小型工作機CNC2418 その８（スピンドル回転数測定）

私もスピンドルの回転数、測りたくなりました！
で、どこかにセンサーないかなと、まずは秘密の宝箱を探します。宝箱は貴重なガラクタなので見せられません(笑)
ありましたっ！これ使いましょう。
PS2 Mouseです。時代の変遷で元気に宝箱入りになっていたのです。
今回、役に立ってくれるはずです。

 隠しビスもなく、裏側のビス１本で難なく開きました。

ちょっと埃っぽいですが、ホイールの右側に回転を検出しているフォトインタラプタがあります。
これが目当てです。

ホイールを外すと、ＬＥＤ２発光側（透明のLED）とＱ１検出側（黒いフォトセンサー）は別々の素子になっています。

 基盤を取り出します。

裏側です。
フォトセンサーは、３端子です。
真ん中は電源に行ってます。両側の２本は共に、ＧＮＤ間に抵抗があり、２本のパターンが下中央のＩＣに入っています。

 元気なはずなので５Ｖ電源を加え、挙動を調べます。

そこで登場するのがこれ！
ケースは確か文具屋さんで買ったもの。

中身はDS-QUAD（DS-203）２chのハンディーオシロです。
既に波形が出ています。
これは、ＬＥＤ２とＱ１（フォトセンサー）の間に紙を手で素早く入れたり出したりした時の波形です。

この様にして紙を手差しで素早く出し入れしています。

この様な回路になっているはずです。
ＬＥＤ２は発光が目視できないので赤外線です。
波形がきれいなのでＱ１は単純なフォトトランジスタだけではなくＡＭＰも内蔵でしょう。
２個入っているのは位相差を見て回転方向を判定するためです。

ちょっと実験なので基盤をそのまま使うことにします。
早速、厚紙でΦ２０mm程の円盤を作り、切り欠きを１つ入れます。
Φ３mmのビスとナットで留めます（右側のもの）スリット付き円盤治具の完成です。

フォトセンサー（Ｑ１）出力の片方とＧＮＤにリード線をハンダ付け。
真ん中の穴の向こうの黒いものがフォトセンサー。

スピンドルに取り付けます。
センサーの上のスイッチ(右クリック用だった)は邪魔なので既に「ハンダシュッ太郎」で取り外しています。

基盤の固定には、このジャーマンスタンドを使います。
ヤフオクだったか。中古品は好きです。質流れ品も。今や質屋さんと中古屋さんは区別つきません。HARD OFF、OFF HOUSE、高山質店、昔は”質流れ大バザール”（博多スターレーン）とか。

ジャーマンスタンドは、３つの自由関節が黒いツマミ１つで同時に締まるものです。
ドイツ人が発明したのだろうか？この様にダイヤルゲージなどを固定する時に重宝します。
このダイヤルゲージは、みら太な日々を見てすぐにAliExpressに注文したものです。
まだ出番がないです。今回も。

スピンドルのスリット円盤に位置を合わせて基盤を固定します。

部品面側から。
スリット円盤が丁度、LEDとフォトセンサーの間に入っています。
スピンドルを手で回して当たっていないか確認します。

GRBLcontrol（Candle）のSpeedバーでSpeedを１００にします。 
Gcode Ｓ１００が吐き出され、ＰＷＭ １０％でスピンドルが回転します。

DS-203で波形を見ます。
カーソルで周波数がでてくるかと思いきや、見れませんでした。

このハンディオシロを知った時は衝撃でした。
便利な時代になったものです。オシロがスマホみたいにポケットから取り出せるのです。スマホより先に買っていましたが。 
工房？（実は納戸）には、他にリーダー電子のアナログオシロスコープがあります。
これだけは、初めてのボーナスで新品を買ってしまったものです。まだ現役です。
ストレージ機能はありませんがアナログならではの利点は有ります。

ついでに、大学３年時に中古で買った安藤電子のシンクロスコープです。ALL真空管式だったと思います。もう存在しません（Google先生に見つけてもらった写真を拝借）
これは消費電力６００～８００Wだったと思います。
後ろには空冷の為、筐体横幅いっぱいの巨大なファンが唸っていました。
温まるまで安定しないし、使い方がこれまた難解でした。
取説がなかったので、操作方法だけで２００Ｐ程もある本を買いました。
当時はこの全てのツマミを使いこなす事に憧れていました。

以上、オシロの変遷（５０年史？）でした。
気を取り直して、回転している様子です。
スピンドル軸が赤いのは、手前（左下）の赤色ＬＥＤからの光。

そういえば、DS-203にはカスタムファームウェアを入れていて、スペクトラム・アナライザ機能があったのを思い出しました。（画面上欄の真中）

では、測定に入ります。
Speed１００の写真がボケボケなので、Speed ２００の写真です。
周波数が４６．８７Ｈｚと表示されています。
これは、１秒間の回転数なのでｒｐｍにするにはｘ６０すればいいです。
４６．８７Hz ｘ ６０sec ＝ ２８１２．２ｒｐｍとなります。
Speed１００の時は、
２３．４３Hz ｘ ６０sec ＝ １４０５．８ｒｐｍでした。

スペアナモードです。
２画面あってこちらに基本波の周波数が表示されます。上欄はHamming窓。
これには、Sweep Generatorもついていて何と！Network Analyzerにもなるのです。
帯域は広くないですが音声系には十分です。
１台でオシロ、スペアナ、ネットワークアナライザ、ロジックアナライザができます。
しかもこれを個人の方がファームウェアを作ってフリーで公開しているのです。すごい、すばらしい時代です。

同様にしてGRBLcontrol（Candle）のSpeedバーで１００ずつ上げ１０００まて測定をします。
私のCandleは、[Service]－[Setting]でmin：０、max：１０００にしているのでバーの右端は１０００になっています。
１０００でＰＷＭ １００％になるので、これ以上の数値にしてもCNC2418では意味がないのです。

周波数が１７５．７Ｈｚと表示されています。
同様に計算すると
１７５．７Hz ｘ ６０sec ＝ １０５４２ｒｐｍとなります。
昔青年さんのご報告と同じくらいです。一安心です。

そうだ！これも持っていました。
周波数カウンタレンジがあるデジタルテスターです。これもヤフオクだったか。
Tektronix製です。こっちの方が信頼性ありそうな感じで、これでも測定します。

Speed １００から。

２３．１０Ｈｚです。
２３．１０Hz ｘ ６０sec ＝ １３８６ｒｐｍになります。

 Speed １０００。

１７４．１Ｈｚです。
１７４．１Hz ｘ ６０sec ＝ １０４４６ｒｐｍになります。
前回と同等の結果です。
DS-203のスペアナさん疑ってごめんなさい、素晴らし！

ここでＥｘｃｅｌでグラフを作ります。
DS-203のSpectrum Analyzerで測定したもの。
結構、直線から外れています。

これは、テクトロのデジタルテスターの周波数カウンタで測定したもの。
これも同じ傾向です。
近似曲線、５次までしないと合いません。

これは、コメント頂いた、昔青年さん所有のCNC2418のスピンドル。
軸に磁石を付けて、磁気式の測定器を使用されています。
綺麗な比例直線になっています。１次の近似直線にほぼ乗っています。
私のスピンドルは、グニャグニャですね。
上の２枚のグラフは同じ傾向を示しているので、何か明確な理由があるとは思うのですが、何故だか検討がつきません。まあ切削には支障はないのですが、良いものがあるだけに気にはなります。

スリット円盤のスリットを増やしたくなりました。
スリット６個にすれば、表示を１０倍するだけでｒｐｍを直読できると思ったからです。
手で切ろうかなと一瞬思いましたが、ここはレーザー使わない手はないと思い立ち、Fusion360でスケッチします。

 材料は、厚み０．７５mmの厚紙を使います。

 一旦、Fusion360のＣＡＭに行って、「切削」にマウスカーソル近づけると、「レーザー」の文字が！

 しかし、工具選択の所で「レーザーカッター」とでてくるもののサンプル工具が何もないのです。

工具ライブラリでカスタム工具を作ろうとしたのですが、ちょっと意味不明。
使い方を調べないと先に進めそうにありません。今回は断念。

仕方がないので通常のエンドミル切削に方針転換。
まず厚み０．７５mmもモデルを作成します。

架空のエンドミルを作成します。
ダイオードレーザーの径はあまり小さくないのでΦ０．１mmのフラットエンドミルとします。

セットアップは、デフォルトそのままです。［２Ｄ］の［２Ｄ輪郭］を見るとポップアップの説明がでてきました。これが良さそうな気がします。

工具は、先程作った０．１mmフラットエンドミルを選択します。
３パス（３周回し）で切りつもりにしているので速度は全て３００mm/minでいいでしょう。
ここは、感というか、最初の頃にレーザーのテストをしたのでその時の記憶を頼りに感覚で設定しています。その際、色々条件を触っていたら整理がつかなくなりブログに載せれる状態ではないのです。
レーザーについては別の機会に腰を落ち着けてやりたいと思っています。

内側と外側の切削する輪郭を指定します。選択すると線が太いブルーに変わります。

ここは、レーザーなのでＺ軸に退避しても意味がありません。
オフセットは全て「０」でいいでしょう。

ここは何の項目があるのかな～っとマウスカーソルでふらふらしていたら、

このポップアップがでました。
これこれ、３パスで切るので、これ使いましょう。

「均等切り込みを使用」の説明です。Fusion360は、分かり易い説明がでてくるのでホント助かります。

「均等切り込み」にもチェックを入れます。
ここの設定はたぶんこんなもんでいいと思います。後は実際にやってみるしかありません。

 設定が終わると、ツールパスができます。

 良さそうです。ツールパスは均等に３層になっています。

シミュレーションをして変な動きがないか見ます。
大丈夫そうです。
エンドミルが細いのでシミュレーションもレーザーで切っている感じが出ています。

 Fusion360からGcodeを吐き出してGRBLcontrol（Candle）に読み込みます。

そのままでは、最初から最後までレーザー出しっぱなしになっているのでON/OFFを手動で書き込まなければなりません。
それと木材加工の経験からFusion360から吐き出されたGcodeは、Ｚ軸動作で堀り進んでいく時に
モソモソと小さな円を描いて掘り進んでいくので（木工の時はそれは良いのですが）レーザーの場合は、そうはいきません、そこだけ黒焦げになってしまいます。
レーザーは、MAX５．５Ｗです。レーザー出力１０％、約０．５Ｗで使うのでGcodeで「S100」と修正し、GRBLcontrol（Candle）の画面見ながら、必要な加工行の前後にGcodeでレーザーON「M3」、レーザーOFF「M5」を入れていきます。
３パスなので、中心の円で６箇所（ON、OFFで）、外周で６箇所の合計１２箇所、挿入すればいいはずです。
GRBLcontrol（Candle）は、行を選択するとそこまで動作のツールパスの色が薄くなるので拡大してじっくり眺めながら修正作業していきます。
一旦、適当なエンドミルでCNC2418を動作させて、スピンドルがON/OFFしているかなど確認します。

いよいよレーザー加工の番です。
ステージに厚紙をセットします。
重し代わり小型ペンチで押さえているだけです。
悲しいかな、まだレーザー制御基盤は宙ぶらりん。

まず、レーザーパワーを１％（５ｍＷ）にします。
ちょっと強めなレーザーポインター程のパワーです。
4/17追記：失礼しました。１％では５０ｍＷでした。レーザーポインターどころではないパワーです。

焦点調整します。

レッドゴーグルを装着して、カットです。

１分３４秒で完了です。

ちょっとレーザー強すぎたか、遅すぎたか、焦げています。
そのせいで持ち上げただけで、スコット抜けました。気持ちいいです。
下はシリコンシートを敷いていますが、焦げた灰が輪郭になっています。
シリコンシートもこの形で少し凹んでいます。
同じ厚紙を下に敷くだけで良かったのかも。

Φ２０mmなので小さいです。
手作業では結構大変だったかも。実に綺麗です。

ここへ来て、原始的手法を使います。輪ゴムで止めます。急ぎますので。

スピンドルに取り付けます。
ジャーマンスタンドでセンサー基板を固定します。

測定中の全景です。

Speed１００にして測定開始です。

いいですね～。１０倍するだけでｒｐｍ値になります。

回転数は、結構ちらつきます。
気がつくとスピンドルの回転音が時々変っている時があります。
その時は、この表示も割りと大きく変わります。
電源アダプターの性能が良くないのかもです。
２４Ｖ５．６２Ａと書いてあるので十分なパワーのはずですが．．．

これも１０００まで測定し、Ｅｘｃｅｌグラフです。
同じ傾向ですね～。

最後にこれまでの４つのグラフを全部重ねました。
私のCNC2418では、３つの測定はどれも同じ傾向で再現性だけはいいようです。
昔青年さんのものだけ直線で、いいな～。
原因究明はまた別の機会にしたいと思います。

昔青年さん面白い宿題をありがとうございました！