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）

CNCマシン：初カットにチャレンジ

昨日、カットの実験をやろうと思ってましたが、オフセット（刃の半径分ずらす）のパスのやり方がよくわからず、そのかわりProbeの実験をしていました。この際、Inkscapeのオフセット機能でもいいのですが。
せっかく材料を切るなら、以前つくりかけで中断していたシナ合板のパーツ（CNCマシンとは関係ないパーツ）をつくろうと思って、Inkscapeで図面を描こうとしていたところで時間切れ。以前のパーツはジグソーで切っていたのですが、だんだん面倒になり、そして今回CNCマシンをつくるにあたって、しばらく放置してあったものです。ようやくCNCマシンで切断できる準備が整ったので、以前のシナ合板パーツ制作の続きをしようということです。

Inkscapeでの作業：
・とりあえず、mm単位に設定したInkscapeでパーツの図面描画。大きさは210x100mmくらい。
・Inkscape内のオフセット機能でエンドミルの半径3mm分外側の線を描く（パス）。
・パーツの形と今回使う材料（端材）の形から、中央下を基準点に設定して製図した図形を配置。
・それをExtensionsのgcodetoolsでG-Codeに吐き出す。

CNCマシンの設定（bCNC使用）：
・トリマに集塵機取り付け（以前つくった集塵用パーツ）。
・電源は、集塵機、トリマ、CNCマシンモーター用電源、それとパソコンとArduinoをUSB接続。
・材料：シナ合板12mm厚の配置（ビスで直に固定）。
・ホーミングでマシン原点の設定。
・作業エリア中央あたりに配置した材料へ移動しXY軸を微調整して材料に大体あわせる
・仮にWPos（0,0,0）に設定
・Probeを使ってZ軸ゼロ位置設定

準備OK（上画像）。以前つくった集塵パーツ、蛇腹ホースも黒いマジックテープで固定（使えるかどうか？ないよりはいいはず）。

bCNCの画面は以下のような感じ。

今回は12mm厚のシナ合板を3回パス（4mmずつ）で切る設定。材料として使っている端材がV字型しているので、原点を合わせやすいように中央下が図面上でも原点になってます。

カット開始：
準備は整ったので（ここまででもかなり時間かかる）、Startボタンをクリック（その前に集塵機とトリマのスイッチもON）。

思っていたより速く進むので、bCNC上のFeed Overrideを85%まで下げました（追記：この時点ではGrbl0.9、まだオーバーライド機能には未対応だったので意味なし）。それとトリマの回転数は50%くらいに下げていたのを80%くらいまであげました。トリマは下に排気するので、細いグレーの水道管では吸い取りきれません。しかも周囲についている透明塩ビのスカートと台との間にも隙間があります。ただ、空気中に細かい塵が舞うほどではありません。いちおうそれなりに機能はしてます。

３回目のパス。いちおう順調。Feedやトリマの回転速度もちょうどよさそう。焦げたりしていません。切りくずは周囲にたまっていますが、宙に舞うような細かい塵はあいかわらず吸い取ってくれてます。


カット終了：

カット直後の材料の状態（削りカスは集塵機で吸い取り済み）。バリや底面に薄皮が残っています。薄皮が少し残っているくらいがちょうどよさそうです。部品が動かないし、台を削らないので（今回、作業台は無傷でした）。
さて、台から材料を外して、どのくらいきれいか見てみます。

カッターで薄皮を切ってサンドペーパーでバリをとると、かなりきれい。寸法もあっています。
合格という感じです。

エッジもかなりシャープにでています（もっとひどいかと予想していました）。4枚刃のエンドミルですが、けっこう木材でも大丈夫なんですね。

上が今回CNCマシンで切った部品、下が数ヶ月前にジグソーで切った部品。見た目はあまりかわらないかも。CNCマシンだと凹みが丸くなってしまうのは仕方ないけど、あとからヤスリかノミなどで調整すればいい。

感想：
以前ジグソーで切ったほうも（上画像の下の部品）、丁寧に切ったのできれいなほうだと思うのですが（エッジにバリなどでないように一旦カッターで切り込みを入れている）、やはりそれだけ面倒。しかし時間的にはあまりかわらないかも。CNCマシンだと準備やら設定にもけっこう時間かかるので（慣れれば早いのかもしれないけれど）、ジグソーとクランプを駆使して切ったほうが圧倒的に早いはず。騒音や塵の量も少なくてすむし。
でも、何個も切るとなると体力が尽きたり飽きが来て、そういうときにはCNCマシンのほうがいい。使い分けかもしれないけれど、やはりCNCマシンだと疲れないというのが一番の利点かな。音がうるさいのが問題。そもそもトリマも集塵機もうるさい。

最後にCNCマシンで切ったパーツの凹み部分の丸みをヤスリで削ってはめ込むとこんな感じ。CNCマシンカットと手仕事との合体。やはりCNCマシンだとトラブルさえなければ、精確に形を切ってくれるからいいかもしれない。
ということで、今回のCNCマシン初カットは無事終了。使えるということが分かって一安心。
トリマのノイズもあるのかと思ってましたが、特に影響ありませんでした。
つぎはレーザーの実験をしなけれないけません。