ステッピングモーターアナライザー

Simple Stepper Motor Analyzer

制御基板 - アナライザー - モーターで接続すると電流値や信号波形を見ることができる。
ステッピングモーターの動作確認に使える。

Duetのフォーラムで上がっていたもの。(欲しい人いたら少数配布するよ的なやつ)

ソースコード・回路

動画での紹介

ライセンスはハードウェア・ソフトウェア共にCC0 1.0 Universal
製品化の予定はないらしく他の人に期待!みたいな感じ。

モーターの動作を確認してみたかったので実際に作ってみました。
電流値を見るだけなら電流センサーをオシロスコープにつないだ方が手っ取り早いのですが、今回の組み立ては個人的な興味と検査デバイスとしてどれくらい使えそうなのかの確認です。

以下記録です。

少し基板サイズを調整し基板を発注。(基板サイズが100mm以内だと安くなるので、調整)
BOMの部品を注文。(一部の部品は変更。)

部品と基板が揃ったらホットプレートリフロー。

半田ブリッジの修正が一番大変でした。共通で接続されているピンの半田ブリッジが残っていますが問題ないので諦めました。

動作の様子

ジョグ移動のみ

NCプログラム動かしているとき

モーター電流を2000mAに設定したときの電流量です。概ね正しく計測できているかと思います。

A相B相で位相がズレていることもわかります。

変更した部品

  • 電流センサー
    ACS70331 → TMCS1101A4B
    ACS70331が入手困難なので変更しました。ピン配置が同じです。Duetのフォーラムでも動作確認が取れているようなので使ってみました。半導体不足のせいで高いし在庫が少ないです。
    データシート上は3.3Vでの電流計測範囲が記載されていないですが動作はしています。ただし計測範囲は狭くなっているはず。
    また周波数はACS70331は1MHzなのに対して、TMCS1101は80kHzで性能は落ちますが、ステッピングモーターのパルス計測は1MHzも必要はなく80kHzで十分かも・・・。
    (最大移動速度F3000と仮定すると、200 step/mm * 3000 mm/min * 1/60 min/s = 10,000 step/s となり、1/8マイクロステップだと8ステップでA相B相の各コイルの電流が入れ替わることから、80kHzあると標本化定理の周波数の2倍以上でサンプリングできるので問題ないはず・・・)

  • コネクタ
    KF2510 → WJEK254
    注文し忘れたので秋月の2.54mmターミナルブロックを使用しました。

気づいたこと

TMCS1101A3Bも買ったので載せれば±7.25Aまで計測可能ですが、そこまで電流を使うことがあるのかどうか(コネクタや配線幅の修正が必要そうです)

CNCユーザーだとあまりステッピングモーターのパルスや電流のことはモーターが壊れでもしない限り気にしないので役立つ場面は少なそうですが、ロボットとかやってる人だったらまだ使える場面はありそうかなぁと思いました。
もちろんちゃんとした測定器にはかなわないですが・・・。