CO2レーザー その02（調整１）

いよいよ光軸調整であります。
案の定、どっぷり嵌ってしまったどころか抜け出せなくなっております(-_-;)

まずは、レーザー管とＸ軸レールが、平行かどうかをチェックします。
X軸レールの水平度合いをレベラーでチェック、

たまたま今置いている状態で水平になっています。
これってどれ位の精度があるんだろう？

レーザー管は、動かない程度に金属バンドで留められています。

おっ！こちらも意外と水平ですね～

このレーザーポインター・モジュールで光軸調整の方法を思いついたのです。

Horizontal［－］、Cross［＋］、Dot［・］の3種類ができます。
US$ 2.3
動作電圧：3～5 V   Size : 12 x 35 mm
出力5mWを超えないように3端子LDでFeedBack回路付のものです。

AliExpress.com Product - 5MW red cross line laser industrial laser modules

Cross［＋］（十字）のプリズムを先端に付けます。

3～5V仕様なのでUSBケーブルを付けて、

PCのUSBから給電すると、十字のマーカーがでます。

上手くいくかどうかわかりませんが、
レンズ側から、つまり逆から調整してみよういう作戦です^^;

まずは、第３ミラー＆レンズをバラします。
CO2レーザー波長：10.6μm（10600nm）は、ガラスレンズは通過しません。
真っ黒と同じなのです。

なので、ZnSe（セレン化亜鉛、ジングセレン、Zinc Selenide）レンズなのです。

が、その ZnSe（セレン化亜鉛、ジングセレン、Zinc Selenide）レンズ
大変に毒性が強いのです。
酸と反応して猛毒「セレン化水素」ガスを発生する有毒物質です。
飲み込んだら確実に死ぬそうです。
ちょっと探してみると、このPDFにその有害性の恐ろしさが載ってました。

出所：日本分光株式会社

ということで、水や酸でとても危険な毒を出すので
絶対に素手で触ってはいけないのです。
レンズは汚れていないので、アルミのマウントから外さないようにして
ビニール袋に入れて、退避しておきます。

で、レンズと鏡筒が付いていた赤丸部にレーザーポインターを取り付けたいので

Fusion360でモデルを描きます。

本当は、ネジピッチ 1.25mmなのですが
Fusion360のネジ作成では、M22 P1.0 の次は、P1.5なのです。
M22 P1.25のタップやダイスは存在するのでインチネジでもなさそうだし、
コイル機能でやればできるかもですが、P1.0でやってみます。
STL形式で保存して

Repetier-Host 1.6.0のCuraEngineでスライスしてプリントします。

M22 P1.0のネジ山があるので、0.2mm積みでいいかな！

レーザーポインターを装着！
ちょうどズレない程度のキチキチです。

第３ミラーの下に装着します。
ピッチが心配でしたが、何とかねじ込め固定できました。
こんなアダプタがいとも簡単に作れる3Dプリンタを先に持っててよかった！

ミラーの裏側から

PCのUSBポートから電源とって発光テスト

見え難いので黒いものに照射

実は、3Dプリンタでの縮み具合の感が外れて失敗したので３個目です^^;

CO2レーザーカッター本体に取り付けて
レーザーポインターの電源は、モバイルバッテリーです。

第３ミラー下からレーザーポインターの赤レーザーがでます。

が！
第２ミラーのとんでもない所に投影されました(T_T)

レーザーポインターの光筋をレベラーの側面に当てて見ると
緑矢印の右から左でかなり上向きに傾いているのです(´-﹏-`；)

これは、第３ミラー＆レンズユニットのどこかが傾いている可能性大です。
レーザーの受光穴と側面に大きな傷があります。
メーカーで取付時の傷なのだろうか？
明らかに専用ではない工具だと思われます。
それとも前オーナーが調整に苦労した跡なのだろうか？

こっちの側面にも傷があります。

青矢印部と赤矢印部で明らかにミラーの出っ張り方が異なっています。
下からのレーザーポインター光は、このミラーに反射して右側からでます。
ミラーは、上方向にズレる傾き方です。
下のアルミ板とミラーの鏡筒は、計測できませんが、まあ、垂直になってそうです。
このミラーの傾きが原因でしょう。

ミラーを外します。
これは、毒性ないので大丈夫です。

このアルミのアングル、ある程度の精度はあるんじゃなかろうか？

判り易いようにアングルを赤に塗って
合わせると４５°になっているようです。

このコンビネーションスコヤ、
半世紀以上昔の米国製のインチメモリですが、精度は良さそうです。
これも４５°を合わせるとピッタリ合います！

つまり、第３ミラー「マウント」の傾きは、問題なさそうです。

ところが、ミラーが入る凹みをノギスで測ってみると
赤矢印部：2.35mm、青矢印部：2.15mm、0.2mmの差です！

凹みの直径：21mm なので tan-1（0.2 ÷ 21）＝ 0.55°

さっきのレベラーの側面の傾きは、0.55°以上ありますね～
300mmで逆算すると300 x tan（0.55°）＝2.9mm
他にも要因があるということかあ～(´-﹏-`；)
レーザーポインターの軸も傾いているのか？

第３ミラーにつけたレーザーポインターの光軸を調べることに。
アルミの長いアングルに当ててみます。
この軸は、上の写真の水平方向の光筋ですが、傾きはなさそうです。

垂直方向の光筋は、この写真で下側に傾いています。
ということは、取り付けると、レーザー管と反対方向に傾くことになります。

この時に左に向いていたのと合います。
レーザーポインターの光軸も傾いているのかあ～(´-﹏-`；)

レーザーポインターの軸ズレは、回転させて位置がズレないか見ればいいハズです。
ドットにして、1m程先に照射して、本体を回すと、約5cm程の円を描きます。
立体角は、tan-1（5 ÷ 2 ÷ 100）＝ 1.5°
やっぱしか～(´-﹏-`；)
実は、レーザーポインター、何かに使えるだろうと、４つ買ってたのです。

クロスでは、中心が判り難いので、クロスのプリズムを外してドットで
４つをチェックすると、幸運にも１個だけ、ほぼ傾きなしのがありました！

それと、第3ミラーの傾きも正常にしないといけません。
色々やったあげく、押さえ金具の形状を変えて、
ミラーを押さえる位置を中央より上側にするだけでうまくいきました。

所定の位置に装着して発射！
手前の第３ミラーの下にレーザーポインターがあります。

第2ミラーの中央には当たっていませんが、高さは、良くなりました！
黒マジックで印をつけます。

レーザーポインターを回転させると、最大のズレは、この位置です。
これ位なら使えそうです＼(^o^)／

で、次を見ていると
どうも第2ミラー、第1ミラー、レーザー管の発射口の高さが合ってないのです。
今、置いている状態は、とても運がいいことに、
Ｘ軸のレールとレーザー管は、レベラーで見て水平になっています。
そしてＹ軸レールの上に橋渡しの板をおいて
上にレベラーを置くと、これもほぼ水平です。

ならば、レーザー管の発射口と同じ高さの水平線を引いていくことにします。
まず、レーザー発射口の筐体側面にガムテープを張り
冷却水を通しながら50%出力で一発パシュッと焦がします。

カメラ用の三脚にレーザー・レベラーを水平になるように取り付けて

ガムテープの焦げた点に合わせます。

三脚を最低まで下げましたが、焦げ点に合わず、3mm程、上です。
このレーザーレベラーの水平線に黒マジックで印をつけます。

丸穴の向こうにレーザーで焦がしたガムテープがあり、
内側にもレーザーレベラーの光が入り込むようにしているので
その光筋の両サイドにも黒マジックで印を付けます。

その線と平行に約3mm下の焦げ点（CO2レーザー発射点）を通る線も引きます。
大きい三脚なので、この3mmが下がらなかったからです。

同様に内側もレーザーレベラーの光筋と
その線と平行に約3mm下の焦げ点（CO2レーザー発射点）を通る線を
筐体に黒マジックで引きます。

Ｙ軸レールの上に板を重ねて、レーザーレベラーを水平に置きます。
青い紙は、レベラーの傾きの微調整です。

先程の筐体に引いた２本の線の下側の線に合うように
板を積み上げてレベラーの高さ調整します。
これで、レベラーの光筋が、CO2レーザー発射点と同じ高さになりました。

第２ミラーに当たるレベラーの光筋を見ると

懸念してた通り、第２ミラーの位置がだいぶ低いです。

レベラーの向きを変えて水平を調整して
第３ミラーにもレベラーのレーザー光線を当てます。

第３ミラーの位置がだいぶ低いです。

Ｘ軸レールからレーザーポインター光筋の高さをスケールで測ります。
３１mmという所です。

これは、トリマーの刃出し確認用にと自作したスケールです。

Ｘ軸レールから第３ミラーの入光口中心の高さを測ります。

ほぼセンターに合わせて

２５mm
CO2レーザー発射口の高さは、３１mmだったので
６mm上げてやらないといけません。

X軸レールから第２ミラーの中心の高さも測ります。

２３mm
CO2レーザー発射口の高さは、３１mmだったので
８mm上げてやらないといけません。

ＸＹステージブロックは、このボルトで筐体に固定されているので
ステージブロック全体を持ち上げれば良さそうなのですが、
（右のは、第２ミラー）

レーザー管側のこの部分に余裕が無いのです。
カットという手もありますが、ステージを分解する必要があります。

いきなりそこまで突っ込みたくないので

夫々のミラーを個別にかさ上げすることにします。
それでは、第１ミラーから
マウントからレーザー発射口（下側の黒線）までの高さを測ります。

２１mm

第１ミラー中央の高さを測ります。

１７mm

第１ミラーの高さをレーザー発射口と同じ高さにするため
21 － 17 ＝５mm上げる必要があります。
その辺にあった、大きめのナットとワッシャーでかさ上げしました。

第１ミラーのセンターとレーザー発射口の高さが揃いました！
なぜ、第1ミラーからこんなにずれているのだろう？
もしかして、径が大きいレーザー管に交換されてたのだろうか？

ステージ側から第１ミラーを覗きます。
デジカメのレンズ位置もほぼレーザー発射口の高さで撮影しています。
いい感じにレーザー発射口が第１ミラーに写っています！

第２ミラーは、６mmかさ上げしたいので、M4ナットを２つ重ねます。

この辺は、3Dプリンタの出番でしょうが、

色んなものを分解して出たビス・バネコレクションから探した方が
まあ楽しくもあり、早いもので^^;
他にもあるので、分類したいのですが．．．

第２ミラー
ん？ バネの固定具、これが正規か～

第１ミラーのバネは、小さなビスで代用されています。
全オーナーが軸合わせに難航して、全部取り外された証かもしれません。

第２ミラーと第１ミラーがＹ軸に平行になるように
定規でざっくり合わせて

第２ミラーマウントに印を付けておきます。
この印は、Ｘ軸方向の第２ミラー中心にくるようにするのです。

M4ナット２つ重ねて、第２ミラーのかさ上げ完了！

別アングルから

残るは、第３ミラー
まず、第３ミラー中心と第２ミラー中心を定規で結んで
Ｘ軸レールと平行になっているか確認します。
この時点では、凡そ合っていればいいのです。

第３ミラーは、先の測定で８mmかさ上げする必要があるので
25mmのイモネジと、この8mmのナットを使います。
8mmナットが２つしかないので、残りは、ナットとワッシャーの組み合わせ。

25mmのイモネジで延長して

手前の２箇所に8mmナットを入れ
上の所には、ナットとワッシャーで8mmかさ上げします。

第３ミラーを取り付けました。

別アングルから
僅かに時計回りに回さないと第２ミラーの中心にあたりません。
ひょっとして、これを調整しようとミラーマウントに傷があるのかな？

左側の長孔部を少し削って回転できるようにします。

第３ミラー下からレーザーポインターを照射すると、入光穴のほぼ中央に見えます。

第２ミラーの左右方向は、中央にできましたが
ちょっと上になっています。

第３ミラーの取り付けを色々やって、
一時は、３つともバネも付けてみましたが
ここで光軸を自由に上下方向に傾けるのは、よくないので

一旦、このM4ナット（4mm厚）にします。
左のが最初の8mmナット。

M4ナットを入れて

第３ミラー取り付け完了。

第３ミラー下のレーザーポインターから
第２ミラーに当てます。

第２ミラーのほぼ中央に来ました！

第２ミラーの傾きを少し調整して
第１ミラーの中心に当たるようにして

第１ミラーの傾きを調整すると
レーザー管の発射口のほぼ中央に調整できました！

上下方向が、まだやや上ですが、
これで、レーザーポインターを使って、逆方向から調整できそうです。

さて、本腰を入れて調整に入ります。

レーザーポインターのドットが横長でこれより小さくならず、
第３ミラーの前に普通のレンズを付けてみるもダメなので、
レーザーポインターの出口にテープを張って狭い隙間にしました。

第３ミラーを第２ミラーに近づけると、わりと小さいドットになりました。
第２ミラーの中央に合わせて

第３ミラーを最も遠ざけます。

第２ミラーへの照射位置が少し右上にズレました。

第３ミラーの傾きを調整するしかないので
１箇所だけM4ナットをやめて、このバネにします。

下が第2ミラーの方向です。
右下にそのバネをつけましたが、

もう少しバネが縮まないといけないので
さっきのより少し小さな右上のバネに交換して、

第３ミラーを第２ミラーに近づけて、中心に合わせて

第３ミラーをX軸方向に最も遠ざけると

お～っ！高さが変化しなくなりました！
遠ざけるとドットではなくなるので若干中心が判り難いですが、
僅かに右にズレていると見るべきでしょう。

だいぶわかってきました！
で、そもそもＹ軸方向は、第３ミラーで調整するのですが
既に３つの長孔は、目一杯、端にしています。
この長孔を更に広げてもレンズホルダーが当たってしまうのです。
このマウントの長孔の意味は何なんだろう？
他のモデルと共用しているからなのかな～

本来、第２ミラーは、赤部でＸ軸方向に調整して第１ミラーと合わせます。
青部もＸ軸方向にしか調整できないのです。
仕方ないので、青部の穴を広げてＹ軸方向にも少し動くようにして
第３ミラーとＹ軸方向に対しての調整もすることにします。

ということで、第２ミラーマウントを外します。
この長孔を上側に広げて、Ｙ軸方向に1～2mm動くようにします。

フル手作業で

2mm位削り、終わりにしました！

穴がでかくなったので、ワッシャーをこれだけ使います。

これで、緑部でＹ軸方向、赤部でＸ軸方向の調整ができます。

穴を広げた緑部分で第3ミラーとの調整をして
第２ミラーと第３ミラーがＸ軸に平行になるようにします。

しばし調整して、
第２ミラー（奥）と第３ミラー（手前）を近づけた時
レーザーポインターのドットを中心にして。

そこから第３ミラーを遠ざけて行くと

レーザーポインターの光線は、ほとんど動いていません！
調整の考え方は、間違ってないようです。

次は、第２ミラー（手前）と第１ミラー（奥）を近づけて
ちょっと、中央の黒点より少し上ですが、

第２ミラーを遠ざけると

黒点より右下になりました。
第１ミラーの高さを僅かに上げたら良さそうです。
やはり、レーザーレベラーでは、数mm程度の誤差がでるのは当然でしょう～

第２ミラーと第１ミラーの調整が十分ではないですが、
かなり疲れてきております(-_-;)
今の状態で、第１ミラーと第２ミラーを近づけて

CO2レーザーの発射口のほぼ中央にレーザーポインターのドットが当たるように
第１ミラーを調整します。

第２ミラーを遠ざけると

上から見ると、左に

横からも見ると、結局、左下方向にズレています。
第２ミラーのＸ軸方向、第１ミラーの高さをもう少し調整しないとダメですね～
ふ～っ！

さ～てと、第２ミラーと第１ミラーの戦いを続けることにします。
第１と第２で、左：近、右：遠   です。

ミラー直径：16.5mmから、上の写真でズレを測ってみると、
近 ⇒ 遠 で、下に2.3mm、右に1.8mm ズレているようで
第1と第2ミラーの距離は、近：14cm、遠：38cm（2.7倍）なので
・2.3 ÷ 2.7＝0.85mm  第1ミラーを上げる方向
・1.8 ÷ 2.7＝0.67mm  第2ミラーをX軸プラス方向
かなり微妙です。

第1ミラーは、ワッシャー1～2枚分上げる方向で

第2ミラーは、今の状態からＸ軸方向に＋0.67mmだけズラしたいので

両側から板で挟んでＹ軸方向に動かないようにして

赤枠の所に黒マジックで細い線を引きます。

黒マジックのほぼ線幅分、手前にズラしました。

左右ズレの確認をします。
第2ミラーを第1ミラーに近づけて

第1ミラーの中央にレーザーポインターのドットを当てて

第2ミラーを遠ざけると

左右のズレは、ほぼなくなりました！
調整のコツがわかってきました。

続いて、第1ミラーの高さを調整します。
現在、この３枚組でかさ上げしていました。

今の３枚組は、4.5mm、横のナットは、

5.0mm、＋0.5mmでは、ちょっと足りないので

更に0.8mm厚のワッシャーを追加して、第１ミラーを1.3mm上げました。

第2ミラーを遠ざけた時

レーザーポインターの横長ドットは、この位置。

第2ミラーを近づけると

まだちょっと上にズレています。
ということは、遠ざけると下にズレるということなので
第１ミラーをあとちょっと上げないといけないということですが、
初めての光軸合わせ、かなり疲れてきたので、この辺で妥協するかな？

第２ミラーと第３ミラーを最も近づけた状態で、
第1ミラーを調整して、CO2レーザー管の発射口の中央に合わせます。

上から

横から

今度は、第２ミラーと第３ミラーを最も遠ざけます。

上から
左右のズレはほぼなし。

横から
上に僅かにずれています。
ほぼ合っているので、CO2レーザー管からのビームの傾きさえ正せば
第3ミラーまでス～ッと通るんじゃないかな～

ということで
やっとのことで、CO2レーザー実射調整に行くことにします。
妙な所に反射して目に飛んでくると大変危険なので、ゴーグル必須です。
CO2レーザーの10.6μm専用OD+7でUS$ 19.85（44%OFF）

AliExpress.com Product - New Arrival PC 150mm CO2 Laser Protective Goggles Double-Layer Professional Glasses 10.6um OD+7 For Laser Free Shipping

レーザーポインターを外して
まだ、レンズはつけないでおきます。

第2ミラーにマスキングテープを貼って、ミラーは何もいじらず
CO2レーザーを照射！

ありゃ～、こんなにズレるとは (´-﹏-`；)
やっぱゴーグルしてないと危ないですね～

CO2レーザーのビーム軸が傾いているとしか考えられません。
外の管は、平行でも、内側の管まで平行とは限りません。
このクッションとバンドも、ちと怪しいのです。
クッションゴムは、縮んだ状態で固くなっているし、
金属バンドは、ちと径が小さめ？で固定ボルトが斜めに入っています。
発射口側に厚紙を敷いたり
最初に第1ミラーの高さを合わせたはずなのに、下の方に照射されるのです。
レーザー管サポートを調整できるタイプにしたいところです。
やっぱり、径が大きいレーザー管に交換された感が否めませんが、
20W～55Wまでは、直径50mmのようで、その可能性はないようです。

陰極側は、下やら横やらに厚紙を敷きまくって

それでもレーザー管からの照射ビームが、下向きなので
反対の陽極側の固くなったゴムクッションを外して

この薄目のゴムに

変えてみたり

どっぷり嵌ってしまって、途中の写真を撮っていませんが
レーザーポインターで逆側から十分に調整しているので
レーザー管の傾きだけを調整すれば、できるはずだ！と信じて
何とかここまでは、追い込みできました。
下が第1ミラーと第3ミラーを最も近づけた時、
上は、最も遠ざけた時。
もう一息の所まできました！

所が、実は、前回の「組立１」の時は、調子良かったのですが
実射テストに入ってから、レーザーの発振が不安定なのです。
TESTボタンを押しても5～10回に1回しか照射されないのです(T_T)

電源ユニットからジーッという音がする時は、レーザー照射されず、
正常に照射される時は、何も音はしません。
レーザー管は正常で、電源ユニットに異常をきたしているようです。
たぶん経年劣化で半田クラックが起きていて接触不良を起こし、
そこがリーク放電してジーッという音がでているのだと思われます。

光軸調整より先に電源ユニットを修理せねばなりません(T_T)
基盤の怪しい足をハンダ付けし直すだけで治ればいいのですが．．．
まあ、光軸調整の手順が把握できたのは一応の成果であります。

ということで、待望のアクリルカットは、来年へ持ち越しです。
どうやら長期戦を覚悟しなければならないようです。

今年最後の投稿になりました。
振り返ると、8月に3Dプリンタ Geeetech I3 Pro Bが動き出し
12月に入手したCO2レーザーカッターは、まだ調整中ですが
遂に「3種の神器」が揃いました。が、未だ設置場所が決まらず．．．
7月に10万レビュー突破、12月には、15万を超え、ちょっと恐ろしい気も^^;
沢山の方が見にきてくださり誠にありがたいことです。
コメントやご助言も沢山いただき活力になっています。
お礼を申し上げると共に、今後とも宜しくお願いします。
２０１８年、ありがとうございました。m(_ _)m

あっ！宿題もらってた～ 来年ですね^^;