Eenvoudig te bouwen Focus Stacking Rig - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Hergebruikte 3D-printeronderdelen en op Arduino gebaseerde FastStacker-software maken een eenvoudige en goedkope bouw van een volledig uitgeruste focusstack-installatie mogelijk

Sergey Mashchenko (Pulsar124) heeft uitstekend werk geleverd door een DIY Arduino-gebaseerde focus stacking-rail te ontwikkelen en te documenteren, zoals beschreven op zijn wiki (https://pulsar124.fandom.com/wiki/Fast_Stacker). Veel mensen hebben zijn project gebouwd en zoals hij op zijn wiki opmerkt, is zijn project uitgebreid besproken in relevante fora. Ik heb onlangs zelf een versie van deze build voltooid terwijl ik documenteer in een opmerking op zijn wiki. Ik bouwde een controller rond het ontwerp van Pulsar124 met behulp van een Arduino, toetsenbord, stepper-stuurprogramma en een Nokia 5110 LCD-scherm. Er was veel soldeerwerk bij betrokken en het oude standaard LCD-scherm was erg problematisch. De forums lieten zien dat anderen ook problemen hadden met het LCD-scherm. De software van het project van Pulsar124 is erg mooi. Het is volwassen en volledig uitgerust en ik wilde het gemakkelijker maken om een systeem te bouwen dat het gebruikt. Ik heb zijn software geporteerd om te draaien op een 3D-printerbesturingsplatform dat bestaat uit een Arduino-mega, een RAMPS 1.4-schild en een volledig grafisch slim controller-LCD-paneel met bijbehorende kabels. Ik geef die software hier instructies voor het samenstellen van de stackercontroller waarop hij draait. Voor de rail zelf heb ik, in plaats van te beginnen met een commerciële Velbon-rail zoals in het oorspronkelijke project, een eenvoudige op 3D-printer gebaseerde rail ontworpen die ik hier ook documenteer. Ik neem geen verantwoordelijkheid voor deze code of ontwerp als iemand zijn camera of iets anders verknoeit.

Benodigdheden

Stapelaarcontroller

De volgende onderdelen worden samen zeer goedkoop verkocht als een "3D-printerkit" of "RAMPS-kit", maar u kunt ze afzonderlijk kopen of ze opruimen bij een ongebruikte 3D-printer.

• Arduino mega
• RAMPS 1.4
• 1 stepper driver (de kits worden meestal geleverd met minstens 4)
• Full Graphics Smart Controller LCD-scherm met connectorkaart en lintkabels. Als je koopt, kies er dan een met een ingebouwde potentiometer voor het regelen van het achtergrondverlichtingsniveau.
• header-jumpers voor het configureren van de stepper-driver
• repRap-stijl eindschakelaars en bijbehorende kabels

Ook vereist voor de controller:

• 4x4 schakeltoetsenbord

• spanningsdeler onderdelen:

  • 150K weerstand
  • 390K weerstand
  • 0.1 uf condensator
  • 2 enkele mannelijke header-pinnen (optioneel)

• Onderdelen camera-interface relaiskaart

  • 2 reed-relais - spoel van 10 ma, ingebouwde snubberdiodes
  • 1/8" phono-aansluiting
  • 3-pins 0,1" koptekst
• 6-cels AA-batterijpakket met oplaadbare NiMH-batterijen voor werking op batterijen
• Wrattenvoeding levert nominaal 9 VDC voor AC-werking
• Doorverbindingsdraden of draden/pinnen/connectorpinbehuizingen om de verbinding te maken tussen het toetsenbord en de RAMPS-headers. 8-pins naar 2 X 4-pins aansluiting vereist.
• Draden of kabel om eindschakelaars aan te sluiten op RAMPS-header. Ik heb de kabels gebruikt die bij de eindschakelaars in de RAMPS-kit zijn geleverd, en heb ze verlengd zoals hieronder beschreven.
• Kabel om de stepper aan te sluiten op de RAMPS-header. Ik gebruikte een 59 "stappenkabel van Amazon.

• Handmatige camera-sluiterbedieningskabel die werkt met uw type camera - vind op ebay of Amazon voor een paar dollar. Snijd de handbediende drukknopeenheid af en gooi deze weg en bewaar de kabel en connector die specifiek zijn voor uw camera.

Focusrail

• 3D-geprinte stukken met behulp van meegeleverde STL-bestanden - motoruiteinde, verre uiteinde en slee.
• NEMA 17 stappenmotor met 300 mm T8-spindel getoond of uw lengtevoorkeur. Als de spindel niet is geïntegreerd, gebruik dan de koppeling om de stepper met de spindel te verbinden
• Messing moer voor spindel - gewone of veerbelaste anti-speling
• 4 LM8U lagers
• 2 stalen staven van 8 mm met een lengte van 340 mm of op maat van uw spindel
• Bodemplaat 100 mm x 355 mm (of geschikte lengte) Ik heb een stuk aluminium materiaal van 4 "x 14" gebruikt met het oppervlak schoongemaakt. Vele andere basisopties zijn mogelijk.
• Bouten om eindstukken aan de basis te bevestigen - ik gebruikte 1/4-20"
• Moeren/bouten voor bevestiging van eindschakelaars - 4-40 of 3mm
• RepRap-stijl eindschakelaars. De RAMPS-kits worden vaak geleverd met 3 of 4 hiervan. Standaard microschakelaars kunnen ook worden gebruikt, waarbij de gatenpatronen op de eindstukken beide accepteren.

• Het volgende, van boven naar beneden, beginnend bij de camera, gebruikt om uw camera op de railslede te monteren:

  • 50 mm universele snelschoenplaat met 1/4 schroef, past op Arca-Swiss-standaard (montage op camera)
  • 200 mm Nodal Slide focusrailplaat met snelspanklem voor Arca-montage (accepteert plaat hierboven)
  • 50 mm Arca Swiss-klem, snelkoppelingsplaatklem, past op Arca-stijlplaat (monteert glijdende knoopplaat op slee)
• Ritssluitingen, 4"

Stap 1: RAMPS en Arduino

De afbeelding toont een van de typische RAMPS-kits.

De software voor deze build is hier:

Installeer de FastStacker-software op het megaboard. Voordat u de Faststacker-software naar het bord gaat compileren en uploaden, gebruikt u de Arduino IDE-bibliotheekmanager om de u8g2lib grafische bibliotheek in uw Arduino-omgeving te installeren. Als u een andere rail, eindschakelaars, enz. gebruikt, raadpleeg dan de originele build-wiki voor advies op maat.

Installeer alle drie de jumpers op de X-stappenmotorstuurprogramma-plek van de RAMPS zoals weergegeven in de afbeelding en installeer vervolgens een stappenmotorstuurprogramma op deze plek. Dit configureert voor 16 microstep operatie. Sluit het RAMPS-schild aan op de Arduino-mega. Sluit het grafische LCD-scherm aan op de RAMPS met de meegeleverde interfacekaart en lintkabels en let op de labels op de connectoren aan elk uiteinde. Merk op dat dit LCD-scherm geen programmatische bediening van de achtergrondverlichting ondersteunt, zodat de functie in de softwarepoort wordt uitgeschakeld.

In de volgende stappen worden meerdere verbindingen gemaakt met het RAMPS-bord door op verschillende headers aan te sluiten. Het diagram van het RAMPS-bord geeft een samenvatting van deze verbindingen ter referentie, met verdere details in latere stappen.

Stap 2: Spanningsdeler

De stapelaarcontroller bevat functionaliteit om de batterijspanning te bewaken (of wat de ingangsstroombron ook is). Een spanningsdeler wordt gevormd uit 2 weerstanden en een 0.1uf ruisonderdrukkingscondensator volgens het originele ontwerp. In deze build is de spanningsdeler aangesloten op pinnen van de anders ongebruikte, y stepper-header. De interne spanningsreferentie van 2,56V van de mega wordt gebruikt voor de metingen.

De twee scheidingsweerstanden worden in de originele projectdocumentatie en -code R3 en R4 genoemd en dat gaan we hier verder. Ervan uitgaande dat R3 degene is die rechtstreeks is verbonden met "+" van de batterij (Y-header pin 16) en R4 is verbonden met aarde (Y-header pin 9), is de delerverhouding R4/(R3+R4). Deze build gaat uit van een nominale invoer spanningsbereik van 6,9 V tot 9 V. Bij gebruik op batterijen gebruikt hij 6 oplaadbare AA NiMH-batterijen. Bij gebruik van AC gebruikt het een nominale muurwrat van 9V. We zullen 9.2V tot 2.56V schalen met deze weerstanden: R4=150K, R3= 390K.

Bouw de spanningsdeler zoals afgebeeld. De pinnen zijn niet strikt noodzakelijk, u kunt de weerstandsdraden rechtstreeks in de header steken. De draden op de weerstanden die ik had, leken echter klein en ik was bang dat ze niet betrouwbaar zouden blijven zitten, dus voegde ik de pinnen toe. Ik weet niet zeker of de condensator echt nodig is - het lijkt goed te werken zonder, zoals weergegeven in de afbeelding van de minimalistische versie van de verdeler met een enkele soldeerverbinding.

Steek de verdeler als volgt in de Y-stepper-header op de RAMPS en zoals weergegeven in de afbeelding:

Pin 16 (Vcc) - vrije kabel van 390K weerstand.

Pin 9 (gnd) - vrije kabel van 150K weerstand

Pin 8 (Y-stepper inschakelen, arduino A7) - tik op spanningsdeler

Stap 3: Toetsenbord

Er worden 2 soorten algemeen beschikbare toetsenborden weergegeven. Het bestand stacker.h bevat sleuteltoewijzingen voor beide met de zwart/wit-eenheid standaard ingeschakeld. Maak in plaats daarvan commentaar op de andere toewijzing als u een van de rood/blauwe membraantypes gebruikt. Raadpleeg de originele projectdocumentatie als de uwe anders is.

Als je problemen hebt met sommige toetsen die niet werken, maar geen volledige rij of kolom, en je gebruikt een van de zwart/wit eenheden, meet dan de weerstand van de rij-kolom verbindingen voor alle toetsen. De toetsenborden in zwart/wit-stijl gebruiken een soort van gedrukte koolstofsporen op het bord aan de binnenkant die ervoor zorgen dat sommige rij-kolomverbindingen een hoge weerstand hebben, waardoor sommige toetsen niet reageren bij gebruik met sommige platforms, bijvoorbeeld arduino pro mini.

Het toetsenbord heeft een 8-pins connector. 4 van deze pinnen zijn aangesloten op een header op de RAMPS en de andere 4 op een andere header. Ik heb 8-pins naar dubbele 4-pins lintkabels gemaakt voor beide toetsenbordtypen, zoals weergegeven in de foto's. Ze zijn hetzelfde, behalve het geslacht van de pinnen die op het toetsenbord zijn aangesloten. Ik gebruik pin-behuizingen en krimp op mannelijke en vrouwelijke pinnen, samen met draad en een krimptang om de kabels te maken, maar jumperdraden of andere voorgekrompen opties kunnen worden gebruikt. Deze video van Pololu laat veel productopties zien om dit soort kabels te bouwen: https://www.pololu.com/category/39/cables-and-wir…. Doorverbindingsdraden van het getoonde type zijn een gemakkelijke optie.

Gebruik de kabel om het toetsenbord op de RAMPS aan te sluiten volgens de afbeeldingen en als volgt (bij de onderstaande pinnummering van het toetsenbord wordt ervan uitgegaan dat pin 1 zich aan de linkerkant bevindt als je naar de voorkant van het toetsenbord kijkt, pin 8 naar rechts):

toetsenbord pinnen 1-4 verbinden met de RAMPS servo's header, de pinnen in volgorde, van links naar rechts, beginnend bij de pin die zich het dichtst bij de reset-knop bevindt. Deze sluit als volgt aan:

toetsenbord 1- D11

toetsenbord 2- D6

toetsenbord 3- D5

toetsenbord 4- D4

toetsenbordpennen 5-8 worden aangesloten op de RAMPS-eindstopkop en maken als volgt verbindingen:

toetsenbord 5- Ymin- D14

toetsenbord 6- Ymax- D15

toetsenbord 7- Zmin - D18

toetsenbord 8, Zmax- D19

Stap 4: Camera-interface

Een klein bord met 2 reed-relais, een 3-pins header en een 1/8 audio-aansluiting fungeert als de interface tussen de RAMPS en de camera. Ik raad aan om relais te gebruiken met ingebouwde snubberdiodes. Voeg uw eigen toe, als u dat niet doet Kies er een die niet meer dan 10 ma nodig heeft om te activeren (spoel van 500 ohm) Ik had toevallig een aantal Gordos 831A-4-relais die ik gebruikte, maar DigiKey heeft bijvoorbeeld de Littlefuse #HE721A0510, Digi-Key onderdeelnummer HE101-ND dat ziet er geschikt uit. Het schema wordt getoond.

Er wordt een kabel gemaakt van de handmatige sluiterbediening door de drukknopbediening te knippen en weg te gooien nadat je hebt opgemerkt welke draden AF, sluiter en gemeenschappelijk zijn. Deze kabel is bevestigd aan een 1/8 audiostekker die in de aansluiting op de relaiskaart wordt gestoken.

Het relaisbord wordt aangesloten op de RAMPS met een korte 3-aderige servokabel zoals afgebeeld. U kunt een standaard servokabel gebruiken, jumpers gebruiken of uw eigen kabel maken. De relaiskaart van de camera-interface wordt aangesloten op de AUX-2-header van de RAMPS-kaart en maakt de volgende verbindingen:

Aux 2, pin 8- GND

Aux 2, pin 7- AF- D63

Aux 2, pin 6 - sluiter- D40

Ik heb geëxperimenteerd met het gebruik van een relaismodule voor deze functie om te voorkomen dat ik een bord moest bouwen, maar de algemeen beschikbare module die ik probeerde verbruikte te veel stroom van de 5V-rail.

Stap 5: Stappenaansluiting

Sluit de stappenkabel aan op de X stepper-header. Ik heb een 59 stepper-verlengkabel gebruikt, zoals weergegeven in de 2e foto. Als de stepper in de verkeerde richting draait, keert u de stepper-connector om die op het RAMPS-bord is aangesloten.

Stap 6: Eindschakelaars

De FastStacker-software maakt geen onderscheid tussen de twee eindstops en het maakt niet uit welke werd geraakt. De RAMPS-stapelaarsoftware is geconfigureerd om direct te kunnen werken met 2 standaard repRap-eindschakelaars en de bijbehorende kabels die worden aangesloten op de Xmin- en Xmax-eindstopkopposities op de RAMPS. De afbeelding laat zien waar deze inpluggen. In deze configuratie is elke eindschakelaar op de rail verbonden met +5V, GND, en wordt voor elke eindschakelaar een individuele signaaldraad geleid. De software OF de twee ingangen samen. Dit maakt een eenvoudig plug-and-play hergebruik van de kabels die bij de RAMPS-kit worden geleverd en het laat de LED-indicatoren op de repRap-eindstopborden oplichten wanneer de stops worden geactiveerd. De signaallijnen van de twee repRap-schakelaars kunnen niet met elkaar worden verbonden wanneer de kaarten +5 ontvangen, als ze dat wel zijn, zal het activeren van de ene en niet de andere kort +5 naar GND. Ik heb de getoonde kabelboom gemaakt van de originele kabels, waarbij ik een enkel voedingspaar naar de schakelaars heb gestuurd, maar hun individuele signaaldraden heb behouden en alle draden heb verlengd. Deze gebruikt nog steeds 4 draden in de aanloop tussen de controller en de rail.

Een eenvoudigere benadering maakt gebruik van slechts 2 draden - GND en een van de Xmin- of Xmax-eindstop-headerpennen die naar de twee normaal open eindstopschakelaars worden geleid, die parallel zijn bedraad. Als een eindstopschakelaar wordt geactiveerd, wordt de signaalleiding naar aarde getrokken. Minder draden, maar geen LED-verlichting als een schakelaar wordt geactiveerd.

De gatenpatronen op de raileindstukken ondersteunen ook microschakelaars van standaardformaat (niet de mini-schakelaars zoals op de repRap-kaarten). Gebruik in dat geval de 2-draads configuratie.

Stap 7: Kracht- en banktest

Breng 7-9V nominaal aan op de voedingsingangsconnector van de RAMPS. Noteer in de afbeelding welke set klemmen op de voedingsconnector wordt gebruikt. Dit is de laagvermogenset van Vcc-ingangen, niet de hoogvermogeningangen die de RAMPS-MOSFETS aandrijven. Het systeem zou moeten opstarten en u vertellen dat u op een willekeurige toets moet drukken om de kalibratie te starten. Als u dat doet, begint de stepper te draaien. Laat dit een paar seconden doen en activeer vervolgens een van de eindschakelaars. De motor moet omkeren. Laat het enkele 10 seconden lopen en druk dan opnieuw op een eindschakelaar. De motor gaat weer achteruit en gaat naar wat hij denkt dat de 4 mm-positie is. Op dit punt doorloopt u de werking van de verschillende toetsen op het toetsenbord, verwijzend naar de originele projectdocumentatie, om er zeker van te zijn dat de toetsen allemaal correct worden gelezen. Houd er rekening mee dat de functie voor achtergrondverlichting van het oorspronkelijke project niet wordt ondersteund op dit systeem - het LCD-scherm ondersteunt dit niet. Voer enkele stapels uit en luister naar de klik van de relais die worden geactiveerd en als alles goed lijkt, verifieert u de interface naar uw camera. Dat zou het moeten zijn voor de elektronica.

Stap 8: Spoor

De drie 3D-prints zijn eenvoudige prints en fijne lagen zijn niet vereist - ik gebruikte.28 mm. Het gaat samen zoals op de foto's. Houd er rekening mee dat sommige foto's in deze Instructable een eerdere iteratie van het railontwerp laten zien voordat ik de eindstopschakelaars van de bovenkant van de eindstukken naar de binnenkant van de eindstukken verplaatste. De slede is geschikt voor de anti-spelingmoer zoals afgebeeld of de standaardmoer. Begin aan het motoruiteinde, bevestig de motor en de eindstop, voeg de rails toe, schuif de slee erop en draai de draadschroef met de hand om deze op de moer te schroeven. Duw het verre eindstuk op de rails, voeg de kabelbinders toe en de montage is grotendeels gedaan, behalve het vastschroeven aan de basis die u kiest. Er zijn veel opties voor een basis. De aluminium plaat die ik heb gebruikt is sterk en gemakkelijk te tikken voor montage op een statief. Aluminium extrusie of hout zijn andere mogelijkheden.

Stap 9: Behuizing

Er zijn vele manieren om de op de 1e foto getoonde elektronica te verpakken. Er zijn veel ontwerpen op Thingiverse voor dozen die de RAMPS/mega/LCD-combo bevatten, wat een begin zou kunnen zijn voor een 3D-geprinte versie. Ik heb een laser gebruikt om een acryl console-stijldoos te maken van het ontwerp in het bijgevoegde SVG-bestand. De doos is gemaakt met Boxes.py en de gatenpatronen toegevoegd in Lightburn. Het is bedoeld voor materiaal van 2,8 mm. Ik ontwierp de doos om het batterijpakket achter de elektronica te houden en voerde de stroomuitgang een inkeping aan de achterkant uit. Een scharnierend deksel zorgt ervoor dat de batterij gemakkelijk kan worden verwijderd. De stroomingang voor het systeem wordt naar een gat aan de achterkant van de doos gebracht waar het supergelijmd is. Bij gebruik van de batterij is de batterijkabel zoals afgebeeld in de aansluiting gestoken. De AC-adapter wordt in dezelfde aansluiting gestoken als u op AC werkt. De accu kan worden opgeladen zonder deze uit de doos te halen, zoals op de afbeelding te zien is.

Stap 10: Bediening

Hier verwijs ik je terug naar de uitstekende gebruikershandleiding van Pulsar124: https://pulsar124.fandom.com/wiki/User_guide. Ik heb een gelamineerd spiekbriefje gemaakt zoals getoond om me te helpen toetsenbordcommando's te onthouden totdat ik er bekend mee raakte. Zoals eerder vermeld, ondersteunt het LCD-scherm geen controle van de achtergrondverlichting, dus het #-4-commando werkt niet.

Zie de bijgevoegde video voor een zeer snelle demo van enkele basishandelingen.

Stap 11: Maak notities en gedachten

De poort begon met FastStacker V1.16. Dit komt vooral omdat dat de versie is die ik heb gebruikt voor mijn op pro-mini gebaseerde build. Dat kwam omdat ik V1.17 niet op de pro-mini kon krijgen en ik gaf niet echt om de telescoopbesturing van 1.17. Op de mega neemt deze versie, die ik 1.16a heb genoemd, minder dan 20% van het geheugen in beslag, dus er is genoeg ruimte voor V1.17 en meer. De RAMPS-poort omvatte pintoewijzing en vervanging van het oude LCD-stuurprogramma door het u8g2lib grafische stuurprogramma. Het grotere LCD-scherm bood de luxe van extra tekens die ik gebruikte voor labels, berichten en eenheden van de bestaande gebruikersinterface om het een beetje toegankelijker te maken voor occasionele gebruikers. Zoals opgemerkt, ondersteunt het LCD-scherm geen programmatische achtergrondverlichting, zodat het commando wordt uitgestoten. Ik heb enkele wijzigingen aangebracht in het gebied voor spanningsbewaking, waarbij ik de interne spanningsreferentie heb gebruikt en een andere kritische grensspanningsconstante heb toegevoegd die wordt gebruikt om de laagspanning te verifiëren voordat de rail wordt uitgeschakeld. Ik heb er ook op gericht om het ontwerp uit 6 cellen te laten lopen in plaats van 8 zoals in de originele build. De 6 cellen zijn energiezuiniger, nemen minder ruimte in beslag en verminderen de stress op de 5V-regelaar op de mega zonder invloed op de fysieke prestaties. Ik heb de pieper op het LCD-scherm gebruikt om een korte pieptoon te geven bij het weergeven van een van de foutmeldingen. Ik heb het standaard spelingnummer op 0,2 mm gelaten zoals het oorspronkelijk was, hoewel ik vermoed dat het minder is met de anti-spelingmoer, maar ik heb niet geprobeerd het te meten. Als u spelingcompensatie uitschakelt en onder een steile hoek werkt, schakelt u de energiebesparing uit zodat u zeker weet dat u uw positie behoudt. Een functie die ik graag in de software zou hebben, is toetsenbordbesturing van de richting van spelingcompensatie (zonder de bedieningsrichting van de railbediening om te keren met behulp van het *-1-commando). Dit kan worden toegewezen aan de ongebruikte toetsdruk op de achtergrondverlichting. Afhankelijk van de oriëntatie van de operatie, ben ik er niet zeker van of de huidige richting van compensatie altijd correct is, d.w.z. dat je er altijd van kunt uitgaan dat de slede die van de motor af beweegt altijd de richting is die geen compensatie nodig heeft. Ik denk dat het echt niet uitmaakt voor grote stapels. De code is geconfigureerd voor 16 mcrosteps. Er was een constante in de code die werd gebruikt om redelijke #'s van frames voor 1pt-stapels te controleren die ik in stacker.h heb gedefinieerd als RAIL_LENGTH en deze heb ingesteld op 180, wat het geschatte reisbereik voor deze rail is. Verander als uw spoor anders is.

Dit platform biedt naast geheugen nog andere extra mogelijkheden die deze build niet gebruikt. De grafische mogelijkheden van het LCD-scherm kunnen voor meer worden gebruikt dan alleen het tekenen van de SOC-indicator van de batterij. De optische encoderknop is verleidelijk en ik heb een poging gedaan om deze in het project te integreren. Ik vond een goede driver, integreerde die in de build en main loop, en probeerde de software te vervalsen door te denken dat de "1" en "A" toetsen werden ingedrukt toen aan de knop werd gedraaid. Het werkte min of meer, maar was schokkerig en bood geen bruikbare mogelijkheden, dus trok ik het eruit. Er zijn verschillende ongebruikte stepper-driverplekken op het RAMPS-bord die kunnen worden gebruikt om extra steppers te besturen, als dat van nut kan zijn.

De 3D-printercontrollers zoals RAMPS bieden geweldige startpunten voor dit soort builds en ik hoop dat nog een paar mensen kunnen profiteren van de coole software van Pulsar124 die op dit eenvoudig te integreren platform wordt gehost.