Automatisierter Einstellschlitten - erstmal Maschinenbau

Hallo!

Vorerst möchte ich mich mal entschuldigen, dass dies hier zunächst einmal nicht so wahnsinnig Arduino-lastig ist, das hole ich dann gerne nach, keine Angst. Aber bei all den talentierten Bastlern hier, bin ich sicher, dass ich auch im Bereich Maschinenelemente/-bau hier kompetente Hilfe bekomme.

Ich möchte für das Anfertigen von Makrofotografien gerne einen automatisierten Einstellschlitten bauen. Einen Einstellschlitten (noch manuell) habe ich jetzt bereits, weil ich den für sehr schmales Geld bekommen konnte. Der besitzt dankenswerterweise auch schon über eine Übersetzung und lässt sich von Hand recht fein einstellen.

Nun will ich, damit es schneller und präziser wird, das Ganze automatisieren.

Also hab ich gedacht, ich bau den einen Handgriff ab, setze da ein Zahnrad drauf und verbinde über ein weiteres Zahnrad einen Schrittmotor mit dem Schlitten. Über den Arduino (und eine entsprechende Schrittmotorsteuerung) könnte man dann bequem die Kamera auf dem Schlitten für das nächste Bild eine Strecke x weiterfahren.

x sieht momentan so aus: 1 Umdrehung am Handrad sind 4,7 cm Fortschritt des Schlittens (testhalber sind eine halbe Umdrehung auch tatsächlich 2,35 cm). Wenn ich da jetzt einen Schrittmotor mit einer Auflösung von 200 Schritten/Umdrehung (und 1:1 Übersetzung durch die Zahnräder) dransetze, dann habe ich 0,235 mm Schrittweite. Das wäre von der optischen Seite (Schärfentiefe) für das was ich mache absolut ausreichend.

Die Konstruktion bereitet mir allerdings noch etwas Sorgen.

Der Einstellschlitten ist, von der Seite gesehen, etwa 4 cm hoch. Da wollte ich nicht allzu sehr auftragen, damit ich keine Probleme bei der Montage auf meinem Stativ bekomme. Da habe ich zur Seite relativ viel Platz aber bei einem 3-Wege-Neiger sind hier und da schonmal Griffe zur Verstellung, deshalb sollte man das nicht übertreiben und das Ganze möglichst kompakt halten.

Große Zahnräder fallen also eher aus, Zwischenzahnräder lassen sich schlecht befestigen, kurzum ich steh etwas auf dem Schlauch was die Verbindung von Schrittmotor und Einstellschlittenwelle angeht. Eine Lösung wäre die beiden Wellen über eine Bolzenkupplung direkt miteinander zu kuppeln. Das würde zwar seitlich etwas auftragen, aber wäre die meinem Wissen nach stabilste und spielfreieste Lösung.

Kann mir jemand bei diesem Teil etwas weiterhelfen? Andere oder weitere Ideen?

Dann zum Schrittmotor. Ich hab keine Ahnung wie groß man den wählen sollte. Ich hab zwar hier http://www.rn-wissen.de/index.php/Schrittmotoren schon etwas gelesen, aber recht verstanden hab ich es dann wohl doch noch nicht. Vielleicht kann mir da auch jemand auf die Sprünge helfen. Der Motor sollte die Kamera (max. 3 kg, eher weniger) auf dem Schlitten natürlich halten und bewegen können. Dafür entscheidend ist das Haltemoment des Motors, das ist auch klar. Eine weitere Angabe auf dem Motor ist der maximale Strom, sagen wir mal 1,4 A (was mir übrigens richtig viel erscheint - Schrittmotoren haben alle so viel?!), wie muss ich den berücksichtigen? Mal abgesehen davon, dass meine Spannungsquelle das liefern müsste...

Ihr seht, viele Fragen zum technisch-mechanischen Teil, dafür wird der Arduino-Teil besser. Und Fotos und alles wirds natürlich auch geben. :-D

Bis dann!

Gruß, Florian

Wäre nicht ein Schneckenradantrieb geeigneter? http://www.conrad.de/ce/de/suggest/schneckenradsatz Vorteil: selbstsichernd, präziser(1 Umdrehung am Motor = Vorschub um einen Zahn), Motor kann seitlich angebaut werden Nachteil: langsam

Hallo!

Ja, das ginge wohl auch. Ich hatte auch schon an ein Kegelradgetriebe gedacht, das hätte auch die schöne 90° Umlenkung.

Würde das Ganze angenehm kompakt bei zusätzlicher Untersetzung machen.

Und zusätzlich einen kleinen Gleichstrommotor mit Getriebe und so um di 30 bis 60 U/min. http://www.conrad.de/ce/de/product/234352/12-V-GETRIEBEMOTOR-621/SHOP_AREA_19781&promotionareaSearchDetail=005 mit Schneckensatz ( achtung bei der schnecke treten große kräfte in axialrichtung aud und müssen vielleicht durch ein zusätzliches Lager ausgeglichen werden. oder http://www.conrad.de/ce/de/product/234348/12V-GETRIEBEMOTOR-1516/SHOP_AREA_19781&promotionareaSearchDetail=005 mit Riemen oder Stirn-Zahnradübertragung.

Du solltest ein mechanische Kupplung vorsehen um auch mal schnell manuell einstellen zu können.

Beide Motore kannst Du mit 4x 1,5 AA- Batterien versorgen.

Grüße Uwe

Hallo! Auch dir vielen Dank für deine Antwort.

Der Einsatz eines Getriebemotors würde den Teil der Motoransteuerung natürlich vereinfachen, aber verliere ich dadurch nicht an Genauigkeit was einzelne Schritte angeht? Ok, vielleicht ist das etwas kleinkariert angesichts der Genauigkeit des Gesamtsystems, aber das fiel mir so ein...

Und wie willst du ohne weitere Bauteile mit 4 x 1,5 V auf 12 V kommen? Bei den Motoren steht zumindest 12 V als fixe Versorungsspannung und kein Spannungsbereich... Vielleicht hab ich aber auch was übersehen.

Das mit der mechanischen Kupplung ist sicher sinnvoll, allerdings hab ich noch keine rechte Idee wie ich die konstruieren und dort einbauen soll.

Darüber gehe ich jetzt schlafen...

Gruß, Florian

Du bewegst den Motor ja solange Du den Finger am Taster hast. Ein Getriebemotor ist einfach analog und ein Stepper macht kleine Schritte. 12V ist die Nennspannung mit Nennstrom und Nenndrehmoment. De Motor dreht auch mit 6V nur langsamer. Kupplung: wenn Du einen Riementrieb hast einfach ein wenig die Spannung am Riemen lockern indem Du den Motor ein wenig bewegst. Bewegung durch Hebelchen und exzenter.

Schicke uns mal ein Foto von Deinem Schlitten.

Ich hab den Manfrotto 454: Mit den beiden Rädern vorne und hinten bewegt man den Schlitten über eine Gewindestange vor und zurück; mit dem Hebel entfernt man die Mutter von der Gewindestande und kann so den Schlitten schnell verschieben und das dritte Rad blockeiert den Schlitten.

Grüße Uwe

Hallo!

Stimmt, mit einem "normalen" Motor lässt sich sowas ja machen.

Jetzt erstmal ein Foto von meiner Einstellschlitten-Gurke (im Vergleich zu dem schönen Manfrotto): Wie man sieht, ist hier noch einiges zu machen...

Eine Feststellschraube habe ich nicht, deshalb muss der Antrieb das halten können. Aber mit entsprechenden Über- bzw. Untersetzungen sollte das wohl schon werden.

Die Befestigungsmöglichkeit (und zugleich "mechanische Kupplung") für den Motor kann man auf dem Bild nicht so super erkennen. Im hinteren Teil des Schlittens ist eine Bohrung samt Feststell(rändel)schraube. Für die "Trägerplatte" hab ich mir deshalb folgendes überlegt:

(Tschuldigung, sieht grausam aus, aber ich will das Grafiktablett nicht rausholen...)

Der Bolzen fixiert die Platte an ihrer X-Position durch die Schraube, die Platte die unten aufsitzt fixiert das Ganze gegen Verdrehung. Will man das Ganze mal schnell verfahren, die Schraube lösen, das Ganze etwas auseinander ziehen und am Handrad drehen. Wieder einschieben und weiter gehts...

Der Manfrotto hat auch seine Nachteile. Wo gibst Du die Kammera hin? Ist da ein 2. Schlitten auf der Schiene wo der Kammeraanschluß sitzt? Das mit dem "entkuppeln" würde cih nicht mit einer Schraube herausdrehen realisieren; das geht zu langsam. Das muß schneller und einfacher gehen mit einem Hebel. Viele Grüße Uwe

Guten Morgen!

Die Kamera wird erstmal ganz klassisch festgeschraubt werden. Dazu durchbohre ich die Schiene nahe dem Ende und fixiere dann die Kamera direkt über eine 1/4 Zoll-Schraube.

Dann mal noch eine Frage bezüglich der Befestigung von Zahnrädern. Wie befestigt ihr sowas in diesem Fall? Aus der Uni sind mir Übergangs- oder Presspassungen bisher bekannt, aber die möchte ich nicht auf 3 mm "Wellchen" anwenden. Nehmt ihr Hülsen oder ähnliches oder was gibt es da?

Und noch eine elektronische Frage.

Für den Betrieb des Motors wollte ich jetzt keinen Motortreiber-IC nutzen (scheint mir etwas Overkill zu sein), sondern einen Transistor nutzen. Worauf muss man bei der Wahl des Transistors achten, wenn man den über einen Arduino-Ausgang steuern will?

Idealerweise bestelle ich später die Teile, dann hören die Fragen erstmal auf... ;-)

Die Kamera wird erstmal ganz klassisch festgeschraubt werden. Dazu durchbohre ich die Schiene nahe dem Ende und fixiere dann die Kamera direkt über eine 1/4 Zoll-Schraube.

Die Schiene ist eine doppelschwalbenschwanz Schiene Da könntest Du 2 Schlitten haben, einen unten mit Motorantrieb um die Schiene am Stativ zu befestigen und die zweiten oben um die Kammera zu Verschieben. So kannst Du beides fast unabhängig voneinander machen.

Dann mal noch eine Frage bezüglich der Befestigung von Zahnrädern.

Kleben oder Madenschrauben.

Für den Betrieb des Motors wollte ich jetzt keinen Motortreiber-IC nutzen (scheint mir etwas Overkill zu sein), sondern einen Transistor nutzen. Worauf muss man bei der Wahl des Transistors achten, wenn man den über einen Arduino-Ausgang steuern will?

Mit einem Transistor alleine geht das nicht, da Du in beide Richtungen fahren mußt. Da brauchst du eine H-Brücke. Ein L293D ist gut dafür geeignet (falls der Motor nicht mehr als 600mA Strom zieht) Der kostet um die 4 Euro. Grüße Uwe

uwefed: Mit einem Transistor alleine geht das nicht, da Du in beide Richtungen fahren mußt. Da brauchst du eine H-Brücke. Ein L293D ist gut dafür geeignet (falls der Motor nicht mehr als 600mA Strom zieht) Der kostet um die 4 Euro.

Kleine Preiskorrektur: Je nachdem, wieviel man sonst noch an elektronischen Bauteilen kauft, lohnt sich auch Versandkosten in Kauf zu nehmen. So ist der L293D bei www.reichelt.de für 1,30€ erhältlich.

Guten Morgen!

Richtig, ich muss vor und zurück fahren, da ist doch mehr als ein Transistor notwendig. Aber gut, der L293 ist ja nicht so teuer und soll recht gut sein, dann wird der es halt.

Ich hab nochmal über den Motor nachgedacht und dabei kam mir noch was in den Sinn. Wenn die Spannung in den Batterien durch Entleerung abfällt, dann dreht der Motor langsamer. D.h. ich kann von der Logik her nicht sagen, dass ich meinen Motor eine Sekunde laufen lasse, ihn abschalte, dann ein Foto mache und mit Schritt 1 fortfahre, weil das zum Ende der Akkus hin immer weniger genau wird. Wäre es dann nicht doch besser einen Schrittmotor einzusetzen, bei dem man weiss, dass er entweder einen Schritt macht oder nicht?

Prinzipiell hast du wohl recht, allerdings wird es so sein, dass bei zu geringem Batteriestand der Motor auch einfach stehenbleibt, weil er nicht das nötige Drehmoment aufbringen kann. Und ein Schrittmotor verliert in solch einem Fall auch mal Schritte, es ist also nur eine scheinbar höhere Genauigkeit. Alternativ könnte man wohl auch die Batteriespannung überwachen und/oder die Umdrehungen des Motors zählen, Stichwort Gabel- oder Reflexlichtschranke am Zahnrad.

Wäre es dann nicht doch besser einen Schrittmotor einzusetzen, bei dem man weiss, dass er entweder einen Schritt macht oder nicht?

Ist mehr Aufwand, aber möglich. Auch ein Gleichstrommotor mit Encoder (Lichtschranke an Zahnrad) oder Schrittmotor benötigt einen Microcontroller. Dann kannst Du aber auch alles automatisieren: Du automatisierst die Bewegung und auch das auslösen der Kammera (falls Autofokus oder keine Fokusierung notwendig). Grüße Uwe

Eigentlich war auch Vollautomatisierung geplant... ;-D

Also 297er + 298er ICs und ein Schrittmotor.

Empfehlungen dafür?

besser Pololu Stepper Motor Driver. Kriegst Du bei Watterott. Stelle nur Halbschritte ein. Du mußt dann aber den richtigen Motor finden. wenn Du einen für 12V kaufst mußt Du auch 12V haben; ich weiß nicht welche Batterien Du verwenden wolltest. Gleichstrommotor mit Encoder ist da einfacher in der Spannungsversorgung. Grüße Uwe

Für die Spannungsversorgung gibt es zwei Möglichkeiten:

Die Erste (für Innenaufnahmen) wäre ein Schaltnetzteil, das sich für relativ wenig Geld bei den üblichen Händlern bekommen lässt. Das müsste natürlich die Leistung erbringen die der Schrittmotor aufnimmt, aber das müsste sich machen lassen.

Die zweite Möglichkeit sind Akkus. Ich komme manchmal an die Akkus, die in Notbeleuchtungen eingesetzt werden. Die liefern 12 V bei einigen Amperestunden und lassen sich über ein normales Ladegerät (für PKW-/Motorrad"batterien") wieder aufladen.

Energieversorgung ist also eher kein Problem.

Habt ihr Vorschläge zur Größe des Schrittmotors? Klar, die gewünschte Kraft bestimmt maßgeblich die bauliche Größe und auch die Stromaufnahme des Motors und damit hängt das immer alles zusammen. Aber wenn ich maximal 2,5 bis 3 Kilo halten muss und noch eine Übersetzung einbaue, dann müsste ich mit einem recht kleinen Motor hinkommen, oder?

Ich befürchte, dass Du mit der ganzen Konstruktion auf Dauer nicht glücklich werden wirst. Ein Fortschritt von 4,7 cm pro Umdrehung ist viel zu grob. Ich glaube nicht, dass Du mit dem Teil mechanisch die angedachten 0,235mm umsetzen können wirst. Zudem: In dem Bereich, wo Stacking langsam interessant und notwendig wird, ist eigentlich 1/10 mm fast das Minimum.

Hallo! Darüber habe ich auch schon nachgedacht, das aber wieder verworfen, weil es mir schlechte Laune bereitete... ;-D

0,235 mm ist die Schrittweite ohne zusätzliche Übersetzung des Schrittmotors, aber die ist ja geplant. Damit wird die Schrittweite eines Einzelschrittes (zusätzlich könnte der Schrittmotor ja noch im Halb-/Viertelschritt laufen) nochmals kleiner. Inwiefern sich das über den Einstellschlitten umsetzen lässt ist dann (spannend) auszuprobieren. Für die Aufnahmen, die ich mit Zwischenringen hinbekomme ist eine entsprechende Schrittweite dann auch eigentlich ausreichend, für alles was kleiner soll, wäre allgemein anderes/besseres Equipment nötig.