Lättbyggd fokusstapelrigg: 11 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

Återanvända 3D -skrivardelar och Arduino -baserad FastStacker -programvara möjliggör enkel och billig konstruktion av fullfokuserad staplingsrigg

Sergey Mashchenko (Pulsar124) har gjort ett bra jobb med att utveckla och dokumentera en DIY Arduino -baserad fokusstapelskena som beskrivs på hans wiki (https://pulsar124.fandom.com/wiki/Fast_Stacker). Många har byggt hans projekt och som han noterar på sin wiki har hans projekt diskuterats mycket i relevanta forum. Jag har nyligen färdigställt en version av denna byggnad själv när jag dokumenterar i en kommentar på hans wiki. Jag byggde en styrenhet kring Pulsar124s design med hjälp av en Arduino, knappsats, stegdrivrutin och en Nokia 5110 LCD -skärm. Det var en hel del lödning involverad och den gamla lager LCD -skärmen var mycket problematisk. Forumet visade att andra också hade problem med LCD -skärmen. Programvaran för Pulsar124: s projekt är mycket trevlig. Det är moget och fullt utrustat och jag ville göra det lättare att bygga ett system som använder det. Jag överförde hans programvara för att köra på en 3D -skrivarkontrollplattform som består av en Arduino mega, en RAMPS 1.4 -sköld och en smart grafisk LCD -panel med tillhörande kablar. Jag tillhandahåller den här programvaran instruktioner för att sätta ihop staplingsstyrenheten som den körs på. För själva skenan, i stället för att börja med en kommersiell Velbon -skena som i det ursprungliga projektet, designade jag en enkel 3D -skrivarbaserad skena som jag också dokumenterar här. Jag tar inget ansvar för den här koden eller designen om någon förstör sin kamera eller något annat.

Tillbehör

Staplingsstyrenhet

Följande delar säljs mycket billigt tillsammans som ett "3D -skrivarsats" eller "RAMPS -kit", men du kan köpa dem individuellt eller ta bort dem från en oanvänd 3D -skrivare.

• Arduino mega
• RAMPS 1.4
• 1 stegdrivrutin (satserna levereras vanligtvis med minst 4)
• Full grafik Smart Controller LCD -skärm med kontaktkort och bandkablar. Om du köper, välj en med inbyggd potentiometer för kontroll av bakgrundsbelysning.
• headerhoppare för att konfigurera stegdrivrutin
• repRap -gränslägesbrytare och tillhörande kablar

Också krävs för regulatorn:

• 4x4 knappsats

• spänningsdelare

  • 150K motstånd
  • 390K motstånd
  • 0,1 uf kondensator
  • 2 enkla hanstiften (valfritt)

• Kameragränssnitt reläkort delar

  • 2 vassreläer- 10ma spole, inbyggda snubberdioder
  • 1/8 "phono jack
  • 3 -stifts 0,1 "huvud
• 6-cellars AA-batteri med laddningsbara NiMH-batterier för batteridriven drift
• Väggvårta levererar nominell 9VDC för AC -drift
• Bygeltrådar eller trådar/stift/kontaktstifthöljen för att göra anslutningen mellan knappsatsen och RAMPS -rubrikerna. 8-polig till 2 X 4-polig anslutning krävs.
• Ledningar eller kabel för anslutning av gränslägesbrytare till RAMPS -huvud. Jag använde kablarna som följde med gränslägesbrytarna i RAMPS -kitet och förlängde dem enligt beskrivningen nedan.
• Kabel för att ansluta steget till RAMPS -huvudet. Jag använde en 59 "stegkabel från Amazon.

• Manuell kamera slutarkontrollkabel som fungerar med din typ av kamera- hitta på ebay eller Amazon för ett par dollar. Klipp av och kassera den handhållna tryckknappen och behåll kabeln och kontakten som är specifik för din kamera.

Focus Rail

• 3D-tryckta bitar med hjälp av medföljande STL-filer- motoränd, fjärrände och släde.
• NEMA 17 stegmotor med 300 mm T8 -skruv visas eller din längdpreferens. Om blyskruven inte är integrerad, använd kopplingen för att foga steget till blyskruven
• Mässingsmutter för blyskruv - slät eller fjäderbelastad motklinga
• 4 LM8U -lager
• 2 8 mm stålstavar 340 mm långa eller storlek till din skruv
• Basplatta 100 mm x 355 mm (eller lämplig längd) Jag använde en bit av 4 "x 14" aluminiummaterial med ytan rengjord. Många andra basalternativ är möjliga.
• Bultar för att fästa änddelar till basen - jag använde 1/4-20
• Muttrar/bultar för fastsättning av gränslägesbrytare - 4-40 eller 3 mm
• RepRap -gränslägesbrytare. RAMPS -satserna kommer ofta med 3 eller 4 av dessa. Standardmikrobrytare kan också användas med hålmönstren på ändstyckena.

• Följande, från topp till botten ordning från kameran, används för att montera din kamera på rälssläden

  • 50 mm universell snabbplatta med 1/4 skruv, passar Arca-Swiss standard (fästen på kameran)
  • 200 mm Nodal Slide -fokuseringsskena med snabbkoppling för Arca -fäste (accepterar plattan ovan)
  • 50mm Arca Swiss clamp, quick release plate clamp, passar Arca style plate (monterar glidande nodalplatta till släde)
• Dragkedjor, 4"

Steg 1: RAMPS och Arduino

Bilden visar ett av de typiska RAMPS -satserna.

Programvaran för denna version finns här:

Installera FastStacker -programvaran på megakortet. Innan du kompilerar och laddar upp Faststacker -programvaran till kortet använder du Arduino IDE -bibliotekshanteraren för att installera grafikbiblioteket u8g2lib i din Arduino -miljö. Om du använder en annan skena, gränslägesbrytare etc., se den ursprungliga Wiki -versionen för råd om anpassning.

Installera alla tre hopparna i X -stegmotordrivrutinen på RAMPS som visas på bilden och installera sedan en stegmotordrivrutin på denna plats. Detta konfigurerar för 16 mikrostegsoperationer. Anslut RAMPS -skölden till Arduino mega. Anslut den grafiska LCD -skärmen till RAMPS med gränssnittskortet och bandkablarna som medföljer LCD -skärmen med uppmärksamhet på etiketterna på kontakterna i varje ände. Observera att denna LCD inte stöder programmatisk kontroll av bakgrundsbelysningen så att funktionen stoppas ut i programvaruporten.

I följande steg görs flera anslutningar till RAMPS -kortet genom att ansluta till olika rubriker. Diagrammet över RAMPS -kortet sammanfattar dessa anslutningar för referens med ytterligare detaljer i senare steg.

Steg 2: Spänningsdelare

Staplingsstyrenheten innehåller funktioner för att övervaka batterispänning (eller vad ingångskällan än är). En spänningsdelare bildas av 2 motstånd och en 0.1uf brusdämpande kondensator enligt den ursprungliga designen. I denna konstruktion är spänningsdelaren ansluten till stift på det annars oanvända y -steghuvudet. Megas interna 2,56V spänningsreferens används för mätningarna.

De två delmotstånden kallas R3 och R4 i den ursprungliga projektdokumentationen och koden och vi fortsätter det här. Förutsatt att R3 är den som är direkt ansluten till "+" på batteriet (Y header pin16) och R4 är ansluten till jord (Y header pin 9), är divideringsförhållandet R4/(R3+R4). Denna konstruktion förutsätter en nominell ingång spänningsområde 6,9V till 9V. Vid batteridrift använder den 6 laddningsbara NiMH -batterier. Vid drift från AC använder den en 9V nominell väggvarta. Vi ska skala 9,2V till 2,56V med dessa motstånd: R4 = 150K, R3 = 390K.

Bygg spänningsdelaren enligt bilden. Stiften är inte strikt nödvändiga, du kan ansluta motståndsledningarna direkt i rubriken. Ledningarna på motstånden som jag hade verkade dock små och jag var rädd att de kanske inte stannade pålitligt, så jag lade till stiften. Jag är inte säker på att kondensatorn verkligen behövs- det verkar fungera ok utan som visas på bilden av den minimalistiska versionen av avdelaren med en enda lödanslutning.

Anslut avdelaren till Y-steghuvudet på RAMPS enligt följande och som visas på bilden:

Pin 16 (Vcc)- ledning med 390K motstånd.

Pin 9 (gnd) - fri ledning på 150K motstånd

Stift 8 (Y stegaktivering, arduino A7)- kran på spänningsdelare

Steg 3: Knappsats

2 typer av vanligt tillgängliga knappsatser visas. Stacker.h -filen innehåller nyckeltilldelningar för båda med den svart/vita enheten som standard aktiverad. Avmarkera den andra kartläggningen istället om du använder en av röd/blå membrantyp. Se originalprojektdokumentationen om din är annorlunda.

Om du har problem med att vissa tangenter inte fungerar, men inte en hel rad eller kolumn, och du använder en av de svart/vita enheterna, mäter du motståndet för rad-kolumnanslutningarna för alla nycklar. De svart/vita knappsatserna använder någon form av tryckta kolspår på brädet inuti som gör att vissa rad-kolumnanslutningar har högt motstånd, vilket gör att vissa tangenter inte svarar när de används med vissa plattformar, t.ex. arduino pro mini.

Knappsatsen har en 8 -polig kontakt. 4 av dessa stift ansluts till en rubrik på RAMPS och de andra 4 ansluts till en annan rubrik. Jag gjorde 8 -poliga till dubbla 4 -stifts bandkablar för båda knappsatserna som visas på bilderna. De är desamma förutom könet på stiften som ansluter till knappsatsen. Jag använder stifthus och krymper på han- och honstiften tillsammans med tråd och ett krympverktyg för att göra kablarna, men bygeltrådar eller andra förkrympta alternativ kan användas. Denna video från Pololu visar många produktalternativ för att bygga den här typen av kablar: https://www.pololu.com/category/39/cables-and-wir…. Bygeltrådar av den visade typen är ett enkelt alternativ.

Använd kabeln för att ansluta knappsatsen till RAMPS enligt bilderna och enligt följande (knappsatsens numrering nedan anger att stift 1 är till vänster när du tittar på tangentbordets framsida, stift 8 till höger):

knappsatsstiften 1-4 ansluter till RAMPS Servosrubriken, stiften listade i ordning, vänster till höger, med början på stiftet närmast återställningsknappen. Detta ansluter enligt följande:

knappsats 1- D11

knappsats 2- D6

knappsats 3- D5

knappsats 4- D4

knappsatsstiften 5-8 ansluter till RAMPS-ändstopphuvudet och gör anslutningar enligt följande:

knappsats 5- Ymin- D14

knappsats 6- Ymax- D15

knappsats 7- Zmin - D18

knappsats 8, Zmax- D19

Steg 4: Kameragränssnitt

En liten bräda med 2 vassreläer, en 3-stifts rubrik och ett 1/8 ljuduttag fungerar som gränssnittet mellan RAMPS och kameran. Jag föreslår att du använder reläer med inbyggda snubberdioder. Lägg till din egen, om du inte gör det. Välj en som inte kräver mer än 10ma för att aktivera (500ohm spole). Jag råkade ha några Gordos 831A-4-reläer som jag använde, men till exempel har DigiKey Littlefuse #HE721A0510, Digi-Key artikelnummer HE101-ND som ser lämpligt ut. Schemat visas.

En kabel görs från den manuella slutarreglaget genom att klippa och slänga tryckknappskontrollen efter att ha noterat vilka ledningar som är AF, slutare och vanliga. Denna kabel är ansluten till en 1/8 ljudkontakt som ansluts till uttaget på reläkortet.

Reläkortet ansluts till RAMPS med en kort 3 -trådig servokabel som visas. Du kan använda en vanlig servokabel, använda hoppare eller göra din egen. Kameragränssnittets reläkort ansluts till AUX-2-huvudet på RAMPS-kortet, vilket gör följande anslutningar-

Aux 2, stift 8- GND

Aux 2, stift 7- AF- D63

Aux 2, stift 6 - slutare- D40

Jag experimenterade med att använda en relämodul för den här funktionen för att undvika att behöva bygga ett kort, men den vanliga modulen jag försökte förbrukade för mycket ström från 5V -skenan.

Steg 5: Stepper -anslutning

Anslut stegkabeln till X -steghuvudet. Jag använde en 59 stegförlängningskabel som visas på 2: a bilden. Om steget vänder sig åt fel håll, vänd stegkontakten som är ansluten till RAMPS -kortet.

Steg 6: Gränslägesbrytare

FastStacker -programvaran diskriminerar inte mellan de två ändstoppen och bryr sig inte om vilken som träffades. RAMPS -staplingsprogramvaran är konfigurerad för att kunna fungera direkt med 2 standardreparationsbegränsare och deras tillhörande kablar som ansluts till Xmin- och Xmax slutstopphuvudpositioner på RAMPS. Bilden visar var dessa ansluts. I denna konfiguration är varje gränslägesbrytare på skenan ansluten till +5V, GND, och en individuell signalkabel drivs för varje gränslägesbrytare. Programvaran ORS de två ingångarna tillsammans. Detta möjliggör en enkel plug and play -återanvändning av kablarna som medföljer RAMPS -kitet och det gör att LED -indikatorerna på repRap -ändstoppskorten tänds när stoppen utlöses. Signalledningarna för de två repRap -omkopplarna kan inte anslutas tillsammans när korten får +5, om de är det, utlöser den ena och inte den andra kommer att korta +5 till GND. Jag gjorde kabelselen som visas från de ursprungliga kablarna, skickade ett enda strömpar till omkopplarna men behållde sina individuella signaltrådar och förlängde alla ledningar. Detta använder fortfarande 4 ledningar i körningen mellan regulatorn och skenan.

Ett enklare tillvägagångssätt använder bara två ledningar- GND och endera av Xmin- eller Xmax-ändstopphuvudstiften som körs till de två normalt öppna slutstoppsbrytarna, som är parallellkopplade. Om en slutstoppsbrytare utlöses dras signalledningen till marken. Färre ledningar, men ingen LED -belysning när en omkopplare utlöses.

Hålmönstren på rälsändstyckena stöder också mikrobrytare av standardstorlek (inte de små som på repRap-brädorna), använd i så fall 2-trådskonfigurationen.

Steg 7: Effekt- och bänktest

Applicera 7-9V nominellt på RAMPS-ingången. Notera på bilden vilken uppsättning terminaler på strömkontakten som används. Detta är lågeffektuppsättningen för Vcc -ingångar, inte de höga effektingångarna som driver RAMPS MOSFETS. Systemet bör starta och berätta att du trycker på valfri knapp för att starta kalibreringen. När du gör det börjar steget att rotera. Låt det göra det i några sekunder och starta sedan en av gränslägesbrytarna. Motorn ska backa. Låt den gå i flera tio sekunder, tryck sedan på en gränslägesbrytare igen. Motorn kommer att backa igen och flytta till vad den tror är 4 mm -läget. Vid det här laget, kör igenom de olika tangenterna på tangentbordet, med hänvisning till den ursprungliga projektdokumentationen, för att se till att tangenterna läses korrekt. Observera att funktionen för bakgrundsbelysning från det ursprungliga projektet inte stöds på detta system- LCD-skärmen stöder inte det. Kör några stackar och lyssna på att reläens klick aktiveras och när allt verkar bra, verifiera gränssnittet till din kamera. Det borde vara det för elektroniken.

Steg 8: Räls

De tre 3D-utskrifterna är enkla utskrifter och fina lager krävs inte- jag använde.28mm. Det går ihop som på bilderna. Observera att några bilder i den här instruktionsboken visar en tidigare iteration av rälsdesignen innan jag flyttade ändstoppsbrytarna från ovansidan av änddelarna till insidan av änddelarna. Släden rymmer antingen anti-backlash-muttern enligt bilden eller standardmuttern. Börja vid motoränden, fäst motorn och ändstoppet, lägg till skenorna, skjut sedan på pulken och vrid ledskruven för hand för att trä den på muttern. Skjut det bortre ändstycket på skenorna, lägg till dragkedjorna, och monteringen är i stort sett klar med undantag för bultning till vilken bas du än väljer. Det finns många alternativ för en bas. Aluminiumplattan jag använde är stark och lätt att knacka på för montering på ett stativ. Aluminiumpressning eller trä är andra möjligheter.

Steg 9: Kapsling

Det finns många möjliga sätt att förpacka elektroniken på den första bilden. Det finns massor av mönster på Thingiverse för lådor som innehåller RAMPS/mega/LCD -kombinationen som kan vara en start för en 3D -tryckt version. Jag använde en laser för att göra en låda i akrylkonsol med designen i den bifogade SVG -filen. Lådan skapades med Boxes.py och hålmönstren tillkom i Lightburn. Den är avsedd för 2,8 mm material. Jag utformade lådan för att hålla batteripaketet bakom elektroniken och matade dess uteffektledning ut ett snäpp bak. Ett gångjärnslock gör att batteriet enkelt kan tas bort. Kraftuttaget för systemet förs till ett hål på baksidan av lådan där det är superlimmat. När batteriet körs är batterikabeln ansluten till uttaget enligt bilden. Nätadaptern ansluts till samma uttag när den drivs från nätström. Batteriet kan laddas utan att det tas ur lådan enligt bilden.

Steg 10: Drift

Här hänvisar jag dig tillbaka till Pulsar124: s utmärkta användarguide: https://pulsar124.fandom.com/wiki/User_guide. Jag gjorde ett laminerat fuskblad som visas för att hjälpa mig komma ihåg tangentbordskommandon tills jag blev bekant med dem. Som nämnts tidigare stöder LCD-skärmen inte kontroll av bakgrundsbelysning, så kommandot #-4 fungerar inte.

Se den bifogade videon för en mycket snabb demonstration av några grundläggande funktioner.

Steg 11: Skapa anteckningar och tankar

Porten började med FastStacker V1.16. Detta beror främst på att det är den version jag använde för min pro-mini-baserade version. Det var för att jag inte kunde få V1.17 att passa på pro-mini och jag brydde mig inte riktigt om teleskopstyrningskapaciteten på 1.17. På megan tar denna version, som jag har kallat 1.16a, mindre än 20% av minnet, så det finns gott om plats för V1.17 och mer. RAMPS -porten innebar stiftkartläggning och byte av den gamla LCD -drivrutinen med u8g2lib -grafikdrivrutinen. Den större LCD -skärmen gav lyxen till extra tecken som jag använde för etiketter, meddelanden och enheter i det befintliga användargränssnittet för att göra det lite mer tillgängligt för tillfälliga användare. Som nämnts stöder LCD -skärmen inte programmatisk bakgrundsbelysningskontroll, så att kommandot stoppas ut. Jag gjorde några ändringar i spänningsövervakningsområdet, med hjälp av den interna spänningsreferensen och lade till en annan kritisk gränsspänningskonstant som används för att verifiera lågspänning innan stängningen stängs av. Jag riktade också in designen för att köra från 6 celler snarare än 8 som i den ursprungliga byggnaden. De 6 cellerna är mer energieffektiva, tar mindre plats och minskar stressen på 5V -regulatorn på megan utan att det påverkar fysisk prestanda. Jag använde pipet på LCD -skärmen för att ge ett kort pip när jag visade ett av felmeddelandena. Jag lämnade standard-backlash-numret på 0,2 mm som det var ursprungligen, även om jag misstänker att det är mindre med anti-backlash-muttern, men jag har inte försökt mäta det. Om du inaktiverar backlash -kompensation och arbetar i en brant vinkel, stäng av energisparläget så att du är säker på att behålla positionen. En funktion jag önskar var i programvaran är tangentbordskontroll av riktningen för backlashkompensation (utan att vända spårets driftriktning med hjälp av kommandot *-1). Detta kan mappas till den oanvända knapptryckningen för bakgrundsbelysning. Beroende på driftsriktningen är jag inte säker på att den aktuella kompenseringsriktningen alltid är korrekt, det vill säga att du alltid kan anta att släden som rör sig bort från motorn alltid är den riktning som inte behöver kompensation. Jag antar att det verkligen inte spelar någon roll för stora stackar. Koden är konfigurerad för 16 mcsteg. Det fanns en konstant i koden som används för att kontrollera rimliga antal ramar för 1pt staplar som jag har definierat i stacker.h som RAIL_LENGTH och ställt in den till 180 vilket är det ungefärliga resområdet för denna räls. Byt om din skena är annorlunda.

Denna plattform erbjuder andra ytterligare funktioner förutom minne som den här versionen inte trycker på. Grafikfunktionerna på LCD -skärmen kan användas för mer än att rita batteriets SOC -indikator. Den optiska givarknappen är frestande och jag tog en chans att integrera den i projektet. Jag hittade en bra drivrutin, integrerade den i bygg- och huvudslingan och försökte förfalska programvaran till att tro att "1" och "A" -knapparna trycktes när vredet vrids. Det fungerade liksom, men var jäkligt ryckigt och gav ingen användbar förmåga så jag drog ut det. Det finns flera oanvända stegdrivrutinsplatser på RAMPS -kortet som kan användas för att styra ytterligare stegmaskiner om det kan vara till nytta.

3D -skrivarkontrollerna som RAMPS ger bra utgångspunkter för byggnader som denna och jag hoppas att några fler människor kan dra nytta av Pulsar124s coola programvara som ligger på denna lättintegrerade plattform.