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2020年08月の記事

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2020年8月31日(月) 21:29

動作試験兼撮影

 すべて動画からのキャプ画であり、動画ではありません。

 レーザー銃の動作試験を兼ねての、公開用動画素材の撮影。安全を確保し易い、流し台を利用。
 バックストップとして凸面銅板を置き、更に蛇口から水道水を掛け流しにして万全を期している。

 まずは、ハンダ線で小手調べ。
 旧レーザー銃のときは爆竹のような派手な爆音が出たのだが、今回は派手な光だけ。地味なので、撮り直し予定だ。

 次回は素早く連続で、ハンダ線をレーザーで「みじん切り」にしてみたい。

 コンクリート片は、予想通りで路傍の石に似た反応。

 凄まじく強烈な光を発し、煙と音も花火のよう。しかし、表面が3ミリぐらい溶けるだけで割れてはくれない。
 照射点を固定して貫通するかどうか試し、駄目ならボツになるかも。

 安全カミソリ。

 2枚刃ごと、下部を焼き落とした。
 思った以上に簡単だったので、分かり易くもっと真ん中を焼き切るようにして、撮り直してみる予定。

 ステンレスアングル。厚さ1ミリ。

 キッチリと焦点に合わせないと、貫通しない。
 これまでより、間合いが近くなっている。それでも、この距離から1ミリを撃ち抜けるのはファイバーレーザーならでは。レーザーで鉄板を切っている動画は多いが、これだけ離れた間合いから切っているのは少ない。
 距離が離れていることを、しっかり見せる。そういう意図を意識的に持ったうえで、撮影アングルを決めている。
 

 鏡を破壊。

 プラスチック枠があるので、真っ二つになってくれない。
 枠まで焼き切ろうとすると、炎が上がり過ぎて怖い。ダイソーだと、枠無しのガラスのみという鏡が売っていない。少し値段が張っても、壊れっぷりの良さが期待できる鏡で試してみるべきかも。

 レーザーと言えば鏡面反射による事故が怖い、というのは半端な出力の場合で、このクラスになると余り関係がない。もちろん照射角度はズラして安全を期しているけど、反射したレーザーが流れ弾になるようなことはない。鏡だろうがピカピカの金属だろうが、アッという間に破壊してしまうので。

 ここまでのところ、レーザー銃の動作は快調。

written by higashino [ファイバーレーザー] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2020年8月30日(日) 21:14

モーターノイズ対策案

 いきなり、大誤算。
 モーターノイズ問題を元から絶つべく、レーザー銃同様にパワー系と制御系の電源を完全分離しようと考えた。ところが、それが不可能だと判明したのだ。

 レーザー銃では、絶縁型DCコンバーターを使うことにより、電源の完全分離を実現させた。ところが、Sタンクでは絶縁型DCコンバーターが使えない。その理由は、制御系の電源容量。
 レーザー銃の制御系電源は、0.5Aでギリギリ不足するようなので1Aを確保した。これに対し、Sタンクの5V系は20AのDCコンバーターを搭載している。正確には、Jetson Nano その他を動作させるための5V20A出力と、バッテリーの7.2Vをそのまま使用して三端子レギュレーターで5Vを生成しているPIC系がある。だが、Jetson Nano の電源でもある以上、DCコンバーターの容量は5A以上が必要だ。

 ところが、ラジコンバッテリーの電圧範囲を入力とし、5V5A以上を出力できる「絶縁型」DCコンバーターが存在しないのだ。いや、万単位の価格で、Sタンク搭載が困難な大型サイズならかろうじて存在する。だが、電源系を完全分離すると通信パーツが増大し、ただでさえ車内空間を圧迫する。実際には、使用不可能である。
 非絶縁型のDCコンバーターであれば、5V20A出力が2000円で購入できて、サイズも指の先ほどしかない。絶縁型というだけで、DCコンバーターは桁外れに性能が落ちるのだ。

 自分のイメージでは、DCコンバーターは絶縁型がデフォルトで、これまでは「わざわざ」入出力のGNDを短絡させて使うようなことが多かった。ところが一般には、DCコンバーターは非絶縁がデフォルトらしい。

 こうなると、一段落ちた対策するしかない。
・配線的にはパワー系と制御系は接続されているが、引き回しでGND分離に配慮する。
・制御系GNDは、徹底的に車体と接続させ車体をGNDとして使う。
・パワー系GNDは、車体と接触させない。

 これだけでは心許ないので、モーターノイズ自体を減らせないか研究する。
 ノイズ源としてすぐ思い浮かぶのは、ターンオフサージである。だが、FETにはボディーダイオードが存在し、ターンオフサージを逃がす構造になっている。そのままでも、ターンオフサージ対策になっているのだ。しかし、PWM周期で大きなノイズが発生していた。そこで更に考えると、貫通電流を発生させないために、ハイサイドあるいはローサイドのFETをすべてOFFにする瞬間を確保していた。
 ハイサイドまたはローサイド、いずれかのすべてがOFFになったのでは、ダイオードが存在しても回路が形成できず、ターンオフサージが発生してしまう。ノイズの振幅が極めて大きかったことから考えても、デッドタイム防止のタイミングでターンオフサージが発生していたと考えるのが妥当だろう。

 ある相 → 全OFF → 次の相

 これにより貫通電流は発生しなくなるが、全OFF時にターンオフサージが発生する。
 そこで逆に、貫通電流を発生させることで、常に回路が存在する状態をキープする。

 ある相 → 次の相とのOR → 次の相

 このように制御すると、OR状態で貫通電流が発生する代わり、回路は常に存在し続ける。ターンオフサージの発生を抑止できるはずだ。具体的には、PICのGPIO命令の順番を入れ替えるていど。
 モータードライブというと、貫通電流が悪として扱われがちである。だが、モーターコイルのインダクタンスを考えた場合、数μ秒以内の貫通電流は事実上大した問題ではないはずだ。
 やってることを理解した上で、意図的に貫通電流を許容することにより、モーターノイズを大幅に減少させられるかもしれない。特に、ブラシノイズの発生しないブラシレスモーターの場合は。

written by higashino [Sタンク 1/16] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2020年8月29日(土) 23:54

焦点調整

 コリメートレンズを、外してみる。

 尻尾側に入っている、レンズを取り外す。

 レンズが奥まった位置に存在し、5センチ引っ込んでいる。そのため、焦点距離は見た目より5センチ長い。

 レーザーだから単レンズかと思ったが、どうやらアクロマートっぽい。
 赤外線のレーザー本体と、照準用赤色レーザーの焦点を揃える・・・のが目的だったら良いのだが。

 レンズ固定ネジを取り除き、オートウエルドで固定。

 これにより、レンズが光ファイバーに2ミリ接近。

 従来は先端から10センチ先に焦点を結んだ(レンズ面からなら15センチ)が、これにより20センチ先に焦点を結ぶ(レンズ面からなら25センチ)ようになった。ユニット全体のネジを緩めて前進させると、焦点は徐々に近い位置に結ばれるようになる。

 残念ながら、平行光線化するには想像以上の位置変更が必要なようだ。

 20センチ先に焦点を結ぶ状態で、厚さ1ミリのステンレス板を撃つ。表面を焦がして変色させるが、火花は発生しない。

 ユニットを1ミリ前進させると、15センチ先に焦点を結ぶようになった。ステンレス板は、火花を発するようになった。
 ユニットを2ミリ前進させると、元のように10センチ先に焦点を結ぶようになった。

 板を裏返すと、20センチから照射したものは貫通していない。

 貫通するかどうかの境目は、15センチあたり。という訳で、10センチという元の焦点は適切なのであった。

 取りあえず、2ミリ前進させ焦点10センチを標準状態としておく。
 焦点距離を、20センチまでなら伸ばせる。伸ばすと、距離がある場合の拡散が小さくなる。数メートル以内で害虫(ソフトターゲット)を狙う場合などは、伸ばすのが使い易いかもしれない。ハードターゲットは、定位置の10センチが適切。更に前進させ焦点距離を短くすれば、破壊力を上げられる(焦点深度は浅くなる)。

 レーザー加工機の動画を見ると、先端から1センチも離れていないようなのが多い。10センチ離れた状態からステンレス1ミリを貫通するのは、実はなかなか強烈。

written by higashino [ファイバーレーザー] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2020年8月28日(金) 21:10

背負子に固定

 かなりマトモに動作するようになって来たので、最終段階。背負子に取り付ける。

 この背負子は旧レーザー銃の時に購入したもので、当時は取り付ける前にレーザー銃を壊してしまった。外形は新レーザー銃も踏襲しているので、そのまま使う。

 まずは、中央アルミ角棒の先端に空けた穴を使い、背負子と結束バンドで固定。
 充分に強力に固定できているが、更にズレ対策としてオートウエルドで固める。

 アルミ角棒上端の穴も使い、被覆針金で背負子と固定。

 放熱筐体本体との結束は、念のためであり通常は固定強度に関係しない。万一のときに、レーザー銃本体が背負子から脱落するのを阻止するものだ。

 固定は想定より強固で、これだけで実用的な固定ができた。

 床置きした時の安定性は予想以上に良好で、そう簡単に倒れたりしない。
 これなら、手軽に床置きしたまま使用できる。

 実際に背負ってみたが、歩兵運用可能な範囲内。
 体重計に乗り、重量計測。背負わずに体重を測った時との差から、レーザー銃システム全体の重量が判明した。15.5キログラム。何とか18キロ以内に収めたいと思っていたので、十分な戦果である。

 背負子やバッテリーや手元銃など、すべてを含んだ重量が、15.5キロである。
 背負子を取っ手として、片手にブラ下げて部屋の中を移動するのも簡単だ。工具としての使い勝手も、確保できている。

 緊急停止ボタンが若干押し難いが、使えないほどではない。

 後は、開口部を地道に塞げば完成。現状で、ほぼ完成。

 いざ最終的なパッケージングを見ると、なかなか凄いモノができたと思う。
 大型デスクトップパソコンていどの占有空間で、それよりちょっとだけ重めという一式。これでオールインワンで、単独でどこにでも持ち運んで「シングルモード・光出力200ワット」のレーザーを発射できる。それも放熱能力をケチっていないため、オーバーヒートを心配することなくバッテリーが続く限り連続照射可能。
 このバッテリーなら、10分以上いける。

 更に軽量化しようとすれば、放熱能力が犠牲になる。

written by higashino [ファイバーレーザー] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2020年8月27日(木) 21:38

配電盤破壊

 そして、半年が過ぎた・・・

 レーザー銃がほぼ完成し、試験照射を重ねている。
 その一環として、Sタンクの配電盤を破壊することにした。

 放熱用の床銅版との境界部分に、光出力200ワットの赤外線レーザーを照射。花火のような炎を吹き出して、オートウエルドが燃える。

 板金用ハンダゴテでは、熱伝導になるので密着が難しく、効果的に加熱できない。
 ガスバーナーでは、加熱が広範囲になって余計な破壊を招きかねない。
 電動ドリルは、作業空間が不足して使用困難。

 絶対に折れない曲がらない光の刃は、10センチ以上離れていても効率良くオートウエルドを破壊して行く。

 反対側は更に作業空間が限定されるが、レーザー銃だとそれほど苦労しない。

 ステンレス板を撃ち抜いたり熱で歪める威力があるので、照射位置を間違えないよう注意が必要。何とかオートウエルドだけに大ダメージを与えることができた。
 近傍のステンレス装甲には、煤以外のダメージは無し。目立った歪みも発生していないし、ハンダが溶け落ちることもない。ガスバーナーでは、なかなかそうは行かない。

 周辺が熱くなり過ぎないよう、手で触って温度上昇を確認。間歇的に照射する。

 合計数分の照射で、配電盤を外すことができた。

 気温32度という悪条件だが、レーザー銃はずっと快調に動作した。

 ともあれこれで、Sタンクの方も作り直し可能。ただし、半年のブランクですっかり忘れているので、過去記事を読み返しつつ電源系を再設計することから始まる。

written by higashino [Sタンク 1/16] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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