PCB基板試作用卓上CNC アクセサリ その参 レーザーヘッドアダプタ

現在市販されているArduino ベースの卓上CNCには、エンドミルを使用した機械切削とレーザーヘッドを使用した熱による加工に二分されているようです。

今回はレーザー光による加工を行うための　レーザーヘッドアダプタを作成しましたので紹介いたします。

今回はPCB基板のレーザーエッチングを可能にするため500-2000mWの出力を持つ赤色もしくは青色レーザなどレーザー加工を行える下限(しかし安価)のレーザーヘッドモジュールで、大手通販サイトでも取り扱いがあるようです。
仕様
1) レーザーモジュール径Φ12mm
2) 27x22x36mmのヒートシンク付き

また熱によるレーザーヘッドの寿命劣化対策として30mm角のFANを装着できます。

装着にはM3の樹脂スペーサを使用することを想定しています。

使用方法としてはCNC GRBLでは一般的な42Φのミリングモーターホルダに装着できます。モーター軸センターとレーザー軸センターは設計上は一致させていますが、3Dプリンタの造形精度に依存するのですが、0.2mm以内には収まっているはずです。

装着にあたっては、GRBL1.1の場合はモーター出力(PWM)と、レーザーヘッド出力はそれぞれの用途別のコネクタから出力されますから独立した配線が別途必要になります。

PCB基板試作用卓上CNC その壱

CNCによる基板試作方法はすでに先駆者が残した沢山の情報がネット上にあり取捨選択に迷うほどですが、ここではそれらを土台にしていくつか改造を試みましたのでご紹介いたします。

そもそもPCB基板とは..

紙フェノール(ベークライト)やガラスエポキシ製の板に銅箔を貼り付けたものですが、回路の配線が基板上に配線することにより、組み立ての容易さ、品質の安定化、省スペース化などが現在でもその製造方法が日々進化しています。このようにPCB基板は量産化技術であるため、小ロット多品種生産には向かないのは現時点でも変わりません。
しかし現在では、卓上CNCの登場により、基板への銅箔配線の加工を再現性良く自動化することができるようになり小ロットの基板試作が容易になりました。


ということでE-CADに回路を入力すると、回路基板を<<安価に>>試作できる便利な世の中になったわけです。

..ということで一般的な組み立て使用方法に関してはすでに多数の良いサイトがありますからそちらを参照していただくとしてここでは基板CNC加工を行う上で必要になるArduino based CNCの改造ポイントを重点的に説明していきたいと思います。




ハード偏

CNCべースマシンは　Grbl0.9-1.1 CNC-xxxxで　ステージの広さにより 1610,2417,2418,3018,3020 バリエーションがありますが、どれも似たような構造で　ミスミHFSアルミフレームと同形状のパイプを組み合わせて組み立てるタイプになります。

組み立て時の注意点としては、使用目的をPCBの銅パターン切削を行う場合を考慮するとはX-Y軸の水平面精度が0.1mm単位で必要ですので　定盤がベストですが一般家庭で定盤を所有しているのは稀でしょうから平らなテーブルできればガラス天板テーブルが必要になります。　また水平面に対するZ軸の平行精度も同様です。



フレームの直交、水平精度は重要ですから構造を良く確かめ精度を高める工夫が必要です。
特にアルミフレームの長さは両端面を突き当てて使用する部材などは長さを1/100mm程度まで追い込む追加工が必要になります。

キットの部品加工精度のバラツキはあるものとの前提で作業を進めます。
尚、金属製のL金尺　1/100mm　ノギス　マイクロメーター(シム制作に必要)はないと相当不便な思いをします。　シンワや世界のミツトヨ製が良いでしょう。

気象計測センサー 雨量計 その九センサー ノードコントローラ 「AMEWO-UART」回路 基板

気象センサー　シリーズの　雨量計「雨ヲ君」対応の試作基板の設計が終わりました。

ミーリングまたはエッチングのあとパターンがくっつく(または切れる)とか穴が開け難いとか
れば若干パターン変更はあるかもしれませんが基本的にはこのままです。
汎用を狙いすぎて余計な端子名がありますが気にしないでください。

この基板では　雨量計「雨ヲ君」として動作させる場合は、T1,T7しか使用しません。

残りの端子は拡張性を持たせるため　すべて端子として配線されていますが、保護回路も入っていませんので静電破壊やラッチアップ対策としてすべて5-10kΩ程度の抵抗で　プルダウンかプルアップしてください。(プルアップ推奨)　T(ターミナル端子)の部品穴を利用すると良いと思います。




発注している「生基板」さえ届けばすぐに制作に取り掛かります。

頒布予定の基板の情報は、

https://drive.google.com/open?id=1ZtVGZopA85Whbau-n7gfQ6bhVNiM7wpG

気象計測センサーその12 汎用ソーラー充電式電源 ポール

センサーとノードコントローラが完成したのですが、実際に野外/屋外に設置するとなると
風雨に耐える電装ボックスと電源を確保しなくてはなりません。

今回ご紹介するのは

屋外設置の容易な汎用のソーラーバッテリ付きポールで、固い地面には向きませんが耕作地など地面の柔らかい場所なら簡単に設置できます。

実際にはこのポールに屋外用の電装ボックスを取り付けて気象観測センサー、無線送信機、などを収納し設置することになります。
電源は、安価で容量の大きな軽自動車用車載バッテリまで対応しています。


用途としては、

農作物被害の実態調査用の野生動物の撮影機材の設置

気象センサーの野外設置

アンテナの屋外設置

などを想定していますが　ポール先端部を深く突き刺すと容易には倒れないため
キャンプ場などで　ランタン設置ポール　、ラジオやトランシーバーのアンテナ設置にも使えます。

マイコン開発ツール #1 AVR編

機能デバイスとして組み込み型ワンチップマイコンは広く応用されています。

ARM Cortex など　32bit 64bitなど高性能な組み込みマイコンも登場し機能/性能の進歩が止まりませんが、そんな世の中でもまだまだ4bit 8bitマイコンも健在です。

普段は小規模な開発に機能ピンが少なくてよければ　ATTiny13A,  入出力ピンが多く必要であればATTiny2313を使っています。
プログラムサイズはそれぞれ1K/2Kと少ないので、プログラムが大きくなりそうな場合はATtiny85が便利です。特に I2C通信を行う場合は、機能ピンの数よりもプログラムサイズが大きくなる傾向がありますので、8KbyteのFlashROMにはアドバンテージがあります。

この便利なATTiny85ですが、ATMEL社がMicrochip Technology Incに買収され後の開発ツールの供給体制が変化し入手が困難なようです。
また、PalmDreamsでは、試作書き込みは、ATMEL STK-500/600を使っていますが、Pin数の違うAVRの書き込みは配線を変えなければならずなかなか不便なので、Fusebit 書き換えなどパラレル高電圧書き込み専用機にしてありますので、
量産時の書き込み機は専用機を自作しています。

自作とはいえこれまでのホビィスト、一部マニアの膨大なのソフト資産のおかげで開発ツールすらAVRマイコンで構築する方法が公開されていますから　大した作業ではありません。　部品集めとはんだ付け作業しか行っていません。

参照したサイトはht tps://create.arduino.cc/projecthub/arjun/programming-attiny85-with-arduino-uno-afb829です。

使用したのはArduino UNO R3 クローンと　Prototype shild (プロトタイプシールド　Arduinoに装着する自作用穴あき基板)に　8pin DIPのICソケットを搭載しています。
これで 書き込み体制は整いました。

気象計測センサー その11 雷センサー

気象センサーシリーズに　雷センサーを追加しました。
センサー自体は　秋月電子から発売されている秋月電子　雷センサー
を組み込んで屋外設置が可能なように防水構造になっています。

このセンサーモジュールは非常に小さく動作電圧3Vとバッテリで動作しますから携帯型にも固定設置型でもいろいろ応用できそうです。

屋外設置した場合は、屋内に多数ある電子、電気機器が発する電気的なノイズの影響を受けにくくなり、特に電灯のON/OFF、掃除機のモーター、サーモスタットなどの電磁波ノイズの発生源から距離をとることで人工ノイズによる誤検出を大幅に低減できるようです。

センサーケースはアンテナ部を樹脂製のキャップで覆い、センサーチップ部分は金属製で囲むことで電磁シールド効果を持たせるような構造です。
また半透明樹脂部にはLEDを組み込んでありますので、雷検出時にLEDもピカピカ光ります。　夜なら見てると面白いかもしれません。


実物は後ほど..

気象計測センサー ⑩マルチセンサー ノードコントローラ

気象センサー　ノードコントローラのソフト開発も大体終わりましたので、基板制作に入ります。

ここで問題が発覚..　入るのか?   入らないのか?

多層基板は作れませんのでせいぜい両面基板で何とかしなければなりません。