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三次元CADの評価とプリント基板設計CADへの応用
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SOLIDWORKSの習得
CIRCUITWORKSが魅力的でSOLIDWORKSを習得し始めて約1ヶ月が経ちそうです。
最初の2週間ぐらいはSOLIDWORKSの入門書を読み漁り、数日はCIRCUITWORKSおよび
IDF形式の調整をし、更に2週間ぐらいはPCADの部品に合わせてSOLIDWORKS側で
それに対応する部品を作成しながら、突っ込んだ内容の書籍を読みながら作成し続けました。

ORCADやPCADでもそうでしたが最初に作成した簡単な部品に妥協し、単にそれをコピーすると
また全体的に修正が入ってしまうのでどこで正式な部品とするかの判断がとても難しいです。
類似した部品はコピーして使用するので注意して作成しなければいけないのは間違いないでしょう。

特に複雑なコネクタや樹脂ディプで勾配がある部品には悩まされました。
DLしたCIRCUITWORKSの部品を参考にして作成するのが一番役に立ったように思います。
実際に作成しながら色々な手法を学んでいくほうがいいと再確認しました。
電気部品では対称な形状が多いので中心線を多用して対称の拘束を使うのが良さそうです。
そうすれば半分ではなくカタログ通りに全体を寸法拘束で指定可能です。
またPCADとの絡みで原点をどこにするかは悩みます。
(原点を変更すると過去のPCADのデータは3D化で位置がずれてしまいます。)

CIRCUITWORKSに登録した後で部品のディレクトリ構造を変えると、今までは自動で部品置換
してくれたのがNGになるのでそのライブラリのディレクトリ構造は早めに仕上げるのが
いいでしょう。
特にコネクタ類はメーカーや構造の違いもあるので平積みはわかりにくいのでディレクトリ
構造にしますがその仕方には悩みます。
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PCADライブラリー
余り意識したことがなかったPCADでの部品名ですが
パターン名と部品名が同じでないとIDF形式での出力では後処理が大変で問題となります。
TANGO時代からの変換や追加作成してきましたがPCAD自体は上書きしなければ
LIBファイル内では各バージョンでの個別部品が混在しているようです。

今回のIDF形式でのファイル出力で手持ちのライブラリにて1割程度はパターン名と部品名が違っていることが
あるようなので同じ名前に統一し始めています。
CIRCUITWORKSではPCADの部品名でハイフンは大丈夫ですがスラッシュ/は駄目なので
3D化の工程でエラーとなります。
こういった部品名はそんなに多くはないでしょうが他の基板設計CADでも部品作成登録時は
注意して命名またはリネームする必要があります。

SOLIDWORKS側ではそれに対応した名前で作成するので当然スラッシュ/はWINDOWS側で
拒否されるので登録不可です。
マウスの右クリック
今まで余り意識したことが無かったのですが
マウスの右クリックって人差し指をわざわざ右スイッチ側に移動させてクリックしていました。
しかし、今度購入したロジクールのマウスMX-620は薬指と親指でマウスホールドをしても
違和感がないので右クリックを中指でしてみました。
これが意外と違和感がなくすぐに慣れてしまいました。

以前に使っていた同じくロジクールで曲線の多い別の型番のマウスでもそれに慣れた後だと
なんで今までこうやった使い方をしてこなかったのかと後悔するぐらいです。
3DCADでは右クリックに操作設定割付が多いので人差し指を移動しなくていいのは効果的です。

元々左利きなのでたまに左手でもマウスを使っていますが最初は利き手なのに
違和感がありましたがその時の最初の違和感に似ています。
また、3Dマウスは左手で操作しているので脳の訓練にはよさそうです。

アクロバットリーダーにて3DPDFの図面ファイルを操作する場合に左右両方を同時クリックすると
画面を上下左右にシフトできることも知りました。
SOLIDWORKでの表示
PCADでの実験基板からCircuitworks経由での部品登録とSOLIDWORKマウントデータとの調整も
最終版となりました。
うちでは実用化するにはD-SUBコネクタとDDKコネクタの作成が必要ではありますが
それ以外はSOLIDWORKでの部品作成は大体終わりました。

SPLXX_3D_V2.png

こちらにPDFでの生データもアップしてあります。

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PCADのIDF形式
PCAD2002でのIDFで何故かSOT-23などの小さいチップ部品の情報が
*.PROファイルの方にないことが多発。PCAD2006でもそれは同様。

調べていて気がついたのですがどうやらPCADでのIDF出力はシルクレイヤの
ラインを基準に生成しているようです。
小さい部品ではラインではなくてポリゴンを使用していたのですが
それがエラーの原因でした。

他の一部の部品ではアッセンブルレイヤも併用していましたがシルクレイヤに
何らかの情報があるのでOKのようでした。
このような部品でもシルクレイアからライン(円弧を含む)を削除した瞬間に*.PROファイル
側には素性を記述しなくなるので設計時には注意が必要です。

部品のプロパティのアトリビュートに「ComponentHeight」を設定するとIDFに反映されますが
平面上の部品サイズを指定できる箇所はなさそうで、こういった記述での回避は
できそうにありません。
3DCADの変遷
使い易いCADに簡単に到達できることが望ましいのですが中々そういかないのが
実状ではないでしょうか。
私の経緯を記述してみると
ダイナパース4
デザインCAD2D/3D(マツボー)
ベクターワークス10
TURBOCAD12
図脳RAPID3D
SOLIDWORKS
といった順序でトライしてきました。

使いやすかったのは図脳RAPID3Dですが部品点数が多くなるとマルチコアCPU未対応
なので動作が重くなりその回避方法がありませんでした。
使いにくいけれど機能の多いTURBOCADは海外では人気があるようです。
SOLIDWORKSは想像していたほど使い易いCADではありませんがTURBOCADでの経験が
あるので何とか克服しています。

購入してほとんど意味がなかったのが図脳RAPID3DPROとベクターワークス10です。
前者はサーフェス機能がありますがうちの職種では使うことが殆どありませんでした。
サーフェスを表す上向きの表示も苦手でした。
ベクターワークスは建築系でマック系の操作が多いので振り回されてしまいました。
これに関しては関連書籍が多いので普及していると思ってしまいますがあくまでも
建築業界向けの3DCADで機構系は改善はされてきていますが苦手なのではないでしょうか。
PCADから3D図面を
今まではPCAD2002から設計グリッドを利用して図脳RAPID3Dで事前に作成していた部品を
手動で配置し3D図面を作成していました。

基板設計CADをPCAD2006に変更したのを機に3DCADもSolidworks2009 Premiumに変更しました。
やはり魅力はその中のアドインソフトウェアのCIRCUITWORKSです。
PCADから出力したIDF形式のファイルをCIRCUITWORKSで読み込んで3D図面にしてくれます。
お気に入りなのは穴あけ情報。
今までの手法ではソフトウェアの重さも考慮し穴開け情報までは利用していませんでした。

面倒だったのがCIRCUITWORKSに取り込むための部品情報をSolidworksで事前作成することです。
専用サイトからDLは可能ですがインチ系だったり座標が違っていて再利用しにくいようで
一から汎用部品を手始めに作成し始めました。

PCADで部品作成した基本となる向きと基準点と全く同じ状態でSolidworksで作成する必要があります。
CIRCUITWORKSではIDF形式のファイルにある部品の位置情報、回転情報や実装面を考慮して処理してくれます。
CIRCUITWORKSにどうSolidworksで作成した部品を登録していいかわかりにくかったのですが
最初にある部品情報を示したファイルを削除してからは新規登録という手法で問題なく処理できています。

チップCRをどう色分けや厚みで区別するかも部品作成していると楽しくなります。
上手くリンクさせるためには両者の部品名やPCADでの部品管理に今まで以上に神経を使う必要があります。
基板上では高さが関係ない部品も大幅に高さが違う場合はPCAD側で別名にしています。
(ここではHC49SとHC49Uがその例です。)

複雑な部品でSolidworksで3D部品作成が間に合わない場合はPCAD側にて高さ情報を
記入しておけばシルク情報を元にCIRCUITWORKSでは立方体として描いてくれます。
取引先とはファイルから直接3DPDFにするか2D図面(製図)にして寸法を入れた後に
PDFにして打ち合わせ資料にする必要があるでしょう。
下の写真の3DPDFのファイルをZIPにしてこちらにアップしておきました。

SPLXX

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図脳RAPID3D部品データ
こちらに図脳RAPID3D Ver.8で作成した部品データをアップしてあります。

基板上に配置するCR、半導体部品および3mmネジ、ナット、スタッドを
フォルダ分けしてZIP圧縮してありますので、ご自由にダウンロードしてお使いください。

MEGAUPLOADの使い方(ビジターの場合)
1.指定されたアルファベットを入力
2.45秒のカウントダウン後に表示されるフリーダウンロードをクリック
3.ZIPファイルを解凍して部品フォルダPARTにコピーして利用

DXFで出力した基板データにそのまま部品配置すればいいでしょう。
(基板と同じグリッドで原点移動しないDXFデータの方が有利)
込み入った基板でなければA4程度までは問題ない動作でしょう。
ただ半田面配置は大変です。

全部の部品を網羅している訳ではないので不足する部品はその場でDXFデータから
押し出しでラフに作成するか、別途厳密に作成する必要があります。
作図の順序
3DCADといっても今まで図脳Rapid3Dを主に使っていたのと、事前に個別部品を作成して
基板上に配置することぐらいしか作業をしていなかったので
3Dアイテムと2D作図のどちらが先かは気にしていませんでした。

しかし、Solidworksの本を読んでいて気がついたのは部品>アセンブリ>図面という配置。
まずは個別部品を作図しそれらの部品を利用して大きな製品をアセンブリし
最後にその3Dファイルを読み込んで2Dの図面を作成するという工程を取っています。

2D製図に慣れているとその図面を利用して3D化するというイメージだったので
このことは意外な発見でしたし、3DCADでは重要な概念です。
複雑な製品だと図面にしても重要な部分以外は寸法表示しても意味がないので
当然のことかもしれません。

DXF(2D)などはこういった高級なSolidworksなどでは個別部品を作成するときぐらいしか
必要がない中間ファイル形式なのでしょう。
3D XML
Solidoworksのスペックを見て気が付いたのがこの3D XML形式での出力
アドビ社のAcrobat9でもサポートしているので使えそうな中間ファイルです。
(生ファイル*.SLDPRTも利用可能なので予備や検証用という意味です。)

だた「X3D」とどう違うのか理解できていません。
こちらの右のMIME Typeにmodel/ x3d + xml
と書かれているので関係はありそうです。

今まで「図脳RAPID3D」ではVRML形式を中間ファイルにしていましたが
XMLの発展系のようなのでファイル量が軽いのかもしれません。

3D XML自体の説明はこちら
Solidoworksの開発元のダッソシステムズ社が買収した「Virtools」を利用しているのでしょう。
ソフトウェアの評価
主に2D/3DCADを評価する場合にこういう手法を取っています。

1.まずは簡単に操作してみてソフトウェアの癖を読み取る。
2.操作しやすいようにキーボードに最低限のショートカットを割り振り
 簡単な操作と割付しにくいコマンドやキーがあるかの評価
3.マニュアルなどを見て簡単な部品の作成
4.データ互換性のチェック
5.すべての本格的評価

6.他のCADと同じまたは似たショートカットキーの割付け
これができないと使えるソフトウェアでも操作に混乱をきたします。

いきなり本格的に評価するとそのソフトウェアの癖を読み取れない場合があります。
CADとは関係ありませんがAdobe製のFireworksだけはショートカットの割り振りに頼らずに
使っている珍しいソフトウェアでした。


プロフィール

SOPHIL

Author:SOPHIL
神奈川県でプリント基板のパターン設計業務をしています。
使用CADはP-CAD2002/2006、三次元CAD/SOLIDWORKSで実装部品を立体化
3DCAD、CG、グラフィックソフトを利用し
パターン設計ソフトの更なる使い勝手の改善にトライ。

メール

質問や仕事などのメール送付は下記アドレスまで お願い致します。

sophil@mug.biglobe.ne.jp

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