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自作リフロー装置への道 (5)

自作リフローオーブンは完成したので早速リフローしてみたいんですけど、基板にクリームはんだを塗るためのメタルマスク、ステンシルが必要です。
簡単そうなのはカッティングプロッタみたいだけど、持ってないんで、今回はリン青銅版をエッチングして作りました。

EagleのtCreamレイヤーを画像出力し、画像編集ソフト(GIMP)で編集。回りの黒い部分の塗り足しと両面からエッチングするために左右反転したのを並べて配置しました。
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それをレーザープリンタでOHP用紙に印刷。
OHP用紙を買いに行ったとき、探しても見つからないんで店員に「OHP用紙ありますか?」って聞いたら「それなんですか?」と聞き返されてしまった。。まあ、いまやOHPなんて使わないからなぁ。。
「OHP用の透明のフィルムみたいな。。」「OHPって何ですか?」「スライドみたいな。。」。。。
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裏表がぴったり合うように真ん中から半分に折ります。
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その間によく磨いたリン青銅版(暑さ0.1mm)を挟みます。
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アイロンで加熱します。
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そしてOHPをはがすとリン青銅版にトナーが転写されてます。
熱々のウチにはがすのがコツです。ただし、リン青銅版も熱々なのでご注意を。
こっちの面はいまいちでした。。
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いまいちトナーが移ってない部分は油性マジックで塗り足しました。
そしてどこの家庭にも大抵ある第二塩化鉄溶液でエッチング。
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ちょいと温度が低かったんで時間かかりました。
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エッチングできて穴があいたら水洗いして、スチールウールでこすってトナーを落とします。
あまりきれいじゃないけどとりあえずメタルマスクの完成。
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それでは基板に半田を塗りましょう。
不要な基板などで固定用のガイド枠をつくりました。セロテープで止めてるだけですけど。
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作ったメタルマスクをパッドの位置を合わせてこれもセロテープで固定。
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メタルマスクにソルダーペーストをちょっとおいて適当なスキージ、私は不要な基板でやったけど、弾力がある素材のほうがよさそう。プラスチック製のカードとかいいかもー、で印刷します。プリントゴッコの要領ね。
そしてメタルマスクをそっとめくると。。
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いい感じで半田が塗布できました。

そこにピンセットで電子部品を手乗せ。これが難しかった。エアで部品を吸い付かせて持ち上げるツール使ったんだけど途中で吸引力なくなって基板の上に部品を落しちゃったり。それが半田の上だったり。。。
結構苦労して全部の部品を置きました。
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とりあえず初リフローは1枚だけで。
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おお、お見事にきれいにはんだ付けできました。
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全てのパッドを拡大鏡で確認しました。
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ジャンパも半田不足もなく全ピンきれいにできてました。おみごと!!

さあ、これで表面実装どんとこい!
これからは面実装中心で基板設計することにしまーす!
とりあえずカッティングプロッタがほしいぞ!!!

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自作リフロー装置への道 (4)

いよいよ制御部分です。
メインの基板はArduino leonardoを使いました。理由は余っていたから。それだけ。でも後々これがめんどくさかったり、よかったり。。

そして、熱電対はスイッチサイエンス熱電対センサモジュールキットを購入しました。
マキシムのMAX31855という石を使っていて、センサモジュールとのやり取りはSPI通信でできます。
Arduinoに入っているSPIライブラリでそのまま動くだろうと思ってサンプルスケッチを動かしてみました。
ところが受信する値はずーっとゼロ。。おかしい。。。
LeonardoはSPI関連のピン配置が純血UNO系と違うんですよ。こんな感じにISPコネクタとMISOやSCKをつながなきゃいけないんす。
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まあこれは想定していて、このせいかな~と思ってたんだけど、でもデータこない。
SPIライブラリの中をちょっと見たら、SSピンが固定なってたりしたんでLeonardoではコネクタにつながっていないSS(D17)をつないでみたり。でもこれは関係なかった。

これはモジュール側でMISO端子がグランドにショートしてるのかも??
オシロでSPIの波形みたり、いや、MISO端子とグランドをテスターであたるだけでも良かったのだが、結構はまっててもう嫌になってて、勝手にモジュールが悪いと決めてかかってました。

そんで、スイッチサイエンスさんに状況を説明したら、新しいのを送ってくれました。いつもながら素早い対応ありがとうございます。
んで新しいMAX31855モジュールで試したら、、、試したけど、、、状況変わらず。。。
こりゃ、SPIライブラリじゃね??ちゃんとクロック出てんのかよ???つかLeonardoに対応してるのか???

なんかSPIライブラリが信用できなかったので、ソフトSPIのライブラリを探して拾ってきました。
というか、MAX31855ライブラリがありました。Rocket Scream ElectronicsというところのMAX31855ライブラリ
ソースみたらソフトでSPI通信やってます。これだ。これならマイコン種別かんけーないぞ。

ということでこのライブラリ使ってやってみたら、はい!ちゃんとデータ読めてます。
スイッチサイエンスさんごめんなさい。。不良品じゃなかったです。。。

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このセンサモジュールにコネクタメスをつなぎました。LeonardoのISPコネクタにつながるようにしたんです。

そしてLeonardoにつなげるとこんな感じ。
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その他はグラフィックLCD、これは秋月で買って使ってなかったやつ。
GLCDライブラリというのがあったのでこれで。ただ、ピンアサインが固定になってたんでその辺はライブラリ修正してピンアサインを自由に変えられる様にしました。
あ、Leonardoはアナログピンをデジタルピンとして使うときはポート番号が他のArduinoと違うのでそこも注意。LCDのバックライトはつきっぱにしました。
適当にステータス表示用にLEDを3個つなぎました。
SSRに3本。押釦スイッチを2個。

グラフィックLCDがデータ8本、CSが2本、RS、RW、ENで13本もポートを使用。
熱電対モジュールとの通信がSCK、DATA、CSで3本
LEDが3本、SSRが3本、押釦が2本でこれで合計22本!
なんとUNOだったらポート足りませんでしたわ。Leonardoにしてよかったのはこれです。

というわけでポート割り当て表

D0:ヒーター上
D1:ヒーター下
D2:ファン
D3:LED紫
D4:GLCD DB0
D5:GLCD DB1
D6:GLCD DB2
D7:GLCD DB3
D8:GLCD DB4
D9:GLCD DB5
D10:GLCD DB6
D11:GLCD DB7
D12:LED緑
D13:LED赤
D14:温度センサ MISO
D15:温度センサ CS
D16:温度センサ SCK
D17:押釦スイッチ2
D18:GLCD CS1
D19:GLCD CS2
D20:GLCD RS
D21:GLCD RW
D22:GLCD EN
D23:押釦スイッチ1

なんとleonardoのポートを全部使いました!
そんで、アルミ板を切り抜いたパネルにArduino LeonardoとGLCDとスイッチとLEDを固定

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一度組み立てた後、「スイッチはひとつでよくね?」と思って一つに変更しました。
もともとはスイッチ1がスタート/ストップボタン、スイッチ2はプロファイル選択ボタンにするつもりだったんだけど、プロファイル変更することってあんまないな(鉛フリーかそうじゃないかぐらいかと)って思ってスイッチ2を廃止しました。
フロントパネルに穴が残っちゃうんでここにはUSBのBコネクタをつけて、フロントパネルはめたままデバッグやプログラムの書き換え、場合によっちゃあPC側アプリを作ってPC側でモニタリングやプロファイルの変更や管理ができるようにしましょということで。
上の写真はボタン廃止してUSBコネクタつけた後の写真でした。

とりあえずこの状態で各機能が動作することを確認。さあ次はソフトです。

ヒーターとファンはPWM制御します。ところが割り当てたポートはPWMじゃありません。
ま、ヒーターとファンだから遅くても問題なし。ソフトPWMのライブラリを作成しました。

#include
softPWM heater1(0, 255, 0, 10); // pin, max, init, resolution(ms)

こんな感じでインスタンス作ってやって、あとはメインループでloop()を呼んであげればポートパタパタしてくれるってライブラリです。
タイマ使ってもよかったんだけど精度そんなにいらないし、タイマ資源消費したくなかったのでこんな適当PWMにしました。

void loop(){
 heater1.loop();
  ・
  ・
 heater1.setValue(value);
}

ソフトの方でもう一つ必要なのがPID制御ライブラリ。今回ファンはオンかオフかだけにしましたけど、ヒーターは目的とする温度に調整するにはやはりPID制御が必要かと。
探してみたところPIDライブラリがすぐに見つかったのでそれ使いました。

PID制御するにはまず、素の状態のパルス応答を計測してパラメータを決めます。
というわけでパルス応答の測定です。
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まだまだグラフは右上がり中ですがオーブンがぶっ壊れそうなんでやめました。
本当なら温度が飽和するまではかって、やっと飽和温度や傾きが求まるんですけど。。。
ですが、結局はPID制御のパラメータ、Kp、Ki、Kdは試行錯誤して決める事になりました。

そして決まった値と設定したプロファイルで試してみたのがこのグラフ。青い線が温度、赤い線がヒーターのPWM値。この後も若干調整していてプレヒート期間を長くしています。
ハード構成的には上下のヒーターを別々でコントロールできるようにしていますがいまのところ上下のヒーターを同時に制御してます。
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しかし冷めるのが遅い。。

GLCDにグラフを描く様にして最初から実験。
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よさそーです。

ということでフロントパネルを筐体にねじ止め
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なかなかカッコいいオーブンが完成しました♪

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紫LEDまぶしぃ~~

さてそれでは、このリフロー装置で実際にリフローしてみましょう!
と、これまた(5)に続きます。。。

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自作リフロー装置への道 (3)

いよいよ内部の改造
上下のヒーターとファンを別々にスイッチできるようにそれぞれの電源ラインにSSRを入れました。
なんか昔作った時に買って余ってた秋月のSSRキットを使いました。
ヒーターの上下は別々に制御するのかわかりませんがとりあえず別にしとけば後でどうにでもできます。
トライアックは念のために放熱板つけました。これも部品箱に余ってたやつ。これ上にもねじが切ってあったので写真みたく適当な穴に固定しました。

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アルミのダクトテープが貼ってあるのは、なんか作り付けがチャチくてファンの隙間があいてたから。
余計なとこから熱風が入ってこられても困りますから。

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上の写真でわかるでしょうか?SSRを3個使ってます。前の方の上部から熱電対を庫内に入れてます。
そしてファンの右下にある黒いのが小型のスイッチングアダプタです。コンセント使うスペースなかったのでスイッチングアダプタに直接はんだ付けしてます。
ちなみに写真で見えるファンの羽はモーターの冷却用で、板金の反対側、内側にメインのファンがついてます。が、しょぼいぐらい風量すくねーし。。

↓ACアダプタ部分のアップ写真
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制御基板はフロントパネルに固定して、フロントからアクセスできるようにするつもり。
なので、もう、筐体は元のように組み立ててもOKです。
でもその前に一応SSRの制御線をHIGH/LOWしてみてヒーターやファンがON/OFFするのを確認しました。
そして、筐体を元通りに組立!

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フロントに出てきている線は
・ACアダプタからの電源ライン
・熱電対
・SSRの制御線3本とグランド1本
です。

(4)につづく~

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自作リフロー装置への道 (2)

ブログ更新してませんが、もうできてます。ちゃんと動いてます。

前回このオーブンの素の特性を測定しなんとか使えそうだと分かったので、まずは分解です。
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スイッチ、サーモスタット、タイマーはマイコン制御になるので全部不要!とっぱらいました。
これらを外した空間にマイコンボードと液晶とSSRなどを配置するつもりです。
でも気になったのがこの空間はオーブン使ってる時に熱くならないのか?ってこと。気になったのでもう一度組み立ててこの空間の温度を測定してみました。

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20分間通電しつづけて34度でした。これなら大丈夫でしょう。

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サーモスタットとスイッチとタイマーのついていたこのフロントパネル部分の穴を何かでふさいで、液晶やらスイッチやらを付けたいと思います。
なにか適当なものがないか探していたら、ちょうどよさげなサイズのアルミ板が出てきました。

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適当にマジックでマークしてはさみでチョキチョキ
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オーブン側はハンドニップラでジョキジョキ、
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ジョキジョキというほど簡単ではなくて結構力いります。
全部くりぬいき終わった時には握力も終わってました。
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アルミ板は傷だらけだったので、耐水ペーパーで磨きました。
こんな感じにします。アルミ板は後でラッカーで着色します。何色にしようかな。
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さて、いよいよ本体内部の改造です。
(つづく)

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自作リフロー装置への道 (1)

最近老眼の進行が早く、SMDの手によるハンダ付けがこたえるようになってきた。
しかも自分の老化とは反対に電子部品はどんどん小さくなり、モノによってはパッケージラインナップにDIPがないものも増えてきた。
ということで俺もリフロー作るぜ~、っていうリフロー装置を自作するシリーズwです。

既に世の中は自宅リフローなんて普通に行われています。ぐーぐる先生に聞いてみたところ、簡単にヒートガンでやっちゃう例やホットプレートでリフローしちゃう方法が沢山でてきました。日本で主流はホットプレートみたいです。
ですが私のやりたいのは両面。となるとオーブントースターの方がよさそうじゃね?
トースター、リフローでぐぐったらそれはそれは沢山の自宅リフローがヒットしました。海外ではホットプレートじゃなくてオーブントースターの方が主流ですね。
oven reflowでググるとそれはそれは専用のコントローラまで売ってるぐらいwww

いろいろと見てると、オーブントースターでも「コンベクション」オーブンがリフローには適しているという情報もゲットしました。
ヒーターで熱するのだと、基板のパッドが光を反射してしまい温まり難いのだとか。コンベクションオーブンとはファンがついていて熱風を循環させ、熱風によって素材(この場合基板)を熱する仕組みらしい。確かに産業用のリフローもハロゲンヒーター&ファンで調理してますね。

とーいうわけで安い「コンベクションオーブン」を探しました。ありました。
なんともあやしい「ロイヤル通販」のコンベクションオーブン、amazonで4,780円+送料
楽天にも同じ値段でありましたけどレビューを強要していたのでamazonで購入。

上下ヒーターとファンを別々にPWM制御しようと思ってるんで、後々分解する予定なのですが、とりあえずオーブンとしての実力測定。
改造したけどリフローとしての性能が出なかったじゃ悲しいしね。

いらない基板に熱電対をカプトンテープで固定。アミを中段にセットして加熱性能を測定します。

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本体の設定温度を250度、モード切り替えスイッチを「上下ヒーター+ファン」、タイマーを連続にセットして計測スタート

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およそ5分で250度になりました。鉛フリーでも十分リフローとして使えそうです。

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そのまま何度まで温度上昇するのか継続して計ってみました。その後2分、電源いれてから約7分で315度。
温度設定のダイヤルは250度ってセットしたんですが、たぶん上限にセットしたんで通電しっぱなし。サーモスタットONしっぱなしなんでしょうね。
どこまで上がるか試したかったんだけど基板の焦げる異臭がしてきたので停止!
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全自動にしたいので扉を開けずに基板を取り出せる温度、60度にまで冷める時間を計測。約22分で60度になりました。

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ヒーターだけOFFにして、ファンを全力で回し続ければ強制空冷でもっと早く冷めるでしょう。
サーモスタットの設定を最高温度、モードをヒーター&ファン、タイマーを連続にすれば、電源の制御だけでリフローとして十分使えそうです。

購入前は改造する前提でしたが、無改造でも十分使えそうってわかってじゃあそのまま使うか?って思ったけど、やっぱり強制空冷したいから改造しますっ!

つづく

(そおいえば昔、「タム○FAシステムズ」って会社が作ってる産業用リフロー装置のプログラム作ったことあったな~、なつかしのOS-9で!)

人間ドック

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9月17日に人間ドック受診しました。毎年9月に受けるようにしています。いつも何かしらあるんだけどどれも大したことないんだけど、今年はかなりビビりました。腹部超音波で肝臓に直径5mm程度の腫瘍が見つかったんです。精密検査が必要とのことで、9月24日に造影剤をつかったCT検査を受けました。CT撮影しながら静脈に造影剤を一気に注入するというなかなかスリリングな検査w
造影剤が血管に注入されると体の内側から、血管や臓器が熱くなるという、奇妙な感覚を体験。
そして今日、検査結果の説明を聞いてきました。ドキドキ

検査結果:
『肝血管腫』という良性の腫瘍で問題なし!

いやー、ほっとしました。ドック受けた時に説明してくれた先生が言うにはたとえガンだとしてもまだ小さいから切っちゃえば大丈夫だよ。と言うことでしたが、それでもガンじゃなかったのはほんとうに良かった。父も肝臓ガンで亡くなってるって事もあったし。

娘たちが心配するだろうからと思って黙ってました。なんでもなかったのでこうやって投稿してます。

みんなも定期的に検査受けましょうね~

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ELYSIUM


面白かった!第9地区が好きな人にはオススメ。世界観とか第9地区と似てるもん。
ジョディフォスターがいい味出してる。

★★★★☆

えっと監督の名前覚えておこう「ニール・ブロムカンプ」

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結婚式

姪の美樹の結婚式♪
23年前の俺たちの結婚式の時「ちくちゃんきれ~」って言ってずっと2人にくっついてた美樹はとても素敵なお嫁さんになってました。「美樹ちゃん綺麗~♪」
またいつでもテッちゃんと2人で遊びにおいでね~
おめでと~
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オフ

インカレ終わって短いオフの間、長女の咲が家に帰ってきてます。
でも久しぶりのオフ、毎日友達と会う予定がつまっててほとんど家に居ませんw
今日は4人とも家に居たのでBBQやりました。酔っ払いの咲ちゃん、かあさんにますます似てきたね♪
オフは今週の1週間のみ。オフが終わったら新シーズンの始まり。最上級生!
最後のシーズン、悔いのないように、思いっきり楽しんで~

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