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ノギスと同じ仕組みで位置を精度0.04mmで測るオープンソースのセンサー基板

デジタルノギスと同じ静電容量式の仕組みで、直線上を動く部品の位置を測るセンサー基板の設計一式が、「Open-Source Capacitive Linear Encoder」として公開された。作ったのはNick Steele氏で、同氏が市販のデジタルノギスを解析したことから始まった個人のプロジェクトだ。静電容量式のセンサーについて公開された情報を見つけるのに苦労した経験から、動く設計を公開したと同氏は説明している。

狙う用途は、工作機械の移動量を数字で表示する装置(DRO)用のセンサーと、デジタルノギスだ。部品代は送料を除いて約32ドル(約5100円)だという。

センサーは2枚の基板でできている。1枚は軸に沿って動くセンサー基板、もう1枚は軸に沿って固定する反射用の基板で、銅の面を約0.1mm離して向かい合わせる。センサー基板の裏面には送信用の電極8本が繰り返し並び、反射用の基板にはT字形の銅パッドが並ぶ。反射用の基板との位置関係によって、どの電極の信号がどれだけ受信用の電極に返るかが変わる。位置は、その変化から割り出す。

マイコン「STM32L4」が16段の決まった順番で電極の電圧を切り替え、5.08mmの区間の中の位置を1秒に1000回計算し、通り過ぎた区間の数と合わせて連続した位置として出力する。

同氏は精度を、ミツトヨのデジタルインジケーター「543-793B-12」と比べて40µm(0.04mm)としている。同氏によると最初の試作の精度は約0.5mmで、目標の10µmにはまだ届いていない。隙間をそろえるため、同氏は3Dプリントのスペーサーを試したが、カプトンテープ(耐熱のポリイミドテープ)を2枚重ねるほうがはるかに簡単で正確だったと書いている。

同氏は課題も明記している。センサーは電源を入れた位置を0とみなすため、使うたびに原点合わせが要る。基板の間に液体が入ると影響を受け、長い距離では温度による伸び縮みも誤差になる。使っているSTM32L4は入手しにくくなっており、より一般的なSTM32と外付けのアナログ回路に置き換える計画だという。

KiCadの基板データ、ファームウェア、試験用の治具、解析スクリプトはGitHubで公開されている。ライセンスは基板と機構がCERN-OHL-P-2.0、ファームウェアなどがMITで、商用利用もできる。同氏は、特に機構の設計について協力者を募っている。

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FabScene編集部

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