レーザー加工機 MicroSlice できるかな Part 9

今回は様々な素材での出力結果をまとめる予定だったが、MicroSliceを動かしているArduinoのソフトウェアGRBLを修正し出力精度を上げる事が出来たので、こちらの情報から紹介する。

前回の記事でバックラッシュ（もしくはバックラッシ）の影響によりヘッドの移動方向が逆転した場合に遊び分のずれが生じ、円等の図形が歪んでしまう事を紹介した。これを改善するには、ハード的に改善するか、ソフト的に改善する必要がある。

ハード的にはなかなか難しいので、ソフト的に改善を試みた。MicroSliceが2015年1月現在公式に提供しているのはGRBL 0.8と言う少し古いバージョンのソースをベースとしたものである。最新のGRBLは0.9gで、0.9gは0.8に比べ処理が色々と改善されており、標準でAruduino IDEでのビルド・転送に対応している利点もある。

なんとか0.9gをMicroSliceで動かせるようにして、さらにバックラッシュ対策も入れて見たい、と思ったのだがこれがなかなか大変であった。0.8の通常版（元々はXYZ軸のフライス盤制御用ソフト）とレーザー出力対応したソースを比較し、差分を0.9gに適用すればすぐ出来るだろうと思っていたが、0.8と0.9で思った以上にソースが変更されており、結局すべてのソースに目を通して仕組みを理解した上でないと適当に修正しただけではエラーが連発するだけであった。

筆者がArduinoを触り始めたのは昨年12月末頃で、言語としてC/C++は理解できたがArduino特有のポートやタイマー、割り込み等を理解するのに時間がかかってしまった。最初ソースのみを推測で読んでいたが、どうしてもNCデータからモーターの動きに変換した所で行き止まりになってしまい、そこからどうやって実際のモーターを駆動する所へ繋がっていくのかが分からず大分悩んでしまった。動きとしては、NCデータからモーターやレーザー出力用のデータを生成するプロセスと、タイマー処理により定期的に生成されたデータを確認し、データがあればそれを元に実際に駆動制御するプロセスに分かれていた。

ともあれ、何とか0.9gのソースを修正し、バックラッシュ対策用の仕組みも入れ込み、ベクターモードのスイッチ切り替えを不要にしてベクターモード時のレーザー出力調整機能も入れたファームを作成しMicroSliceで動かせる様になった。

元と改造後のベクターデータの出力を見るとずれが大分改善されているのが分かる。Cの文字も歪まず綺麗に出る様になった。

ラスターデーターも往復で綺麗に出る様になった。

修正したソースにコメントをちゃんとつけてGitHubでアカウントを取ってフォークするのがベストなのだと思うが、面倒なのでここに適当にソースとhexファイルを置いておく事とする。筆者の方で追記・修正した箇所は「//nefa」のコメントのみ入れてある。利用は自己責任にてご自由に。

grbl-9g_mod_nefa20150120.zip

F50以上で焼いている分には問題無いが、F10等の低速で焼いていると途中パスが飛んでしまう事がある。今は解析する気力が無いが、いずれ気が向いたら調べてみようと思う。（多分放置しそう）

0.9gに対し修正したのは以下の点。

$L0、$L1でのレーザーモード切り替え
レーザーモード時Z#でレーザー出力
各種デフォルト値の調整
ADAPTIVE_MULTI_AXIS_STEP_SMOOTHINGを無効化
MicroSlice本体のスイッチがR(Raster)でもベクターデータ出力可能
$Z#でベクターデータ出力時のレーザー出力調整（保存はしない）
$50、$51の数値でX、Y軸のバックラッシュ補正
ベクター/ラスターデータによりレーザーモード自動切り替え

元々本体のR/Vスイッチでラスターとベクター切り替えしていたが、Rの位置でベクターデータ時もレーザー出力出来る様にしたのでスイッチは常にR位置で切り替える必要が無くなった。また、「$Z#」でベクターモード時のレーザー出力も調整出来る様にした。

「Z#」のコマンドでレーザーモードオン、「G90」のコマンドでレーザーモードオフに自動的に切り替える様にしたので、起動後「Z25」等で調整する際に事前にいちいち「$L1」のコマンドを入力する必要も無くなり、ラスターデータやベクターデータを出力する際にも自動的にモード切り替わるため基本的に「$L1」「$L0」を入力は不要で、モード誤りによりヘッドが明後日の方向に進む事も無くなった。接続後、「$H/$X」でアラーム解除「Z25」でフォーカス調整、「Z0」でオフにした後ベクターデーター出力してもちゃんと動く。

その他、物理的に筆者が加えたちょっとした改造。

・台座のガイド設置とカバーの扉化

設置場所的にカバーを上に持ち上げにくく、持ち上げて素材をセットするのも手間だったのでカバーは固定し前面を扉にした。また、毎回レーザー位置を合わせるのが面倒なので、ガイドを設置した（白いL字のボード）。これで素材の設置と位置合わせが大分楽になった。

アクリサンデーで接着したので分解は難しいかもと思ったが、案外パキパキと簡単に外れた。・・・それはそれで他の部分の接着箇所が大丈夫か心配になるのだが。

・振動対策

モーターの振動で素材が動いてしまう事があったので、良くある耐震マットを足に貼り付けてみた。結果、振動がかなり改善された。

・Bluetooth化

HC-06と言うArduinoのシリアル通信を簡単にBluetooth化出来るモジュールが販売されている。

XINTE ワイヤレスBluetoothシリアルスレーブモジュールHC-06

3.3v、GND、TX、RXをArduinoの端子に接続するだけでスケッチの変更無くArduinoのUSB接続がBluetooth接続になってしまう代物である。PC側もペアリングすると自動的にBluetooth COMポートが追加されるので、Grbl Controllerでそのポートを指定するだけで他は何の変更もいらない。

購入時はHC-06は9600bpsなので、ここだけちょっと変更を加えた。HC-06の設定を変更するには、KEYのピンをHIGHにした状態でATコマンドを発行する必要がある。この手順は下記サイトにやさしく解説されている。

http://www.instructables.com/id/Modify-The-HC-05-Bluetooth-Module-Defaults-Using-A/step1/Components-Wiring/

KEYピンは足がついていないので、まず足を付ける。

足を付けたら、適当なArduinoボードに3.3v、GND、9（KEY）、10（TX）、11（RX）を繋げる。（3.3v接続はスケッチ書き込み後がいいかも）

Arduino IDEで下記スケッチをビルドし書き込む。上記サイトの引用だが、HC-06はデフォルト9600bpsなのでBTSerial.beginも9600にしておく。

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial BTSerial(10, 11); // RX | TX

void setup()
{
 pinMode(9, OUTPUT);
 digitalWrite(9, HIGH);
 Serial.begin(9600);
 Serial.println(&quot;Enter AT commands:&quot;);
 BTSerial.begin(9600);
}

void loop()
{
 if (BTSerial.available())
  Serial.write(BTSerial.read());
 if (Serial.available())
  BTSerial.write(Serial.read());
}

書き込み後、シリアルモニタを開き9600bpsに設定し、「AT」と入力し「OK」と帰ってきたらATコマンドが入力出来る。「AT+NAMEMICROSLICE」でBluetoothの表示名が「MICROSLICE」になる。「AT+BAUD8」で115200bpsに設定される。ATコマンドの説明等は下記サイトが参考になる。（デフォルト参照等のHC-05コマンドは使えないので注意）

http://www.instructables.com/id/AT-command-mode-of-HC-05-Bluetooth-module/all/?lang=ja

次に、配線。MicroSlice組立時のケーブルとハウジングが余っていたので、接続用ケーブルを作成。

これをArduinoの各コネクタに付ける。RX、TX、3.3vは元々空いているので挿すだけ。カバーのファン電源でGNDが空いていないので、カバーのファンのGNDケーブルの途中を少し剥いて繋いでヒートシュリンクで保護した（MicroSlice組立時に鍛えられた成果）。

HC-06モジュールは両面テープで適当にペタッと。

これでBluetooth経由でMicroSliceが使える様になった・・・のだが、ベクターデータの出力は問題無くできたが、ラスターデーターはデータ転送が追い付いていないのかヘッドがぎこちない動きになり、上手く焼けなかった。別のBluetoothモジュール（PC側含め）を試したりBaudrateを変更してみると改善するかもしれないが、疲れたので一休み。USB接続に戻すには、単にHC-06のコネクタを外してUSBを挿すだけ。3.3vケーブルにスイッチを追加すればもっと楽に切り替えできそうだ。

（※このHC-06には技適マークが付いていなかったので日本国内で使うと電波法違反になりますので気を付けましょう(^-^; ）

さて、ベクターデータが無線経由で、綺麗に出る様になったのでInkscapeを使った少しお洒落な名前プレートの作り方を簡単に紹介。

まず、フレームとなる四角を二つ描いてテキストを適当に配置。