＜第２１回目：’０６年５月１４日＞
kicadのPCBデータの切削加工
１．ＰＣＢの切削
フライス盤にＶ字カットのカッタを付けると、切削加工によるＰＣＢ（プリント基板）が作製できるようになります。ただし、Ｙ軸の移動距離が１０ｃｍ弱な ので、小さい基板 しか作れません。コネクタやソケットの変換基板のような小さい基板なら実用的に使えると思います。
２．ガーバデータについて
基板のガーバデータはｒｓ４７３というフォーマットで す。このデータをＣＮＣデータ変換できれば、ＣＮＣフライスで基板が切削加工できるようになります。しかし、ガーバデータは元々フォ トプロッタ用なので太さのあるオブジェクトの中心座標の 情報だけしか持っていません。形状 は別にアパチャデータとして持っていま す。つまり、何々のアパチャが一瞬露光（ｆｌａｓｈ）したり、これこれのアパチャがシャッタを開けてＸＹ座標を移動するという動作でフイルム上にパターンを描いていきます。データ変換は本来なら直接ガーバデータから行な うのが筋なのですが、けっこう難しいです（笑）。そこで、以前にも使ったａｕｔｏｔｒａｃｅで輪郭を抽出して簡易的に ＰＣＢ作製をしてみます。時間があれば、ガーバデータを直接ＣＮＣデータ にするプログラムを作ってみたいです。
３．ｋｉｃａｄについて
今回使ったｋｉｃａｄですが、ＦｒｅｅＢＳＤの ｐｏｒｔｓ/ｐａｃｋａｇｅｓにあり、良くできています。回路図入力、部品作製、アートワーク、ガーバビューワ、３Ｄビューワで構成されています。
４．データの流れ
・ｋｉｃａｄでアートワーク作製
・ｐｓ形式でアートワークデータをセーブ
・ｐｓｔｏｐｎｍでｐｎｍ形式に変換
・ａｕｔｏｔｒａｃｅでｐｎｍをｄｘｆ形式に変換（輪郭抽出）
・ｑｃａｄにて寸法合わせと修正を行ない、ｄｘｆでセーブ
・ｄｘｆ２ｚｃａｍでＣＮＣデータに変換
という流れになります。
５．ｐｓ形式でデータをセーブ
ｋｉｃａｄではｄｅｍｏｓにサンプルのデータが入っていますので、取りあえず出来あがっているアートワークデータを使います。”ｓｏｎｄｅ ｘｉｌｉｎｘ” というザイリンクスのダウンロードケーブルのアートワーク例がありました。ハンダ面のみ表示したろころです。
ｐｌｏｔボタンを押して、ハンダ面（Ｃｏｐｐｅｒ面）の みを３倍寸でｐｓ形式でｐｌｏｔします。
ちゃんとｐｓ形式で出力されたかｇｈｏｓｔｓｃｒｉｐｔで確認します。９０度左に回転しています。
% gs -g600x900 sonde-Copper.ps
６．ｐｓ形式を ａｕｔｏｔｒａｃｅが読めるｐｎｍ形式に変換
画像変換プログラム群のｎｅｔｐｂｍに含まれるｐｓｔｏｐｎｍを 使ってｐｎｍ形式に変換します。
% pstopnm sonde-Copper.ps
とするとsonde-Copper001.ppmとい うファイルに変換できます。
ｐｓｔｏｐｎｍ ｉｎｆｉｌｅ > ｏｕｔｆｉｌｅ というコマンドではないので要注意です。このｐｐｍというファイルはｘｖなどの画像ツールで読めますので確認しておきます。
７．ppm形式を ａｕｔｏｔｏｒａｃｅでｄｘｆ形式に変換
% autotrace -input-format PPM -output-format DXF sonde-Copper001.ppm > test.dxf
とすると 輪郭がベクタに変換されたｄｘｆファイルが生成されます。早速ｑｃａｄで読んでみます。こんな感 じです。なんかへろへろです（笑）。コネクタ の部分にみ抜粋しました。
ａｕｔｏｔｒａｃｅには多数のスイッチとパラメータが指定できます。ｍａｎを読んでも、良く判らないのです が、色々と試してみた結果、以下の−ｃｏｒｎｅｒ− ｓｕｒｒｏｕｎｄというスイッチで整数のパラメータを１や０にすると（デフォルトは４）ラスタデータがほぼそのままベクタに変換されるようです。
% autotrace -corner-surround 1 -input-format PPM -output-format DXF sonde-Copper001.ppm > test-cs1.dxf
こんな 感じです。ラスタデータのジャギまで忠実にベク トルになってるようです。ちょっとぎざぎざ過ぎなので−ｃｏｒｎｅｒ −ｓｕｒｒｏｕｎｄを２や３にしてみましたが、なぜかデフォルトの４と同様なってしまいました。とりあえずこのデータを使ってみます。ｑｃａｄに読み込んだ後、寸法を実寸に戻します。既知の距離（例えばＤ−ｓｕｂコネクタの間隔）をｑｃａｄ内で測り、それをｑｃａｄのｓｃａｌｅ機能を使って実寸の長さに変換します。
８．ｄｘｆ形式を独自 ＣＮＣデータに変換
上記の大 きさを修正したデータに原点と切削厚を追加してセーブしＣＮＣデータに変換します。
% dxf2zcam test-cs1
とします。変換するとＣＮＣデータとｇｎｕｐｌｏｔ用のｐｌｏｔ データが生成されるはずなのですが中身は空でした。ｄｘｆファイル内を調べる と、ＬＷPOLYLINEと いうエンテティが使われているということが判りました。ｑｃａｄ内ではフリーハンドで線を描いたときに使われるエンティティです。現状の変換プログラムでは対応していないエンティティでした。以下に抜粋を示します。緑で注釈を入れておきます。
ENTITIS
0
LWPOLYLINE < -エンティティの開始
5
45
8 < -レイヤ指定
DEF_100
62 < -色指定
7
370
0
6 < -線種
CONTINUOUS
100
AcDbEntity
100
AcDbPolyline
90 < -点の数
5
70 < -フラグ
0
10 < -Ｘ座標 １個目
129.9010600000000011
20 < -Ｙ座標 １個目
251.6105200000000082
10 < -Ｘ座標 ２個目
129.9010600000000011
20 < -Ｙ座標 ２個目
・
・
・
というような感じで、点の総数が指定され、その後Ｘ、Ｙ座標が列挙されているフォーマットです。その他、線の属性はその他のものと変わりないようです。このフォーマットであれば簡単にＬＩＮＥのエンティティに変換できそうです。ＬＩＮＥはＸ、Ｙ座標が１組になって１本の直線を表しています。そこで、以下の様にＬＷＰＯＬＹＬＩＮＥを 通常のＬＩＮＥへ変換します。
ＬＷＰＯＬＹＬＩＮＥ ＬＩＮＥ
１個目のＸ、Ｙ座標 始点
｜
２個目のＸ、Ｙ座標 終点 始点
｜
３個目のＸ、Ｙ座標 終点 始点
｜
４個目のＸ、Ｙ座標 終点 始点
｜
５個目のＸ、Ｙ座標 終点 始点
｜｜
６個目のＸ、Ｙ座標 終点
下は上の処理を新しく入れて変換したｇｎｕｐｌｏｔの 図です。正常に変換できているようです。６５２１本の直 線に変換されました。ぎざぎざなのでデー タの数はだいぶ多くなっていると思います。
変換後、実際に基板を切削してみます。１．６ｍｍ厚の両面基板を フライスに固定して、Ｖ字カット用のカッタで 切削します。このカッタは以前にアク リルやアルミなどに使ったものと同じ物を使いました。図面上では切削厚を１．０ｍｍとし、カッタを基板表面から０．５ｍｍ浮かせて切削を開始します。０． ５ｍｍで切削すると切削幅が太いので途中、Ｚ軸を手動で下げていき、丁度良さそうなところで固定しました。写真の左が切削初めで、切削厚が深くなっていま す。今回は初回テストなので、Ｄ−ｓｕｂ９ピンのコネクタのパッドの切削が終った ところで中断しました。
コネクタを入れるために端の余分な部分を切り取ります。コネクタ用のパッドがずれていました（笑）。
作製した基板を会社に持ってきて、顕微鏡で観察してみま した。ぎざぎざまで再現されています。調整後の切削幅は大体０．２３ｍｍ程度になっていました。パッドは削幅と同じ寸法だけ小さくなるわけですから０．８ｍｍの穴開けは難しそうです。切削厚をもっと薄くするか、フットパターンを変えて、パッドを大きくする必要があります。
９ピンのＤ−ｓｕｂコネクタ用のパッドですが、縮小率を違えま した。ピン間が２．７６ｍｍの必要がありますが、２．９８ｍｍになっていました。パッドの両縁を測ってそれを基準に縮小してしまいました。パッドのセンタ間で測る必要があります。次回は縮小率を修正して、ぎりぎりまで切削厚を薄くして、最後まで切削する予定です。
