台風19号

台風発生後の発達が急速で、かつ中心気圧が低かったので、風がすごいことになるかと思っていましたが、今回の被害からすると台風のために運ばれた南の湿気を帯びた空気が降らせた雨が今回の台風を象徴しているように感じます。

私のところは結構風が吹き込む立地で、今回の台風では風の被害に戦々恐々でした。窓が割合多めなのと、窓にシャッターがありませんので、今回の予測風速40m/sだとちょっと窓自体が厳しいように思え、窓ガラスが割れるのを前提とした対策をしたいと思ったんですが、台風前日の帰宅が遅くて、対策は、窓ガラスに養生テープを張る、板があったら板を間にはさんで張る、ぐらいでした。あとは、前に台風が来た時に網戸が外れそうになるぐらい動いていたのを覚えていましたので、網戸にもテープを張って外れにくくはしておきました。

あとは、できるだけ窓ガラスを割る可能性のあるものを減らす、ということで、家の周りにおいてある、飛びそうなものを倉庫に全部しまうようにしました(結構ほったらかしの植木鉢とかいろいろあって大変でした・・・)。

とはいえ、もし窓ガラスが割れたら、家屋の被害は大きいでしょうが、何より中に過ごす人の命に危険があるようにも思いましたので、今回は大事をとって、家屋の対策をできるだけ取った後に、市のホームページを見て、近所の公民館が避難所を開設したのを見て、そちらに避難をしてみました。

ホームページには、避難所には食料・飲料は持ってきてね、とありましたので、翌日朝まで過ごすつもりで、夕食分ぐらい、あとタオル・寝巻・歯磨き等は用意していきました。

昼を家で食べた後に避難所に行ってみると、すでにそれなりの方が集まっており、市の方曰く、「これまでは全部で10名ぐらいだったけど、今回はかなり多い」とのこと。

床に敷くもの(レジャーシート)を持ってくるのを忘れていましたので、庭木の枝を捨てに行くために 車に常備しているブルーシートのことを思い出して、ブルーシートを避難所では敷いて過ごしました。

机も避難所には用意されていたので、娘とまず勉強大会という感じで、私は買って積読状態の本を持ってきましたので斜め読み。娘は、数学のワークをやり、漢字のワークをやり、そのうえで読書大会に突入。

そんなこんなのうちに、さらにたくさんの方々が避難所には来られましたので、台風が接近するころには部屋は避難の方で埋まっていました(ほかの避難所に比べると少なかったようですが)。空調も効いていましたし、自販機もあり、お湯ももらうことができましたので、パソコンでNHKの台風関係のニュースやらを見つつ、じっくりと待機することができました。

夕食は昼ご飯の時に妻が作ったシャケおにぎりとカップ麺、ミカン、その他お菓子を食べましたが、Webで見たカップ麺は水でも戻して食べられる、というのを検証すべく、別途水で戻したのも作ってみましたが、そちらもちゃんと美味でした(食べ過ぎですが)。

カップや割りばしは、再利用しようかなと思いましたので、水洗いしてみましたが、避難所暮らしが長くなった場合この辺りはどうするのが適切なんだろう?と思いました。

台風は当地の真上を通過していきましたが、避難所は鉄筋コンクリの建物なので、風の音は多少しましたが、非常に安心感がある避難所暮らしでした。

そうこうするうちに、風も止み、雨も収まったので、アメダスで吹き返しの風がどうもなさそうというのを確認して、朝にはなっていませんでしたが、家に帰ることにしました。

幸いにして当地は、大きな被害がなかった様子。電信柱が折れたり、などの想定された状況もなく幸いでした。

ただ、我が家は全く被害がなかったとは言えず、庭木の太い枝が折れて、しかしちぎれずにぶら下がっていました。また自作の太陽熱温水器の木の筐体をカバーしている鉄板がめくれて、これも幸いにしてちぎれて飛んでいかずに、ぶら下がっていました。

やはり相当な風が一時とは言え吹いたのだなとわかり、念のため避難所に行って正解だったと思いました。

翌日は、貼った養生テープを朝から外したり、折れた枝を電動のこぎりで切って整理したり、少し忙しい朝でしたが、台風の規模から考えると大きな被害がなく幸いだったと思います。

今回いろいろと対策を考えてみましたが、実行できていないことも多く、普段からの備えが重要だなとも思いました。今回養生テープを張ってみましたが、労力として結構大変な割にはあまり効果がある感じはせず、前から用意をするのであれば、窓枠にはめ込んで、さっと覆えるような べニア板を切ってあればよいかななどとも思いました。

ミニ旋盤 CNC化(2)

スピンドルの制御をlinuxcncからしようとして、あれこれやっていましたが、旋盤本体のコントローラーについているボリュームで速度制御をするのと、linuxcncから指示した速度に制御するのを両立するのに苦労しています。最初はlinuxcncからのPWM出力をLPFして、本体のボリュームからのアナログ指示出力とORをとればよいと思ったんですが、コントローラーの入力のインピーダンスの関係か、PWM出力を最大に絞ってもスピンドルが相変わらず回転していたり、回転数の安定性が低かったりとあまりうまくいきませんでした。

現在の構想は、arduinoを使って、linuxcncから出力されたPWM出力と、本体コントローラーのボリュームのアナログ電圧を両方読み取り、デジタル的にORを計算して指示値をDA出力しようというものです。

手持ちでArduinoに使われているatmega328pはあるので、これでワンチップArduinoを作ります。

ワンチップarduinoは、こちらの情報を参考にして、board をatmega328 on a breadboard (8MHz internal clock)としてコンパイルし、バイナリーファイルを出力(.hexファイル)。それを、Atmel Ice を使ってICSP接続したターゲットにAtmel Studio 7 で書き込みを行います。

Atmega328p のヒューズは、CKDIV8 を入れているとクロックが1MHz になってしまいますのでこれは外しておく必要がありますので注意。

arduino で走らせるプログラムは、linuxcncからのpwm パルスの読み取りを行い、ボリュームからanalog 入力を読み込み、比較して大きいほうを出力として採用してanalogWrite()でPWM出力を出すのを繰り返すだけです。pwm パルスは0.1sec 内には来ているのが前提でプログラムを書きました。

フィルターしてきれいなanalog output を作りたいので、PWMの周期をいじくって16kHz 周期のPWMを作り、10kohm + 10uFのフィルターを通しました。ひょっとしたらopampで受けてやる必要があるかもしれませんが、つないで試して様子を見ることにします。

デバッグのため、一応TTL serial I/Oも実装して、状況を57600bpsでレポートさせつつ、低回転時にスピンドルを止めたりしやすいようにプログラムをいじるつもりで。

作成したボードはこちら。

ICSPのコネクターの取り付けを間違えて、もう一列増やしてごまかす。
Atmega328のデータシートの読み込み不足でTTL serial のTX,RXが思ってたのと逆だったり、ミスが多い。

ワンチップArduino作ったら1日終わっちゃった。。。旋盤につないで試すところまでいかず。

9/30 旋盤に実際につないで試してみましたところ、良好。ボリュームを回すとスピンドルを回せて、linuxcnc から制御をかけたら、その通り動く。やはりデジタル制御はよい。凝ってフィルターをかけてもよいけど、とりあえずそこまでしなくてもよさそう。

pwm 値(0-255)と実際のスピンドルのrpm の関係を測定してみた。

pwmrpm
970
36350
1261220
2412380

70rpm とかは定格外なので、ちゃんと回ってませんが。ほぼ比例しているので問題なし。

10/1 スピンドルの制御はとりあえず良さそうなので、制御プログラムにメジアンフィルター+アベレージフィルターを入れてさらに安定な回転数になるようにしてみました。

そのうえで、コントロールボックスの中に追加した制御回路を収納して完成としました。

マウント用台座は3Dプリンターで手軽に造形

stepconfで再び設定をいじくります。ねじ切りなどを考えると軸をそれなりの速さで動かせる必要はありそうなので、脱調しない速さを探ります。

X軸のモーターは2GTベルトが滑ってしまうため、2mm/sec 程度の速さが限界でした。

Z軸のモーターは、モータートルクは十分ですが、パルスの応答が30us程度が限界のため、減速をしていることもあり、10mm/sec程度の速さが限界でした。

旋盤のGコードに不慣れなので、切削は相変わらずマニュアル的にやっていますが、徐々に慣れていきたいと思います。

手始めにlinuxcnc のG76 threading cycle の練習ということで、P1.0 のとP0.5のねじを塩ビ管に切ってみました。こんなに簡単にねじが作れていいのか!というぐらい簡単でした。

一番右側のは斜剣バイトで掘ったので鈍ったねじになってます。

ミニ旋盤 CNC化(1)

デジタルノギスDROをつけたりしてあれこれ使ってきたミニ旋盤(PSL400VD)。

ふとCNC化したくなりましたので、してみました。

フライスと同様に、linuxcncで中華なブレイクアウトボードを介して中華なモータードライバーで 中華なステッピングモーターを うごかすという貧乏人構成です。

PSL400VDはなぜか回転計がついていませんでしたので、スピンドルの回転とインデックスを読めるようにもしました。

スピンドルは、PWMで制御をかけようと思っていますが、まだそこは完全にはできていませんが中途の状況を記します。

1.Z軸

旋盤のねじ切り用にいろいろとギアが取り付けられていますが、全部取っ払って親ねじをプーリーを介してNEMA23のモーター(定格2.8A)で駆動をするようにします。トルクが足りるか不安でしたので、プーリーはモーター側を16歯、親ねじ側を40歯として減速をするようにもしました。

モーターのマウントは、ギアセットを取り付けるためにあったM8の取り付けねじを利用して5mm厚のアルミプレートをフライスで切って取り付け、NEMA23モーター自体は3Dプリンターで出力したマウントブロックを使ってアルミプレートに取り付けました。タイミングベルトのテンションを調整する必要がありますので、3Dプリンターで造形したマウントブロックの取付穴は長穴にしておきました。

プーリーは、市販のXL037用を購入しましたが、親ねじのシャフト穴径の12mmに合わせるようにしたのと、プーリーの厚みを減らす必要があったのと、さらに、キー溝の加工も必要でした。キー溝は悩んだ挙句やすり1本で現物合わせで加工しましたがこまめに確認しながらやったのがよかったようです。プーリーの厚みを減らすのは当然旋盤でやります。

モーター側のプーリーは8mmの穴に拡げ、M4のイモネジ穴を掘って固定しました。ドリルで穴をあけただけでは8mmのシャフトにうまくはめあいが取れませんでしたので、今回リーマーを買いましたが、なんで今まで持っていなかったのか!と後悔。

ベルトの歯数は一応ミスミのページなどの解説をみて計算して決めました。

とこんな感じでZ軸のモーターを付けました。

2. X軸

X軸の方は、ケチって秋月でずいぶん前に買って引き出しの肥やしになっていたプーリー付きのステッピングモーター(NEMA17互換?)を使いました。

こちらは、3DプリンターでおなじみのGT2ベルト、プーリーを使って、これまで手回しハンドルが付いていたところにプーリーを取り付け駆動します。モーター側は20歯、ハンドル側は40歯にしてこちらも減速してみました。

マウントプレートは、 ハンドルの軸受け部分 に7mm厚程度の円盤形状の部分がありますので、そこに塩ビ板をはめ込み、そこに3Dプリンターで造形したマウント基台をねじ止めするZ軸と同様の構造です。ただ、X軸の方は、モーターの場所を選ぶと思いましたので、ちょっと検討した形状にしてみました。

40歯プーリーを試しにはめてみたら穴形状が悪くこじってしまいプーリーが傷物に・・・この構成だとダイアルのインジケーターもそのまま使えるので見やすいのはよさそう。

塩ビ板のベースプレートは、後でアルミで作り変えるかもしれませんが当座これで。

3. コントローラー

コントローラーは、linuxcnc でパラレルポートに制御信号を出力し、前にNEMA23モーターを買ったときに一緒についてきたブレイクアウトボード(DB25-1205)を介してこちらもまた一緒についてきたモータードライバー(DQ542MA)を駆動します。

モーターの電源はこれまた中華な24V電源(15A)が3Dプリンターを作ったときに勢い余って買ったものが残っていましたのでそれを使います。

このブレイクアウトボード、反応があまり速くなくって、40マイクロ秒程度のステップを出すのが限界っぽい(もう少しチューニングができる要素もありますが)。まあ、その限界内で全く旋盤作業には問題がないのでよしとします。

ステップの速さは、ブレイクアウトの出力をオシロで観測しながら最適値を探ります。

コンパクトな制御系を組みたいので、24V電源、モータードライバー2個、ブレイクアウトボードをくっつけるための部品を3Dプリンターで作りました。

小汚い配線ですが動けばいいんだ!カバーはちゃんと動いたらもちろん付けますよ。

ブレイクアウトボードには、ほかにはスピンドルからの回転数、インデックスパルスの入力もつなぎます。

linuxcnc の設定は、stepconf ウィザードを使ってやりました。

このウィザードでモーターのテストもできるので、特に困ったこともありません。

この機種の場合、Z軸の親ねじは1.5mm ピッチ、X軸のねじは1mm ピッチでした。また、適当なモーターの配線をしていたら、両軸とも方向が逆向きでしたので、X軸、Z軸ともDIRをinvertの設定にして対応しました。

stepconfウィザードでは、ねじのバックラッシ補正の値を入れることができませんので、それは動かしてみて補正量を計測して、.iniファイルの各軸にBACKLASH=0.22などと記載すれば補正が入るようになりました。

私の機械では、Z軸のバックラッシは0.4mm X軸のバックラッシは0.22mmでした。もう少し渋く調整すべきところかと思います。

DROで様子を見ながらいじくってみましたが、Z軸は親ねじとのカップリングにガタがあるのが問題になりそう(位置決め精度が悪い)で、かっちり固定できるように工夫が必要かもしれません。

4. スピンドルインデックス、回転計

そもそも旋盤をCNC化するのは、素人でもねじ加工を楽にしたいなということが原点にありますので、スピンドルのインデックスをとることはmustです。

私はこちらのページを参考にさせていただき、エンコーダーをつけてみました。

エンコーダーホイールは、先のページのプロファイルと同じですが、レーザーカッターは持っていませんので、私は3Dプリンターでホイールを造形しました。インデックスと回転(60パルス/回転)のエンコーダーはオムロンのEE-SX460-P1がジャンク箱に転がっていましたのでそれを2個旋盤に取り付けるマウンターをこれまた3Dプリンターで造形しました。

位置決めはちょっと難しかったですが、linuxcnc のhalscopeを使って信号を観測しながら位置合わせをしました。

Z軸とスピンドルインデックス周り。

まあまあすっきりまとまったように思います。

stepconfの設定の時に追加できるUIでスピンドルの回転数もしっかり読めてます。

同期動作はこちらの通り試してみようと思ってますがまだです。

台風怖い

千葉の方は台風の被害で大変がまだまだ続いていますね。お見舞い申し上げます。

忘れる前に、今回のことをメモしておきます。

当地は、今回は幸いにも台風の目の西側にあったため、それほど大きな被害はなかったです。昨年の台風の時には、我が家では台風の準備が不十分だったこともあり、家屋の一部が損傷し、修復までかなり時間がかかりましたので、今回の千葉の状況は他人ごとではいられない感覚があります。ブルーシートで損傷個所を覆うだけでも自分ではなかなか難しいところもありますよね。今回は、雨雲レーダーで台風の目が当地の東側を通ることを確認してようやく床に就くことができましたが、夜中まで寝付けない感じでした。

今回は、我が家は大丈夫だったのですが、仕事場の周辺の横浜、横須賀、逗子、鎌倉地域はかなり大風が吹いて土砂崩れ、倒木、フェンス・足場の倒壊などがありました。

台風通過当日仕事場に行ったんですが、途中の道が土砂崩れで寸断されており、迂回路を含めても仕事場に行く道が実質1経路しかなく大変でした。またその寸断されている道も、今にも枝が落ちてきそうな感じで、当然のように道にはたくさんの枝葉が堆積していましたね。

仕事場からの帰り道は、これまでに見たことがないくらい渋滞していていつもなら10分もあれば通過できるところに2時間以上がかかりました。どうも国道の一部が足場倒壊で寸断したため、抜けられる道に車が殺到し、そのために交差点が完全にブロックされてしまったことが原因のようです。また、途中停電している地域もありました。停電した地域を走る時には、車のヘッドライトの他には灯りも見えず、東日本地震の時のことを感覚的に思い出しました。

土砂崩れは小坪のトンネルの出口がニュースにもなりましたが、他にも影響を及ぼした場所が多数。また、復旧にも数日を要したため、その後の通勤も大変でした(数日で直るのもすごいことだと思いますが)。

まだまだ台風シーズン。このようなことが今年はこれでお終いであることを祈ります。

博物館三昧 in Washington DC

フロリダからDCに移動してスミソニアンの博物館めぐりをしました。

全部入館料タダ!どうしてそんなことができるのか!税金が投入されているからです。以上。でも、私はミュージアムの展示に関係した書籍を買うのが好きで、今回も結局150ドル以上散財してしまったので、十分博物館にはお金を還元していると思います。

航空宇宙博物館(National Mallの方)

ライト兄弟の初飛行までの開発物語を興味深く見る。既存のデータに疑いを持った時に自分たちで風洞を作って実験したのはすごいな、と思う。

ここの宇宙関係の展示は、少し古めの時代に偏っているところがありますが、スカイラブやアポロ・ソユーズ計画など、他で見られない展示がたくさんあって好きです。

現在改修中でかなり多くの展示がclosedでしたが、それでも半日で見るのは無理があるほど。

ソユーズとアポロがドッキング ソユーズの小ささにびっくり
スカイラブ内部 サターンの3段目を使ってあるだけあって、超広い。
アメリカはバイキングで70年代にすでに火星に着陸していた。今見るとこの着陸機も超デカい。この時代の経験を踏まえて2000年代からの火星lander群の成功があるのだろう。

National Gallery of Art (国立美術館)

次に、対面のNGAへ行く。こちらもゆったりとした広い館内にたくさんの絵画、彫刻が展示されていて素晴らしい。

短い時間では到底見切れないので、ルネサンス(ダビンチの有名なのとか)に始まり、フェルメール関係~印象派の時代に絞って観覧しました。個人的には、ターナーの風景画とかが好きです。

ルノアール。美術館では写真を撮らずに眺めてまわったのでこれくらいしか撮ってなかった・・・

自然史博物館 (National Museum of Natural History)

翌日は、一日自然史博物館で過ごしましたが、とにかく広くて回り切れないし、疲れた。

自然史、ということで、生物を中心に地球の変遷史をテーマに展示がなされていて面白いです。これまで何度も様々な原因で大量絶滅が起こっていることがわかっているが、現代、6回目の大量絶滅の時代では?というプレゼンテーションが興味深かったです。

草食・肉食動物のバランスが古生代と現在とで違っているという説明(だったと思う)

恐竜の展示もいいんですが、ここの2階の宝石・鉱石コレクションは素晴らしいです。

ナポレオンのダイアモンドネックレス マジか。

アメリカで金と言えばカリフォルニア1848年のゴールドラッシュということで、カリフォルニアの金鉱石がたくさん展示されていましたが、日本の中瀬鉱山の金鉱石も展示されていました(恥ずかしながら知らなかった)。

金・金・金! 金は錆びないから展示がラク?

あとは、昆虫の展示(生きているタランチュラの展示が偏執狂的にたくさんあって謎でした)を見ました。

航空宇宙博物館別館(S. Udvar-Hazy Center)

最後にDulles空港近くにあるAir and Space Museum の別館に行きました。車でしか行けない場所にあるため、あまり訪問者がいないようですが、ここはmust seeだと思います。

行きは楽しようと思って、Uber で行きましたが、博物館に入口手前に有料駐車場(15ドル!)のゲートがあるため、その手前で車を降りて(車はゲートの手前でUターンできる)、ゲートの横を抜けるようなややイレギュラーな行き方になってしまいました。

帰りは、博物館の前からバス(Fairfax connector)が20分毎に出ている(1名2ドル)ので、それに乗り、終点の Wiehle-Reston East駅まで乗って、そこから、メトロのSilver Line で帰りました。合わせて10ドル足らずで行けますので、安いですが、時間はかかる。バスは途中Dulles 空港に寄るので、帰国前にちょっと寄ってということも理論的にはできると思うんだけど、入館セキュリティチェックもあるし、荷物を置いておくところがないので、無理かも。

展示は、航空最初期から宇宙時代まで含めていろいろ。広さを活かして、結構変なものがたくさん展示されていて(つまり厳選しなくてよい)、面白いです。

B-29(エノラゲイ)のコックピット 与圧キャビンの技術は素晴らしい。
B-29の翼の下に紫電改の展示。 B-29はどれくらい撃墜できたんだろう?
今はなき超音速旅客機コンコルド サービス終わる前にヒースロー空港に止まっているのを見て、乗りたくなり運賃を調べたら100万以上だった。一度乗ろうと思っていたという話を家族にしたらドン引き。
なぜか宇宙のコーナーに、ウィルソン山の100″望遠鏡の鏡面を磨くのに使われた(?)研磨機が展示されていました。
世界初の通信衛星 Echo-1のカプセル。通信衛星としては実用的ではなかったが、宇宙大気の研究のためにも使われた、と書いてあった(ような気が)。

滞在中、ほかには、ホワイトハウスやワシントンモニュメントのあたりを散歩したり、マーケットで買い物したぐらいなので、ほぼほぼスミソニアン巡りで3日費やしてしまった。