品質測定業務向け、Mitutoyoデジタルゲージの値をWi-FiとUSBでコンピューターへ送る読取装置（社内研究）

課題の背景

この読取装置は、ゲージの画面の数字を読んでプログラムへ一つずつ手入力する代わりに、デジタルゲージの値をコンピューターへ直接送ります。デジタルゲージはすでに結果を数字で表示していますが、入力し直す必要があれば、記録作業は遅いままで、入力ミスも起こり得ます。

ノギスやマイクロメーターなど、Mitutoyoデジタルゲージの多くのモデルには、データ送信用のDigimaticポートがすでに備わっています。そこで、このプロトタイプはそのポートで値を受け取ることから始めました。これは当社の2015–2018年の社内研究開発です。

要件と制約

プロトタイプの文書には、要件が個別の項目として記録されていません。以下の要件は、プロトタイプのコードとマニュアルで実際にできることをまとめたものです。

• Digimaticポートの信号ピンを介してゲージの値を読み取ります。対象はクロックピン（CLK）、データピン（DAT）、値要求ピン（REQ）です。
• コンピューターで開いているプログラムへ値をEnter付きで送り、次の入力欄が値を受け取れる状態にします。
• Wi-Fi式とキーボードモードでは、測定者がフットスイッチを踏むかボタンを押して、自ら値の送信を指示します。
• 制約: シリアルポート（Serial）経由で値を送るモードでは、値を受け取るコンピューター側のプログラムが必要です。また、キーボードモードではゲージの値を一台ずつ受け取ります。

Wi-FiとUSBによる値送信の違い

Wi-Fi式では、値を受け取るためにコンピューターへGauge Readerプログラムをインストールして起動しておく必要があります。一方、キーボードモードのUSBボードでは、コンピューターがボードをキーボードの一つとして認識するため、追加のプログラムをインストールする必要はありません。Wi-Fi式とキーボードモードのどちらも、測定者が送信を指示すると、開いているプログラムへ値をEnter付きで入力します。

キーボードモードのUSBボードの動作

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   ゲージをボードに接続

   ゲージのDigimaticポートからATmega32U4チップのボードへケーブルを接続し、ボードをコンピューターのUSBポートに差し込みます。

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   コンピューターがボードをキーボードとして認識

   キーボードモード（USB HID）のファームウェアにより、コンピューターはボードをキーボードの一つとして認識します。

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   ボタンを押して値を送信

   測定者がボタンを押すと、ボードがカーソルのある入力欄へゲージの値を入力し、続けてEnterを押します。

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   キーボード入力を受け付けるプログラムで使用

   スプレッドシートの表や測定結果の記録フォームなど、キーボード入力を受け付けるプログラムであれば、どのプログラムにも値を入力できます。

v3ファームウェアには、シリアルポート経由で値を送るモードがさらに2つあります。コンピューターの要求時に送信するモードと、値を読み取った直後に送信するモードです。2つのモードとも最大4チャンネルのゲージに対応しますが、値を受け取るコンピューター側のプログラムが必要です。

NodeMCUボード上のWi-Fi式読取装置の動作

1. ゲージとフットスイッチをNodeMCUボード上の読取装置に接続します。
2. 読取装置の設定用Webページで、Wi-Fiの名前とパスワード、送信先コンピューターのアドレスを設定します。
3. コンピューターでGauge Readerプログラム（Python製）を起動します。
4. フットスイッチを踏むと、値がWi-Fi経由でGauge Readerプログラムへ送られ、このプログラムが開いているプログラムへ値を入力してEnterを押します。

当社が構築し検証したもの

当社は2つの方式の読取装置を、コンピューター側のプログラム、ファームウェア、マニュアルとともに製作しました。項目は次のとおりです。

• 読取装置のWebページでの設定手順を記載したWi-Fi式読取装置のマニュアル
• 読取装置から値を受け取り、開いているプログラムへ入力するGauge Readerプログラム（Python）
• ATmega32U4チップ上で動作し、3つのモードを持つUSBボード用v3ファームウェア
• 別のセットとして分けたキーボードモード版のコードと、USBボードの回路図

このプロトタイプとInGaugeの関係

このプロトタイプは2017年のInGauge USB 2.0製品文書と同じ時期のものですが、v3ファームウェアがInGauge USB 2.0と同一のファームウェアかどうかは、まだ確認が必要です。当社が現在販売・レンタルしている製品は、ITAPプロジェクトによるInGauge USB V2.1です。文書が残っている作業の経緯は次のとおりです。

1. 2015–2018年: 社内研究開発。Wi-Fi式読取装置と、v3ファームウェアを使用するUSBボードを試行
2. 2017年: InGauge USB 2.0製品文書
3. 2020–2021年: ITAPプロジェクトで回路を新たに設計し、CE/FCC試験に合格したInGauge USB V2.1が完成

InGauge USB V2.1にはシリアルポートモード（Mode 1）とUSB HIDキーボードモード（Mode 2）があり、これらはプロトタイプのv3ファームウェアが備える値送信方法と同じです。

プロトタイプの文書から確認できた成果

確認できるのは、プロトタイプのコードとマニュアルです。ATmega32U4チップ上のv3ファームウェアには3つのモードがあり、シリアルポートモードで最大4チャンネルのゲージに対応します。Wi-Fi式読取装置のマニュアルには、設定手順とフットスイッチによる値送信が記載されています。

プロトタイプの文書にはコードと使用手順が記録されていますが、値送信の速度や正確さの数値は記録されていません。そのため、このページではそれらの数値を報告しません。

私たちが学んだこと

このプロトタイプから、測定器の値をコンピューターへ送る業務について3つの原則が得られます。

• コンピューターがすでに認識している経路で値を送ります。Wi-Fi式ではGauge Readerプログラムを常に起動しておく必要がありますが、キーボードモード（USB HID）では追加のインストールは不要です。コンピューター側の準備が少ないほど、既存のプログラムと接続しやすくなります。
• プログラムへ入力する値が測定したワークと一致していなければならない場合は、測定者が値の送信を指示します。Wi-Fi式読取装置とキーボードモードは、フットスイッチを踏むかボタンを押すと値を送るため、プログラムに入る値は測定者が選んで送った値になります。
• 値を送れるコードであっても、販売までには回路設計と規格試験という段階がさらに必要です。現在販売しているInGauge USB V2.1は、ITAPプロジェクトで回路の新規設計とCE/FCC試験を経ています。

このアプローチをお客様の測定業務に適用する方法

お使いのゲージにDigimaticポートがあり、すでに測定結果をコンピューター上のプログラムへ記録している場合は、このプロトタイプと同じ方式を利用できます。ゲージのポートから値を受け取り、キーボードのようにプログラムへ入力する方式です。実際の運用では、プロトタイプではなくInGaugeをご使用ください。調整が必要な部分は、値を受け取るプログラムとゲージの数によって異なります。

• 使用中のゲージにDigimaticポートと対応機種のケーブルがあることを確認します。
• お使いの記録プログラムがキーボード入力で値を受け取れるか、シリアルポート経由での受信が必要かを確認します。
• 測定者がボタンとフットスイッチのどちらで値の送信を指示するかを決め、作業ステーションに合った位置に配置します。