SHOT-602をPythonで制御 の履歴(No.1)

シグマ光機のSHOT-602をPythonから制御する(2023/07/07)

SGSP-13ACTx2.png
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経緯

　シグマ光機の「SHOT-602」はステッピングモータ対応の２軸のステージコントローラです。これはもう製造してないと思います。うちではこれにマイクロメーターにステッピングモーターが付いた形状の「SGSP-13ACT」を接続して使っています。SGSP-13ACTの利点は普通のXYステージで手動マイクロメーターが付いているものを置き換えることができて、手軽に自動制御できるようになります。ただ、マイクロメーターの取り付け位置によってはXYステージの移動する部分とステッピングモーターが干渉するために、移動できる範囲が狭くなることがあります。今使っているタイプのXYステージ（中央精機の中古）では干渉しません（しかし面積をとりますが）。
　以前これらを顕微ラマンの測定システム(WinSpec/32)でマッピングのために使ってました。Visual Studioでプログラムを作成して、SHOT-602の制御とWinSpecの制御をしてました。しかしWinSpecはWindows8以降では使えず、そのため後継ソフトのLightFieldに更新したのですが、前に作ったXYステージ制御用プログラムが使用できません。正確にはXYステージ制御としてはまだ使えるはずですが、ラマン装置との連携部分が使えません。
　LightField自体の使い方にやっと慣れたので、LightFieldを外部から操作してマッピング等を含めたAutomationができるようにしているところです。LightFieldはAutomationのためにPythonで外部から制御できるようになっているので、ステージコントローラもPythonで制御することにしました。これがSHOT-602をPythonで制御することに至った経緯です。
　**インストール
　Windows10 Proの英語版を顕微ラマン装置の制御に使っているので、まずこれにPythonをインストールしました。LightFieldもPythonから制御する必要があるので、LightFieldのPython Automationのマニュアルに沿って、Pythonをインストールしました。１つ注意はPythonが使えるようにするにはLightFieldをインストールする際にAdd-InsとAutomation SDKもインストールする必要がありますが、私はここで躓きました。Add-Ins等をインストールしたつもりでしたが、Pythonのサンプルコードなどがありません。色々とインストール時のオプションを試して、何とかAdd-InsとSDKが正しくインストールされました。SDKが正しくインストールされるとデスクトップにAdd-inへのショートカットができているはずです。出来てない時は何か問題があるようです。また、Pythonの.NETのパッケージもインストールする必要があります（これもマニュアルに説明があります）。
　この時点ではどうも環境変数でPythonやpipの場所が設定されてないようでした。Windowsのターミナルからpipが認識されません。使えるようにするためには環境変数を設定する必要がありました。それでpipが使えるようになったので、PySerialを> pip install pyserialでインストールしました。Macで普段Pythonを使っているので、
Windowsではちょっと勝手が違って戸惑います。

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SHOT-602との通信テスト

　SHOT-602はシリアル通信(RS-232C)を使っていますが、現在のPCだとRS-232C端子はもうありませんが、シリアルーUSB変換ケーブルを使うことでUSB端子で使えるようになります。使えるようにするにはこの変換器で使っているICのドライバーをインストールする必要があります（Windowsが自動でインストールしてくれる場合もあります）。また、コントロールパネルのデバイスをチェックして、このシリアルーUSBケーブルを抜き差しすることで、コントロールパネルのデバイスのどれが対応しているか分かるはずです。そのデバイスの詳細を見るとCOM*に対応しているか分かります。この＊の番号部分をメモしておきます。うちの場合COM3でした。
　SHOT-602のマニュアルではハイパーターミナルで通信をテストすることになってますが、それが付属していたのはWindows XPまでで、今のWindows10にはありません。今回はTeraTermを使ってSHOT-602と通信できるかチェックしました。SHOT-602はインターフェース仕様が8 bit, no parity, 1 stop bit, ハード制御なしになります。通信速度はSHOT-602本体にあるDIPスイッチで設定できます。私は以前19200で使っていたので、それを選びました。SHOT-602では19200が最速です。また、命令を送るときにはCR+LFが最後に必要です。TeraTermでそれらを設定するとSHOT-602と通信ができました。

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Pythonで制御

　Pythonでシリアルデバイスを制御する時はライブラリのPySerialが便利です。これはpipでインストールする必要があります。以下はSHOT-602の命令の中のMとGコマンドだけ使った例です。Mコマンドは指定したパルス数だけモータを回す設定を行います。SGSP-13ACTは１パルスで0.5 micron移動します。ステージ１を＋方向に2000パルス移動させるには

M:1+P2000
G

とします。Mコマンドだけでは実際には移動しないので、次にGコマンドを送ります。Gコマンドは駆動命令で、Gの１文字だけ送るとMコマンドで設定した移動が始まります。
　なお、これらのコマンドを送る前にencodeしておく必要があります。MとGコマンド１組送るだけの例を以下に示します。
　最初の行でserialをインポートして、3行目で通信条件を設定しています。COM3の部分は必要に応じて変えてください。これを実行するとステージの片方が1 mm移動しました。他のコマンドにはジョグ、原点復帰、速度設定、停止、モータホールド／フリーなどのコマンドがあります。

import serial
crlf = “\r\n”
ser = serial.Serial(“COM3”,19200)
txt = “M:1+P2000” + crlf
go = “G” + crlf
ser.write(txt.encode('utf-8'))
ser.write(go.encode('utf-8'))
ser.close()

　次に矢印キーを使って、XY軸を移動させる簡単なプログラムを作成しました。１回押した時の移動ステップをv,c,m,fキーで変更できるようにしています。qキーを入力すると停止します。キー入力はmsvcrtのgetchを使って検出しています。普通のキーだと数字が１個返ってきます。例えばqキーだと113が返ってきます。矢印キーの場合はまず224が返ってきて、さらにその後にもう１つ数字が返ってきます。なので224が返ってきた場合は、もう一度getchで読み込んで、その数値で矢印の向きを判定しています。これでSHOT-602が自由に制御できるようになりました。パルス数を数えて、現在位置を表示したり色々とできると思います。次はLightFieldをPythonで制御する部分を少し勉強して、両者を合わせる予定です。

import serial
from msvcrt import getch

ser = serial.Serial("COM3",19200)

step = 10 # initial step 
crlf = "\r\n"
txt1 = "M:2-P"
txt2 = "M:2+P"
txt3 = "M:1-P"
txt4 = "M:1+P"
go = "G\r\n"
print("XY stage driver")
print("q for quit")
print("v for very corse: 500 micron")
print("c for corse: 50 micron")
print("m for middle: 5 micron")
print("f for fine: 0.5 micron")

while True:
    key = ord(getch())
    #print(key)
    if key == 113: # q for quit
        break;
    if key == 118: # v for very corse
        step = 1000
    if key == 99: # c for corse
        step = 100
    if key == 102: # f for fine
        step = 1
    if key == 109: # m for middle
        step = 10
    #print(key)
    if key == 224:
        key = ord(getch())
        if key == 72: # Up arrow
            txt = txt1 + str(step) + crlf
            ser.write(txt.encode("utf-8"))
            ser.write(go.encode("utf-8"))
        elif key == 75: # Left arrow
            txt = txt3 + str(step) + crlf
            ser.write(txt.encode("utf-8"))
            ser.write(go.encode("utf-8"))
        elif key == 77: # Right arrow
            txt = txt4 + str(step) + crlf
            ser.write(txt.encode("utf-8"))
            ser.write(go.encode("utf-8"))
        elif key == 80: # Down arrow
            txt = txt2 + str(step) + crlf
            ser.write(txt.encode("utf-8"))
            ser.write(go.encode("utf-8"))
ser.close()

　その後、TKinterというライブラリーで制御をGUI化しています。これはMac上での例。ボタンをクリックすると設定した移動ステップだけ移動します。移動ステップはコンボボックスから変更できます。さらに、Windows PCにコピーして、同様に動作することを確認しました。

XYstage_tkinter.png