望遠鏡

L6470ステップモータドライバの壊れた考証 2020/02/06

 2015年ごろから望遠鏡架台の駆動にはL6470ステップモータドライバを使っているのですが、約5年の間に3個のL6470が動かなくなってしまいました。
 この3個とは別に、初期の実験段階の初歩的ミスで壊してしまったことはありましたが、この3個は、ある日突然の壊れでした。
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 まぁ、使い方が悪いのだろうとL6470を交換してきましたが、最近、電気に詳しい仲間がサージによる崩壊だろうと推測してくれました。
 いろいろ、ステップモータドライバのことをネットで勉強すると、MOSFETを守るダイオードとか逆起電力から守るシステムとかが必要で、それを備えていると、ステップモータドライバを作っている企業のサイトでは述べられています。
 仲間が書いた必要なサージ対策回路です。
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 ただ、サージ対策の回路が含まれていると言うステップモータドライバを表現した企業は、私が見たサイトの中ではありませんでした。
 教科書のような「ステップモータの使い方」、「ドライバ」の解説ではサージ対策が必要だとは書いてありますが、現実的には、そのような回路を含んだステップモータドライバは、私が買えそうな範囲ではありませんでした。
 仕様書で、「一瞬でも最大定格電圧を超えたものは補償しません」とあるのがその対策だと思えます(笑)
 私より、頭が百倍も千倍も良い人たちが、初歩的と思われるサージ対策を考えていないとは、どうしても思われないのですが・・・
 さしあたり私が持っていた、ダイオードやCRのスナバを見つけましたが、いまいち回路が把握できません。
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 然は然り乍ら、3個のL6470が突然壊れたのは事実ですから、なにか対応しなくてはなりません。
 恒星駆動のステップモーターは常に回転していて、観測終了時はステップモータの回転停止作業はせずに、いきなり電源を切るのが普通です。
 この時にサージを生じている可能性があります。
 L6470はマイコンのアルドゥィーノからいろいろコマンドでできますが、ステップモータの回転を停止してから電源をOFFすれば良いのではないかと考えました。
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 L6470からステップモータを停止するコマンドが4種類あります。
1、Soft_Stop:指定した減速期間の後にモータを停止します。(保持トルクあり)
2、Hard_Stop:直ちにモータを停止します。(保持トルクあり)
3、Soft_Hiz:指定した減速期間の後に、ブリッジをハイ・インピーダンス状態にし、モータを停止します。(保持トルク無し=手で回せます。)
4、Hard_Hiz:直ちにブリッジをハイ・インピーダンス状態にし、モータを停止します。(保持トルク無し=手で回せます。)

 3番の Soft_Hiz が、今回の目的に合っていると思います。
 つまり、停止中に保持するための電気が流れていませんので、ここで電源をOFFしても、サージは起こらないと思われます。
 で、ステップモータ停止スケッチ(プログラム)を加えてみました。
 赤経駆動の巡回メニューの中に停止(Soft_Hiz)を入れたので、10秒間だけしか止まりません。
 ので、停止後、10秒以内に電源を切らないと行けません、10秒過ぎるとまた動いてしまいます。
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 さしあたり、ここまでです。
 備忘録も兼ねていますので・・・すみません。

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L6470の設定変更 2020/01/31

 L6470ステップモータドライバが壊れたのですが、去年の9月にも壊れているのでたった4ヶ月しか保っていない。
 原因を色々考えても良く分からない。
 L6470は過電流の場合、止まってしまう設定になっています。
 確かに電流を多く流すステップモータでは、3A流し続けるとモータもL6470チップも高温になりますが、現在のステップモータはそれほど流してないはず。
 L6470は定格で3Aを流すことができますが、できればその半分で使った方が良いと何処かに書いてありました。
 先日、電流センサーも買ったのでL6470の設定を確かめてみることにしました。
 いつも外に置いているのですが、それが原因では無いと思います。
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 張りぼて望遠鏡架台の赤経駆動部ですが、まぁ、ごちゃごちゃですね。
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 現在の赤経駆動ステップモータは、オリエンタルのPX243G01-02A ギヤーヘッド18:1で、大阪日本橋で中古で購入したものです。
 定格は、DC9.6V、 0.25A/相、コイル抵抗 38.4Ω/相 ユニポーラ型です。
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 外したドライバとモータです。
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 駆動させながら電流を測ります。
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 電流センサーはいちおう組み立てました。
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 ユニポーラ型のモータですが、L6470ステップモータドライバはバイポーラ駆動ですので、モータ配線のセンタータップを使わずにバイポーラ駆動しますので、コイル抵抗は定格の倍の約76Ωになっています。
 L6470ステップモータドライバへのモータ電源入力はDC24Vを使っています。
 マイクロステップ分割は、1/128 です。
 壊れたときの設定(kvalran=0xef)では電流が約0.63A/相、流れていて、定格よりは高いですが、モータはほんのり温かい程度で、チップも熱くはありません。
 波形の細かいぎざぎざは電流センサーのノイズです。
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 原因が分からないので、ここは様子見として入力電圧を下げて(kvalran=0x60)電流値を約0.25A/相、としました。
 トルクは下がりますが、通常使いではたぶんだいじょうぶだと思います。
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 これで、またしばらく使って見ることにします。
 壊れないことを祈ります(笑)

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電流センサー 2020/01/24

 お天気悪いので電子工作です。
 去年の末にステップモーターの回転振動を見るために、電流センサーとオシロでL6470ステップモータドライバのマイクロステップがちゃんと働いているかをテストして、このブログにもいっぱい画像を上げました。
 多くの人の意見を聞くと、低速回転の不安定さもあるが、その波形が正しく表示されているのかも疑問との声がありました。
 私も、100円で購入したトライダル型電流センサーを信用しきっていたわけではなかったので、もうちょっと良い電流センサーに挑戦してみることにしました。
 いちおうネットで勉強して、ホール効果型電流センサのICが良かろうと決めました。
 健康運動も兼ねて、またもや大阪日本橋までチャリで出かけました。
 共立やデジットも見たのですが、モジュールになっているのを売っていたのはここだけでした。
 表面実装用のICを半田付けできるかどうかは私には疑問ですので、ちょっぴり値段は高いですが、モジュールになっているものを購入です。
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 まぁ、小さい基板です。
  Allegro MicroSystems社の ACS723チップを積んだモジュールで、モジュールとしてはSparkFunが作っています。
 AC/DC両方の電流が測れ、400mV/Aの出力電圧があって、5Aまで測れます。
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 ブレッドボードを使って仮の組立です。
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 ピンだけは半田付けしました。
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 オリエンタルのステップモータ PKP246D15A と、L6470ステップモータドライバ(1/128マイクロステップ)を使ってテストしました。
 トライダルコア型電流センサで見たオシロ波形とは違って、かなり綺麗なサインカーブになっています。
 フォーカスモータとして使っていた低速です。(11.76Hz) 
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 中速です。(32.35Hz)
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 高速です。(70.99Hz)
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 かなり綺麗ですね。
 ステップモータの実験をやり直さないといけませんね(笑)

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気流の高さを表示 2020/01/22

 去年の暮れにフォーカサーのピント位置を表示できるようにしました。
 そこで、もう少し欲が出てきて、焦点からの位置が分かれば望遠鏡からの距離が計算できるのです。
 もちろん天体は基本無限大ですが、焦点位置からピントを外にずらしていくと、えげつない気流の筋すじなどにピントが合います。
 この筋すじのピント位置が望遠鏡から気流までの距離になります。
 計算プログラムを追加すれば可能なはずですね。
 L6470ステップモータドライバとArduino nano の組み合わせです。
 今回、実験用に1台のL6470ドライバを組み立ててみました。ステップモータはオリエンタルのPKP246D15Aです。
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 簡単な計算プログラムでいけるはずだったのですが、思ったより苦労しました。
 プログラムのミスでまともに動かないと思っていたら、結局ステップモータのPKP246D15Aの設定パラメータのトラブルだったのです。
 これに気づくまで随分と時間を要しました。
 分かってしまえば後は簡単です。
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 Arduinoのスケッチ(プログラム)は、0÷0でエラーが出ないで、無限大(inf)が出るんですね、感心しました(笑)
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 スケッチができ上がれば、フォーカサーのステップモータで動作確認です。
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 動作確認ができれば、望遠鏡に使っているコントローラーのArduino nanoに書き込みです。
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 ちゃんと動作し表示されました。
 ホントは高度の計算には、天体位置の座標計算が必要ですが、今回は簡単に高度30°として簡易計算しています。
 今シーズンの火星や木星に合わせています・・・変化しますが・・・。
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 こんなんして何になるねん、と、言われるかも知れませんが、惑星撮影ではシーイングと言う一番大事なことに関わる気流状態を把握することは、とても大事なことと考えています。
 Windyなどの高度別の気流予報が出ているものと比較しながら、良い気流を待ちたいものです。
 いまだに、ジェット気流に悪シーイングを押しつけている人に、現実の悪気流はもっと低い空気の濃い、屈折率の高い気流に影響を受けていることをお伝えしたいと思います。
 まぁ、私が言ったぐらいでは無駄かもしれませんが、ボチボチと認識されたらイイナーっと思っています。
 自己満足かもしれませんが(笑2)

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望遠鏡カバー交換 2019/12/29

 今朝の火星撮影で望遠鏡の準備をしたときにビリッと行きました。
 バイクカバーは去年2018年沖縄の時に購入したもので、約1年半で力なくなってしまいました。
 さかなの口が開いているみたいです。
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 最近はというか、バイクカバーの下に大型のポリ袋をかぶせているので、実質的な問題はないのですが、新しい年を迎えてポリ袋もいっしょに交換することにしました。
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 ポリ袋は強いですね、シワが増えて透明度が悪くなったぐらいで、びくともしていませんでしたが、新しくなって輝きが戻りました。
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 バイクカバーも、もっと高級なのが良いとは思いますが、如何せん資金不足とポリ袋の質実剛健に委ねて安モンのバイクカバーです。
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 で、2020年を迎えたいと思います。

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L6470の振動は相性? 2019/12/28

 相も変わらずL6470ステップドライバーとステップモーターの振動をテストしているのですが、にわか勉強では訳が分からなくなってきました。
 持っているステップモーターを片っ端からテストしてみました。
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 4年前にC14改造の時に意を決して新品を購入した、ハイブリッド型オリエンタルのステップモーター(PKP246D15A)のテスト結果は芳しくありません。
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 フルステップでは振動すれども回転せず。
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 マイクロステップを掛けると周りはしますが、振動はそこそこ残ります。

 一般的には超低速になるとは思いますが、約4PPSでのテスト結果を並べてみました。
 この超低速でも、オシロの電流カーブがサインカーブに近いのは、コイル抵抗の大きなステップモーターでした。
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 右下最下段のステップモーターは、どん曇の部分日食の時に大阪日本橋のデジットで購入したSPG-27-1701のステップモーターで、コイル抵抗が60Ωと高いので期待して狙いを定めていました、ところがオシロの波形は綺麗ですが、ビックリするほど振動するのです。不思議に超超低速では静かに廻ります。駆動条件で変わるかもしれませんが、わけ分からなくなりました。

 で、今使っている三龍社のP43パルスモーターより振動の少ないステップモーターを探して始めたテストですが、結局テストしたステップモーターの中ではL6470と一番相性がよく、振動が少ないのは、この三龍社のP43パルスモーターでした。
 デジタルの時代に相性と言うのも変ですが・・・

 また、C14改造時に赤経駆動で使っていたPKP246D15Aが、しゃっくりを起こしていたのでモーターを交換したことを書きました。
 L6470の低速回転補償の限界だと書きましたが、今回のテストを見て、それ以前のマイクロステップの回転不均一の問題のようです。
 望遠鏡の赤経駆動やフォーカサーに使うステップモーターは世間から見ると超超低速の世界です。
 ネット検索をしても、この超超低速の振動についてのサイトは見つけられず、このRB星のブログが検索上位に出てきたりしまして、八方ふさがりです(笑)
 まぁ、またぼちぼち実験を続けていくことにいたします。

 あぁ、パルスモーターとステップモーターは同じらしいですが、今はステップモーターと言うのが標準になってきたようです。

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L6470の勉強 2019/12/25

 ステップモータードライバーL6470を色々試して遊んではいるのですが、私は本当のところよく分かっていません。
 あくまで望遠鏡の駆動やフォーカシングの駆動に、ステップモーターを使ったらイイんじゃないかという妄想に押されているだけです。
 電気的なことやプログラムは、この妄想を具現するために闇雲にアタックしているだけのことです。
 で、ネット検索で色々学習しているわけですが、L6470を作っているSTMicroelectronics社が学習用の動画を出しています。
 この1割ぐらいしか私は理解できていませんが、何となく納得できるので、ここに上げてみました。
 L6470の機能の一部を何となく理解できたような気がしました(笑)




 勉強は続きます。

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L6470の台形駆動 2019/12/24

 ステップモーターは速度変更やスタート、ストップのコマンドを送ると瞬時に変更されショックを生じます。
 望遠鏡の駆動でも瞬時の変更は望遠鏡を揺らしますし、フォーカサーの駆動でも望遠鏡を揺らします。
 L6470ステップモータードライバーはスローアップ、スローダウンなどコマンドを持っており、衝撃を和らげることができます。
Motion01
 電流測定コイルとオシロスコープで、その姿を垣間見たのでアップしてみました。
 ゆっくり立ち上がり、ゆっくり停止する波形を見ることができます。
 アップダウンの時は電圧を高く指定しているので、波形も大きくなっています。
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 時定数などはコマンドのパラメータによって自由に変更することができます。

 ステップモーターの動きの波形が見えると面白いですね。

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L6470のマイクロステップを見る 2019/12/23

 電動フォーカサーのモーターを替えて振動が減ったのですが、完全に無くなった訳ではありません。
 ステップモータードライバーのL6470を使っているのですが、このマイクロステップ機能がどこまで動いているのか見てみたい。
 ステップ駆動の振動が減り、音が静かになっているのは確かです、が、なんか具体的に眼で見ないと安心できないのです。
 昔、TOSHIBAのTA8435ドライバーを使った時は、回路の中でオシロスコープを当てると状況が見えるところがありましたが、L6470ではどうも見つかりません。
 ネットで検索学習すると、電流測定用のコイルやセンサーがあるらしいと分かったので、先日、大阪日本橋にへ行ってデジットで購入してきました。
 コイルとアンプ付きのセンサーとそれぞれ購入したのですが、さしあたり電源も要らない抵抗ひとつだけでできる、コイル型のセンサーで試すとなんとか測定できました。
 100円のコイルです。
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 こんな風な原理のようです。
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 なんかごちゃごちゃしてますが、こんなモンです。
 L6470からステップモーターへの配線の1本を通しています。
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 ポケットオシロも久しぶりで使い方がよく分かりませんが、なんとか波形が出てきました。
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 現在、フォーカサーに使っているのは三龍社のP43Gパルスモーターです。
 フォーカサーのSlowモード(SPD=3000)の波形を並べてみました。
 マイクロステップのフルステップから、1/128 までです。
 1/8以降はポケットオシロでは細かくステップ分解できないですが、モーターの振動は明らかに減っていきました。
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 これ以外にも色々実験していますが、ステップモーターのコイル抵抗値が波形に影響を出しているようです。
 逆に言うと、L6470はハイブリッドタイプのコイル抵抗値の小さなステップモーターは苦手のようです。

 結論はまだ出ていませんが、1/128マイクロステップ機能を使っても、ギヤーヘッドによる速度ダウンを利用して、ステップモーター自身は高速回転させる方が振動は少ないと言うところでしょうか。

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フォーカサーの位置読み取り再測定 2019/12/04

 いちおうでき上がったフォーカサーの位置読み取りですが、どうも不安定なので、再度、移動量の測定を真剣にやってみました。
 真剣にと言っても持ってる測定装置は100分の1㎜までのダイアルゲージしかありません。
 固定装置も、昔にフーコーテスターを作った時のもので、30年ぐらい寝ていたステージです。
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 クレイフォードの接眼部は合焦シャフトの摩擦だけで動かしているので、微小なスリップがあるのではないかと言うのが一番の疑念です。
 圧力とあるのは合焦シャフトとスライドプレートの圧着度を調整できるようになっているのを、自分なりに、弱・中・強に分けてみました。
 弱と言っても撮影装置がずり落ちてくることのない圧力です。
 各強度で8回ずつ測定しています。
 Step/mmの数値は1mm動かすのに必要なステップ数です。
 L6470のマイクロステップ1/128で動かしていますので、単純な1パルスとは違います。
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 変動率は各強度測定での最小・最大の差を平均値で割っていますので、概ね1%程度の誤差は生じていることになります。
 つまり、0.01mmの値は信用できないと言うことですね。
 現在使っているステップモーターはPM(パーマネントマグネット)型(三龍社P43G 1/100)なので、マイクロステップ駆動には弱い面があるので、前に使っていたオリエンタルモータのハイブリッドタイプのステップモーターも試してみましたが、同じように不安定でしたので、モーターの所為ではないと考えられます。
 ギヤーヘッド付きで、バックラッシュがあるので測定は必ず同じ方向に回転させています。
 ちなみにバックラッシュは約0.06mmありますが、実使用時には逆転する時にバックラッシュ分のステップを急速に送って、操作上遅れを感じないようにしています。

 惑星撮影では焦点前後を行ったり来たりを繰り返して、エイヤッと決めますので、焦点位置の精度の高い読み取りは必要ないと思いますが、ディープスカイなどではもう少し安定して欲しいところだと思います。

 この不安定さは本当にスリップだけが原因かどうかは分かりませんが(マイクロステップの不安定さも含まれている可能性はあります)、どうしてもなら、リニアスケールなどの測定器を付け加えた方が良いかもしれません。

 さしあたり、合焦シャフトへの圧は、「強」で使っていこうと思います。
 

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