Motorisierter Kreuztisch mit Arduino und Schrittmotor im Selbstbau

[MICROFX]

Guten Tag,

schon seit längerem bin ich am Grübeln, wie ich mit meinem Mikroskop (Zeiss Jena - Laboval) schön regelmäßige Fahrten für die Videomikroskopie realisieren kann. Ich kann mich auch erinnern, dass hier jemand schon einen Eigenbau vorgestellt hat - leider finde ich diesen wertvollen Beitrag nicht mehr.

Also klar ist, dass man das ganze mit einem Arduino relativ einfach hinbekommen könnte. Ein Schrittmotor ein paar Zeilen Code (den es im Zweifel auch schon fertig gibt - es gibt beispielsweise etliche Leute, die für ihre Teleskope Fokussieraparate gebastelt haben).

Nun bin ich nicht wirklich der Bastelfreak und mit Elektrotechnik kenn ich mich auch nur im Entferntesten aus: daher die Frage, ob hier jemand den nötigen Sachverstand hat, ein paar wertvolle Tips zu geben, wie man das ganze hinbekommen kann.

Vor allem bei der Wahl des richtigen Schrittmotors habe ich noch Probleme - denn er soll natürlich so 'smooth' wie es nur geht arbeiten (schließlich bewegen wir uns hier in mikroskopischen Einheiten). Interessant wäre es natürlich auch für große Panoramaaufnahmen.

Daher die Frage: Hat hier jemand schon Erfahrungen gesammelt und kann/will diese mit mir teilen?

Beste Grüße,
Jan

[Jan Kros]

hallo Jan
das war mal ein Artikel im Mikrokosmos, welch weiss ich nicht mehr.
das waren Schueler die das gemacht haben
jedenfalls war das in 2012
gruss
Jan

[wilfried48]

Hallo Jan,

du meinst sicher diesen Beitrag

http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=14167.0

viele Grüsse
Wilfried

[the_playstation]

Hallo,
ein Arduino ist sicherlich gut geeignet.

Bei 3D Printern wie dem RepRap werden ja 5x Schrittmotoren per Arduino angesteuert
und der GCode der 3D Datei automatisch ausgeruckt.
Die Software und Firmware ist Open Source und läßt sich sicherlich leicht entsprechend abändern.
Einfach mal auf Wiki nach Selbstbau 3D Druckern wie dem RepRap gucken.

Daher wäre auch eine automatische Scharfeinstellung möglich.

Die Schrittmotoren können beim Mikroskop je erheblich kleiner sein.
Die Feinheit ist ja nur eine Frage der Übersetzung.
Mit entsprechendem Getrieb kein Problem.

Der Bau des Tisches falls man keinen normalen Kreuztisch verwenden möchte,
könnte feinmechanisch recht aufwendig sein.

Daher würde Ich lieber die Schrittmotoren + Getriebe an einen normalen Kreuztisch adaptieren.
Meißt sind ja passende Achsen vorhanden.

Z.B. bei den CZJ Modellen.

Liebe Grüße Jorrit.

[MICROFX]

Hallo!

Schön dass sich welche einklinken. Ich halte euch dann mal auf dem Laufenden. Habe jetzt im Prinzip die Teile zusammen:

- 3x Pololu A4988 Schrittmotor-Treiber
- 3x ST4118 – Schrittmotor - Nema 17
- 1x FabScan-Shield
- 1x Arduino UNO
- 1x 24V/6A Netzteil

dazu kommen jetzt mit Sicherheit noch ein Dutzend andere Teile, von denen ich im Zweifel noch nie was gehört habe Ich mach mich da mal weiter schlau. Noch keine Idee habe ich, was man am Besten als Schrittmotor-Ausatz nimmt (da kommt ja nur ein kleiner Stift raus, der sich dreht) und dann ein (Gummi?)-Band für die Übersetzung auf die Triebe.

@Wilfried: ja den Thread hatte ich gefunden, finde da aber jetzt nicht wirklich wertvolle Informationen - das sieht nach einer teuren Lösung aus...

@Jorrit: Genau das Mikroskop inkl. Kreuztisch bleibt so wie es ist - allein meine Konstruktion wird an das Mikroskop adaptiert.

Beste Grüße,
Jan

[the_playstation]

Hallo,

Bei Nema 17 Schrittmotoren (recht stark) solltest Du Endschalter oder Rutschkupplungen verwenden.
Sonst zerbröseln Dir die Nema 17 Schrittmotoren noch etwas an der Mechanik.
Viel Glück bei deinem Projekt.
Da mein Lego Kreuztisch schon ganz gut funktioniert hat,
werde Ich auch mal etwas passendes bauen.

Liebe Grüße Jorrit.

[MICROFX]

Hallo Jorrit,

hast Du einen besser geeigneten Schrittmotor zu empfehlen? Noch ist der nicht bestellt..

Lieben Gruß,
Jan

[the_playstation]

Hallo,
Der 17er ist halt sehr stark.
Einer mit einer kleineren Nummer 11, 7, ...
ist halt kleiner, elegater und überlastet weniger die Mechanik.

Ich würde mal testen, wie leichtgängig dein Kruztisch ist.
Und dann einen mit passenden Drehmoment suchen.
Natürlich etwas mehr. Eine gewisse Kraftreserve sollte ja da sein.

Aber der 17er ist eigentlich zu stark, meiner Meinung nach.
Vor allem, weil Du Ihn ja sowiso noch übersetzten mußt.
Sonst sind die Schritte zu grob.

D.h. die Schrittweite mußt Du auch erstmal berechnen.
Ob das Getriebe z.B. ein 1:10 Verhältnis brauch, ...

Die Kraft verstärkt sich entsprechend natürlich mit.

Liebe Grüße Jorrit.

[jibi]

Hallo Jan,
an meinem Mikro habe ich am Feintrieb einen Schrittmotor angeflanscht, um PC-gesteuerte Stacks aufzunehmen. Die Steuerung erfolgt per
Netbook und VELLEMAN-USB-Interface sowie SM_Endstufe von POLLIN. Dies erschien mir flexibler als ein Einplatinencomputer.

Für dein Problem tut es eigentlich jeder kleine Schrittmotor mit etwa 1.8° - 9° Schrittweite, dein Tischtrieb dürfte ja leichtgängig genug
sein. Die Kupplung an den Tischtrieb würde ich über eine biegsame Welle aus Kunststoff machen, wie sie im Modellbau vorhanden sind. Die
Ankopplung des Motors direkt am Mikro-Tisch würde ich vermeiden, da jeder Schrittmotor einen mechanischen Impuls überträgt.
Eine Steuerung im Mikroschritt-Betrieb tut der Betriebsruhe ebenfalls gut.

Mit besten Grüßen
Jürgen

[MICROFX]

Hallo!

Habe einen Tip bekommen, dass es wohl sinnvoller ist einen "small reduction" Schrittmotor zu benutzen (sowas hier http://www.adafruit.com/products/858) Der hat 512 Steps (die Nema ja nur 200). Ist auch um einiges günstiger - ist ja auch so ein Thema... soll ja nicht zu teuer werden das ganze.

@Jürgen: kannst Du mir mal so eine biegsame Welle, wie Du meinst, raussuchen?

Lieben Gruß,
Jan

[the_playstation]

Hallo,
Stimmt. Ein kleiner Schrittmotor ist wesentlich besser.
Es kommt hier nicht auf die Kraft an (wie schon angedeutet).
Die mögliche Schrittweiten sind aber eher irrelevant, da Du mit Sicherheit sowiso übersetzen mußt.

Ein Schrittmotor mit 100 Schritten statt 500, aber mit einer 1:10 Übersetzung hat faktisch 1000.
Gut einer mit 500 hätte 5000.
Daher sagte Ich vorher, das man die notwendigen Parameter möglichst vorher überlegen oder berechnen sollte.

Welche Kraft brauch man?
Welche Übersetzung?
Welchen Feinheitsgrad der Schritte (incl. Übersetzung)?
Welche max. Stellgeschwindigkeit?
Welche Haltekraft?

Vorteil der Schrittmotoren ist nicht ihre Präzision sondern ihr Haltevermögen.
Sie können jede beliebige Position halten. Auch gegen Trägheitskräfte, ...

Werden diese nicht benötigt, würde auch ein normaler Gleichspannungsmotor + Inkrementgeber ausreichen.
Der Istwert wird dann einfach dem Sollwert angepaßt. Er reagiert auch weicher und ist analog ansteuerbar.

Eine weitere Alternative wäre ein Servo (ob nun digital oder analog).
Allerdings sind die meißten kaufbaren Servos zu unpräziese.

Liebe Grüße Jorrit.

[MICROFX]

Hallo Jorrit,

wie würde denn so eine Übersetzung aussehen? Kann mir darunter noch nicht so wirklich was vorstellen. So eine Übersetzung hat dann, nehme ich mal an, auch den Vorteil, dass Vibrationen verringert werden, richtig?

Lieben Gruß,
Jan

[the_playstation]

Hallo Ja,
Auf jeden Fall wird dadurch die Schrittweite verfeinert.
Ein normaler Kreuztisch arbeitet ja auch z.T. schon mit einer Übersetzung.
Z.B. mit einer Welle, quasi einem Schneckengetriebe.

Bei starken Übersetzungen benuzt man Schneckengetriebe.
Bei kleinen Übersetzungen ein normales mit Zahnrädern.
Eventuell aber auch Zahnriemen oder einem Planetengetriebe.
Die sind sogar manchmal schon als Einheit beim Schrittmotor integriert.

Nachteil. Die Getriebeachse bewegt sich zwar feiner und präzieser,
aber auch langsamer. Bei manchen schnellen Wasserlebewesen
eventuell zu langsam.

Daher beim Kreuztisch des Mikroskops erstmal feststellen, um wieviel sich
die Position bei einer Umdrehung ändert.

Z.B. 1mm pro Umdrehung, ... Je nach Antriebsart kann das recht unterschiedlich sein.
Mein KF2 Tisch bewegt sich sehr viel direkter als der meines Ergavals.
Beim Ergaval bräuchte Ich daher nur eine recht geringe Übersetzung.
Beim KF2 ist eine größere Übersetzung notwendig.

Wie Oben geschrieben, kann man eine Art Bautenzug / flexible Welle benutzen.
Oder einen Zahnriemen. Eine Welle ist einfacher aber auch elastischer und daher nicht ganz so präziese,
da eine tordierte Welle zu einer Nachbewegung führen könnte.

So blöde das klingt. Aber genau dafür ist ein provisorischer Aufbau z.B. mit Lego Technik
erstmal recht praktisch. Zwar recht unpräziese wegen dem Spiel der Zahnräder, ...
Aber man sieht schnell, ob die Motorbewegung und Veränderung des Kreuztisches
so ist, wie man sich das vorgestellt hat.

Danach sucht man sich halt den Schrittmotor + passendes Getriebe aus.

Liebe Grüße Jorrit.

[MICROFX]

Hallo Jorrit,

habe ma grob die Umdrehungen gezählt - in X-Richtung eine ganze Umdrehung von ganz links nach ganz rechts, für Y ca. 3.

Leider habe ich kein Lego-Technik und würde daher lieber gleich an die richtige Konstruktion gehen. Mir wurde gesagt, dass Schneckengetriebe noch mehr vibrieren als normal. Ich glaube das ganze wird zu kompliziert mit irgendwelchen Übersetzungen - also sollte der Motor einfach der richtige sein und das wird sich dann wohl über den Kauf verschiedener Motoren klären.

Lieben Gruß,
Jan

[the_playstation]

Hallo,

Bei einer Umdrehung hast Du dann aber nur 100 oder 500 Schritte auf der x Achse.
Mit einer 1:10 Übersetzung hättest Du 10x mehr.
Und ohne würdest Du mit Sicherheit die Schritte im Bild unangenehm sehen!
Mußt Du halt wissen. Ist halt nicht schön.

Und bei Conrad, Pollin, .. gibt es sicher was Passendes.
Ein Schneckengetriebe und auch andere sind sehr vibrationsarm.
Sonst würden ja die meisten Mikroskope vibrieren.
Mit etwas dickflüssigerem Schmiermittel kein Problem.

Liebe Grüße Jorrit.