Eagle と Modela を使って電子基板を作る その1


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Eagle は電子基板を作成する CAD ソフトです。

Roland Modela MDX-15 は、切削加工機です。
Modela には、 Modela Player と Dr.Engrave が付属してます。
Modela Player は3次元データ用です。
Dr.Engrave は2次元データ用です。

概要
今回は、Dr.Engrave を使用しました。
Dr.Engrave が取り込めるのは、BMP形式とDXF形式の画像データです。
BMP形式の画像データから輪郭を抽出します。
DXF形式では、輪郭でなく中心線になってしまい、うまくいきませんでした。
取り込んだ画像データには、大きさの情報がありません。
あらかじめ、外形などを大きさの分かる画像を用意します。
また、小さな図形だと、うまく輪郭を抽出できません。
あらかじめ 、大きめの図形に変換しておきます。

Eagle 側の作業
今回は、LEDと抵抗のみというシンプルな電子基板を作成します。
参考 Eagle を試す

配線と穴あけの2つの画像を作成します。

1. 配線の画像
配線 (top) の幅を、0.04インチ にします。
配線層にPADを追加します。半径 0.02インチ、幅 0.04インチ。
外形 (demenssion) を表示します。
白黒画像で export します。

2. 穴あけの画像。
ホール層 (hole) にドリル穴を追加します。半径 0.01インチ。
白黒画像で export します。

20141012modela_eagle_board 20141012modela_eagle_img_pat 20141012modela_eagle_img_drill

Eagle が exportする画像は png形式なので、BMP形式に変換します。

Modela 側の作業
捨て板を敷いて、基板を固定します。
捨て板には、100均の発砲ボードを使用しました。
固定には、両面テープを使用しました。
外形を切り出したときに、はずれないように、加工する箇所にも両面テープを貼ります。

Dr.Engrave 側の作業

1. 配線の加工
配線の画像を import します。
この時点では、大きさが加工領域になっています。
グリッドを表示して、外形に合わせて、リサイズします。
外形が2重になっているので、1つ削除します。
20141012modela_engrave_pat_bmp20141012modela_engrave_pat_resize20141012modela_engrave_pat_final_

Modela のパラメータを指定します。
「塗り潰をする」を解除する。
「Z切削ピッチ」を0にする。
これを忘れると、加工がいままでも終わりません。
20141012modela_engrave_pat_print

Modela に 1/64 のエンドミルを設置します。
エンドミルの高さを、基板の上面に合わせます。
OK を押して、加工します。
20141012modela_board_milling

2. 穴あけの加工
穴あけの画像を import します。
外形に合わせて、リサイズします。
外形を削除します。
穴の大きさを 0.1 mmに変更します。
20141012modela_engrave_drill_resize20141012modela_engrave_drill_hole20141012modela_engrave_drill_final

Modela に 1/32 のエンドミルを設置します。
手持ちに 1/32 がなかったので、1/16 を使用しました。
穴が大きくなって、半田付けで苦戦しました。

Dr. Engrave から、深さ方向の設定が、うまくいかなかったので。
エンドミルの高さを、基板の下面に合わせて。
強引に穴あけしました。
20141012modela_board_drill

3. 外形の加工
穴あけと同様に加工します。

基板の組み立て
切り出した基板の側面を、やすりで磨きます。
部品をつけて、半田付けします。

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留意点
(1) 1/32 のエンドミルで穴あけしたところ、穴が大きくなって、部品が固定されず、苦戦しました。
(2) 1/64 のエンドミルで切削したところ、配線領域と残りの部分との余裕が 0.5mm くらいしかなく、半田ブリッジを起こしやすい。

動作確認
1. 電池をつないで、点灯するか、確認します。

2. Arduino につないで、点滅させます。
切削した面が、半田面になるので、裏表が逆になった。
作った基板が、Arduino の外側になってしまいました。

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まとめ
(1) 加工には 1/64 と 1/32 のエンドミルが必要です。
(2) 加工面は、裏側の半田面になるので、画像の表裏の反転が必要です。
(3) 配線領域と残りの部分との余裕が少ないので、半田ブリッジを起こしやすい。
PADを大きめにするとか、外側にガード領域を作るとか、工夫が必要です。

参考
Dr.Engrave で加工した例


Eagle を試す


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PCB設計CADの Eagle を試してみました。
Eagle は有償ソフトですが、お試し版は無料で使用できます。

使い方はわりと簡単でした。
(1) 回路図の作成
(1-1) 部品ライブラリを選択して、配置する
(1-2) 部品同士を結線する
(1-3) ERC (Electric Rule Check) でチェックする

LEDと抵抗のみというシンプルなもの
20140907_eagle_schematic

(2) ボード図の作成
(2-1) 部品を配置する
(2-2) airwire (架空の配線) を、経路や太さなどを指定して実際の配線にする
(2-3) シルク図のラベル名の位置を変更する
(2-4) 外側の枠を変更する
(2-5) DRC (Desige Rule Check) をかける

ミリングマシンで削ることを想定しているので、通常の基板に比べると、ワイヤ幅をすごく太くしてます。
20140907_eagle_board

(3) ガーバーデータの作成
Eagle には、デフォルトの設定もありますが。
P板のルール を使ってみました。
なお、デフォルトでは外形線データを出力しないので、CAMの設定に追加する必要があります。

(4) ガーバーデータの確認
Eagle では、出力したガーバーデータを確認することが出来ません。
MAC でも使える ガーバービューアー gerbv を使用しました。
20140907_eagle_gerber


FMブルー湘南でファブラボ関内の紹介をしました


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2014年8月7日に FMブルー湘南 で ファブラボ関内 の紹介をしました。
ファブラボ関内 は市民のための実験的な工房です。
3Dプリンタやレーザーカッタなど最新のデジタル工作機器を置いています。
主に3Dプリンタで何が出来るのかという話をしました。
音声だけでどこまで伝えられたでしょうか。

「遊びに来ませんかスタジオへ」という30分の番組で 横須賀市産業振興財団 が月1回の枠を持っているそうです。
財団の堀込事務局長と一緒に出演しました。

横須賀には3Dプリンタが使える場所はありませんか? という質問を頂きましたが。
今のところはないようです。
3Dプリンタは手軽な価格帯の機種が増えてきています。
それほど大きくないので、事務所の一角にも置けます。
どこかの公共施設に置いてくれないかな。


2014年7月 横浜支部 定例会


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2014年7月30日に さくらWORKS関内 で、日本Androidの会 横浜支部 定例会 を開催した。
今回のテーマは、先月開催された Google IO 2014 ですが、主に Cardboard のワークショップに時間を費やした。

Cardboard ワークショップ
Google Cardboard は、段ボールで作る VRゴーグル です。
Google IO 2014 でお土産として配られました。
設計データが公開されています。
材料は100円ショップで入手できます。
実際に作ってみたところ、予想以上に素晴らしい出来でした。
感激したので、今回 組立てワークショップを開催しました。
人数分の段ボールは、レーザーカッターで切りました。
レーザーカッターは 慶應義塾大学ソーシャル・ファブリケーション・ラボ の機材をお借りしました。
当日は、11名で組立てました。
1時間ほどで基本形は完成しました。
30分ほど、改良を加えたりし、アプリを試したりしました。
参加者からは、おおっ!という感動の声がし、満足して頂けたようです。
20140730_android_yokohama_prepare 20140730_android_yokohama_kit

Google IO 関連の発表
今回は下記の1件だけ。
L Preview Camera API 3.0を触ってみた @nakomashi312
露出などの条件を変えた連写ができるようになりました。

懇親会
同じ会場で懇親会を行いました。
話の中心は Cardboard でした。
Oculus Rift の DK2 を注文している人から、Cardboard で充分だなとか。
磁石が効かない端末には、Android Wear との連携機能が欲しいとか。
などなど。

参加者のブログ
勉強会に初めて参加してみた/日本アンドロイドの会 横浜支部 定例会


Cardboard ワークショップの準備


来週の Cardboard ワークショップ の準備として、人数分の段ボールをレーザーカッターで切りました。
Tech Institute の講師として、仙台から 小泉勝志郎 さんが来ていたので、見学に誘いました。

いったん、ファブラボ関内 に集合して、すぐ近くにある 慶應義塾大学ソーシャル・ファブリケーション・ラボ の横浜拠点に移動しました。
レーザーカッターは、ファブラボ関内の機材 (Universal VLS 2.3) だと少し小さいので、慶應大学の機材 (GCC SPRIT) をお借りしました。
最初に、大学院生の金崎さんから簡単な使い方を教わりました。
機材の主な違いは、Universal で上下の位置合わせを手動でするが、GCC ではセンサーが付いていて自動でできること。
Universal ではDrawソフトから印刷してからパラメーターを設定をするが、
GCC では印刷する前にパラメーターをするなど、細かい手順が異なります。
次に、レーザーのパワーや速度などのパラメータを変えて、いくつか試し切りします。
1.5mmの段ボールなので、わりと簡単に切れました。
パラメータが決まったら、あとは、人数分の段ボールを切ります。
5人分やったところで、飽きてきました。
切ったあとの細かいゴミパーツが多くて、拾い上げるのに時間がかかるのも、一因です。
気を取り直して作業します。
13人分切るのに、1時間ほどかかりました。
1セットをお礼代わりに置いてきました。

ファブラボ関内に戻って、小泉さんに1セット組み立てて貰いました。
すぐに組み立て終わるかと思ったら、以外と時間がかかりました。
平面図や部品から、どうやって組立てたら、完成するのかという手順が、頭に浮かばないようです。
1時間半ほどで完成しました。
Cardboard のアプリをダウンロードして、試してみます。
あれっ! 物体が立体ではなく、2つに分かれている。
Android の機種によっては、うまくいかないようです。(^^;
Nexus5 で試してもらい、奇麗に見えることを、確認して貰いました。

参考
小泉さんのFaceBook


横浜ベイサイドネット


横浜ベイサイドネット さんを見学してきました。
スピーカーボックスを製造・販売されている会社です。

懐かしい感じのするショールームと真空管アンプ。
昔は秋葉原にこういうショールームがいっぱいありましたが、今は無くなりましたね。
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スピーカーボックスを製造する工作室。
4畳半くらいの部屋に木工工具はいっぱいありました。
中でも木工ルータは存在感がありますね。
Techno CNC Systems LC 5024
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温度・湿度センサ DTH11 を試す


20140622_dth11_normal

温度・湿度センサ DTH11 を Arduino で試してみた。
DTH11 は 秋月電子 で購入した。
使い方と Arduino Library は、adafruit を参照した。

DTH11 のデータ形式
DTH11 は、校正されたデジタル信号を出力します。
1本の信号線で双方向に通信し、0と1は1ビットの長さで区別します。
一般的には、調歩同期のように1ビットの長さは固定なものが多い。
可変する方式は初めてみた。

Arduino Library でどういう実装をしているのか読解してみた。
信号線の High と Low の変化を見ています。
High の長さをカウントして、0 と 1 を識別しています。
正確なカウントになるように、割り込みを禁止しています。

20140622_dth11_data_timing
20140622_dth11_bit_format

DTH11 の測定方式
温度は、NTCサーミスタ (NTC temperature measurement devices)
湿度は、抵抗変化型有機ポリマー (resistive sense of wet components)

実測する
(1) 室温で計る
(2) ドライヤーで暖める
(3) 冷蔵庫で冷やす
比較として、バイメタル型の温度計を使いました。
DTH11 の方が、反応が早いことが分かった。
20140622_dth11_hot20140622_dth11_cool

温度について
温度 とは、分子運動のエネルギーの統計値。

温度の単位は、物理学的には、ケルビン温度 が使われる。
日常的には、セルシウス度(摂氏)を使う。
これは、水の凝固点を0度とし、沸点を100度とするもの。
米国などでは、ファーレンハイト度(華氏)が使われる。
華氏 = (9/5) * 摂氏 + 32

温度の測定方法は、いろいろある。
(1) 熱電対
(2) 測温抵抗体
(3) サーミスタ
(4) 放射温度計
(5) 液柱温度計
(6) バイメタル式温度計
(7) 赤外線サーモグラフィ

湿度について
湿度 とは、大気中に含まれる水蒸気量

湿度の単位
相対湿度 (%) = 水蒸気の実測値 / 飽和水蒸気量

温度の測定方法
(1) 乾湿計
(2) 伸縮式湿度計
(3) バイメタル式湿度計
(4) 電気式湿度計
(5) 露点計

参考:湿度計はどのようにして測っているんですか

各種の指数
(1) 不快指数
 0.81Td+0.01H(0.99Td-14.3)+46.3
(2) 暑さ指数(WBGT Wet Bulb Globe Temperature)
(3) 熱中症指数
 日常生活における熱中症予防指針 – 日本生気象学会


Fab蔵 オープンディ


2014年6月15日(日) に会津若松市で開催された Fab蔵 オープンディ に行ってきました。
Fab蔵の建物はその名のとおり「蔵」です。
江戸時代から続く漆器屋「布分」の敷地にあり、昔は漆器職人の作業場だったそうです。
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オープニング・イベントには、30名ほど集まりました。
責任者の佐々木さんが会津大学の出身ということもあり、会津大学の関係者や、現役の学生も参加していました。
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オープニングは、室井 会津市長の挨拶から始まりました。
布分の佐藤社長から、漆塗りの作品が紹介されました。
漆塗りというと木というイメージがありましたが、最近はガラス、金属、プラスチック、PETなど様々な素材にもチャレンジしているそうです。
デザイニウム の前田社長から、キネクトを使ったプロジェクション・マッピングなど、新しい技術を使ったビジネスの実例が紹介されました。
最後は、お待ちかねの日本酒の乾杯です。
Fab蔵の隣が 末廣酒造 ということで、振る舞われた酒も 末廣 でした。
その後で、レーザカッタや3Dプリンタの実演が行われ、終止 和やかな雰囲気でした。

終了後は、車座になって、大宴会。
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機材
レーザカッタ MERCURYⅢ
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3Dプリンタ CellpCubeThing-o-Matic
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ペーパーカッタ CAMEO
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ミリングマシン
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リフローマシン
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参考
ハイテク工房「Fab蔵」開所 若松に市民の“もの作り拠点” – 福島民友


タイマIC 555 を使った LED 点滅回路


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タイマIC 555 と LED を使って LED点滅回路を作成した
元ネタはマルツの タイマICでLEDを点滅させる
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配線図が提示されているので、それを見ながらやってみたが。
配線が多くて、30分ほどかかった。
なまじ配線図があると、回路図の意味を考えずにつないでいくので、
あれっ!いま何をやっているかと少し混乱するになった。

発振周波数の計算式として、下記が提示されている。
1.44 という数値の由来が何だろうと思ったら。
データシート に出ている数値でした。

f = 1.44 / ((Ra + 2* Rb) * C)

一般的なRC回路だと、遮断周波数の係数 0.159 を使います。
これは、63.2% 充電するのにかかる時間です。
参考:RC回路の遮断周波数

f = 1 / ((2 * π) * (R * C)) = 0.16 / (R * C)

近接センサ GS-5S を試す


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近接センサ SUNX (Panasonic) GSシリーズ を頂いたので、試してみました。

センサ部 GS-5S と アンプ部 GA-2D に分かれています。
金属との距離が 1mm 以下になったことを検出します。
渦電流による磁気を検出する仕組みと思われます。
例えば、歯車の歯数を数えるのに使うらしい。
20140601_gs5s_appication

電源として、DC 10Vから28Vが必要です。
今回は使ってないノートPCの電源 DC12V を流用しました。
電源を繋ぐだけで動作しました。
センサ部に金属片を近づけると、アンプ部のLEDが点灯します。
外部へはリレーで信号を取り出すようですが、今回は見送り。
20140601_gs5s_test

センサ部の電圧・電流を計ってみましたが、デジタルメーターでは測定できませんでした。
アンプ部の中を開けてみたところ、トランジスタによる増幅回路のような感じでした。
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参考
近接センサ 概要 – オムロン
近接センサ 用途 – オムロン