2018年2月25日日曜日

小型工作機CNC2418 その47(外部SW用PCBの実装・組込・稼働)

前回、基板が完成しました。
昨晩は、その基板の投稿に通常の100倍近いアクセスがあり
一時、YouTubeのリンクエラーが発生しておりました。m(_ _)m

ので、部品を挿入して組み込んでいきます。
大物の34pinのロング足のメスのピンヘッダーは、40pin。5個で US$ 6.00

をカッターで切りました。
これらのコネクタ類は、穴がギチギチなのでΦ0.8⇒Φ0.9に広げて仮装着します。
一旦外して、背が低いパーツからハンダ付けしていきます。
カラーコードは、数字の様に読めるのですが、眼が劣化(老化?)してきたのか
どうみても茶色が黒だったりするので、もはやテスターでの確認は必須です(^^ゞ
全パーツの半田付けが完了しました。
それにしてもVカッターで彫ったシルク印刷モドキの文字いい!部品挿入も楽です。
左上のオマジナイの穴にも仮にリード線を入れてみました。
ハンダ付けが思ったより大変です。
先を急ぎすぎてアルコールで拭くのを忘れてしまいハンダの乗りが悪いのです。
はんだ部の拡大。イモではないので大丈夫ですが、ダゴっぽいです。
0.3mmの箔間でもこの辺はかなり綺麗に分離されているのですが
あまりハンダが乗らないので付け過ぎで横のパターンまではみ出しています。
ポリイミドテープを貼っておけばよかった
虫眼鏡2枚重ねで見ながら修復しました。
初めての0.3mmに挑戦しましたが
マスキング無しで箔間0.3mmのハンダ付けは、厳しいですね~
まだ幾つか、きわどい溝があったので、この歯科モドキ具でゴソゴソと修復します。
最終的には、テスターで各箔間のショートがないか入念に確認しました。
動作確認は、まだですが、組立完成!
左下の1KΩは、手持ちがなく1/2Wです。他は予定通り。
EAGLEから[FUSION SYNC]で出したFusion360のデザイン画。
パターン面。
ハンダ付けが良くないので拡大はしない方がいいでしょう(´-﹏-`;)
同じくEAGLEから[FUSION SYNC]のFusion360のデザイン画。
CNC2418のWoodpeckerに装着してみます。
いいですね~
見てるとグリーンにしたくなり油性マジックで銅箔を緑にしました。
まあ高絶縁を要求している回路ではないので染料のことは無視します。
銅色のままよりはいいかなっと!
部品面が上になれば見栄えいいのですが、片面基板なので。
横から
このWoodpeckerは、A5が壊れて、この時にA4に変更しているので
スイッチボックスの方へA4のPROBE端子を引き出すために
ジャンパーピンをA4側に付けます。
A5端子が壊れていないものは、ジャンパーピンをA5側につけます。
さて、Woodpeckerと接続するコネクタを取り付けます。
5Vラインのパスコンをすっかり忘れていたので
その辺の廃棄ボードから外したチップコンデンサ(22μF)も付けました。
配慮の穴はこのためです。
振動で切れ難くする為とクランパー代わりです。
WoodpeckerのJ2とJ13コネクタに繋がります。
巻きつけているのは内径4mmのスパイラルチューブ(5mでUS$ 1.90)です。

配線を形状固定するために針金を一緒に束ねます。
コネクタを挿します。
下方から。
横から。
まずは、この状態で動作確認します。
それからCNC2418に取り付けて稼働テストです。

いざ、火入れ式です。
ううう~波形がおかしい~~何じゃこれ~~!
S400なのでDuty 40%なのですが
D101カソード波形(下の回路図の矢印部)
ということでいきなり表題とは違う方向へ!_| ̄|○

明らかに容量性の負荷がある波形です。
回路図を見直します。
あっ!!! C38の存在を見逃していました。0.1uFもありますね~
シミュレーションだけで、現場確認してなかったのでこうなるのです(^^ゞ
これは、リアクタンス性の負荷でQ3ドレインのピークを抑止するためです。
削除するわけにはいきません。
これは困りました。
R101を220Ωにしてみますが、あまりよろしくありません。
S400のDuty40%で、INとOUTでDutyが10%はズレそうです。
レーザーのパワーを決めるのに10%精度が必要ではないのですが
ちょっと気に入らないだけです。
R101を100Ω辺りに小さくするのは、抵抗の発熱でやりたくないし
C38を外して波形が鈍らないスナバ回路(バリスタやCR)をつける手もあるけど
Woodpeckerをいじりたくないのです。

結局、矢印のポイント(Q3 Drain)がダラダラとOFFして
Q101も同じようにダラダラOFFするからいけないのです。
Q3 Drainが、OFFし始めたら直ぐにQ101をOFFさせればよさそうです。

コンパレーターを使えばいいのですが、PCB大幅変更になるし、
TL431も検討しましたが応答が遅くてNGです。

ツェナーで下駄を履かせましょう!
電圧が低いツェナーの代わりにLED(青か白)を使うことにします。
LEDは、逆耐が低いのでダイオードは残しておきます。
ある程度は、R101で稼がないといけないので220Ωまで下げています。

LTspiceで確認します。
いい感じの波形になりました。
D101カソードが「0.4V」で出力反転(Q101 OFF⇒ON)しています。
対策前のシミュレーションをしてみると
D101カソードが「3.0V」で出力が反転(Q101 OFF⇒ON)でした。
今度は、ブレッドボードで正しく動作することを確認します。
回路が決まったので修正します。
パーツ的にはLEDを追加しただけなので、
D101とR102の接続部のパターンをカットして、そこにLEDを裏付けします。
R101:220Ω 2W(中学の時に真空管TVから収集した抵抗器かな)
1/8W抵抗は、定数変更のみです。
波形を確認します。
S50(Duty 5%)のIN(黄色)とOUT(水色)。よかです!
S5(Duty 0.5%)水平レンジ 0.2usec/DIVに拡大。
S995(Duty 99.5%)水平レンジ 0.2usec/DIV
流石にパルス幅が狭くなっています。
ちなみに、ブレッドボードの時、
S995(Duty 99.5%)でR103:47⇒100、R102:4.7⇒10の時は、
OUTがなくなってました。
S5(Duty 5%)のD101カソード(黄色) vs OUT(水色)
上の拡大
D101カソード:0.7V程でOUTが変位しています。
上のQ101 E-B間
LEDの両端:ほぼ3.0V  電流:14mA程。
LED+D101の両端。
次の日、ちょっと心残りが、
R101 220Ωがスピンドルの時も活きているのは、嫌ですね~
ということで、スピンドルの時は外して、レーザーの時だけにしたいです。
つまりLaser 12V用SWの後ろから取ることにします。
回路図は、これで最終かな?
DIYの楽しい所は、作りながら柔軟に仕様を変えられることですかね~
先に作っておいたスイッチボックスには
まだ5V表示のLEDを取り付けていません。
そこで何かいいLEDフォルダーないかな~と探して
これこれ!スイッチボックスケースの元ボードのを再利用します。
久々のサンハヤト製の「はんだ シュッ太郎」の登場です。
ついでなので、LEDを全部取りました。
赤、緑、と、2色タイプがありました。このLEDケースが目当てなのです。
で、また仕様変更しよう!
2色LEDで5V表示と12V表示をすることにします。
スイッチボックスの左下の窓がLED用です。
そこにLEDケースで取り付けます。
グリーン点灯:5V印加の表示にします。
USB給電のみの状態を示します。
オレンジ点灯:12V印加の表示にします。
つまり24Vも供給されているということを示します。
両方つけてもオレンジ系になるので都合がいいのです。
ついでにLED付きSWのLED(Laserの12V ON表示)を点灯させてみました。
今は、こんな感じで、レーザー用の配線が宙ぶらりんです。
これは、Woodpeckerモドキ基板なので、A5の隣にD11がでています。
12Vは、ハンダ付けしていました。
購入時の正規のWoodpeckerに付け換えて、
スイッチボックスとの配線長を決めていきます。
スイッチボックス内へ配線のハンダ付け完了!
PROBEリードだけは、まだ取り付け方法を考えてないので
中にしまっております。
ちょっと長めにしています。
横から。
レーザー用のTTL制御信号と12V電源ケーブル4本を上側に廻して
スピンドルとレーザーに行くケーブルは、
このキャタピラ(Drag Chain Wire Carrier)に通します。
1m US$ 3.73でした。

レーザー用のケーブル4本をキャタピラに通して
レーザードライブボードに繋ぐ、このコネクタは予備がないので
付属していたものを半分にカットして
挿し間違えないように片方は赤マジックで塗ります。
線剥き機は、かれこれ40年程前に買ったこれを使っています。
レーザー用のコネクタをハンダ付けして
レーザードライブボード(右上のアルミ放熱板)に挿します。
レーザードライブボードは、この時に付けたステーに取り付けました。
レーザードライブボードの位置、旗みたいで今一かっこ悪いですね~
レーザードライブボードの位置を変えます。
この位置が妥当でしょう。
基板は同じ方向を向いてた方がいいです。
LED点灯テストです。
左から
・USBケーブルのみ接続(LED:グリーン)
・12V/24V供給、Laser電源OFF(LED:オレンジ)
・Laser電源ON
過去の適当なGCodeをCandleで開いてボタンのテストです。
上からRESET、ABORT、RESUME、HOLD、Laser12V ON/OFFです。
直感的に操作できるのでなかなかいいです。
怖い時は、HOLDボタンに手をおいとけばいいので安心です。
当然な事ですが、ジョグで長距離動かしている時にRESET(赤ボタン)押すと
慌てずにパッと止めれるのもよいです。
全部PC上で操作できるけど、手の届く所に実体スイッチがあるのがいいのです。
12V SWのおかげでレーザーを取り付けたままにしておけるようになったので
配線をつけたまま、どこかに収容できるようにしたいですね~

スピンドルは、レーザー使う時に取り外す必要があります。
平型端子は、すぐ緩くなるので元に戻す度にプライヤで締め直していました。
そこで、この「バレットコネクタ XT60」ってのを使います。
金メッキで抜き挿しが比較的軽い割に接触はしっかりしています。
構造的には、小型のバナナジャックという感じ。
定格電流:30A   瞬間電流:60A   接触抵抗:0.55mΩ のようです。
5組 US$ 1.87

タイラップで取り付けるので、外郭をヤスリで削ってズレ防止の溝を掘ります。
ケーブルはこれ!シリコン外装の12AWG 1m 赤黒ペア1mでUS$ 2.99
線径2mmで許容電流40Aものです。

と思いましたが、ちょっと太すぎました。細いのも買っておけばよかった。
そうだ、この時に修理したコタツのケーブルの廃品がありました。
綿の外装を剥がすと、おっ!これいいですね~
室温低いのに被覆がしなやかです。どうもシリコンっぽいです。
芯線径もで1mm近くありAWG20前後でしょう、許容電流10Aクラスです。
こんなところに良い線材があったとは!
レーザーもスピンドルも全線をこれにしたいですね~
カットしたスピンドル側の平型端子のカシメを開いてリード線を取り除きます。
新しくコタツのリード線をプライヤでカシメ直します。
プライヤでのカシメだけでは不十分なのでハンダ付けします。 
この平型端子を固く挿し込みできようにプライヤで隙間を締めておきます。
今度からここは、外さなくて済みます。
反対側にバレットコネクタのメスを付けます。 
Woodpeckerからのリード線には、本来なら給電側がメスでしょうが
取り付けの関係でバレットコネクタのオスを給電側に付けます。
カバーは後で作ろうかな。 
バレットコネクタをステーにタイラップで固定します。 
上方アングル。 
 さっき作ったスピンドル側のコネクタも取り付けます。
スパイラルチューブで整えて、今回のプロジェクト完了です! 
年始から、パターン描きを何でやろうか?から始め
構想から2ヶ月近く掛かったので、大したものを製作したわけではないのだが、
気持ちとしては、大物を作った達成感であります。