เมื่อคนส่วนใหญ่คิดถึง ESP32 มักจะนึกถึงโปรเจกต์ IoT แบบเล็กๆ โครงการทำเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ หรืออุปกรณ์ควบคุมอื่นๆ ที่ไม่ค่อยซับซ้อนนัก แต่จริงๆ แล้ว มัน็มีคนบางคนที่ใช้ ESP32 ไปแก้ไขปัญหาระดับหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมหนัก แบบเรื่องบาลานซ์โรเตอร์ของเครื่องจักร โปรเจกต์ Alfmart CNC Garage ได้แสดงให้เห็นว่า การรวมกันของเทคโนโลยี DIY ระบบ ESP32 และการเข้าใจฟิสิกส์เบื้องต้น สามารถสร้างระบบปรับสมดุลโรเตอร์ที่มีความแม่นยำระดับอุตสาหกรรมได้
ให้เราเริ่มจากพื้นฐานก่อน Dynamic Balancer (หรือ Balancing Machine) คือเครื่องจักรที่ใช้ในการวัดและปรับสมดุลของ Rotor หรือชิ้นส่วนที่หมุนวน เมื่อเรามีส่วนที่หมุนแล้ว มวลของมันไม่ได้กระจายเท่าๆ กันรอบศูนย์กลางเสมอไป ส่วนที่หนักบางส่วนจะทำให้เกิด "Imbalance" ซึ่งก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนและความเสียหายให้กับเครื่องจักร
โรเตอร์ที่ไม่สมดุลนั้นเป็นปัญหาโลกจริงที่ส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมหลายสาขา ตั้งแต่มอเตอร์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ไปจนถึงกังหัน ปั๊ม และอุปกรณ์หมุนอื่นๆ เมื่อโรเตอร์ไม่สมดุล มันจะสั่นสะเทือน ส่งผลให้เกิด:
วิธีแก้ปัญหามาตรฐาน (แบบเดิมๆ) คือการส่งชิ้นส่วนนั้นไปยังศูนย์บริการเชี่ยวชาญ ซึ่งมีเครื่องจักรราคาแพง และกระบวนการนั้นก็มีค่าใช้จ่ายสูง บางครั้งก็ต้องรอนาน แต่ Alfmart CNC Garage มีไอเดีย: "ทำเอง"
เมื่อโรเตอร์หมุน มวลที่กระจายไม่เท่าๆ กัน ก่อให้เกิดแรงเหวี่ยง (Centrifugal Force) ที่ไม่สมดุล แรงนี้ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนที่รุนแรง ระบบบาลานซ์งานคือการค้นหาและปรับสมดุลของแรงนี้
ที่นี่เป็นที่ที่เรื่องน่าสนใจเริ่มต้น ESP32 เป็น Microcontroller ราคาถูก (ราคาเพียงไม่กี่ดอลลาร์) แต่มันก็มีความสามารถเพียงพอสำหรับการใช้งานจากระบบ Balancing ได้ โครงการ Alfmart ใช้ ESP32 เพื่อ:
ความแม่นยำของ 1 mg (มิลลิกรัม) ที่ปรากฏในชื่อโปรเจกต์ นั้นไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย มันหมายความว่าระบบนี้สามารถตรวจสอบและปรับสมดุลได้ในระดับที่เล็กมากๆ การบรรลุความแม่นยำเช่นนี้ต้องได้ระมาณของ:
Accelerometer ที่มีความไว (Sensitivity) สูง เพื่อวัดการสั่นสะเทือนขนาดเล็ก
เครื่องจักรต้องมีโครงสร้างที่แข็งแรง ไม่เกิดการสั่นจาก External Vibration
ESP32 ต้อง Run Algorithm ที่สามารถคำนวณตำแหน่งและขนาดของ Imbalance ได้อย่างแม่นยำ
ระบบ Balancing ต้อง Calibrate ได้ดี เพื่อให้สามารถปรับสมดุลได้อย่างแม่นยำ
สำหรับวัสดุ Rotor ที่ใช้ในโปรเจกต์นี้ (ตามที่ปรากฏในบทความ) นักพัฒนามักจะใช้วัสดุที่ทนทานต่อความร้อน เช่น Inconel ซึ่งเป็นนิกเกิลเบส Super Alloy ที่มีความแข็งแรงสูงและทนทานต่อสภาวะที่รุนแรง Inconel นั้นใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ระบบพลังงาน และการประยุกต์ใช้อื่นๆ ที่ต้องการวัสดุที่ทนหนัก
Inconel มีความทนต่อความร้อนสูง (ทนได้ถึง 2200°F) และมีความแข็งแรงที่ดีแม้ในอุณหภูมิสูง เหมาะสำหรับใช้ในกังหันของเครื่องยนต์ไอพ่นหรืออุปกรณ์ที่หมุนด้วยความเร็วสูง
Alfmart CNC Garage ได้สาธิตให้เห็นว่าคนธรรมดา (DIY Maker) สามารถสร้างเครื่องจักรที่ซับซ้อนได้ โดยใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ที่หาง่าย พวกเขาได้สร้างระบบ Dynamic Balancer ที่สามารถปรับสมดุลโรเตอร์ได้ที่ความแม่นยำ 1 mg ด้วยการ:
ผลลัพธ์ที่ได้คือ เครื่องจักร DIY ที่สามารถทำงานได้ดีไม่แพ้ระบบที่ราคาแพงในห้องปฏิบัติการ
นี่ไม่ใช่เพียงแค่โปรเจกต์ "สนุกสนาน" สำหรับนักพัฒนา มันมีค่าใช้งานจริงทั่วไป:
โปรเจกต์นี้ยังแสดงให้เห็นว่า ESP32 ไม่ได้จำกัดเพียงแค่โปรเจกต์ IoT ทั่วๆ ไป มันสามารถใช้ในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมจริงๆ ได้ด้วย ตราบใดที่เรามี Algorithm ที่ถูกต้อง และข้อมูลจากเซนเซอร์ที่ดี
โลกของวิศวกรรมกำลังเปลี่ยนไป Microcontroller ราคาถูกและเครื่องมือ DIY สามารถใช้ในการแก้ปัญหาที่ค่อนข้างเซียน (Niche) ได้ พอเรามี:พอเรามี 1) ความเข้าใจปัญหา 2) สมาชิก Algorithm 3) ข้อมูลที่ดี เราสามารถสร้างสิ่งแปลกใหม่ได้
โปรเจกต์ Dynamic Balancer ของ Alfmart CNC Garage เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของ DIY Engineering ที่สำเร็จ มันแสดงให้เห็นว่า ESP32 ที่ราคาถูกสามารถใช้ในการแก้ปัญหาระดับอุตสาหกรรมได้ ความแม่นยำ 1 mg ไม่ได้มาจากการทำให้ง่ายขึ้น แต่จาก "ความเข้าใจที่ลึกซึ้ง" ของปัญหา การเลือก Hardware ที่ดี และ Software ที่ฉลาด ถ้าคุณมีความสนใจในวิศวกรรมหรือพัฒนา IoT ที่มีระดับความเพ้อลิน สูง โปรเจกต์เช่นนี้น่าจะเป็นแรงบันดาลใจให้ลองสร้างสิ่งของด้วยตัวเอง
ต้องการทราบเพิ่มเติมเกี่ยวกับโปรเจกต์ DIY Engineering ระดับนี้ หรือชอบที่จะแลกเปลี่ยนไอเดียกับนักพัฒนาอื่นๆ?
