2017年2月26日日曜日

Arduinoで実用品:ポンプ駆動装置・3 【ケース編】

ソフト編をまだブログにまとめていませんが、いよいよ完成です(オイ)。

苦労しましたー。

ただ、レーザー加工という技術を知らないままだったら、たぶんお引き受けできなかったと思います。手近なレーザー加工レンタルあるいは手頃なレーザー加工業者さんが見つかったことが大きいです。

■まず概要設計■

ユーザさんから利き手や手の大きさ、作業時の姿勢などをヒアリングします。長時間操作する必要のあるボタンなどは腕を上げた状態だと辛いので、テーブルに腕を置いた状態で指の動きだけで操作できるようにします。

最初の提案ではボタン類はすべて正面に置いていたのですが、机の上に手を置いた状態で自然に操作できるよう左右に振り分けました。

右側にstartボタンと緊急stopボタン、左側にパラメータ設定用ダイアル。正面下にディスプレイを設定しました。実際にテーブルに手を置いて、自然に指を伸ばすと机から50-70mm、などと実際に測定することも大事です。

3D CADなどの使える人は、ACアダプタ、モーター、基板、スイッチなどの各要素を大雑把な立体(直方体や円錐)で表現して、配置を考えます。私のように3D CAD使えない派は、紙に三面図を書いてその上に並べてみるのが一番です。その際、部屋の模様替えでやったように主要な部品を切り抜いた紙で作っておくと捗ります。

なお、其の場合、本体から飛び出してくるコードのことを忘れないようにしましょう。ネジ穴などを開けちゃった後にDCアダプタを入手したら、当初想定していたDCプラグより遥かにご立派なものがついていたので、配線の余裕が減ってちょっと苦労しました。

今回ギリギリのサイズではないので助かりましたが、「小さくして」は常に要望として出て来ることなのでやっぱり3D CADなどで干渉しないかチェックできるようになりたいですねぇ・・・。

できたら一度図面を清書して、主要な寸法を書き込んでおきましょう。また、各部品のネジ穴サイズと位置なども計測して記載しておきましょう。

■設計準備■

外寸をベースにして、MakerCase.comでFinger Jointのケースを定義しました。

アクリルは圧縮性がほとんどないので木材のようにごまかしがききません。ホゾを組み合わせる面が狭すぎれば入らないですし、広いと接着剤の泡が目立ちます。またレーザー加工機ではビームの太さの分だけ素材が消滅しますので、切断時にはその分を織り込んでおく必要があります。

レーザー加工機ごとにビームの太さが違いますので、工場にビームの太さを尋ねます。だいたい100-200μm(0.1 - 0.2mm)です。

MakerCase.comでは、データの詳細設計ページに各種パラメータを設定できます。Vector Cuttingでは切断線の太さを色を指定します。多くの加工機で0.01ptの#FF0000を指定することが多いのですが、ここではちょっと練習として2mmの#FF0000を設定し、Laser Cutting Kerfタブの「Laser Cutting Kerf - beamwidth」というパラメータをいじってみます。0を入力するとこうなります。


一見ピッタリあっているように見えますが赤の部分は消えてなくなってしまうので、太さの分だけスッカスカになってしまいます。次にkerf:0、ビームの太さの1/2=1ということで本来-1を入力すべきかと思うのですが1を入力します。するとビームの太さの分だけ溝の大きさが変わって、切断した残りが上下左右ともぴっちり合わさることがおわかりいただけるかと思います。


つまり、ここのパラメータは値が小さいとスカスカ、大きいとキツくなり、レーザービームの太さの1/2を超える値を入れると組み立て不可能・・・ということになります。

アクリルをファブスペース三鷹とElecrowで切断した経験(どちらもビーム径は0.2mm)では、ここのパラメータは0.06ぐらいが一応の目安かと思います。ミストラルさんの場合3mmのMDFでは0.04mmはかなりゆるゆるで持ち上げると板が外れる状態(でも接着剤が断面に入りやすいので作業はラク)、0.08mmはきつくて叩かないと板がはまらない状態でした。もうちょっとキツくすれば水がもれないようになるのだろうか?と思っていますがまだ試していませんw

いずれにしてもレーザー加工機によって大きく異なります。厚い板ほど顕著に症状が出やすいので、予行演習として5mm厚のアクリル板から50mmの立方体を作るデータをギャップごとに数種類用意して業者に送って切ってもらい、実際に組み立ててみるのが良いかと思います。おかげで私の部屋はMDF板の焦げるにおいと、使い道の分からない木箱とアクリル箱がゴロゴロしております(笑)。

■設計■

手順としては、MakerCase.comで箱データを出力し、Illustratorで穴あけデータを加える、ということになります。

上記の通りMakerCaseデータは各パーツが隙間なく密着していますが、これはレーザー加工機にとってよくないので、Illustratorで適当に離します。

穴あけは内寸外寸を間違えないように相対指定やらグループ指定やらを駆使して正確な位置に丸や長方形、角丸などを配置していきます。昔、スイッチの回転防止の切り欠きをアルミシャーシの上に作るのは大変だったなー、などと昔話に逃げると切りがないのでやめます。でもドリルとニッパーとヤスリで小一時間かけて開けたスイッチ取り付け穴が線描くだけで寸分の狂いも怪我もなく仕上がるのだから素晴らしい。

■カット■

今回、いろんな都合により、2箇所のレーザー加工機の合作となりました。材料を買ってあったので、ファブスペース三鷹へ行ったのですが、以前書いた通り加工機が途中でオーバーヒートして4枚しか切れませんでした。再度三鷹に行ったりしましたが、結局うまくいかず、急遽ミストラルさんで切って送っていただきました。

それぞれビーム太さが違うのでちゃんと組み上がるか心配でしたが、問題ありませんでした。

■接着■

UVレジンでの接着などいろいろ練習しましたが、強度優先でアクリサンデー接着にします。ここからは、なるべくホコリや指紋がつかないよう「品質管理用手袋」を着用します。

筐体の内側になる面の保護シートを剥がして、底+後+左+右を組みます。指組でないふつうの直線接合なら2枚ずつ接着していくのですが、指組の場合は一箇所が0.1mmずれただけで他の板が永遠にはまらなくなってしまうので3-4面を組んだ状態で「直角」を確保する必要があります。

組み立てたら、ここでもう一度、接着面にゴミやホコリが挟まっていないか確認して、ハタガネでスキマがあかないように軽く固定しておいてから、マスキングテープで接着面の外側を止めます。テープでしっかり固定できたらハタガネは外します。外す際にスキマが広がるようならテープでの固定が十分ではなかったということなのでやりなおしです。なおハタガネを外してから接着しないと接着剤でアクリルが解けてどんどんめり込んで行ってしまいます(経験者談)。また、テープでしっかり固定しないとスキマが大きすぎて接着強度が出ません。

さて、心を落ち着かせて接着です。アクリルサンデーを工作用注射器に入れ、一番細い針を取り付けます。そして、奥から手前に引くように接合ラインに接着剤を流していきます。毛細管現象で吸い込まれていきますが、吸い込まれるときれいに透明になるので、それ以上は注がないようにしつつ、一定の速度で静かに静かに。底面の3辺について接着が終わったら、指で左右から押して見てスキマがないかを確認します。特に奥と左右の板をつなぐ箇所が緩んでいないかをチェックします。アクリル接着剤は数秒で固まりますが、やはり数十分放置しておいた方が接着面に曇りなどが入らず良い仕上がりになると思います。

で、奥と左右の接着ですが、前述の通り、縦に接着剤を流すのは難しいので、箱を横倒しにし、奥の面を下にして接着剤を流します。

今回、メンテナンス性を考えて前面と上面は接着しません。上面はポンプの自重で固定されますし、前面は指組でがっちりハマってます。

■組み立て■

部品を取り付ける前に、もう一度、エアダスターでホコリを飛ばしてからマイクロファイバーで念入りに掃除します。

奥にあるACアダプタをテグスで縛ります。結び目は外科結びにして、UVレジンで固めます。

基板は貼り付けボスで固定します。これの両面テープは異常に強力なので、一発で位置を決めてください。相手がアクリルの場合は張り付いたら傷を付けずに剥がすのはまず不可能です。ボスと基板には3mmのタッピングビスで止めます。

OLEDはスペーサーとプラスチックネジを取り付けてネジにセメダインBBXを塗り、アクリル板の穴に差し込みます(その前に外側にマスキングテープを貼っておくこと)。BBXはゴムのような粘着系なので、それほど機械的強度の必要ないものを止めておくのに便利です。

フットスイッチの配線を通し、一回結び目を作って外から引っ張られても基板コネクタに力が伝わらないようにしてから基板に接続します。あとはコネクタの順や配線の取り回しなどを配慮しながらスイッチ類を固定していきます。スイッチ類は基本的にコネクタで接続していきますが、ロータリーエンコーダーとゲームスイッチははんだ付けなので、引っ張られて断線しないようにこれらもUVレジンで固めておきます。

ポンプは別の機種への交換がありうるとのことなので、レジンでは固定しないでおきます。基板側はターミナル接続なので、引っ張られて断線しないようにテグスで結んでおきました。天板とポンプの固定は、ステンレスのM4ネジです。ポンプの寸法図にネジの長さがわかる数字が記載されていなかったので少し長目のものを注文したのですが・・・長かったです。両側にステンレスワッシャーを入れて、ステンレスナットで固定します。

ネジ類はモノタロウがラクで安いんですが、この先の人生で多分使い切ることのでできないであろう300個のM4ステンレスワッシャーとどう暮らして行けばいいのでしょうかw

フロントパネルとポンプのついた天板を乗せて完成です。

まずポンプに何もつないでいない状態で電源を入れて試運転。動きました。次に、薬剤タンク、ポンプ、注入ボトルをテスト用のシリコンチューブでつないで運転してみます。チューブが柔らかすぎて吸入側が潰れますが、何とか吸い込んでくれて動作しました。実際に使用する際にはもう少しかたいチューブを選ぶ必要があります。表示やロータリーエンコーダでのパラメータ設定も問題なし。一応本業はソフト屋ですので、UIはしっかり作りました(自画自賛)。

完成です。


横出しのコネクタにしたりケーブルの色を揃えたりすればもうちょっと見た目きれいになったと思うのですが、うーん。あとフットスイッチの色が渋いっすね。

■失敗リスト■

本体はともかく、プラグ類が想定よりもでかくて固くて対応に困った
→特にACアダプタ。手元にある24V1Aので設計したら、24V2Aのはご立派でした。

部品を取り付ける穴は忘れなかったけどケーブル通す穴を忘れていた
→追加で加工

ネジ穴のない重量物(ACアダプタ)をどうやって固定するか悩んだ。
→底板に追加で穴を開けてテグスを外科結び+UV接着剤で固めた

MakerCase.comの「内寸指定モード」にバグがあって意図した寸法ではなかった
→試作MDF板で気づいたのでダメージは少なかった


2017年2月19日日曜日

ブレッドボード用MDFケース

写真:かっこいいケース(倉橋比)、しかし中身はバラックな件

ブレッドボードそのまま実用品として使っていると配線ひっかけて抜けたりホコリをかぶったりして、とても残念な結果になります。でもユニバーサル基板めんどくさい。1枚だけのために基板起こすのももったいない。

というわけで、ブレッドボード収納できるケースをレーザー加工屋さんに作ってもらいました。

MakerCase.comで生成した指組み(Finger Joint)のデータにIllustratorで端子穴とアイコンと文字を追加してPDF形式で出力し、5面をMDF、天板だけアクリル指定でオーダー。どっちも厚さは3mmです。サイズや刻印の有無によって価格は異なりますが、送料込みでも中身の部品より安いです。

なお、MakerCaseは「内寸指定」だとうまく箱にできないようです。厚さ分を引いて外寸指定で作りましょう。また、ミストラルさんの加工機の場合はLaser Cutting Kerfを0.02-0.10mmぐらいに指定してデータを生成します。いずれも接着なしの場合、0.02mmでは持ち上げただけで底が外れますが、0.08mmだとハンマーで打ち込まないと組み立てられません。0.06mmぐらいに指定すると接着剤なしでも自立するので組み立てが楽になります。

MDFにはレーザーで切断した時のヤニがつきます。これは、板によりますが、アルコールや水で拭くときれいの落ちます。ただ、彫刻部分を拭くと字も薄くなってしまうので、彫刻のある面をきれいにするには、サンドペーパーを板切れに巻いて磨くときれいになります。アクリル板には保護シートがついてますが、剥がすのは最後でOKです。

MDFの接着には懐かしい木工用ボンドを使います。速乾性の白いボトルのを買ったのですがすぐに粘性が高くなってしまって拭き取るのが大変です。従来の黄色いボトルの方が良いようです。

板5枚を並べて、写真のようにホゾのでっぱった部分に少しずつ接着剤を乗せていきます。機械的強度だけならごく少量で良いのですが、少し多めに塗ってはみ出した分を拭き取る方がきれいに仕上げるような気がします。拭き取りには濡らした雑巾や不織布が良いです。天板のほぞに接着剤がついていないことを確認してはめ込みます。天板を取り付けた状態で固定しないと、組み立て時の歪みのせいで接着剤が固まったあとで天板が入らなくて泣くことになります(経験者談)。



あとはゴムバンド、ハタガネ、木工バイスなどを使って全体を締めますが、ハタガネなどで小さい面積に力が集中すると跡が残ってしまいますので(経験者談)、板をあてるなどして荷重を分散させます。締めると接着剤がはみ出してきますので気になる人は一度天板を外してからもう一度拭き取ります。でもここで拭き取りすぎると天板を戻したときに隙間が広がり接着剤が吸われちゃったりするので難しいです。

一晩放置すればできあがり。


・・・ケースはきちんとしていても、中身の「もじゃあ」感は避けられないっすね。スモークアクリルを使うべきだっただろうか。でもそれだと刻印見えないし。

私の世代だと電子工作を筐体に収める=アルミシャーシ/ケースで、それはもう大変な工作技術(私基準です)が必要だったのですが、今はレーザー加工を委託することのできる業者さんもあって、IllustratorやフリーのCADソフトで描いた図面の通りのモノを入手することができます。

電子工作を「作る楽しさ」だけでなく「使う楽しみ」に引き上げることができるので、ぜひレーザー加工によるケース制作を試してみてください。

ちなみに今回作ったのはFM送信機です(刻印は「FM hearing aid 80 by TareObjects」 ・・・"80"はFM東京の周波数ではなくKerf設計値80μmの意)。私は耳が悪いのでテレビ視聴用に作りました。FMラジオも小さいのを作ってケースに入れ、補聴器のライン入力に接続します。Bluetoothなども考えたんですが、なんか大げさになってしまったのでアナログにしました。

微弱電波まで出力を落とすのが一番大変でした。その辺はまた改めて記事にします。

2017年2月12日日曜日

UVレジンでアクリルを無気泡接着

アクリル接着はアクリルサンデー

・・・なのですが、ほぼ瞬間的に固まってしまうため、気泡が入ったらリカバリーすることができません。

UV硬化レジンというもので接着すると良いと知り、試してみました。

アクリルの接着面を眼鏡拭きと同じような繊維でできた「超極細分割繊維不織布 ECO MICROFIBER WIPE」に無水イソプロピルアルコールを染み込ませて綺麗に拭き取ります。この不織布はゴミや繊維が残らないので、大変ありがたいです。だいたいキムワイプで間に合うのですが、ここぞという時はこれで。まぁキムワイプの10倍ぐらい高いですが。なお私はキムワイプよりJKワイパーの方が好きだ。

追記(2017/02/14):上記アルコールで拭いていたのですが、ミストラルのサポート担当さんから「アルコールはアクリルが曇るから使っちゃダメ」とのご指導をいただきました。ありがとうございます。上記は樹脂が残っていたりでたまたま無事だったんでしょうね。今後注意します。

次に接着面に適量のUV硬化レジンを垂らして、接着場所に乗っけます。そしてはみ出したレジンを上の不織布の残りで命がけで拭き取ります。拭き残しが汚れとして硬化してしまいますので命がけです。

次に、紫外線を照射します。レジンによって反応する波長(紫外線の波長)が違うようなので、要注意。今回買ったレジンは375nmとのことなので、日亜の375nm紫外線LEDを使ったランプを20秒ほど当てます。

結果。



完璧でした。私の55年の人生で最良の接着面と言ってもいいのではないか、というぐらい完璧な透明かつ無気泡です。

紫外線すごーい!

だからアフィリ貼るw

今日のヌードルメーカー10割そば【大失敗】

大西製粉 信州そば粉 金印、333gに水150cc(45%)をスプーンで10秒間隔で投入、約5分。投入後電源を入れ直して8分指定。しかし、水分が多すぎて全体が固まってしまい麺がでてこないw 圧入口に指で押し込んで何とかひねり出す。

結果。最後の一回だけは麺になったが、あとは断片化。

水分が多すぎた。前回120ccでカサカサすぎて半分ぐらいが断片化したものの、今回よりはマシだった。あと、ヌードルメーカーから出てきたらすぐに茹でる方が良い。乾くとボロボロになってしまう。最後の一回だけうまくいったのは、乾く前に茹でたからと思われる。

次回は水を135ccにして、一回ごとに機械をとめて麺を茹でる方向で行きます。

グルテン使えよ、と心が叫びたがっておりますが、妻から苦情が出る前に何とかしたいと思います。

2017年2月11日土曜日

MDFレーザー加工でケース

写真:FM hearing aid by TareObjectsと書いてあります

私はソフト書けるし、基板作りもEagleとelecrow任せで何とかなるのですが、ケースを作れませんorz 

中学校ぐらいの時に鈴蘭堂のアルミシャーシでデジタル時計作って自分の不器用さに絶望しました。以来、ケース作りが最後の障害となっていたのですが、レーザー加工サービスでいい感じのケースを作ってもらいました。送料込みでも出来合いのアルミシャーシより安いです。

接着剤なしでも落としたりしなければ壊れない程度の強度があります。もっと追い込んだ設計にして、接着剤なしでも水漏れしない性能を目指しますw

業者さんは株式会社ミストラルというところです。

B737のコクピットなんかも販売しておられて、なかなか濃いところですw

2017年2月9日木曜日

UNIVERSALダメだぁ

写真:これは3mmなので止まらなかった。自作FMラジオ用ケース。

調整が終わったとのことなので、ファズスペースみたかでレーザー加工を試してきました。調整によって精度は0.1mm以内に収まり、意図した切断はできるようになったのですが、連続して厚いアクリル/MDFに複雑なカットを行うと、レーザが出なくなってしまいます。

みたかの機種はUNIVERSAL/VLS2.30です。

解せないのは、PC側に「レーザー異常」のメッセージが出ているのに、切断のための動作が止まらないことです。例えばオーバーヒートなどで止まったとしても、そこで冷めるまで止まっていてくれればただ再開するだけなのですが・・・ステージはどんどん進んで行ってしまうので、Illustratorで切断済みのパスを削除してからやり直さないといけません。100x150mmのパーツをカットする間に2度も3度も止まる有様ではまったく作業になりません。

途中でみたかの担当の方が電源の昇圧トランスの電圧(UNIVERSALは110V仕様なので、昇圧する必要がある)を110Vから115Vに変更してみたのですが、結果は変わりありませんでした。

これなんだかんだで200万円ぐらいする機械ですよね。製品としてお粗末すぎる。

うーん。自宅から歩いて行ける場所にレーザー加工機を借りられると知って大喜びだったんですけど・・・これでは使えません。

三鷹駅近辺でレーザー加工機が使えるのは、国分寺のChika-ba(Oh LaserのHajime)ってところがありますが、工房長というシステムがよくわかりません。「工房長がいる時にきてくだされば、指導受けられます」だそうですが、作業のために来ているのに、どっかのおっさん(私)が「使い方教えてくれ」って行っていいものかどうか。

私ならイヤだw

とりあえず指導料金が決まっていれば、こちらからも遠慮なく頼めて気が楽なのですが。

別に自分で加工することにはこだわっていないので、町工場などでもOKなんですが、1個か2個だとなかなか難しいんですよね。コスト的に。そりゃ1個でも100個でも段取りは同じぐらい時間がかかるのに、数千万円の機械動かして数千円ってわけにはいかんでしょうし。

うーん。と、ぐぐっていたら、良さそうな業者さんを見つけました。電子工作などにも理解がありそうなので、相談してみます。結果はまたご報告します。

2017年2月2日木曜日

Macが夜中に立ち上がる【解決】

年寄りは眠りが浅い。

ちょっとした刺激でも目が覚めてしまいます。27インチと24インチのモニタが夜中に点灯して本が読めるぐらい明るくなったら…そりゃもう一発です。

先日、iMacが夜中に突然スリープ解除するという現象が起こりました。それまで何ともなかったのですが、その夜突然。それも何度も何度も。

コンソールを見てログを調べてみると、「AirPortなんたら」「jp.co.Buffaloなんたら」というのが目立ちます。ので、とりあえずWiFiを切ったら、それ以降は起こらなくなりました。

しかし一応Etherも使えるとはいえ、WiFiないのは不便です(ESP-WROOM-02のOTA書き込みは同じWiFi APにつながっていないとダメなので)。

ということでそれっぽい設定を見てみると、システム環境設定>省エネルギーで「Power Napを有効にする」がオンになっていました。


これでとりあえずWiFiオンにしていても夜中に目を覚ますことはなくなりました。

いやはや…。

でも何で急にこの症状が出たんでしょうね。バッファローのNASは使っているんですが、ログには特に何も出ていない様子。NASとUPSをつないでいるのでUPSからシャットダウン信号でも出たのかと思いきや、もちろん買ったばかりのUPSなのでそんなこともなく。

なお、たぶん、今Power Napを再びONにしても、しばらく症状再発しないと思います。Macってばそういう奴だよなぁ。

とりあえず、もう一つ検証中の不具合があって、そっちの検証が終わったらAirPortとBuffalo NAS関連も調べてみます。

2017年2月1日水曜日

MAX30105搭載 粒子センサモジュール


面白いセンサーが目に止まったので、さっそく入手しました。

…あんまり早速でもないか>発売1月6日

MAX30105は、三色(赤、緑、赤外線)LEDと高感度の光子検出器が搭載されていて、各波長で投射した光のかすかな反射を捉え、距離検出、心拍、血液中の酸素飽和度、煙検知、まばたき(!)などを検出することができるセンサーです。

接続はI2C。とりあえずESP-WROOM-02 Board1と接続してみました。USBシリアルからの5VとGND、SDAとSCLの合計4本だけです。

モジュールにピンヘッダ/ヘッダソケットを半田付けしてしまうと今後再利用に困るので、貧乏性の私はこういう場合スルホール用テストワイヤを使っています。片方のピンがバネになっていて、スルーホールに差し込むだけでブレッドボードなどとつなぐことができます。穴のサイズに制限(0.8-1.0mm)がありますが、こういうちょっとしたテストの時のために一つ買っておくと便利です。

Sparkfunのgithubでライブラリが配布されています。

で、サンプルを試してみたのですが・・・「指をかざしているか否か」はだいたい15cmぐらい離れたところまで検出できますが、心拍はぜんぜん取れません。ソースのコメントをみると、「5Vで使うが良いさ」と書いてあるんですが・・・USBの5V電源の酷さは皆さんもご存知の通り。

そこで電源の良さに定評のある(どこの誰の定評だよw)Board1のレギュレータを通した3.3Vに繋ぎ直して試してみたら心拍取れました。よかったよかった。

酸素飽和度のサンプルについてはESP-WROOM-02だとWDTが作動して動いてくれません。どこかにdelayを入れれば良いんですが、とりあえず今日はこの辺で。