな画面↑が現れて、GRBL Settingsボタンを押すと各種設定ができそう。

そうすると、こんな設定画面↑が現れて、下から3行目にあるX軸の最大移動範囲(x max travel, mm)に400.000を入力(設定)してみる。数値を入れたらリターンを押してから、下のApplyボタンを押す。しかし、、、
> $28=400.000
error: Invalid statement
というエラーが出てしまう。どうやら、他の項目も同じようにエラーがでるようで、このソフト自体にエラーがありそう。$130=400.000のはずなのに、なぜか$28=400.000と認識しているようで、そのためにエラーがでているみたい。対応する項目がずれているのかもしれません。
なので、画面左にあるCommand欄に手動で、以下のように$130=400を入力しリターン。
そうすると、コンソールには
> $130=400
と出て来て、設定されたはず。ちなみに、先ほどのAdvanced>GRBL Settingsを押してみると、
こんな感じで↑、下から3行目には400.000がきちんと設定されています。どうも、このGrbl Settings画面で入力するとエラーが出るようなので、Commandから手入力したほうがよさそうです。このような理由からも、このソフトは使わなくなりました。
以下は、GRBL Controller3.6.1-T4(こちらはエラーでなさそうです)
GRBL Controller3.6.1-T4の画面はこんな感じ↑。なんか3Dの画面がついてる。

まとめ:
・Arduinoボードへアップロードするプログラム/ライブラリ(Grbl v0.8またはv0.9)
・Mac上で操作するアプリのインストール(Grbl Controller 3.6.1-T4がおすすめ)
の二つが必要。
そして、
・Grbl v0.8の場合はGrbl Controller上のBaudRateを9600
・Grbl v0.9の場合はGrbl Controller上のBaudRateを115200
にする必要がある。
*Grbl Controller 3.6.1のほうは、なぜかエラーがでるので、使うならGrbl Controller 3.6.1-T4のほうがよさげ、機能も豊富だし改善されているようです。
おそらく、Arduino経由でCNCマシンを検索すると(特に日本語で)、CNCシールドやGrbl Controllerに行き着くと思うのですが、Grblで調べると(Grbl Wikiなどから)、Universal G-Code SenderやbCNCというソフトに辿り着くと思います。個人的には、どちらかというとUniversal G-Code SenderやbCNCのほうが使いやすいと思います。
追記:
2017年以降であれば、最新版Grbl1.1を使ったほうがいいと思います。おそらくGRBL Controller3.6.1は、数年前のGrbl0.8用という感じなので(使えないというわけでもないのですが)、Grbl1.1に対応した新しいソフトのほうがいいかもしれません。Grbl1.1についてはこちらへ

「Grbl v0.9 + GrblController3.6.1-T4」 の場合
上記のようにGrbl v0.9をアップロードしたArduino UNOをMacにUSB接続し、GrblController3.6.1-T4をMac上で立ち上げてみました。まだステッピングモーターは未接続。
GrblController3.6.1-T4の画面左上の
・「Port name」でArduinoのポートを選択
・「Baud Rate」で115200を選択
・画面左上「Open」ボタンをクリック
そうすると以下のような画面。
Openボタンで開始したら、Grbl Settingsボタンで各種設定ができます(こちらはエラーでません)。なので、こっちのほうがいいかもしれません。

よくみると「Spindle On」だけでなく「Speed spindle」もついています。TTLドライバ付きのレーザーモジュールならレーザー出力調整できそうです。この機能を生かすには「CNC Shield V3.10」にしたほうがよさそう。先日aitendoで買った中国製の「CNC Shield V3.0」だとgrbl0.8対応なので端子がON/OFF制御になっている(追記:grbl0.9ではピン配列が少し変わったので、それにあわせて接続を入れ替えればV3.0でも使えるようです)。まあ、そのへんは後々バージョンアップしようと思います。
とりあえず、ソフトのほうはなんとかなりそうです。ということで、またハードの検討に戻ります。

関連:
CNC関連のソフト(まとめ):GrblController以外にも使いやすいソフトはあります。
CNCシールドV3.0とV3.1以上の違いについて:(最新版はV3.51)

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