2014年11月15日

雷雕機作電腦割字

有了這個雷射雕刻機,那可以拿來幹嘛?看最多就是在木頭、瓦楞紙上刻字了,不過說是刻字倒不如說是燒字,用雷射在這些材質上燒灼出痕跡,不過對我而言,其實更想要作切割的功能。

用這種可能只有100mW弱弱的雷射頭可以切割東西嗎?壓克力顯然不行,於是我找一些材質來試試看,像是珍珠板、泡綿和卡典西德。
(註:卡典西德是PVC作的,高溫燃燒會釋放氯氣!有毒)



(下圖左邊是綠色2mm泡綿,右邊則是切割過後的卡典西德)
雷雕機刻字 


2mm泡綿和卡典西德都是可用的材質,但珍珠板就沒法切割了。用了速度15,頂多把表面的顏色弄掉,露出裡面的白色部份。 珍珠板 本來還用了亮片紅色泡綿,可是亮片會反光,失敗。後來想,乾脆從背面來刻,還是失敗,可能是因為我用的是紅光雷射,然後泡綿又是紅色


要切割2mm綠色泡綿,用速度35,若是切割黑色卡典西德可以用到速度120,不過如果要切得很徹底的話,可以慢一點,用到100。



我用了幾分鐘,自己割了一個鄭板橋的行書貼在手機背面

雷雕機刻字08
 

怎麼作這件事情呢?先去 書法教學資料庫 找字體,然後把圖檔貼到inkscape轉換成向量圖,然後再轉成路徑,最後用Laserengracer的擴充功能做出Gcode。

然後就送到雷射雕刻機去雕出切痕
雷雕機刻字01


把不要的部份撕掉,留下要的
雷雕機刻字03


再用3M隱形膠帶貼在表面
雷雕機刻字05


整張撕起來,然後再貼到想黏貼的表面上(例如手機殼),仔細壓平後,再把隱形膠帶撕掉。那個卡典西德就可以依照原位置黏貼住了。
雷雕機刻字07


2014年11月11日

雷射雕刻機

數個月之前,因為常常去作雷射切割壓克力,搞得我都好想自己弄一台雷射切割機放在學校
了,有天就跟老王聊這個可能性。結果聊著聊著,兩個人就買了一些有的沒有的東西,他買了光敏印章機,我則是買了一個雷射雕刻機。

買這個東西,其實也是為了了解一些結構和電子應用,其實也就是兩組步進馬達加螺桿加滑塊,框架則是用鋁架和光碟機的殼作的。



雷射光的功率不太知道,但是用三用量表量,5V電壓下,耗電0.3A
  雷射雕刻機_02




我好奇內部控制是怎麼作的,所以也拆了它。
雷射雕刻機_03


賣家有提供專用的Gcode軟體,那是在windows下執行的。剛開始玩的時候,都得改開windows來玩,實在不方便。後來自己做了CNC寫字機之後,得知很多CNC控制的硬體裡頭裝的都是grbl,於是就試試看用serial terminal跟它連線看看。結果,果然裝的是grbl。不過baud rate要用9600,因為它裝的是Grbl 0.8c

從內部儲存的設定看來,XY的精度可以到0.01mm
$0=76.190 (x, step/mm)
$1=76.190 (y, step/mm)


有了這些基本知識之後,日後可以把這些零件再進行移植,看是另外作一台大型的雷射雕刻機,或是直接用3D印表機來改裝都行喔。

作一個CNC的寫字機




先來看段影片,這麼端正的字是電腦握筆寫出來的喔,這就是CNC寫字機啊。
CNC寫字機_05


一般說的CNC想到的都是銑床、車床,不過CNC是電腦數值控制(Computer Numerical Control)的意思,由電腦精密控制機具移動的位置,我手邊有的CNC機器就有一些,像是eggbot畫蛋機3D印表機、雷射雕刻機。


那要怎麼自己打造一台CNC機器呢?關鍵在於控制的大腦與產生動作的元件,大腦當然就用arduino,產生動作的則是使用步進馬達囉,而要驅動步進馬達則是用Easy drive這款驅動器。
線要怎麼連呢?grbl的官網有教喔...https://github.com/grbl/grbl/wiki/Connecting-Grbl

CNC寫字機_15




機器架子用的是非常廉價的東西,39元保鮮盒當底座和10元四支的麻將牌尺(我只用一支多)當Z軸支架,上頭再用M6螺絲螺母作固定。

CNC寫字機_16



步進馬達的來源,其實是直接拆了光碟機得來的,X軸Y軸都是像這篇這樣拆出的,Z軸則是直接用買來的步進馬達,圖的是上頭已經有滑塊,我就不用另外準備了。因為不太會有大震動,所以X軸和Y軸都是用M6螺絲固定在麻將尺和保鮮盒上,而Z軸是固定在X軸的光碟讀寫頭上。
CNC寫字機_14


arduino的供電,當然直接用電腦的usb就行,不過步進馬達和easy drive就要另外供電了,我量測這樣的裝置,需要5V、1A的電源,我拿ATX電源供應器改造一下就可以拿來用了。

全部裝起來就長這個樣子了,如果要再輕便使用,再弄個專門用在arduino微型激光雕刻機的擴充板裝起來放在保鮮盒裡就可以了。
CNC寫字機_12


硬體裝好之後,接著是處理軟體問題。

我用的韌體是Grbl。先照這邊的方法,把Grbl上傳到Arduino。因為我的作業環境是linux,所以就從 Easy Flash 這個scrip去作這個步驟。


Easy Flash script預設arduino的安裝位置是/home/$USER/arduino-1.0/,不過現在ubuntu的arduino的安裝位置換地方了,把arduino裝到/usr/share/arduino/ ,所以我就得小改一部分。改好之後,跟著上傳就行了。

上傳完其實也不知道自己有沒有成功,所以就開啟serial monitor(用arduino IDE的就行),baud rate設定115200,如果看到畫面出現下面這行,那就搞定了。

Grbl 0.9g ['$' for help]


接著就是要依據我的螺杆間距和步進馬達的轉動角度等去設定每mm要走幾步

我的步進馬達都是轉一圈20步,easydrive的微步進設定都是1/8,X軸和Y軸間距是3mm的螺杆,z軸的間距則是細一點,只有0.5mm。

接著用下面這個公式計算出每mm走幾步,然後再設定回grbl。設定方式是在terminal直接打$100=53.333 這樣的數據,就可以設定x軸的資料,y軸z軸以此類推。不過我設定z軸的時候,本來應該用320,但是後來發現怪怪的,所以改成用80。這也沒什麼關係,反正在這個寫字機的設定裡,它只是用來讓筆上下的,不準也還好。

(每轉一圈需幾步*微步數)螺距


$100=53.333 (x, step/mm)
$101=53.333 (y, step/mm)
$102=80.000 (z, step/mm)



然後就可以開始找軟體去控制機器了,我用的是跨平台用java寫成的Universal-G-Code-Sender,無論是linux環境或是windows環境都能用。

最後就是要做出G code了,最簡單的方式就是用inkscape來作,因為做出的就是向量檔。可是要再把向量圖案轉換成G Code,那就要再用外掛了,我用的是laserengraver extension (外掛來源 )。


下載回來的外掛檔,要放到inkscape安裝目錄裡的extension資料夾,然後重新啟動inkscpe,成功的話,在擴充功能底下就會看到多出一個功能..Laserengracer。


使用的方式是在inkscape把畫好的東西轉成路徑之後,再開啟擴充功能/Laserengracer。要注意的是Preference裡的Directory不能有中文路徑,不然會轉檔失敗。

轉出的Gcode是用在雷射雕刻,而我作的是拿筆去寫,所以要把部份Gcode改掉,把雷射頭的開啟關閉改成Z軸的下降和上升,也就是把M03改成Z-0.6(打開打開雷射改成下降z軸0.6公分),M05改成Z0.5(關掉雷射改成上升z軸0.5公分)。實際上要上升多少、下降多少,得靠經驗微調。我建議是拿軟筆來寫,會比較順暢。


雖然我已經有一台光碟機改成的雷射雕刻機了,不過自己想試試看作CNC的XYZ寫字機。這對未來學習改造3DP,還有製作CNC雕刻機有重大意義。不過在那之前,會先做出XYZ的顯微鏡載物台。不過Z軸比較困難,應該會先作XY軸的。


其實便宜版的3DP也可以用這個方式製作出來,只是要有強健的框架。不過工作範圍太小了,這是由步進馬達的絲桿長度來決定的。受限於光碟機直接拆出的零件,我這寫字機,最大沒辦法超過4cm x 4 cm

這個用Arduino作的CNC機器,後來發現還可以用手機來控制,就用OTG線就行了。

2014年11月10日

拆光碟機,作點好玩的

因為一些莫名其妙的計畫,我又開始走上拆光碟機的路了。

幾年前拆過一次,可是當時年紀小,根本不知道拆來要作什麼鬼東西,反而把很多好東西拆了扔掉,這次就沒那麼傻了。

有計劃的拆組,可以讓一台光碟機至少有三樣好玩的東西

一是可程式控制的托盤進出裝置
托盤控制03


二是雷射頭
雷射頭


三是含滑軌、滑塊的步進馬達組。(右邊那個是步進馬達驅動器,另外買的,不是光碟機裡的東西)
步進馬達與控制器


怎麼拆怎麼玩,我特別錄了幾段影片
首先是拆光碟機的方法,有技巧喔,好好拆才有好玩具可以玩


再來是控制托盤的方式,可以控制單個,也可以控制兩個





利用驅動器控制步進馬達



控制雷射頭

用手機顯微鏡看頭髮

這個怪模怪樣的,像是一堆海帶的東西是啥啊?答案是頭髮。
頭髮



九年級的複習課程裡,最近也讓學生用手機顯微鏡去看以前沒看過的標本,藉此再進行複習。下課前的幾分鐘,突然看到小女生把頭髮塞進顯微鏡去看,然後還看得很高興!哇哇,真是很有創意啊。

手機顯微鏡製作課程

嘿,這個顯微鏡塔是怎麼來的啊。話說去年有跟著Scimage的設計,做了一些顯微鏡。不過後來學校用的平板電腦換了,從iPad mini長大變成了iPad air,所以本來的設計就沒辦法用了,因此得再重新製作一批啊。

剛好我教的放學後的營隊課程,我也安排了製作顯微鏡課程,於是兩個加在一起,就乾脆一起準備材料來製作吧。

底下這個塔完全是自己一個人作出來的,因為看過學生製作的東西就覺得實在不敢放手給學生幫我作啊。(如果對這類型顯微鏡有興趣的,請加入科學maker社團去登記贊助喔)
顯微鏡組裝03


要教會近三十個學生作這個顯微鏡,是一件苦差事,大家進度一定不一樣。於是乎我又發揮了錄影教學的專長,把每一步都錄影下來,然後放上youtube,讓學生就著iPad自己去順著進度看。

從撕壓克力保護膜,到怎麼鑽孔,怎麼鎖螺絲,一步一步教,總算讓這群學生個個都能帶著自己的顯微鏡回家看了。
顯微鏡組裝07

雖然這樣的課程不錯,不過準備的過程真是太繁瑣了,要在正式課程裡頭進行實在有困難,日後我大概也只能在這樣的放學後課程或是營隊課程進行吧。

2014設計顯微鏡

讓學生自己去設計未來顯微鏡,我覺得是很有趣的作業。至少對我而言,可以從中獲得許多點子(剽竊學生創意)

天馬行空的亂想也是一種創意喔,別覺得這些設計不可能,事實上也真的可行喔,甚至有相關應用囉。

這個設計我看到的是聲控顯微鏡,這是可以作到的,用arduino加上聲音感測器,用聲音控制移動方向和拍攝照片。
設計顯微鏡12


拍攝到的東西,直接連到Google搜尋,這可以利用以圖搜圖的方式去作
設計顯微鏡11


望遠鏡結合顯微鏡,目前的確有這種產品了。而且這學生的設計是讓顯微鏡變成手持型的,觀看的物件也是直接放在顯微鏡上,這個讓我想到雷文霍克的顯微鏡啊。
設計顯微鏡10



幾個重點:無線傳送影像到眼鏡、自動調焦、自動調光、無線充電、綠色能源。

有些到野外工作的科學家,的確會利用太陽能板獲取電能來提供光源。另外無線傳送影像,這個我們已經可以用airplay和miracast等wifi技術來作到了。
設計顯微鏡03

有了這些想法之後,最後就是讓學生能親手製作顯微鏡囉!

觀察軟木塞

我覺得喔,每次教顯微鏡時,都在跟學生說虎克看了軟木怎樣怎樣,可是終究是紙上談兵,如果能夠讓學生看到虎克看到的小格子,這樣要教什麼小格子是cell之類的知識,就真的不用怎麼講啊,學生自己能領悟的!

以前我也有讓學生用迷你顯微鏡看軟木,不過總是覺得效果不好,怪東怪西不知道怪誰,就只好怪軟木。後來四方搜尋各種軟木,果然發現一些教學訣竅


最左邊的軟木就是書店買來的軟木板掰下的一塊,左邊數來第二塊和第三塊都是軟木屑膠合成的軟木塞,最右邊則是整塊完整的軟木做成的,這種會叫做「橡木塞」。其實都可以看,不過白一點的,比較容易觀察,連切片都不用。
軟木


之前讓學生用迷你顯微鏡,自己看自己的,其實我也不知道學生到底看到了沒,不過只要用iPad加上顯微鏡,要跟學生指指點點哪個是格子,就簡單很多了。
軟木塞03


軟木塞09

觀察小腸

2010年弄的小腸展示罐,用到2014年了還在繼續用!不過今年我想改變一些方式,把那些小罐子內的小腸都收成一大罐,上課時再把一段段小腸拿出來放在培養皿裡給學生觀察。
觀察小腸09


泡了四年酒精的小腸,拿出來要有什麼小腸味道嗎?沒有耶,就是滿滿的酒味。(記得喔,這段小腸是內外翻轉了喔!翻轉小腸?)
觀察小腸11

老實說啊,課本上的那些圖照,學生看了就懂皺摺、絨毛嗎?我懷疑啊。

寫題目可能可以,反正多多練習就行,不過實際看了,其實還是有問題啊,這就是實物教學的重要啊。話說忘了哪家出版社送的小腸皺摺教具,真是示意到不行,完全脫離真實啊。其實就買一段小腸來上課就好了啊。

喔,對了,我今年用的時候,發現還要補一樣東西會比較好,就是小腸還沒翻過來的樣子,這樣才能看出小腸內側有皺摺啊。

要看絨毛的話,肉眼其實也看得到,不過只能透光看側面,隱約看到一咪咪。這時候當然再祭出顯微鏡啦,把培養皿放在載物台上,調一下,就看到了啊。(有沒有覺得毛茸茸的,好咕唧的樣子啊)

觀察小腸01

2014製作葉模型課程

葉子裡到底長什麼模樣?

課程裡會教「葉的構造」,我也給學生看了葉子的顯微切片,但是再怎麼看,那些也都是平面的樣貌,你說學生會真的懂裡面長的樣子嗎?坦白說,不一定喔。

要讓學生了解,且也讓老師知道學生迷思點在哪,製作模型是一個很有用的方式。

這個製作葉模型的課程,為了減少學生負擔,我強調模型的各邊邊長必須小於10公分,可以用最簡單的作法,也可以稍微繁複。簡單的方式是作個紙盒,六面畫圖就行,就像這個,繁複一點的就像過去學長姐們作的

從模型怎麼看出迷思呢?保衛細胞就是其一,很多學生都認為包住氣孔的是一個細胞。

葉模型06


葉模型03

做了模型,然後呢?當然就是讓學生解說囉,可是每個學生都上台講的話,那時間可不得了。於是我用分組的方式,個人先在小組內報告,隨後小組派出一人負責上台介紹自己的和同組同學的作品。

報告時,使用實物投影機投影同步投影在前方螢幕和後方電視,讓大家都能清楚看到每個人的作品。




不過小可惜的是,今年沒有讓所有班級都有這項作業,因為各班的節數差異實在太大,所以我只讓某些進度來得及的班級製作。

2014維管束課程

今年的維管束課程,因為每人一台的平板和每人一台的顯微鏡都已經到位,所以就比較多實物觀察的課程了。提供的材料有四種組織切片,包括年輪切片、玉米莖切片、向日葵莖切片、葉的橫切,另外再將竹筷剪成小段黏在玻片上
觀察木材竹筷05


另外準備一些枝條,有些是有年輪的,有些則無。這些是用來了解木材、樹皮、形成層之用。
觀察木材竹筷03


每組4-5人,提供2-3台顯微鏡使用。其實要每人一台也是夠的,不過我故意限制設備讓大家自然形成共學。除了這款顯微鏡外,也讓學生使用uHandy來觀察。
觀察木材竹筷07

因為可以用iPad直接拍攝顯微影像,然後共同觀察,因此溝通就變得很簡單了。我給每組觀察10-20分鐘後,各組分派任務拿著iPad上台報告。

任務是拍顯微照片,找出以下構造。(這麼多東西可以看,其實是分成兩段課程來進行,並不是一次上課就看這麼多)

  • 向日葵的韌皮部、木質部、形成層
  • 玉米的韌皮部、木質部
  • 從年輪切片中找出木材、樹皮與形成層
  • 找出竹筷的木質部
  • 找出葉子的上下表皮、保衛細胞、維管束
學生報告時,我會再用實物投影機來翻拍iPad畫面。欸,不是可以用airplay嗎?是啊,我教室是有這些設備,有apple tv,筆電有iTools airplayer,另外還有 miracast棒,但是面對這種需要用手指去指示畫面的情況,還是用實物投影機翻拍比較好啊。


下圖就是前幾年上課都會被我拿出來說嘴的竹筷猴子臉,但是今年就沒再拿故事出來講了。為什麼?其實是因為自己講得越多,就會讓學生少掉更多自己觀察的時間。過去這個畫面都是分給學生小型顯微鏡,自己看自己的。而今年改成用iPad看,效果真的好很多。
觀察木材竹筷11

上頭這些題目,如果是畫出示意圖,學生大概也都會,不過看實物啊,問題就一大堆,雖說這些還都是課本上就能找到相對應的圖照,但學生就是有困難。不懂維管束或是看不懂實體,不至於影響未來生活,但是學維管束,卻只會看示意圖,這不是很奇怪嗎?



讓學生直接用課本圖照和自己拍的顯微照片互相比對,這樣記憶才會深刻啊!
DSC02490


同學們針對任務去集體討論找出答案,這才是我想要看到的主動學習風貌啊。
DSC02492

ATX電源供應器之小改裝

常常拆電子儀器玩改裝的我,每次遇到電源就覺得很頭痛,一會要3V,一會又要5V 、12V,雖然找個變壓器拆裝一下,也是可以過關,可是久了就覺得麻煩。

後來想到一次去培英國中開會,剛好遇上他們領域會議,順便在那邊跟翁義芳老師學,怎麼把電腦的ATX電源供應器改成實驗可用的。

坦白說什麼也不用改,直接插電就可以用了,只是麻煩的是還得先啟動電源供應器,所以所謂的小改裝,不過就是把綠線和地線接個按鈕就可以了,這樣插電後,按下按鈕就可以啟動了。

至於哪條線的電壓是多少,上網查一下就知道了,可是每次都要查實在麻煩,乾脆寫在機殼上。

紅 +5V
黃 +12V
藍 -12V
菊 +3.3V
紫 +5V(連啟動都不用,直接有電)

電源供應器改裝03


各線能提供的電流量,機殼旁邊都有寫啦。
電源供應器改裝02

之後要用什麼電壓,我就在從各線頭引出來就行了。

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