2017年2月25日 星期六

3DP : 彈力車結合科學探討

2017年2月25日 星期六

小孩子的彈力車玩具壞了，以 Tinkercad 畫圖並利用 3D printer 幫她重做一個零件，替換發射底座壞掉的部份。哈！起了個頭，手又癢，連發射臺和車子都想設計了。後來因為腸胃炎，每天下班倒頭就睡，一點進度都沒有；好不容易稍微好一點了，便將腦袋的想法一一實作。

車子設計得很簡單，只有基本的底盤和輪子，主要是希望玩的人能自己發揮想像力，利用各種媒材去改裝，展現藝術方面的涵養。另外，因為使用的材料不同，車子的重量、重心......有差異，車子的性能表現也會不同，剛好可以切入科學方面的探討。
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2017年2月12日 星期日

3DP : 用 G92 來設定目前的座標

2017年2月12日 星期日
3D printer 在開始輸出東西前，一般會利用「G28」的 Gcode 來讓各軸回到「Home」，馬達會運轉到觸發限位開關才停止，以此來當作計算座標的參考。以我的 Prusa i3 採用笛卡兒座標系統，當三軸的限位開關被觸發時，就當作那裡是零，其它位置的座標，就能依各軸旋轉的相關參數來計算。

3D printer 是由噴頭擠料塑形，座標看噴頭位置就好；但是如果將雷射裝在 3D printer 上，位置和被雷射的物體怎麼放又有很大的關係了。我本來是利用兩枝大冰棒棒做了一個呈九十度夾角的 L 形定位輔助，利用雷射弱光來定位，將輔器放在原點的位置以後，最後再用夾字來固定。這樣子就可以很快的將物件放到定點上。不過，用久了，還是會跑掉；有時則可能是物件形狀的問題，造成燒錯位置，尤其是小件的物品，差一點點就差很多了。後來懶得再去調 L 形輔具了，索性改用 Gcode 裡的「G92 」，直接告訴控制系統，那裡的座標是多少。

「G92」我之前拿來調整電容式近接開關的參數，記錄在底下的舊文中：



當時是針對 Z 軸，這回是應用在 X / Y 軸上。

例如要雷射的物件是一個直徑 12mm 的圓柱體，當我將東西放好，執行移動到圓柱圓心位置 (X=6, Y=6) 的指令：

G0 X6 Y6 F500

結果發現雷射並沒有剛好打在圓心上，於是以手動的方式慢慢移動 X / Y 軸的馬達，讓雷射能落在圓心上。

好～那怎麼讓系統知道那裡才是我們圓心的座標 (X=6 , Y=6) 呢？

換主角出場囉！執行底下的 Gcode :

G92 X6 Y6

我將這指令翻譯一下：「報告系統，請記住，這裡是 X=6，Y=6，Over！」。

接下來，機器會以此去推算其它位置了。

還記得第一次玩 Grbl 時，因為沒有限位開關，機器總是以開機的位置當 Home，搞不清楚它的座標系統，常讓馬達轉過頭。有了這個「G92」就方便多了。

不過要注意的是：

  • G92 後面如果都沒加參數的話，系統會當你是要執行「G92 X0 Y0 Z0 E0」哦！

G92 的詳細用法可以參考 Reprap 網站上的資料：
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2017年2月8日 星期三

Inkscape : J Tech Photonics Laser Tool 換解析度

2017年2月8日 星期三
Inkscape 0.92 預設使用 96 DPI，這讓以前針對 90 DPI 設計的 Extensions 會有非預期的結果。當然啦！文件設定不好也有會有類似的情形發生。所以如果想使用 GcodeTools 一系列的 Gcode 轉換工具，在 Inkscape 0.92 版中，開始畫圖之前，記得先在「文件屬性」裡，將「Display units」設為使用「px」當單位，並將「比例」中的 X scale 設為「1」。此部份可以參考我的另一篇記錄：

可是光這樣還不夠，像  J Tech Photonics Laser Tool 這個 Extension，當初它是針對 90DIP 來寫的，匯出的 Gcode 輸出的圖形尺寸會不對。GcodeTools 的另一個「後代」Mr Beam gcode generators 比較跟得上時代，它就提供了換 DPI 的選項。

花了一點時間，將 Mr Beam 有關設置 Orientation 的程式片段，轉移到 J Tech Photonics Laser Tool  中，讓它也可能根據 Inkscape 的版本來設定 DPI。

另外也順便把 J Tech Photonics Laser Tool 中的一些些臭蟲給除了。修改過的檔案可以在下面的網址中下載：

備註：
修改的 J Tech Photonics Laser Tool 源自於「J Tech Photonics, Inc.」網站所分享的，最原始的程式可以由該單位的網站中下載：
https://jtechphotonics.com/

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2017年2月7日 星期二

Python : zero length field name in format

2017年2月7日 星期二
將一個可以在 Inkscape 0.92 正常執行的 Extension 放到 Inkscape 0.91 中卻出現以下的錯誤訊息：

comment = ";Image: {:.2f}x{:.2f} @ {:.2f},{:.2f}|".format(w,h,x,y) + file_id+"\n"
ValueError: zero length field name in format

因為兩個不同版本的 Inkscape 內建不同的版本的 Python，一個是 Python 2.7，另一個則是 Python 2.6 ，這又是改版以後產生的問題。

自 Python 2.7 以後，format 的格式可以不用指定參數的序號，例如：

{} {} {}

會自動對應 format 的參數一、參數二、參數三，但是這樣的格式在在舊版的 Python 2.6 中要改成：

{0} {1} {2}


所以將原來有錯的地方改為：

{0:.2f}x{1:.2f} @ {2:.2f},{3:.2f}|

錯誤訊息就消失了。
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Inkscape : 更新 Python 的 PIL

Inkscape 的 Extensions 使用到 Python，因此它在安裝時已自帶 Python。我們可以在 Inkscape 的安裝目錄中找找，應該會看到一個名稱為「Python」的資料夾。但是不同版本的 Inkscape 可能內建不同版本的 Python；像 v.0.91 用的是 Python 2.6，而 v.0.92 用的確是較新的 Python 2.7。

除此之外，Python 內所擁有的程式庫當然也有所不同。最近在研究一個 Inkscape 的 Extension，它使用到一支 image2gcode.py ，而裡面又使用到 PIL 的 Image，無論在 Inkscape 0.92 或是 0.91 它都會出現這樣的訊息：

...... in __getattr__raise ImportError("The _imaging C module is not installed")
ImportError: The _imaging C module is not installed

由訊息看起來，應該是 PIL 少了類似 _imaging.pyd _imaging.dll ...... 這種檔名為 _imaging.xxx 的模組檔案。不過，查了一下 Inkscape\python\Lib\site-packages\PIL 目錄，裡面確定有 imaging.pyd 這個檔案啊！在 Inkscape 的 PIL 目錄中看到有一個檔案叫「PIL-1.1.6-py2.5.egg-info」，1.1.6 應該是 PIL 的版本序號，而 py2.5 是給 Python 1.5.2 以後的版本用的。

冤有頭，債有主，既然是 PIL 的問題，就試著把它換掉看看。
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2017年2月6日 星期一

Inkscape : SVG 頁面設定與圖形大小

2017年2月6日 星期一
年前找出在 Flash 中設計的頭像圖，實驗性的匯出成為 .AI 格式的向量圖，並以「UniConvertor」轉為 SVG 檔，最後才能在 Inscape 中編輯。有人可能要問我：「為什麼不直接以 Inscape 來開啟 .AI 檔案？它有支援啊！」哈！因為我是用 Flash 8 ，它太舊了，只能匯出舊版的 AI 格式，就那麼剛好，Inkscape 不支援太舊的 .AI 檔。

當時發現一個問題，同樣都可以處理向量圖形，Flash 匯出的圖在 Inkscape 中就是特別的小，當時在玩別的東西，也沒深究。這幾天在研究幾個 SVG 轉 G-code 的工具，發現這問題可是大問題了，如果用的是 GcodeTools、J Tech Photonics Laser Tool、Mr Beam、TurnkeyLaser Exporter ......，這些以 GcodeTools 為架構的 Extensions，因為 SVG 的設計，有些圖檔轉出的圖形大小實在差太多了。如果對 SVG 圖形的縮放有興趣，可以參考底下的文章，研究看看：


基本上是這樣的概念：點陣圖向來就是一個點、一個點畫在版面中，版面怎麼縮放，點就跟著縮放；但對於 SVG 的向量圖來說，「單位」很重要，放大、縮小版面，向量圖本體卻可能因「單位」是用 px、mm、in ...... 而有所差異，一定要弄清楚。

Inkscape 0.92 將預設的 DPI 由 90 改為 96，對一些和尺寸有關的 Extensions 應該會有所影響，因為這一改，比例、位置都可能會跑掉了。

  • v.0.91 的 90DPI : 1mm = 90/25.4 = 3.5433070660 px
  • v.0.92 的 96DPI : 1mm = 96/25.4 = 3.7795275591 px

如果以 Inkscape 0.92 來開啟舊版儲存的文件，將文件屬性中的「Display units」由「px」和「mm」之問切換，應該可以在「比例」中的「Scale x」中看到 3.xxxxx 的數字。

下面直接在 Inkscape 0.92 裡實驗，最後我們再來看看，操作 GcodeTools 一系列轉 G-code 的工具到底要先將 Inkscape 的頁面設定為什麼。
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2017年2月3日 星期五

用 StippleGen 2 將照片轉為「點點畫」

2017年2月3日 星期五

用關鍵字「halftone cnc」，想找有沒有可以將照片轉為適合雷射的工具，看到底下的網頁在介紹「StippleGen2」：

深深地被它強大的功能吸引到，它利用大小不同的空心圓或是連續的線條來取代原圖中各點的顏色，轉好的 Halftone 效果完全符合我的需求。果然玩 CNC 的人比雷射多得多，資源亦較豐富。

StippleGen2 可以在底下的網頁內下載：

StippleGen2

在 StippleGen2 中將照片圖檔載入以後，它依使用者設定的「Stipples (點點數量)」、「Min. DOT SIZE (點點的最小尺寸)」、「DOT SIZE RANGE (點點的尺寸範圍)」、「WHITE CUT OFF (去掉較白的點)」......。

前面的這幾個選項，都可以利用拉桿來調整，至於什麼選項是做什麼用，拉拉看、調整一下大小，「等一會兒」，沒錯！就是要等一會兒，程式就會一次又一次的將「路徑」及圖像最佳化。

那些選項到底要怎麼搭配？這可能要看個人口味的輕重了。我要的是「點點分明」，所以會依照相的大小去調整 MIN. DOT SIZE，解析度不高的調小一點，反之，解析度高的就調大一點，總之，讓畫面中的點和點之間能有一些些留白，這樣子，不致於會因為重疊而讓雷射完的畫面焦黑一片。

至於點點的數量要設多少，「Stipples」設愈高，解析度當然愈高，不過，放到 Inkscape 去處理，或是轉 G-code 的時候會很耗系統資源和時間的。基本上，「Stipples」預設的 2000 ，對 30mm x 30mm 的相片來說，是品質與處理時間都可以接受的。不過，為了不浪費「Stipples」數量的限制，預先將相片「去背」應該會較好。

如果覺得畫面中的結果滿意了，我們可以按左下方的「SAVE STIPPLE FILE」或是「SAVE "TSP" PATH」將點點畫或是用線條來畫的 "TSP" PATH，儲存為 SVG 格式的向量圖檔。

如何在 Inkscape 中將 StippleGen2 製作的 stipple SVG 檔案轉為 G-code 呢？

首先，我們先開啟前面儲存好的「STIPPLE FILE」(*.svg)，如果 Inkscape 是 0.91 以上的版本，因為 StippleGen2 儲存的格式是舊版的格式，Inkscape 會有對話框提示進一步要如何處理舊版格式所產生的問題，沒關係，按「Scale elements」就好。

按「Scale elements」自動調比例

進到 Inkscape 的編輯畫面，調整點點畫及頁面的尺寸大小：

  1. 先點選轉好的「點點畫」，更改它的寬度和高度為想要的大小
  2. 開啟設定「文件屬性」的對話框(按「檔案」→「文件屬性」)
  3. 按一下「將頁面調整成內容大小」的「加號」展開設定選項
  4. 按一下「將頁面調整成圖畫或選擇範圍的大小」。
  5. 關閉「文件屬性」的對話框，即完成尺寸的調整。
按「將頁面調整成內容大小」展開選單
按「將頁面調整成圖畫或選擇範圍的大小」

在 Inkscape 裡面將圖輸出 G-code 的工具(Extensions)有好幾個，像「Raster 2 Laser GCode generator」、「J Tech Photonics Laser Tool」、「Gcodetools」.....。

如果是用「Raster 2 Laser GCode generator」來轉 G-code，因為它都會將繪圖區中的畫面輸出為 PNG 的點陣圖，所以直接執行這個 Extension 轉換的程序即可。為了盡量保持圖的原始效果，我會選用以下的選項：

  • Resolution :「10 pixel/mm」
  • B/W conversion : 「B/W fixed threshold」

如果要體會一下 StippleGen2 幫我們計算好的「最佳路徑」，當然是要利用能轉向量圖的，所以我使用習慣用的「J Tech Photonics Laser Tool」來轉 G-code。

先將物件轉為「路徑」：

  1. 點選要轉 G-code 的「點點畫」或「"TSP" PATH」。
  2. 點選主選單「路徑」→「物件轉成路徑」。
將物件轉成路徑

將物件轉好路徑，我們就可以開始用「J Tech Photonics Laser Tool」來轉 G-code 了。

用「J Tech Photonics Laser Tool」以向量圖來轉好的處是在打雷射時較細膩，速度也滿快的，不過它轉檔的速度在我老舊的電腦上工作，實在是令人等得捶心肝啊！如果圖較大，而 stipples 多時，自己評估吧！
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Inkscape : Extensions : 以線條填滿路徑

雷切時使用 「J Tech Photonics Laser Tool」 這個 Inkscape  extension 可以幫我們將向量圖形的框線變成雷射的「刀路」。不過它只能抓到框線而已，中間填滿的部份卻無法直接轉 G -code。之前找不到什麼替代的轉換工具，這兩天運氣不錯，試出了兩個工具可以幫我們將填色的部份用線條填滿。

GitHub evil-mad/EggBot 中的 Hatch fill :
GitHub KnoxMakers/KM-Laser 中的 Hatch fill :
GitHub cnc-club/gcodetools (Inkscape 已內建) 中的 Gcodetools_area (銑面) :

這三個 Inkscape extensions 都可以幫我將已轉為「路徑(path)」的圖形內，以線條來填滿。想看到填滿效果，

  1. 先將圖形轉為路徑，再使用工具。
  2. 將 Inkscape 的「檢視」→「顯示模式」改為「輪廓」。

Hatch fill

KM-Laser 的 Hatch fill 其實是源自於 EggBot ，所以它們的 Hatch fill 界面與操作是一樣的。
  • 將圖形轉為路徑 (path) : 先選取要處理的圖形以後，點選主選單「路徑 (Path)」中的「將物件轉為路徑 (Object to Path)」
  • 由 「擴充功能 (Extensions)」 的 「EggBot」或是「KM Laser」中點選「Hatch fill」。
  • 設定參數：有關參數的用途可以點選「More Info」的頁面參考，其中最重要的是「Hatch spacing」，它決定了填線條的密度，數字愈小，填得愈密。
  • 設定好參數，選取要填線條的圖，按一下「套用(Apply)」即可查看成果。

Gcodetools Area

Gcodetools 功能強大，而且 Inkscape 已內建，但是它操作起來比較繁鎖，光看到它一堆 CNC的專有名詞，就令人早早打了退堂鼓。我是在看了底下這個解說影片才又勾起研究的興趣的：

雖然 Gcodetools 的 Area 使用起來較繁鎖一點，不過它和前面兩個用直線填滿的演算法是不同的，也滿值得玩一玩的：
  • 將圖形轉為路徑 (path) : 先選取要處理的圖形以後，點選主選單「路徑 (Path)」中的「將物件轉為路徑 (Object to Path)」
  • 由 「擴充功能 (Extensions)」 的 「Gcodetools」 中選取「方向點 (Orientation points)」，加入「2-points mode」的「方向點」。
  • 由 「擴充功能 (Extensions)」 的 「Gcodetools」 選取「刀具庫 (Tools library)」，加入「電漿刀」(Tools type : plasma)。
  • 找到「電漿刀 (Plasma cutter)」的設定區塊後，選取 Inkscape 的文字工具來修改設定。最重要的設定是刀具的直徑「diameter」，也就是雷射光的粗細，它決定了用來填滿的線條粗細，可以先試試 0.1 。
  • 由 「擴充功能 (Extensions)」 的 「Gcodetools」 中選取「面銑 (Area)」，點選「面銑 (Area)」的頁面；設定「面銑刀具重疊 (Area tool overlap)」值為 0。另外兩個選項，「Area width」設為 1 ，而「Maximum area cutting curves」先用預設值，有時間可以慢慢玩玩，看不同設定值，效果有何差異。
  • 點選編輯區中要填滿的圖形以後，按「套用 (Apply)」，即可查看成果。


FAQ

  • Q: 使用 Gcodetools 時，加入了「電漿刀」，為什麼找不到 Plasma cutter 的設定區塊?
    A: 將版面的檢視比例縮小一點看看，它預設會放到很上面，如果放大檢視就看不到了。
  • Q: 如何利用 Gcodetools 來輸出 G-code ?
    A: 先將所有圖形都轉為「路徑」並選取好。
    在「Plasma cutter」中設定「feed」、「penetration feed」、「gcode before path」、「gcode after path」；
    然後進入「路徑轉為 Gcode」的 extensiion，設定
    「路徑轉為 Gcode」頁面中的「最大分割深 (Maximum splitting depth)」為 0，
    並勾選「排序路徑以減少高速距離 (Sort paths to reduse rapid distance)」；
    再設定「選項」頁面中的
    「沿著Z軸縮放 (Scale along Z axis)」(這個翻譯怪怪的，應該是沿著Z軸每次降低多少才對)　設為 0，
    「沿著Z軸偏移 (Offset along Z axis)」為起始的 Z 軸高度；
    最後回到「路徑轉為 Gcode」頁面，並按下「套用(Apply)」。
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