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ニキシー管もどきの製作(その5)LED基板の製作 [CNC]

 前回の記事で書いたように回路図CAD(DesighSparkPCB)のガーバーデータをFlatCAMへ読込むことができるようになったので(今回は両者をVerUpしたので問題が発生^^;)CNCを使ってLED基板を作ってみました。

 DesignSparkPCBで設計したパターンを下図に示します。

DesignSparkPCBで設計したパターン


 DesignSparkPCBから出力したガーバーファイル(パターン、ドリル、アウトライン)をFlatCAMで読込みNCファイルを生成します。
 今回は片面基板を使うのでガーバーデータは反転(Bottom面をCNCで切削するので)して出力しています。

FlatCAMでNCファイル生成後の表示例


 今回はFlatCAMを最新版(8.908 BETA(2019/02/9))にVerUpしたのでNCファイル生成する際の設定パラメータについてのメモを備忘録として記載しておきます。
 設定するパラメータ値はCNCの仕様や使用するエンドミルなどに依存しますので参考値としてください。

<<FlatCAMの設定>>
Edit -> Preference
 Units : mm

■プリントパターン
・Isolation
  Tool dia     : 0.2
  Passes       : 1
  Pass overlap : 0.15 (15%)
  Milling type : Climb
  Combine      : not checked
  Follow Geo   : not checked
 push [FULL Geo]

・Geometry
  Cut Z        :-0.06
  Travel Z     : 2.5
  End Move Z   : 3.0
  Feed Rate X-Y: 45
  Feed Rate Z  : 45
  Feed Rate Z(R):60

・CNC Job
  Plot optionm : All

■Drill
  CutZ         :-1.8
  TravelZ      : 2.5
  Start move Z : 3.0
  End move Z   : 3.0
  Feed Rate Z  : 45
  Feed Rate Z(R):60

■Board Cut
Name項がOutLiner.gbrであることを確認して
  push [Cut Tool]
  Tool Dia     : 1.0
  Passes       : 1
  Pass overlap : 0.15 (15%)
  Gaps FF      : 4
  push [FreeForm]
  geometory objextが生成される
  Name項が
  ObjectがOutLine.gbrであることを確認し、
  CutZ         :-1.6
  Multi-Depth  : checked 0.4
  Travel Z     : 2.5
 End Move Z   :  3.0
  Feed Rate X-Y: 45
  Feed Rate Z  : 45
  Feed Rate Z(R):60
 push [Genelate]
  Plot kind    : All
  push [Save CNC Code]


 FlatCAMで作ったNCファイルをCNCのコントローラであるgrblControlに読込んだ画面を貼っておきます。

プリントパターン


ドリル


アウトライン


 CNCで切削後の状態が下の写真です。エポキシ片面基板なのでガラエポ両面基板よりは難易度が低いですが、綺麗に切削できました^^
 ジャンパー用のホールはΦ0.6mmの方が良かったのですが、ドリル交換が面倒なのでホールサイズはΦ0.8mmで統一しました。

CNCで切削後の状態


 ソルダーレジスト処理後の状態が下の写真です。

ソルダーレジスト塗布後


 最後に部品実装後の状態が下の写真です。
 今回は手抜きをしてホールを開けた後、レジストを塗布したのでホールにレジストが残り(一応爪楊枝で取り除いてはいたのですが)、ヒートガンでLEDを半田付けする際に残っていたレジストがホールからにじみ出てきました。やはり、ソルダーレジスト塗布後に穴あけをした方が綺麗に仕上がります(この場合、一旦CNCから基板を取り外し、レジスト塗布後CNCに再設定する必要があるので位置合せ作業が必要になります)
 使用したチップLEDのサイズは0805(JIS表記では2012)です。数が足りなかったので一番上の2個のみ1608サイズのLEDを使用しています。

部品実装後


★2019/02/28 追記
 疑似ニキシーの表示サンプルのツイートを貼っておきます。


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ニキシー管もどきの製作(その4) [CNC]

 久々にDesignSparkPCBとFlatCAMを使って基板を自作しようとしたところ、問題が発生したのでメモとして残しておきます。

  1. FlatCAMの問題
    1. パターン読込みできない
       DesignSparkPCBで作成したプリントパターンのガーバーデータを読込んでもパターンが表示されない状態でした。
       Windows10のアップデートもしくはドキュメントフォルダをOneDriveに入れたことによる環境の変化が原因ではないかと思います。
       バージョンを最新版にアップデート(Var8.5からVer8.908BATA(2019/02/9))したところ、ガーバーデータ読込みでパターンが表示されるようになりました。

    2. ガーバーデータ表示がおかしい
       DesignSparkPCBで生成したプリントパターンのガーバーデータを読込んで表示されるパターンが一部変になる現象が発生しました。

      DesignSparkPCBで設計したパターン

       DesignSparkPCBで生成した上記のパターンのガーバーデータをFlatCAMで読込むと下図のようになってしまいます。赤丸印部分が変です・・

      FlatCAMでの表示

       原因がガーバーデータなのかFlatCAM側かを切り分けるためにガーバーデータをビューワで確認してみました。
       使用したビューワはブラウザで表示できるネット上にあるOnline Gerber-Viewerというサイトです。
       下図がビューワでの表示結果でDesignSparkPCBで設計した通りの表示なのでDesignSparkPCBが出力したガーバーデータには問題が無いようです。

      Gerber Viewerでの表示結果

       問題が発生している箇所のパターンはフットプリントとジャンパー用のホールの間が非常に狭くなっている箇所があり、この部分でFlatCAM内のガーバーデータ処理がおかしくなったのではないかと推測されます。
       そこでこの部分のパターンを見直してみました。

      DesignSparkPCBで設計したパターン(見直し版)

       下図がFlatCAMで読込んだ結果で予測通り、見直し版のパターンでは問題なく表示されました。

      FlatCAMでの表示(見直し版)

       因みにDesignSparkPCBのガーバー出力の設定はディフォルトのままで下図の状態です。
       尚、使用しているDesignSparkPCBのバージョンは 8.1.2 です(最近 8.0 からバージョンアップしました)

      DesignSparkPCBのガーバー出力設定


  2. DesignSparkPCBの問題
    1. PDFファイル出力エラー
       今回は小さな片面基板なのでCNCで作成する予定(なのでFlatCAMを使っている)でSolderMaskやサイズ確認のためにプリントパターンもPDFで出力する必要があるのですが、PDF出力を指定すると下図のエラーが発生しました・・

      DesignSparkPCBのPDF出力指定時のエラー

       ネット調べたところDesignSpark サポートのコミュニティに「PDFが出力できない」というのがありました。

       症状は同じですが2年前のQ/A(バージョンも8.0)で「ファイルパスに漢字(日本語)が含まれているのが原因かも」と書かれていますが、私の環境では8.0で問題なくPDF出力ができていました。

       環境的な変更としてはバージョンを8.0から8.1.2に上げたことと、ドキュメントフォルダをOneDriveに移したことの2点が思い付きます。

       後者により、エクスプローラ上は「PC > ドキュメント > DesignSparkPCB」と表示されますが、この部分をクリックしてパス名を確認してみると「C:\Users\skyriver\OneDrive\ドキュメント\DesignSpark PCB」のようにパスの途中にOneDriveが入っていてなんとも怪しげであり、これが原因ではないかと推測しています。

       DesignSparkPCBの出力先フォルダをOneDrive配下ではない別のフォルダに設定したところ、PDF出力時のエラーは発生せず、PDFファイルも問題なく生成できました(でも別フォルダになるので使い勝手が悪い)


    2. ドリルファイルでのエラー ★2019/02/21 追記
       DesignSparkPCBで出力したドリルファイル(*.drl)をFlatCAMで読込むとプリントパターンよりもかなり大きな領域に広がり、ホールの位置が全く合いません・・・orz

      FlatCAMでのドリルファイル読込み後のNG状態

       ネットで調べたらDESIGNSPARKのサイトに関連情報が見つかりました(ログインしないと見えないかも)

      Excellon Drill Holes not lined up with Copper Layers

       DesignSparkPCBのVer8.1でdrlファイルのヘッダに追加している"METRIX"の後の",LZ"が原因でこれを削除することでFlatCAMで正常に読込めるようになりました。
       ドリルデータは共通化があまり図られておらず混沌としている部分があるようで",LZ"は必要なもののようですがFlatCAMでは正常に読めなくなります。

      G81
      M48
      METRIC,LZ
      T1C000.40000
      T2C000.88900
      %
      T001

       削除後のドリルデータをFlatCAMで読込んだ状態を貼っておきます。

      FlatCAMでのドリルファイル読込み後の状態

       またメモとしてDesignSparkPCBのドリルデータ出力に関する設定は下記のとおりです。

      DesignSparkPCBのドリルファイル関連の設定

       FlatCAM側の設定は下記のとおりです。

      FlatCAMのドリルファイル関連の設定

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