Replicator2Xの温度センサー換装

この記事は2013/12/27のものです。

 当時、熱電対の接合処理に衝撃を受けてこの記事を書きました。その後この3Dプリンタは多くのトラブルを起こしながらも稼働しています。

 トラブルの中でも長年決定打が見つからなかったABSの反り問題は、

www.cadshop610.com

 これを使うようになってからすごく調子がいいです。

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 あこがれの3Dプリンタが導入され使い始めたところ、いろいろなトラブルに見舞われ勉強の日々が続いております。トラブルの一つは温度センサーの接触不良です。温度センサーはベッドと2つのホットエンドに付いており、ある日突然左のホットエンドのエラーが出るようになりました。

■K型熱電対

 Rep2Xは2つのホットエンドがあるのでとりあえずエラーの出ない方を使っていました。しかし、印刷中に温度センサーエラーが発生するとLCDの進捗表示が消えてしまうなど気持ち悪いです。そこでセンサーを交換することにしました。純正部品以外に国内で入手できないかと思い調べてみると、どうやらセンサーはK型の熱電対のようです。であれば、何でもいいので秋月で販売されている物に換装することにしました。

■分解

 センサーを交換するにはホットエンドを取り出す必要があります。取説に従ってフィラメントの送りモータを取り除きます。下の写真は左側を取り外したところ、このときフィラメントが詰まってアンロードできなくなってしまったのでフィラメントが刺さりっぱなしになってます。温度センサーは左側からちょろっと出ているケーブルの先にあります。

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 X軸からアルミの台座を取り外すと以下のようにホットエンドを摘出できます。

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 センサーはM3のネジと一体化されていますので、ねじると取ることができます。センサーのネジ穴に別途M3のネジとワッシャ使い秋月センサーの先端部を固定しました。左側の白いケーブルが秋月センサーです。

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 元々のセンサーの赤はアルメル(-)、黄色はクロメル(+)のようです。コントロール基板の赤側に‐、黄色側に+を接続します。偶然にも秋月のセンサーはケーブルの長さがオリジナルよりも気持ち短いですが継ぎ足しなしで使うことができました。ラッキーです!センサーのエラーも解消され元気を取り戻しました。

■どこが接触不良なのか?

 摘出したオリジナルセンサーは何処の接触が悪いのか調べてみました。線を触ったところ途中で断線している感じは無くどうやら先端部のようです。しかし、先端部はネジとセンサーがカシメで一体化されしまっているので線を引っぱっても取れません。仕方がないのでカシメ部を切断することにしました。するとウマく引き抜けました。以下のような感じです。

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 更に先端を観察すると、こ、これは、なんと、ねじってあるだけでした!!

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 製造中に溶接の工程が飛ばされたのか、そもそも溶接工程が無いのかは不明ですが、現物はねじってあるだけなので振動が加わったりすれば接触不良になるもの納得がいきます。

■オリジナルセンサーの補修

 もしも、溶接レスのセンサーだったら右側もダメになるかもしれないのでオリジナルセンサーを補修することにしました。

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 偶然にも小型のスポット溶接機を自作中なのでテストも兼ねてくっ付けます。更に、切断したカシメ部分を放熱用シリコン接着剤で固め作業は完了です。

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■まとめ

 同様のトラブルはネット上で良く見かけるので、もしかしたらセンサーは全て溶接されていない可能性もあると思っています。めんどくさいので右側のセンサーを分解して確かめるまではしていませんが。。調子の悪い方は秋月センサーへの換装をお勧めします。

 

TM-541リモートコントローラの制作

この記事は2012/10/27のものです。

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 数年前にディスプレイが壊れた Kenwood TM-541 をローカル局から頂きました。その当時はガラスをバリバリに割ったようにLCD全体が点灯し数字が認識できない状態でした。ディスプレイの生きているTM-x41シリーズを入手したらLCDを交換しようと思っていました。(現在は、数か所光りっぱなしになるセルが存在し、LCDの温度が下がると見えにくくなり、温度が上がると以下のように大体読めるようになります。)

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 同時にTM-x21, TM-x31, TM-x41シリーズには RC-10, RC-20 と言うリモートコントローラがあることも知りました。リモートコントローラは8ピンのマイクコネクターに挿すと使えるようになります。どこかのピンを使って無線機のマイコンと通信機能があると思われます。

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 RC-10 の回路図を見るとマイク端子の UP, DOWN, PTT, AF OUTを利用してマイコンとの通信が行われていることがわかります。RC-10をRIGに接続してこの辺のピンにロジックアナライザを当ててるとSPI形式に類似したシリアル形式の通信が行われているように見えます。

 信号をハックするのはいろいろめんどくさそうだと思いインターネットを検索すると、N9XLC局のBLOGに到達しました。そのコメントに既にプロトコルを解析してドキュメントを作ったというURLがあります。このドキュメントにはとても詳しくプロトコルの詳細が書かれています。そこで、早速Arduinoへ実装してみました。

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 無線機との接続は簡単です。まず、6ピンのAF OUTをHIGH(5V)にするとRIGはリモートコントロールモードに入ります。したがって、マイコンの接続時は6ピンを常にHIGHにします。

 その他 RIG と Arduino の接続は、以下の通りです。

マイク端子のピン番号 Arduinoのポート番号 備考
2(PTT) 2 RIG->Arduino
3(DOWN) 4 Arduino->RIG
4(UP) 3 CLOCK
6(AF OUT) Vcc  
8(GND) GND  

 ブレッドボードを使って適当に配線した感じでは、信号は若干ノイジーでしたので、UPとGNDの間に 0.01uF を、PTTとGNDの間に 0.001uF を入れた状態で良好に動作しています。

 作成したファームウェアは RC-10/20 のプロトコルをシリアル信号に変換すると同時に、16 x 2のLCDをリモートディスプレイとして利用できるようにしました。LCDArduino との接続は以下の通りです。

Arduinoのポート番号 LCDのピン 備考
5 RS  
6 RW  
7 EN  
A2 D4  
A3 D5  
A4 D6  
A5 D7  

 また、シリアルからRIGにコマンドを送信することができます。シリアルターミナルを使い、Arduinoに9600bpsで接続し、Ludovic氏のドキュメントにあるコマンドを参照し16進文字列を送るとRIGを操作することができます。例えば 0A は送信、0B は受信、03 8A を続けて送ると電源OFF、03 80 を続けて送ると電源ONです。

 ソースコードGithubに公開しました Arduinoバージョンは1.0.1です。このファームは非商用の目的の範囲にておいてご自由にお使いください。お約束ですがこのファームを使用したことによって生じる一切の事柄について作者は責任を負いません。

 最後に、素晴らしいハック情報を提供してくれた Ludovic氏に感謝いたします。

Sable-2015 配電基板を作る

 Sable-2015本体からモータードライバへの配線をまとめたいと考え、配電基板なるものに配線を集約することにしました。ステッピングモータや原点センサ、スピンドルも含めた配線は背面の配電基板に集約されモータードライバへ配線します。

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 この基板は配電目的以外にスピンドルの速度制御機能も兼ねています。Sable-2015のスピンドルセットには専用電源が付いており、軸制御系の電源とは別系統の電源になっています。このように電源を分けておくと、スピンドルから発生するノイズが制御系に回り込みにくく、不具合が起きにくい利点があります。

 取扱説明書のスピンドルのON/OFF制御はSSRを使って100VをON/OFFするようにユーザが実装しましょうとなっています。しかし、grblのスピンドル制御はPWMによる速度制御なので、それを活かすような実装をして行こうと思います。

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 上の回路図はCN-R5GよりPWMを受け取りU4をON/OFFすることでスピンドルの回転数を制御する回路です。24Vのハイサイドは別電源なのでOKとして、問題は制御信号のGNDとスピンドルのGNDを接続しなければならないところです。ノイズがいっぱい載っているスピンドルからの帰還電流をGND経由でその他の回路に伝えない様に考慮する必要があります。

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 対策として、この部分のパターンを小さくまとめる。スピンドル系のGND(ベタ)を分離して帰還電流の通り道から少し離れたところで制御系のGND(ベタ)と接続するようにしました。帰還電流はU4のソースの足からCN_24Vに向かって流れます。さらにスピンドルのケーブルにはパッチンコアを入れました。通しただけでなく、念のため1ターンしました。

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 基板はこれまで使ってきたmini-CNC BLACK 1510で切削しました。mini-CNC BLACK 1510は単一電源で動作しており、以前スピンドルノイズの回り込みに泣かされました。mini-CNC BLACK 1510の駆動回路と制御回路は全て自作で、シリアルラインでPCとアイソレートしているだけで、grblとモータードライバが電源を共有しており、そこがノイズに対する弱点でした。この構成でもスピンドルのラインを、パッチンコアに2ターンすることで誤動作は収まり、以来安定稼働しています。

 一方、Sable-2015のモータードライバはgrblの制御信号をフォトカップラでアイソレートしていますので、mini-CNC BLACK 1510の構成よりもノイズ耐性があります。今のところ配電基板経由の動作でスピンドルを回してもgrblによる制御への影響はなくほっとしています。

Sable-2015付属のモータードライバ

 Sable-2015をgrblで動かしたく先人の知恵を検索していたら不具合の情報を見つけました。

kyouminotepad.web.fc2.com この不具合の原因を良く見つけたと感心しました。手元のフォトカプラも同じか確認しました。(画像中の数字はピン番号の割り当てメモです)

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 中を開けるとEL817が実装されています。同じです。不具合の原因は信号をフォトカプラの出口から見たときにSTEPがDIRを追い越してしまうことです。これはMach3を使った場合なので、grblの場合はどうなのかオシロで確認してみました。

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 DIR(黄色)の切り替えからSTEP(水色)までおよそ1msの余裕がありました。grblで使用する限りフォトカプラは交換してくても良さそうです。とりあえず無改造で使うことにしました。

Sable-2015 原点センサの取り付け

 これまで使ってきたmini-CNC BLACK 1510よりも加工範囲の広いものが欲しくなり、Sable-2015のスピンドルセットを購入しました。Sable-2015本体とステッピングモータドライバ、モータドライバ用24V電源、スピンドルスピンドル用24V電源がセット内容で原点センサは付属されません。加工手順においてホームからの正確な位置が欲しいときがあり、ホーミングは是非とも欲しいです。

 最初のお仕事は原点センサの取り付けとなりました。しかしながら、この機械はユーザが何かを取り付けるための穴などが一切ありません。とりあえず、マイクロスイッチをネジ止めできる部品を3Dプリントして、それを本体に取り付けるのが良さそうです。

 ネットでSable-2015の3Dモデルを見つけたのでFusion360に取り込みました。3Dモデルに対して3Dプリントする部品を追加していきます。

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 こんな感じで簡単な部品を定義しました。ここまで決まれば3Dプリントして取り付けるだけです。

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Z軸のスイッチ(強力両面テープでペタッ)

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X軸のスイッチ(本体に穴あけしてタップしました)

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Y軸のスイッチ(テーブル側はL字部品をネジ止め、本体側はコの字部品を噛ませただけの取り付け)

ホーミングできるようになりました。

マグネチックループアンテナを計算する

この記事は2008/4/12のものです。



◆MLAを作る時に使っている計算

 MLAを作ろうとした時に、使用したい周波数ではどの程度の大きさにしたらよいか、見積りが必要になります。以下のリンク先の計算式(Excel)が以外と実物に合っており重宝です。(残念ながら現在はリンク切れですorz..)

Building a small transmitting loop (Magnetic Loop)

 この計算をJavaScriptに転記しました。周波数、メインループの直径、ループに使う素材断面の直径、最大電力を入力し計算ボタンを押してください。主要な項目を下の表に表示します。

周波数 MHz
メインループの直径
m
素材断面の直径 mm
最大電力 W

利得
dB
インダクタンス
uH
Q
帯域
kHz
キャパシタの電圧
V
キャパシタの容量
pF

 いつも注目している項目はキャパシタの電圧と容量です。たとえば、21MHzで直径1.2m、10Wの場合、キャパシタの電圧は1kVを超えます。耐圧と容量がマッチするバリコンを調達するか、作らなくてはなりません。

 また、この計算は1ターンの場合です。メインループのターンを増やすと電圧は上がりますのでご注意あれ。

バッテリー内部抵抗計測キットの組み立て

この記事は2012/4/24のものです。

IW7807のキット版の販売は終了してしまっているので、今となってはあまり役に立たない記事かも知れません。当時作ったキットは今でも壊れず電池の評価に活躍しています。

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 ニッケル水素電池の内部抵抗を把握するのに重宝している内部抵抗計キット(IW7807)について性能レポートを以前に書きました。

 その後、約3カ月間、単3ニッケル水素の内部抵抗のチェックを続けています。内部抵抗の側面から劣化の過程が明らかになるようなデータが取れるには時間がかかりそうな感じです。自動的に充放電して内部抵抗をロギングできるようすれば早々に面白いデータが得られるように思いますが、なかなか手が出ませんw

 で、今回はかなりライトなネタとしてIW7807の組み立てとケースの話題です。

■部品は少ないので組立容易

 販売サイトを見ると「ハンダ付けに自信のある方には、キット版もあります」的な記述がありますけど、このキットは初心者がハンダ付けの練習にはちょうどいい感じの量だと思います。ただ一点、ハンダ付けする時気になるのは、このキットICソケットが付いてこないのです。ハンダ中にICが壊れちゃうかもしれないので、心配な人は28ピンのICソケットを別途用意した方がいいかもしれません。私もソケットを使っています。

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 キット版と頼むとバラバラの部品と基板が届きます。取り説を見ながら淡々とハンダ付けすれば良いので、ハンダ付けに慣れていれば20~30分くらいで組み上がるでしょう。表面実装部品が2種類ありますが、表面実装の中では大きなサイズですのであまり心配ないです。

 余談ですが、C6のハンダの具合によって測定中にキーンと言う微かな音がする時があります。音が気になる時はC6のハンダをやり直すと良いです。

■秋月のケースがぴったり

 IW7807の基板は緑と黒の2バージョンがあって、緑の方が少しサイズが大きいです。黒の場合のみ秋月のプラスチックケースにぴったり収まります。このケースは内寸の高さが19mmしかないのであまり高いスペーサーを使用する事ができません。そこで、基板四隅にナットをハンダ付けしてスペーサーとする事にしました。ちょうどいい事に穴の周りはレジストがありません。

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 四隅の穴の位置に合わせてケースの底に穴を開ければネジ止する事ができます。IW7807は左側にプローブと電源端子が集中しているので基板の位置はやや左寄りに設定するのが良いでしょう。続いて、底に基板を仮止めして左側面の穴の位置を決定します。

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 電源の穴が一部フタにかかってしまいますが上の様な感じに仕上がりました。

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 最後に底に適当なゴム足を付ければ完成です。透明ケースはLCDがそのまま読めていい感じです。