RAMPS1.4の24V対応改造

　こちらの記事でレーザーカッターのコントローラをRAMPS1.4を24V対応に改造して使用している。
40 Watt Chinese CO2 Laser Upgrade with RAMPS & Arudino

　今回は改造に着手するまえの確認。
　RAMPS1.4はもともと3Dプリンタ用のコントローラボード。12Vで駆動するがレーザーカッター内は24Vの電源＆24V用のステッピングモーターを使用している。3Dプリンタでも24Vで利用する例があり、この方法に従う。

RAMPs v1.4 To 24V (YouTube)
Converting RAMPS for 24v use?(reddit)

RAMPS1.4のwikiはこちら。
RAMPS 1.4(reprap.org)

　サインスマート製のRAMPS1.4ボード。


　電源部分に該当する回路図。ここのD1を除去する。


　AM-VINはArduino MEGAの電源につながっている。Arduino MEGAの電源のレンジは7-20Vなのでこれを壊さないようにする。ということはArduino MEGA自体の電源はUSB経由でもらうということになる。
Arduino & Genuino Products > Arduino MEGA 2560 & Genuino MEGA 2560

　さて、リンク先にあった動画をみるとポリスイッチを除去してショートしているが、これは+12V2につながるF2に相当する。レーザーカッターではX4-1/X4-2の電源端子は使わないので加工不要。しかしreprap用改造でもポリスイッチをショートさせるというのはどうなんだろうね。
※以下の赤で囲った部分のダイオードを除去。



　最後にコンデンサの耐圧。大きめの6個の電解コンデンサは従来12Vの所に24Vがかかるが、このボードは耐圧35Vなので問題ない。小さい3個ならんでいる電解コンデンサは5Vのラインなので耐圧16Vでも問題なし。


整理すると：
(1)RAMPS1.4上の電解コンデンサの耐圧を確認。35Vなら改造してもOK。
(2)ダイオードD1を除去。このボードを接続するArduino MEGAの電源はUSB経由で供給される。

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中華レーザー彫刻機をレーザーカッターに変えるためのメモ

　40W CO2レーザーカッター、ベクトルデータを扱ってアクリルなどを任意形状にカットするにはどうしたらよいか。付属ソフトでの扱い方はよくわからないし、なによりWindowsXPで動作するのでそろそろなんとかしたい。持ち主であるminemaz氏と電話しながら色々検索したら、reprap系3Dプリンタのコントローラが使えそうなことがわかった。以下は議事録代わりのメモ。

　アップグレーキットというのは存在する。BeagleBoardBlackをベースにしたコントローラに載せ換える。ただし日本には送ってくれないみたい。
Lasersaur Shield K40 Laser USB Controller for Replacement of MoshiDraw Controller
UPGRADE LinuxCNC Controller CO2 LASER ENGRAVING CUTTING MACHINE ENGRAVER CUTTER(ebay)

　もうちょっと探してみるとArduino MEGA2540+RAMPS1.4というのがあった。このRAMPS1.4というのはreprap系3Dプリンタのコントローラで、さきほどのアップグレードキットにも使われていた。そうだよね、同じCNCだ。

Upgrade That Cheap-o Laser Cutter!(HACK A DAY)
40 Watt Chinese CO2 Laser Upgrade with RAMPS & Arudino(Adventures in DIY Engineers)
InkScapeのプラグインとして実行できるようだ。

OSOYOO 3D Printer Kit with RAMPS 1.4 Controller + Mega 2560 board + 5pcs A4988 Stepper Motor Driver with Heatsink + LCD 12864 Graphic Smart Display Controller with Adapter For Arduino RepRap(amazon.com)

　日本のアマゾンにもあった。

サインスマート RAMPS 1.4 3Dプリンターをはじめよう 互換キット(Mega 2560 R3 + A4988 for Arduino RepRap) 詳細なチュートリアルPDF提供

RAMPS 1.4 互換 コントローラ Controller Reprap 3Dプリンター
Kuman　KY57　RAMPS 1.4 互換 コントローラ Controller Reprap 3Dプリンター　3Dプリンター基板セット+ヒートシンク

レーザーカッターでICの樹脂パッケージは削れるか→無理っぽい

　レーザーカッターでICを封止している樹脂を削ることはできるかやってみた。通常は硝酸を使うのだが普通のご家庭にはないし危険。
半導体パッケージの開封(NC Network)

アームの移動速度とビームの割合(40Wの何％)を変えながら試してみる。対象は書き損じのPLD、PLCCパッケージ。

W:11.0 H:11.0 CenterX:47.0 CenterY: 8.5 の長方形で中央を狙う。

10mm/s 10% - あまり焼けていない
10mm/s 40% - 少し削れる　指先で触ってわかる程度
10mm/s 90% - 同上

繰り返し同じ所を狙って削ろうとしてみたが大して深くならない。ちょっとこれは無理だろう。


　作業している所が光るとつい目が向いてしまうので、簡単なカバーを作った。


　↓　なんか面白そうなのあるね。

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メモ：レーザーカッター SmoothieBoard

　HACKADAY経由。
3D Laser Carving with the Smoothieboard(HACKADAY)

　よくある40Wレーザーカッターのコントローラを替えて、立体的な彫刻をやったようだ。
SmoothCarve(NON-NEWTONIAN)
https://github.com/koswix/SmoothCarve/releases
Laser Cutter(NON-NEWTONIAN)

MatLABが必要らしい。

オープンソースのCNCコントローラ。
http://smoothieware.org/smoothieboard

激光 はんこをつくろう

　はんこを作ってみた。

　材料はダイソーで買ってきた木の素材で30x15x15mmのもの。寸法は目安でばらつきは大きい。これの30x15mm部分にレーザー彫刻する。



レーザーの強さ、彫刻の速度、同じ面に対する彫刻の回数で色々試してみた。


　速度が遅いと弱いレーザー光でもよく焼けるが、細部が潰れてしまう。回数を増やすと深く彫れるが、時間がかかる。今のところ40W 5.5%で50mm/s 1回がよさそうだった。





さて、最初は消しゴムに対してやってみたのだけど溶けてしまってうまくいかなかった。レーザー彫刻用のゴム印があるらしいので次回試してみる。

激光 両面白色 厚紙のテスト

　ダイソーに売ってある厚紙A4用 両面白色8枚入でレーザーの強度を変えつつテストしてみた。
40W 5%からスタートして0.5刻みで上げていく。速度は100mm/s。6%で表面の白い部分は飛んでしまってるようだ。なので、6%以降は厚紙の茶色い部分を焼いていることになる。



どうも偏りがあるみたいなので40W 8%に揃えておなじように焼いてみた。


　右側中央辺りが強いようだ。

激光 排気ダクトと塩化ビニールへの彫刻

　ダンボールの加工時に排気をいい加減にしてたので焦げ臭くなってしまった。アクリル加工などをする時にはこれではよろしくないのでダクトを延長して屋外に排気するようにした。アルミ製の排気ダクトは直径10cmのもので約700円。継手も合わせて1000円くらい。



　塩化ビニールに彫刻した。これはシューズケースで部品入れとして使っいるもののふた。


　出力は40Wの10%、適当にやった割にはうまくいった。


　だがしかし。裏側から加工したので文字を左右逆にすべきだった。


こんな感じ。

激光 レーザーカッターで階調付き彫刻

　レーザーカッターでラスタデータを焼き付ける機能、レーザーの強さを同時に変化させることはできないので階調なしのモノクロとなる。では濃淡のある画像を焼き付けるには？
　祖父の白黒写真があるのでこれを元に加工していく。加工にはメディバンペイントを使用した。
[レイヤー]→[変換]→[1bitレイヤーに変換]でモノクロ画像に変換できる。変換前の画像について、[フィルタ]→[画像補正]で明るさをいじって、いくつかのデータを作っておく。こんな感じ。




これらのデータをレーザーカッターの制御ソフトに貼り付け、焼き付ける面積の広い順にレーザーの強さを大きくしながら、彫刻する。ここでは8%、10%、12%(40W)にした。

出力時の設定画面。Style:Engraving にする。


　アマゾンのダンボール箱を切り取ったものを使用した。




　トータルで約二時間かかった。


　2回目の彫刻でダンボール表面が焼けてしまった。3回目では裏まで貫通した箇所があった。40Wの12%だから5W弱でこの威力。

　別のダンボールに6%、8%、10%で出力してみた。これでも表面は2回目以降で焼けてしまう。


　階調表現に関しては時間はかかるがうまくいった。他の素材も試して経験値を積みたい。

レーザーカッターの光軸調整

　さて、とりあえずは動いたレーザーカッターだが、右下方向に行くほどレーザー光が弱くなっている。光軸がずれているようで、この調整は中華レーザー加工機を買った人にはどうやら必須な作業の模様。

　レーザーカッターはこのような感じでレーザー光を対象に当てている。レーザー室のミラーAで作業エリアに導き、Y方向に動くアーム上にあるミラーBでX方向に動くアーム上にあるミラー+集光レンズCで対象物に当てる。


Cミラーへのレーザーの当たり具合を確認する。レシートの紙などをちぎってセロハンテープで留める。100V 8%程度でテスト発光。いちばん左上に寄せた状態と右下に寄せた状態で比較。かなりずれている。


　Bミラーを確認。すでにこれだけずれている。


　レーザー管に近いAミラーから調整する。Bミラーにさきほどの紙を貼り付ける。
　ネジは3点で留めてある。かなり固いのでラジオペンチで回す。動かしすぎてレーザー光をあらぬ方向に飛ばすとたいへん危険なので、1/4〜1/8ずつ動かしてレーザーを打ち確認する。




　こんな感じだよ。


　このように繰り返し調整した。ほぼOK。


　次にBミラーを調整する。Cミラーに紙を貼り付けては左上側でパシッ、右下側に移動してパシッ。



　紙が燃え上がることもあったのでテスト発光は慎重に。穴が空いてしまうと燃えカスがミラー表面に付着するので清掃も必要。

　ではよさそうなので前回と同じデータ(ラスタデータ、彫刻用)でダンボールを加工。



　右端までうまくいった。光軸の調整はよさそうですね。

レーザーカッターの電源修理

　前回のレーザーカッター　発煙からだいぶ空いてしまったけれども。電源を修理した。
電源は本体底面からネジ止めされているので本など重ねて浮かせながら作業。



　写真右上にある白いのがレーザー用に高電圧を発生させるフライバックトランス。太い赤色のケーブルでレーザー管に繋がっている。そのすぐ横のコンデンサが爆発。



　250V 560μF品。これと同等のものはブロック型コンデンサといってネジ止めするような大型のものばかり。250V 470μFで同じサイズと思われたものを見つけた。これに交換する。
大型アルミ電解コンデンサ 250V 470μF[R指] LLS2E471MELZ(共立エレショップ)



　さて、破裂した電解コンデンサの個別故障ならこれでいいはず。周辺の回路の不具合だとまた爆発するかもしれない。こわごわ100Vで電源投入。レーザー照射のテストボタンを押すと発振音がした。大丈夫らしい。

　ついでに電源周りの取り回しを改善。ケーブル２本を１つの端子台に一緒に止めている箇所があったので加工した。


　こんな感じ。なお端子台部分は電源本体から外せます。



　ではランニング試験やってみますか。前回は100Vでこのような動作はしなかったので、もともと電源の当該電解コンデンサが不良だった可能性が高くなった。



　ラスタ画像を5%のレーザー出力でダンボール加工。おおよそ90分。


　同じく10%のレーザー出力。焦げくさい。



　左上は濃く、右下に行くほど薄くなっている。右下ほどレーザー光の経路が長いのだが、そんなに影響あるのだろうか？また、電源を100Vでやっているが220Vでは？でもまた爆発させたくないしなあ。しばらくはこの状態でソフトの使い方を確認していこう。

レーザーカッター 発煙

　さて付属のソフトをインストールし、運転してみる。



　最初、XYプロッタの様に動くのかなと思っていたが、ビットマップの画像データをつかったため上から順にスキャンするように動作した。で…　弾けるような音！　付属の100V-220V変換器から少し煙が。
とりあえずはそれを外して100Vで運転させてみた。アームは動く。レーザーの出力設定10%で動作させていたが光は出ない。

＊＊＊

　220V-100V変換のトランスを手配してもらった。日本の家電製品(100V)を海外(220V)で使うときに使用するものだが、100V→220Vの昇圧設定にすることもできる。

アップ（昇圧）／ダウン（降圧）できる変圧器　SKシリーズ(日章工業)











設定をAC100V入力ーAC220V出力にした場合はプラグ変換が必要。



　テスタで確認。約236V出ている。では再開してみましょう。




わっ！　前回よりも激しい破裂音と発煙、しかも内部から。これはいかん。レーザー管か？
刺激臭がするので電解コンデンサが破裂した模様。制御側のパネルを開けると電源から何かが飛び散っていた。電源か。

次回は電源を分解調査します。

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レーザーカッター テスト

　220Vの変換器は添付されていたが、付属ACケーブルのプラグが大陸仕様。マルチ変換プラグというのを購入した。




　さて、これで試運転できそう。レーザーカッター本体のACインレットにACケーブルを差し込む。本体ACアウトレットは2つあり、パネルの電源スイッチと連動している。これに排気ファンとポンプの電源を接続すればよい。

　レーザー光はこの鏡で反射し、右側にある可動するヘッドで下方向に曲げられ、対象物に当たる。




　確認のため紙を巻いてテスト用ボタンを1秒押す。出力10%でこのくらい。



　あまりにも出力を絞るとレーザーが励起しないのか紙が焦げない。7%以上に設定すると本体からの音が変わり紙が焦げる。左から7%,8%設定の結果。



　これで本体の動作確認OK。次は制御ソフトをインストールしてやってみる。

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レーザーカッター 検品

　LANCARD.COMさんよりレーザーカッターを貸していただくことになりました。ありがとうございます。
前回、調査したのはこのためでした。

　ということで早速検品。三代目プリウスのトランクルームにぴったり入るくらいの段ボール箱に入ってた。



　備品はこの本体内に収納されていた。排気用ファン、排気用ダクト、220VのACケーブル、100V→220V変換器、ポンプ、蛍光灯、マニュアルとCD-ROM、USBドングルの入った布ケース。
　縦横に動くレーザー加工の先端は紐で動かないよう固定されていた。輸送時なのか蛍光灯の端が潰れていたが特に動作には問題はなさそう。

　排気ダクトとシロッコファン。レーザー加工すると素材が燃えて煙が出るのでそれを本体内から排出させる。ちょっとうるさい。



　100V→220V変換器とポンプ。変換器は実測で216Vだった。ポンプ用のパイプは加工機本体背面に束ねてある。水タンク(ポリバケツかなんか)が別途必要。



　背面カバー中央は＋ネジで留めてある。これを開けると炭酸ガスレーザー管が見える。



　レーザーの先端。ここから右側の鏡に反射して加工機内部のヘッドへとレーザー光が行く。



　操作パネル。



注意書：

1. Examine whether the water of water pump circulates or not before opening the machine

ウォーターポンプにより水が循環しているかどうかを機械を開ける前に調べよ

2. Make sure the line links well with ground

しっかりとアースをとれ

3. Don’t let the water ice up to avoid cracking the laser tube

レーザー管を割らないよう水を凍らせるな

4. Keep level while engraving

加工中は水平にしとけ

5. The non-professionals are forbidden to adjust route of light.

素人は光軸をいじるな

操作パネルも＋ネジで固定されている。これを開けると電源、コントロール基板が見える。





　本体、排気ファン、ポンプと制御用のPCの電源のために個別スイッチ付のACタップが要るかな。
内部の電源の所を追ってみると220V入力を100Vに落としてコントロール基板の電源にしているような気がする。まあ中はいじらずに素直につないでみるか。と思ってたら100V→220V変換器と本体をつなぐケーブルがないのでここを何とかしないといけない。

レーザーカッター 予習編

　ホビー用レーザーカッター（激光彫刻机）の情報収集。

このようなグレードの物について。
CO2レーザー40Wで20cm×30cmの板について加工できる。
Free Shipping CO2 Laser Engraver Machine JK-K3020 Cutting Printer 220V 40W Laser Cutter Engraving Printing(Ali Express)
Gowe® Laser Engraving Machine,laser Cutting Machine, Co2 Laser Engraver,40w, 200*300mm, USB Port

トレーニング動画あり。
Hobby 40W CO2 LASER ENGRAVING CUTTING MACHINE ENGRAVER, Support and Ship from USA - See more at: http://www.automationtechnologiesinc.com/products-page/laser-engraving/40w-co2-laser-machine-software-training#sthash.zNQjqM25.dpuf

　この動画がわかりやすかった。


国内のblog記事。皆さん苦労されているようです。
レーザーカッター（その２）(みんなのラボ)
【模型】　激光生活　＃3-1　　中華レーザーソフト実践　その1(思ひ出はぶだう色)


・220Vで動作
・WindowsXP機以降が必要。ソフトはUSBドングルで提供
・排気ダクトが必要
・冷却用ポンプが必要
・レーザー光経路の調整が必要なこともある
・絶対に加工中のレーザー光は直視するな

絶対に加工中のレーザー光は直視してはいけません