プロッターの購入（その３）問題点と対処

　前回の記事でソフトウェア環境の構築し、ストロークフォントによる日本語文字の gcode 出力方法まで書きました。このデータをプロッターで出力するとプロッターの動きが途中で止まってしまうという問題が発生しました。今回はその問題と解決方法について書いてみたと思います。


【問題内容】
　問題内容はプロッターで出力途中で動きが停止または突然ペンが gcode にないトラベル動作（場合によっては移動範囲外まで）をしてしまう現象が発生することです。移動範囲外に動いた場合、ステッパーがガラガラなり想定外の負荷がかかるのでACアダプタを直ぐにコンセントから抜ける状態で試しました。
　障害発生時の制御ソフト（Grbl Comtroller 3.6.1）の画面キャプチャが下図になります。このデータ（クリックでダウンロード可能）ではいつも同じ箇所で停止します。

問題（突然停止）発生時のコントローラ画面

【発生条件等】
　発生条件等を調べた結果下記のことが判りました。

1. 12V供給無しでは発生しない
   　試しにACアダプタを電源プラグから抜いた状態で印字してみると問題の症状は発生せず、最後まで実行できました（ペンのup/down用のサーボはUSBからの5V給電で動作している）
   
   
2. Inkscapeでディレー挿入すると症状が発生しない
   　inkscapeの J Tech で[Dwell Time Before Moving(ms)]を1msに設定すると症状が消えることが判りました。タイマー値を変更すると次のような結果でした。
   　　1.0ms：ＯＫ
   　　0.4ms：ＯＫ
   　　0.3ms：ＮＧ　最後の方で症状発生
   　　0.2ms：ＮＧ
   

【対処】
　上記の問題委の発生条件からステッパーの動作に伴うノイズまたは電源電圧変動から UNO の CPU が暴走している状態のようです。最初は上記の２項だけで対処しようと思いましたが、このディレー設定を行った gcode ではペンの上げるタイミングがズレるようで、印字した文字にペン上げタイミングで跳ねが発生することから、ペンアップ（M5コマンド）後に 0.6ms 程度のウエイト（G4 P0.6 コマンド）を入れる必要があることが判りました。

　このように対処のための対処が発生していまうので、基本に返りノイズ対策をしてみることにしました。
　実施したノイズ対策は次のような内容です。

1. ステッパードライブＩＣ直下にコンデンサ追加
   　ステッパーコントローラIC直下にはもともと 100uF のコンデンサが付いていましたが、これに 16V 470uF のコンデンサを追加しました。
   　試験した結果ほとんど効果は確認んできませんでした。
   
   

   ステッパードライブIC直下に追加したコンデンサ

   
   
   
2. インターフェース基板の電源入力部にコンデンサ追加
   　インターフェース基板の 12V 入力部に 16V 1000uF のコンデンサを追加してみました。試験結果として効果は確認できませんでした。このコンデンサ追加時の写真は撮っていません（効果が無かったので取り外しました）
   
   
3. UNO 基板の電源部にコンデンサ追加
   　UNO 基板の 5V に 6.3V 470uF のコンデンサを追加してみました。試験した結果は若干効果があったようですが、相変わらず途中で停止したり不要なトラベルが発生します。
   
   

   UNO の電源部にコンデンサ追加

   
   
   
4. 加速度パラメータの調整
   　基板に半田付けした後などに突然まったく動かなくなることがありました。確認してみると設定パラメータが壊れているので TeraTerm を使って設定テキストをコピペすることで再設定していました（シリアル設定では 1ms／char 5ms/line のウェイト設定）。制御ソフトにも GUI で設定する機能があるのですがエラーがでるので TeraTerm を使って設定しています。
   　組立説明資料に記載されている設定値を改めて確認してみると $120 と $121 の加速度上限の値が明らかに大きすぎることに気が付きました。この値ではステッパーが動き出す際に大きな負荷がかかっているはずです。
   　色々変えて試験してみると下記の結果だったので 70 にすることで問題現象は発生しなくなりました。
   　　500：ＮＧ
   　　200；ＮＧ
   　　100：たまにＮＧ
   　　 70：ＯＫ
   
   　ステッパーの消費電流が大きくなっている原因として可動部の動きがスムーズでは無く、ステッパーに掛かる負荷が大きくなっているという可能性が考えられます。このようなキットを組み立てる際の最も重要な要素の一つとしてなるべく動きがスムーズになるようにするということがあるので、この点には注意して組み立てたつもりですが、Ｘ軸方向は少し渋い感じもありました。気が向いたら再確認して見たいと思います。
   
   　下図は組立説明資料に記載されていた設定値です。加速度上限が 5000mm/sec^2 ではステッパーの動きに加速感がありません。
   
   

   組立説明資料に記載されている設定値

   
   　変更後の設定値をテキストで貼っておきます。
   
   

   プロッタの設定値

   $0 = 10 $1 = 25 $2 = 0 $3 = 0 $4 = 0 $5 = 0 $6 = 0 $10 = 3 $11 = 0.010 $12 = 0.002 $13 = 0 $20 = 0 $21 = 0 $22 = 0 $23 = 0 $24 = 25.000 $25 = 500.000 $26 = 250 $27 = 1.000 $100 = 100.000 $101 = 100.000 $102 = 100.000 $110 = 5000.000 $111 = 5000.000 $112 = 500.000 $120 = 70.000 $121 = 70.000 $122 = 10.000 $130 = 200.000 $131 = 200.000 $132 = 200.000

　対策後の印字サンプルを貼っておきます。下の写真では工作用のシートを敷いていますが、プロット時のペンの動きを観察すると小さな動きの際にペン先がつっかえて固定してしまうようなのでもっと硬い（プラスティック製の下敷きか板ガラスのようなもの）を敷いた方がもっと上手に字が書けるのではないかと思います。

印字例１

印字例２

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