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2017年11月12日(日) 18:59

地味に難問

 プロジェクタイルの製作方法も、まだ決まっていない。
 棒付きであることは確定しているが、問題は棒を固定する具体的な方法だ。頭の中で理想をイメージするのは容易だが、それを実体化するのが難しい。強度が足りず、パイルバンカーを動作させたとたん破損する可能性が高い。

 誰でもすぐに思い付く最も単純な方法は、円柱形の鉄を串刺しにすることだ。まずは、それから試す。

 太さ1センチの軟鉄棒を長さ4センチに切り出し、コイル製造冶具の側面板として使用する金具に挿入する。そう、太さ1センチということで、ピッタリとハマるのだ。実際は少し緩いので、マスキングテープを半周だけ張り付けて調整。回転防止ネジで傷付くのを防ぐのに丁度良い。

 これで垂直を確保し、中心部にドリルを当てる。ドリルは2.8ミリで、穴を貫通させてから3ミリのステンレス長ネジを挿入する予定だ。本来ならドリルとして2.5ミリを使用し、次に3ミリのタップを使ってネジミゾを切るのが正統な手順である。
 しかし、4センチを貫通可能なタップが手に入らない。

 長さ4センチの鉄棒を縦に貫通する穴を開けるのは、電動工具でも想像以上に大変だった。何度も何度もドリルがロックしてしまい、本当に苦労した。

 苦労が報われて遂にトンネルが貫通したと思ったら、危惧した通りセンターがズレていた。お話にならないぐらい、ズレている。
 2.8ミリという細めのドリルで4センチもの鉄を貫通させると、剛性が足りずに途中でドリルが曲がり、穴も曲がってしまう。これに対する有効な対策が、思い浮かばない。

 ドリルを使った経験は膨大なので、この結果は十分に予想していた。だからこそ、棒を固定する具体的手法に苦慮していたのだ。やる前から、このやり方が失敗するのは分かっていて、でも万一成功すれば課題解決だからと試したのだ。
 でも、駄目だった。

 工業的には、こんなパーツ幾らでも製造されている。それこそ、絶対に曲がらないドリル・・・例えばレーザー光線・・・で下穴を開ければ楽勝だろう。どうしようもなくなったら、金属加工を行ってくれる業者を探して頼めば良い。
 しかし、できれば自作したいところだ。これは趣味であり、自作そのものに意義があるのだから。

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2017年11月11日(土) 18:21

コーリアン

 センサー部の取り付け台として、断面がコの字になっているような物体を探す。

 材料は、金属か木かプラスチックか。使えそうな形状の物体が発見されたものを優先採用しようと、東急ハンズを巡回する。
 アルミアングルは、最小単位が1メートル。長さ5〜10センチあれば十分なのに無駄過ぎる。無駄を承知で購入するには、高価過ぎる。
 そして、プラスチックにしろ木にしろ、形状はコの字であっても板が薄過ぎる。最低でも厚さ1センチ欲しいが、どいつもこいつもせいぜい5ミリしかない。

 帯に短し襷に長し、というものばかりでほんと幻滅させられる。

 ならば最初からコの字になっているものではなく、板をくっつけてコの字にするしかあるまい。
 そう考えたが、板厚1センチ以上を前提に探すとこれが難しい。金属系は重過ぎ&高価過ぎる。DIYやると、金属価格の高騰を実感できる。ほんとマジ高い。

 ポリカーボネイトの厚板売ってないかなあ。厚いポリカーボネイトは機動隊が使っている盾の素材でもあり、たぶん武器とみなされて販売されていないのだろう。

 すると、アクリル板の販売コーナーに「コーリアン」という謎の板が置いてあった。
 厚さ12ミリで、5センチ角や10センチ角になっている。質感はプラスチックに似ているが、異様に重い。金属かプラスチックか良く分からない物質だ。ポリカーボネイトとは言わなくてもアクリル板で厚さ1センチのものがあれば即決なのに、これまた厚さ5ミリまでしかない。そこで、それほど高価でもないからと謎のコーリアンなる板を買ってみる。

 ググると、樹脂と石の合いの子みたいなシロモノで、人工大理石のそのまた代用みたいなものらしい。想像以上に家具それも公共空間に設置されているものでポピュラーみたいだ。加工性はプラスチック的であり、ドリルで容易に穴が開く。その際に、割れたりヒビが入ったりすることもない。樹脂成分はアクリル系で、削り屑で試したところでは恐らくアクリダインが使える。
 駄目なら、厚さがあるのでネジ止めも可能だろう。

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2017年11月9日(木) 21:46

2パターンあり

 重量低速のコイルガンとも言えるパイルバンカーであり、想定するプロジェクタイルの速度は秒速10メートルのオーダーである。試験中は、それより低速を測定する場合が多くなるだろう。
 速度の計測は、2点間を通過する時刻の差によって行う。秒速数メートルしか無い動きを計測するとなれば、通常の弾速測定器のように2点間の距離を30〜50センチも確保するのは長過ぎる。空中に弾道を描く場合なら落下量が大きいし、何らかのレール上を滑走させるなら摩擦により減速が大きい。
 だから今回の速度計は、2点間の距離を3センチ程度にする予定だ。距離が短いと、精度を確保するのが困難になる。しかし、どちらが速いかという比較をメインに考えれば、それほど問題ではない。

 計測対象のプロジェクタイルは、長さ4センチと測定2点間より長い。
 つまり、1つ目の測定点のレーザーを遮蔽し、その遮蔽が終了する前に2つ目の測定点のレーザーを遮蔽することになる。そうではなくても相対的にプロジェクタイルが長いので、センサー1つに注目した場合にレーザー受光→遮光→受光という変化を見るのではない。
 レーザー受光→遮光という変化だけを見る。プロジェクタイルが球体ではなく円柱なので、横から眺めると直方形となる。だから、レーザー位置による測定変動は余り気にしなくて良い。

 そうなると、フォトトランジスターがレーザーを受光している状態から受光していない状態へ移行する瞬間を、いかに「シャープに」捉えられるかがキーである。
 フォトトランジスターの電流は、抵抗によって電圧変換し、PICの入力端子に接続する。その方式は、2通り考えられる。抵抗がローサイドの TYPE-A と、抵抗がハイサイドの TYPE-B だ。TYPE-A では、レーザーが受光されるとPICへの入力電圧は高くなる。一方の TYPE-B では、レーザーが受光されるとPICへの入力電圧は低くなる。
 レーザー受光→遮光という変化が生じた場合、TYPE-A はPIC入力がH→Lと変化する。TYPE-B では、PIC入力がL→Hと変化する。ソフト的には TYPE-B が分かり易いが、性能面ではどうだろうか?

 PICの入力端子にも静電容量があるため、H→Lは電荷の引き抜きであり、L→Hは電荷の充填である。FETのゲートドライブで散々経験したが、電荷の引き抜きは電荷の充填より遥かに大変である。どっちも同じ抵抗を介しての電荷移動のはずなのに、現実にはゲートドライブとは、いかに電荷の引き抜きを高速で行うかが問題となる。
 つまり、L→Hという変化を発生させる方が、性能的に望ましいと考えられる。
 設計は、TYPE-B を採用すべきだ。
 蛇足だが、抵抗の値が大きくなるとセンサーの反応速度が落ちるのは、抵抗を介してPIC入力端子の静電容量を抜き差しするためである。

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2017年11月8日(水) 21:43

フォトトランジスター

 すんなりと代替フォトトランジスターが入手できたので、動作確認する。

 最大電流が3〜8ミリAなので、1KΩの抵抗で電圧変換すると3〜8Vになる。トランジスターなので、増幅率には個体差がある。5V以上の電圧が発生できるものを選別して使う。増幅率が高いほど抵抗を小さくすることが可能で、遅延が減る。
 やることは単純だが、秋月レーザーと電圧計とフォトトランジスターと、3系統の電源が必要に なるのが面倒臭い。ラジコンバッテリーには適合コネクターが必要だし、エネループの在庫数も不足気味。

 秋月のレーザーモジュールはこういう用途を想定したもので、だから1ミリワット未満の赤で十分。こんな用途に50ミリワットのグリーンレーザーとか使用しても、思い切り無駄&無意味に危険でしかない。
 フォトトランジスター相手には十分な輝度があり、数センチの間合いでは余裕。室内の照明に向けても0.3Vぐらいにしかならないので、室内で使う分にはまず誤動作もしない。

 これで、低速弾速測定器は、成功したも同然だ。

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2017年11月6日(月) 21:35

代替品

 素晴らしいフォトトランジスター TPS601A だが、廃番になっていた。
 電子工作を趣味にしていると、魅力あるスペックのディスクリートに東芝製が非常に多い。いや、もはや過去形か。
 周知の東芝経営危機により、過去の東芝製半導体がどんどん入手できなくなっている。こういうところは、 東芝問題が他人事じゃないんだよな。

 仕方なく、代替品を探す。その結果、VishayB の PW85C に白羽の矢を立てる。
 赤外線にピーク感度があるが、可視光感度もありレーザーの 650nm においてもピークの約半分の感度がある。
 上昇時間 2μ秒、下降時間 2.3 μ秒と高速。最大電流が 2.5〜8mA と大きく、数KΩの抵抗で電圧変換可能。
すなわち、抵抗による遅延を抑制できる。
 これならパイルバンカー用の低速弾速測定器として、十分な性能だろう。

 手元在庫スイッチング素子は、使用パーツから推測してコイルガン・ストームタイガー時代の製作と思われる。
これが当時の回路図であり、在庫品はローサイド用である。
 IGBTのゲートドライブ用に使用している汎用トランジスター 2SA854 がまた問題で、これまた廃番なのだ。
いい加減にして欲しい。特殊用途品でもないのに、ぽんぽんディスコンにするな!

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