3Dプリンタを使って(つくって)みると改造したくなる(その1:Z軸オートレベリングを考える)

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プリントテストが出来たとはいえ、このままだとノズル・ベッド間隔の微調整に常に手間取ると判断したので、Z軸の位置出しをリミットスイッチからセンサーデバイスに変更して、オートレベリング化することにします。いつものように利用より改造ばかりに気がいってしまう癖が出てます。。。

実のところ、本機(ALUNAR-M508)を注文した日に、これを見越して「誘導型近接スイッチ」も別注していたのです。ベッドの調整が大変というネットの記事をいくつか読んでいたもので。

同デバイスが昨日到着したので、さきほどテストしてみました。

センサーはNPN型のLJ18A3-8-Z/ BXというもので、8mm以内に対象物(金属)が近接すると、通電します。一個410円なので二個買いました。動作電圧は6V-36Vとなっています。

動作を確認すると、たしかに6V前後から稼働します。ステンレスの薄板(0.5mm)をおいて試したら7mm程度で動作しました。使用条件が異なるとはいえ、これなら実装した時も4mm程度で動作してくれると期待しています。4mm動作のセンサーも売っていましたが、間隔がクリティカルになるのが嫌なので8mmタイプを選びました。

リミットスイッチからこの手のセンサーへの換装はネットにいくつも記事があるようですが、本機に近い条件で記述されている.instructablesサイトのENABLE AUTO LEVELING FOR YOUR 3D PRINTER WITH AN INDUCTIVE SENSOR (MARLIN FIRMWARE) 記事だけを参照してやってみることにします。RepRap派生の基板、機械にはいろいろなバリエーションがあるようで、参照基準は一つだけにして、後は自分の条件に合わせて考えるというふうにした方が間違わないでしょうから。

ALUNAR-M508の基板チェックが必要なので、フレームから外して回路構成を確認しました。
表が写真のようになります。基板裏には部品実装はありません・

基板右の赤、青、緑のコネクタポストがそれぞれX,Y,Zのエンドストッパースイッチ用端子となっています。

裏側をみるとRepRap標準のRAMPS基板にならって3端子使用を前提としたパターンになってますが、半田されているのは二ピンのコネクタです。つまり、GND穴と(多分)mega 2560につながるだろうランド穴に半田されていて、VCC(5V)を使うことはこの基板では想定されていません。

添付のリミットスイッチがCOMMON端子とNO端子(スイッチが入るとオンになる)からリードが出ていますので、スイッチが入るとGNDにおちる、という回路がこの基板の場合前提になっています。

それを確かめるために、「mega 2560につながるだろう」と書いた箇所は実際どうなっているのが辿ってみます。
上の写真で言えば、Z-と書かれてある緑の端子から電解コンデンサ近辺の集合抵抗(確かめてないけど多分プルアップ抵抗4.7K)の一辺を経由してR24(810オーム)につながり、mega 2560の46ピン(PD3)に行ってます。

mega 2560の同ピンはArduino megaのピンマップではデジタル18ピン(TX1でもある)になります。本機が採用しているRepRapのrampsファームウエアを探すとpins_RAMPS.hに

#define Z_MIN_PIN 18

とあるので、同基板ではRAMPS標準のピン配置になっていることがわかります。なお同ピンはソフトウエア的にもプルアップされています1)ソフトウエアプルアップがされてると書きましたが、まだソースをちゃんと見ていないのでとりあえず取り消し線。

これで一安心(ファームがアップデートされたときに色々いじる部分が減る)です(ただし回路自体はRAMPS1.4オリジナルと違っているので、注意が必要ーー次記事で記述予定これについては、5月13日付けの記事の脚注1を参照ください。)。

となれば、センサーがオンになった時、megaのプルアップがGNDに落ちる仕組みを考えればいい、ということになります。

センサーがPNPタイプならそのままLOWが出力されるのですが、今回使うのはNPNタイプなので論理反転する必要があります。またセンサーは5Vじゃ動作しないので12Vで動作させるしかありません。分圧抵抗を入れて本来動作の逆をやれば使えないことはないですが、12V出力を抵抗分圧するだけでデジタル5Vの回路につなぐというのはあまりやりたくないところです。

というわけで、フォトカプラをエミッタ接地で使います(すでにその先がプルアップされているので)。手持ちのPS2501-1(NECエレのマーキング)が小さくていい感じです。

センサーからカプラへの入力抵抗を決めるために一応テストしました。

1Kオームで10mAが流れて、出力も安定しているようなので、ここらへんで手をうつことにします。あとは実際の制作ですがこれはまたいつか(をいをい)。続きはこちらで

 

 

References   [ + ]

1. ソフトウエアプルアップがされてると書きましたが、まだソースをちゃんと見ていないのでとりあえず取り消し線。

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