これまでのあらすじ:
2016年3月、フェルト生地を手で裁断している際にレーザーカッターがあれば複雑なカットが容易にできるなあと思って、安価になってきたレーザーカッターを購入しようと思ったのがきっかけ。調べていくうちに、合板も切れたほうがいいと思うようになって、CNCルーター(CNCミリング)についても考えるようになった。
Arduinoは以前から使っており、CNCシールドがあると気付いて自作も可能と思うようになった。当初はShapeOkoやX-CARVEを参考にMakerSlide、OpenRail、V-Wheel、2GTタイミングベルトなどで5万円くらいで自作しようと思っていた。AliExpressでも部品が安く買えることが分かって、しばらくは部品探し。探せば探すほど安くて本格的な部品も見つかってくるので、そんなにケチらなくてもいいのではないかと徐々にスペックアップ。最終的には剛性や精度のことも考えてボールスクリューやリニアスライドを使うことになり、予想以上に重厚な3軸CNCマシンをつくることに(約7万円)。
構想から約5週間(制作約3週間)でルーターとレーザーともに使えるようになり、現在はgrbl1.1+Arduino CNCシールドV3.5+bCNCを使用中(Macで)。余っていたBluetoothモジュールをつけてワイヤレス化。bCNCのPendant機能でスマホやタブレット上のブラウザからもワイヤレス操作可能。



CNCマシン全般について:
国内レーザー加工機と中国製レーザー加工機の比較
中国製レーザーダイオードについて
CNCミリングマシンとCNCルーターマシンいろいろ
その他:
*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。

利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:

2016年12月14日水曜日

Grbl1.1 Laser Mode:レーザーモードについて

grbl1.1からはLaser Modeが新たに追加された点が個人的には嬉しいことです。
特に、Dynamic Laser Power Scaling with Speedという機能がいままでにはない優れた機能だと思います。レーザーカット作業において、今までは特にパスの折り返し地点付近で焦げめが目立っていたのが、この機能で緩和され、より自然な切断が可能となりそうです。

grbl0.9までのレーザーカット作業の手順:
Inkscapeで図面(図形)を描画
・Inkscape ExtensionのLaser Tool Plug-inで出力設定してGコード生成(gcodeファイルで保存)
bCNCでgcodeファイルを読み込み加工作業
という流れでした。

Gコード的には(Laser Tool Plug-inで自動的に書き込まれる)、
M3(レーザー出力オン)
S1000(出力100%)
M5(レーザー出力オフ)
S0(出力0%)
M30(プログラム終了)
という感じでした。

主にM3を出力オンとして使っていましたが、grbl1.1ではM3だけでなくM4もあるようです。覚え書きのためにも以下に書いておこうと思います。

Grbl1.1のLaser Mode:
Grbl1.1 Laser Modeのページを見てみると、
まず、レーザーモードにするには、
$32=1
を入力するようです。当然レーザーを使わないときは$32=0に戻しておかなければいけません。

M3 Constant Laser Power Mode:
これは、いままで通りのモードと考えていいようです。スピンドルならM3は時計回りの回転ですが、レーザーには時計回りなど関係ないので、とりあえずM3で出力オンにしていたというわけです。ちなみにM4はスピンドル反時計回り、M5がスピンドル停止。

M4 Dynamic Laser Mode:
これが今回改良されたDynamic Laser Power Scaling with Speedのことだと思います。M4はスピンドルでは反時計回りですが、ここではそのMコードをかわりにつかっているようです。
このレーザーモードにおけるM4は、レーザーヘッドのスピードに合わせて出力を調整してくれる機能で、動き出した瞬間や折り返し地点などでスピードが落ちてしまったときに、それに合わせて出力も落としてくれる(焦げにくい)という感じです。まだ実験していないので、どのくらい効果あるのか分かりませんが。
この特性のためかM4の場合、レーザーヘッドが動いていないときは出力が0になるようです。仮に消し忘れたとしても、ヘッドが止まっている限りはレーザー出力0になるのでいちいちオフにする必要がないらしいです。
つまり、
$32=1
M4
を最初に入力すればいいということでしょうか?(追記:M4 S1000などと入力する)
しかし、基準となる出力(素材に合わせた出力値)はどこで設定するのかまでは書いていません。もしかしたら、設定済みの加工最速フィードを100%出力に設定してあるのかもしれません。それとも、M4 S500とでも入力すれば、最速でS500(50%出力)ということになるのでしょうか?
この機能がすべての素材に適合するかどうかは分からないので、事前に要テストして欲しいと書いてあります。
やはり、試してみないとまだわからないという感じです。いずれにしても、以前の使い方(M3)にも切り替えられるし、結局は使い分けという感じになるでしょうか。
いちいち手入力でGコードを修正するのも面倒なので、以前Laser Tool Plug-inのエラーを解消したときのように、Laser Tool Plug-in自体はpythonで書かれているためソースコード自体を改造すればいいかもしれません。

PWM周波数:
ちなみに、スピンドル用PWM周波数は、デフォルトで1kHに設定されているようです。
それが記述されているcpu_map.hファイルを見てみると、
おそらく145行目のこれ↑のことかと思います。Laser Tool Plug-inのJ-tech laser仕様に合わせているようです。厳密には0.98kHz。これを142〜143行目のどれかに変えれば、PWM周波数を高く設定できるようです。これを見る限り16bitではなく8bitみたいですね。
$32=1でレーザーモードがオンですが、grbl1.1の質問スレを見ると、$32=2や$32=3のようなオプションもあるようなことが書いてあります。実際どうなるか試してないので分からないですが。

ということで、M3とM4のカットの違いをそのうち試してみて、近々結果を報告したいと思います。
追記:実験結果はこちら

最新版Grbl1.1をインストール

早速grbl1.1をインストールしてみました(Macの場合)。基本的にはgrbl0.9のインストールと同じようです(grbl0.8と0.9のインストールについてはこちら)。
注意としては、もうすでにgrbl0.9や0.8などをArduino IDEに以前インストールしてある場合は、保存されるフォルダ名が同じなので、一旦古いのは捨てたほうがいいです(もしくは古い方をリネームしておくとか)。
Macの場合なら、
/Users/username/Documents/Arduino/libraries内のgrblフォルダ(旧バージョンのgrbl)を捨てる。

Arduino IDEによるインストール方法:(インストールの仕方はこちらを参照
このページの緑色のボタン(Clone or download)のDownload ZIPを選択。
「grbl-master.zip」ファイルがダウンロードされるので、それを解凍すると「grbl-master」フォルダが出来上がります。
次に、Arduino IDEを立ち上げて、メニューバー>スケッチ>ライブラリをインクルード>.ZIP形式のライブラリをインクルードを選択(以下)。
そうすると、ファイル選択の画面がでてきて、先ほど解凍した「grbl-master」内の「grbl」フォルダを選択(以下)。
そして、Arduino IDEのメニューバーでファイル>スケッチの例>grbl>grblUploadを選択(以下)。
そうすると、以下のようなgrblのプログラムが書かれた画面がでます。
注意書きとして、ここには何も書き込まないようにと。

あとは、ArduinoボードをUSB接続して、「検証」「マイコンボードに書き込む」を押してアップロードします。メモリめいっぱい使って書いてあるコードなので、書き込みが不安定になることがあるような注意がでますが、なんとか書き込めればOKです。

たまに、中国製Arduinoボードの場合、シリアル通信用のICが違うためか(CH340など使用している)、Arduino IDE上のシリアルポート選択でボードのポートが見当たらないときがあります。そのため専用ドライバが必要な場合もあります。「CH340 Arduino」などで検索すると、専用ドライバが見つかると思います。

Arduino IDEのシリアルモニタでgrbl設定内容確認:
Arduino IDE画面の右上にあるシリアルモニタ機能を使ってアップロードしたgrblの内容を確認してみます(アップロード後、一度Arduino IDEを再起動してみたほうがいいかもしれません)。
こんな感じ↑で、「Grbl 1.1e ['$' for help]」が先頭にでます(ボード再接続やIDEの再起動しないとでないかもしれません)。画面右下のbaudrateは115200bpsを選択。
$$
を入力してリターンを押せば、このような各設定がでてくるかと思います。
あるいは、$I(ドル大文字アイ)を入力すれば、
[VER:1.1e.20161208:]
というように、バージョンとビルドされた日付がでてきます。
あとは、CNCマシンに合わせて各項目を設定していけば、すぐに使えると思います。
ちなみに、grbl0.9までは$xの各項目のあとに()でそれぞれの説明/コメントがついていましたが、メモリ削減のためgrbl1.1ではカットしたようです。

Universal-G-Code-Senderの場合:
以下はUniversal-G-Code-Senderの画面。バージョンは1.0.9です。
使っているArduinoボードのPortを選び、Baud:は115200、Openボタンを押すと先ほどと同じように、「Grbl 1.1e ['$' for help]」がでて、$$入力で各種設定内容が出てきます。

古いG Code Senderだとダメっぽい:(理由不明/もしかしたら大丈夫かも)
ためしに、やや古いバージョンである1.0.7でやってみると(以下)、
冒頭に「Grbl 1.1e ['$' for help]」は出て来たのですが、$$を入力しても反応なし。
画面中ほどにある「Show verbose output」にチェックを入れてみると、このような↑反応がずらずらと止まることなくでてきました(追記:これは1.0.9でも同じでした)。まだ理由は分かりませんが、1.0.9では大丈夫だったので、この際grbl1.1にすると同時にUniversal-G-Code-Senderも1.0.9の最新版にアップデートしておいたほうがよさそうです。

同様にbCNCの場合もそうでした。ということから、grbl1.1にバージョンアップするなら、G Code Senderも最新のものにしたほうがよさそうです(理由不明)

追記:
上記画面でShow verbose outputにチェックを入れると、このように連続的に状況がアウトプットされるので、通常はチェックを入れないでおく方がいいです。

その他エラーなど:
Known Issuesに書いてありましたが、USBシリアル変換チップであるCH340Gが搭載されているArduinoボード(特に中国製クローンに多い)でシリアル通信のエラーが発生するらしいです(いまのところ対応策なし)。
同様にAtmel 16U2(ATmega328ではなく)を搭載してあるボードにも同様のエラーが生じるようです。解決方法などはKnown Issuesのリンク先にのっています。

ということから、grblを使うならATmega328搭載のArduinoボードのほうがよさそうです。

以下は個人的メモ:grbl0.9jの時の設定内容(grbl1.1へこの設定を引っ越し)
$0=10 (step pulse, usec)
$1=25 (step idle delay, msec)
$2=0 (step port invert mask:00000000)
$3=2 (dir port invert mask:00000010)
$4=0 (step enable invert, bool)
$5=0 (limit pins invert, bool)
$6=0 (probe pin invert, bool)
$10=3 (status report mask:00000011)
$11=0.010 (junction deviation, mm)
$12=0.002 (arc tolerance, mm)
$13=0 (report inches, bool)
$20=0 (soft limits, bool)
$21=1 (hard limits, bool)
$22=1 (homing cycle, bool)
$23=0 (homing dir invert mask:00000000)
$24=30.000 (homing feed, mm/min)
$25=600.000 (homing seek, mm/min)
$26=25 (homing debounce, msec)
$27=5.000 (homing pull-off, mm)
$100=320.000 (x, step/mm)
$101=320.000 (y, step/mm)
$102=320.000 (z, step/mm)
$110=1000.000 (x max rate, mm/min)
$111=1000.000 (y max rate, mm/min)
$112=400.000 (z max rate, mm/min)
$120=10.000 (x accel, mm/sec^2)
$121=10.000 (y accel, mm/sec^2)
$122=10.000 (z accel, mm/sec^2)
$130=740.000 (x max travel, mm)
$131=940.000 (y max travel, mm)
$132=190.000 (z max travel, mm)

2016年12月12日月曜日

GRBL1.1(最新版)本格的にアップデート

どうやらgrbl1.1がようやく本格的にアップデートされたようです(1.1のリンクはこちら)。
10月くらいにアルファ版のような感じででていましたが、まだ改良の余地が残っていたようで、ようやく一段落したみたいです。1.1のWikiページにも一通りの情報が掲載されたようです。0.9jのほうはそのうちおしまいという感じです。これまでは、grbl0.9jが安定版でしたが、この際1.1にアップデートしてしまってもいいかもしれません。

v1.1で特に改良されたのは:
・Real-time Overrides
 マシン動作中でもフィードやスピンドルの速度を変えたりできるようです。
・Jogging Mode
 ジョグ機能がGコードとは独立した仕組みになっているようで、ジョイスティックやロータリーダイヤルなどを使って操作もできるようです。今まではGコード送信で擬似的なジョグ操作をしていたようです。$J=というコマンドが使えるようです。
・Laser Mode(実験結果についてはこちらへ
 レーザーに合わせた動きに対応、可変出力も可能。
・Dynamic Laser Power Scaling with Speed
 ヘッドの速度と同調してレーザー出力を調節してくれるため、従来は角(加工パス上の)が焦げやすくなっていたけれども、それが改良されている。
・Sleep Mode
 $SLPをコマンド入力すると、ステッピングモーターも含めスリープ状態にすることができる。
という感じです。
Laser Power Scalingにいくつか問題があったようで、それが解決されたのをきっかけに今回本格的にリリースされたのかもしれません。確かにレーザーを使う人にとっては、焦げがなくなってかなり便利な機能です。

Arduinoボードへアップロードする方法は、従来通りArduino IDEでできるようです。Arduinoボード上のピン配列は、grbl0.9jと同じようなのでそのまま1.1をアップロードすれば使えそうです(もちろん各種設定はし直さないといけませんが)。
grbl0.9jでも充分なのですが、せっかくなのでv1.1を今度試してみようと思います。
ただ、以前Forumで見たときは、bCNCのオーバーライド機能とはまだ連携していないらしく、いろいろあるG Code Senderが、grbl1.1に対応するのを少し待つ必要があるかもしれません。

追記:grbl1.1のインストール(Mac)については次の投稿へ