概要
製造ラインにおける欠陥（ごみ、汚れ、穴）を検知するシステムの簡易ミニチュア版です。
DCモーター駆動、マイコンによるLED点灯制御、センサー制御、PCでの欠陥可視化ソフトウェアといった多岐にわたる技術を統合しています。
システム構成・技術スタック
ハードウェア：Arduino Mega2560, Arduino UNO, ホビー用ラインセンサーカメラ, SMD LED, DCモーター, ロータリーエンコーダー、音声合成LSI、電子アラームIC
バックエンド：C#, Arduino
外部連携：なし
開発時期
2016年5月 ～ 2023年2月
当初は不慣れな技術や課題も多く、完成までに長い年月を要しました。それだけに試行錯誤を通して得た知見は非常に大きく、現在の個人プロジェクトにおける開発スタイルの礎を築く経験となりました。
ソフトウェア画面
ラインセンサーから取得した値(128ピクセル)をシリアル通信でPCに送信、ディスプレイにも表示しています。
マイコン制御部
LED点灯制御、ロータリーエンコーダーからのパルス入力、電子アラームや音声によるアナウンスを可能としています。
FlawInspSystemSpecification.pdf欠陥を検出した際に黄色のLEDが点灯し、アラームが鳴ります。（音声と切り替え可能）
赤色のLEDは検査中状態を示しています。
BOX内にディスプレイを取り付けており、ロータリーエンコーダーの状態とカウンターを表示しています。
LEDをデモモードのまま流してしまっていますが、実際の検査時では全LEDが白で点灯している状態になります。
構想時メモ
構想時ペーパークラフト (背景を加工しています)
試作時木製フレーム (背景を加工しています)
ここまで作ったものの、工作スキルが低すぎてフレームの歪みを吸収しきれず、検査材料を流すことができませんでした。
その他、検査材料の流し方を巻き取り方式としていたのですがテストする際のセッティングに手間がかかるため、当面デモ環境であると割り切り、シートを循環させる方式に変更することにしました。
これらの変更を反映するためアルミフレームに作り替えました。 (背景を加工しています)
アルミフレーム完成 (2017年6月)
困難はまだ続きます。
LEDユニットを構成する部材をそろえても、ここでも工作スキルの低さが壁になりました。
1度は砲弾型LEDで光源ユニットを製作していたのですが、小さな基板内での配線、はんだ付けに不安があり、使用上の安全が保てない可能性があったため表面実装(SMD)型LEDの8連モジュールを採用することにしました。モジュールを2個連結して計16個の点灯を制御する仕様です。この変更で配線量は大幅に削減できたのですが、モジュールが小型、軽量なためしっかりと固定する土台を設計する必要がありました。コの字型のアルミチャンネルを金ノコで切り落とし、その溝にはめ込むとちょうどよい収まりとなることに気づきました。
しかしながら不器用なうえに成り行きの製作では無駄や失敗も多く、明確な完成形が見えなければ収拾がつかないと痛感し、blenderで実寸の設計図を作りました。明確な完成イメージを得たことにより、ようやく完成に向けて作業を進めていくことができるようになりました。(ここまでに数年かかっています)
本来は3本のケーブルでできるはずだったのですがモジュールの連結がうまくいかず、結局4本になってしまいました。
この泥沼の時期を経験したことで苦手なことでも諦めずやりきる忍耐力が身に付き、設計力、工作スキルも幾分向上しました。
最後の壁となったのは駆動部です。
ローラー、DCモーター、ベルト、ロータリーエンコーダー、電源、回転速度制御、固定方法・・・
わからないことだらけでした。適切な部材を選定することすら困難に感じました。最終的には検査材料を流せるようになりましたが、精度(フレームへの取り付け、ローラーとの位置関係からくる歪み、振動の少なさ)や耐久性はまだ十分とは言えないかもしれません。この分野の奥深さを実感しました。
