Autor Thema: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte  (Gelesen 1065 mal)

Adalbert

  • Member
  • Beiträge: 1793
Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« am: Dezember 10, 2021, 22:18:25 Nachmittag »
Hallo zusammen,

eigentlich wollte ich alles aus Aluminium machen und habe einige Teile bereits gesammelt
aber manche Sachen doch nicht beschaffen konnte,
so habe ich einen Prototyp aus den Teilen gebastelt, die ich bereits gehabt habe.

Ein großes Problem war die passenden Langloch-Verstellwinkel zu finden.
Es gab welche in dem großen Fluss aber in einer riesigen Familienpackung :-(

So habe ich die „normalen“ aus dem Baumarkt verwendet.

Den Motor habe aus einem alten Schlitten abmontiert. Der ist noch mit 1.8 Grad.
Künftig soll einer mit 0.9 Grad kommen.

Der Motor mit 1.8 Grad braucht 200 volle Schritte für eine Umdrehung.
Da ich einen TMC-Controller mit 256 Mikroschritten verwende,
werden 200*256 = 51200 Mikroschritte für eine Umdrehung benötigt.

Das Zahnrad auf dem Motor hat 16 Zähne und auf dem Fokus-Block des Olys 80 Zähne.
Die Übersetzung ist also 5:1  (80:16).

Also, für eine volle Umdrehung des Feintriebes muss der Motor  51200*5= 256000 Mikroschritte leisten.

Da der Feintrieb den Block um 0.2mm bei einer vollen Umdrehung bewegt,
bekommt man mit einem Mikroschritt eine Bewegung von 0.2mm/256000=0,00000078125mm.
Das wäre der kleinste Schritt des Schlittens.

Das ist die Theorie. In der Wirklichkeit weicht die Schrittgröße von dem berechneten Wert etwas ab.

Anbei noch zwei Fotos von dem Prototyp:




Und noch eine Video :  https://drive.google.com/file/d/1mLNA2lwmK00NPVPZcT4fiUfmHReAg7Dm/view?usp=sharing

LG,
ADi
« Letzte Änderung: Dezember 11, 2021, 22:32:28 Nachmittag von Adalbert »

Adalbert

  • Member
  • Beiträge: 1793
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #1 am: Dezember 12, 2021, 17:40:57 Nachmittag »
Hallo zusammen,

ich habe bereits angefangen den Schlitten zu testen.
Anfangs war der Zahnriemen etwas zu locker, dann habe ich ihn etwas gespannt.
Bin schon am Überlegen, ob ich eine Spannrolle einbauen soll.

So, habe ich mit Zerene die tatsächliche Schrittgröße gemessen.
https://www.facebook.com/photo/?fbid=394858248829455&set=pcb.3018336388416753
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=28878.msg215916#msg215916

1.)   Erst für die Schrittgröße von 1 Mikrometer (für die NA=0.42 und 3 Fotos pro DOF)




2.)   Dann für Schrittgröße von 0.2 Mikrometer (für die NA=0.95 und 3 Fotos pro DOF)



LG, ADi
« Letzte Änderung: Dezember 12, 2021, 17:47:01 Nachmittag von Adalbert »

Kay Hoerster

  • Member
  • Beiträge: 930
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #2 am: Dezember 13, 2021, 11:39:39 Vormittag »
Hallo zusammen,

...

Also, für eine volle Umdrehung des Feintriebes muss der Motor  51200*5= 256000 Mikroschritte leisten.

Da der Feintrieb den Block um 0.2mm bei einer vollen Umdrehung bewegt,
bekommt man mit einem Mikroschritt eine Bewegung von 0.2mm/256000=0,00000078125mm.
Das wäre der kleinste Schritt des Schlittens.

Das ist die Theorie. In der Wirklichkeit weicht die Schrittgröße von dem berechneten Wert etwas ab.

...

LG,
ADi


Hallo Adi, Du wirfst hier ja wirklich beeindruckend genaue Werte ein, schreibst aber vorsichtshalber schon vorab, dass die Wirklichkeit wohl etwas von dem berechneten Wert abweicht. Würdest Du mir daher einmal Deine Diagramme im 2. Post näher erklären? Was sehe ich anhand der Diagramme da genau? Ich bin da mit der von Dir genutzten Terminologie (DOF, xoffset, diff, chip, magn) nicht so vertraut, als dass ich mir eine Deutung Deiner Tabellen und Diagramme zutrauen würde. Wenn es Dich also eventuell verwundert, warum wenig Resonanz auf Deine beiden Posts entsteht, so mag es vielleicht an der etwas spärlichen Erklärung Deinerseits liegen.

Ich wäre über ein wenig mehr Hintergrundinfos wirklich froh.

Vielen Dank und viele Grüße
Kay
Mit freundlichen Grüßen
Kay

Stuessi

  • Member
  • Beiträge: 741
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #3 am: Dezember 13, 2021, 11:58:52 Vormittag »
Hallo Adi,

Deine Ergebnisse sind sehr gut, da keine Aussetzer oder Rücksprünge zu sehen sind!

Gruß
Rolf

Adalbert

  • Member
  • Beiträge: 1793
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #4 am: Dezember 13, 2021, 18:57:57 Nachmittag »
Hallo Kay,

Zitat
Was sehe ich anhand der Diagramme da genau
die Diagramme zeigen die bittere Wahrheit :-)

Y - Achse = tatsächliche Schrittgröße im Millimetern
X - Achse = Schritt-Nummer (ich habe nur 32 Schritte aufgezeichnet)

Diagramm 1: erwartete Schrittgröße = 0.001mm
Diagramm 2: erwartete Schrittgröße = 0.0002mm

DOF = Depth Of Field = Schärfentiefe


Falls Du kein FB-Account hast, dann kurz noch die Beschreibung der Messmethode:


Um das Verhalten eines Schlittens testen zu können, braucht man ein Werkzeug,
das sehr kleine Entfernungen messen kann. Dies kann man wie folgt machen:

- ein Stück Papier mit einem kontrastreichen Punkt auf die Seite des Schlittens befestigen
- den Schlitten schrittweise bewegen und dabei senkrecht zu der Bewegungsrichtung fotografieren
- ein Mikroskop-Objektiv verwenden, um die Fotos zu machen.
- Zerene starten, in Preferences „Alignment“ aktivieren und „Automatic order“ deaktivieren
- Bilder in Zerene laden und „Stack->Align all frames“ ausführen
- zu „Options->View Console Log“ gehen und den Inhalt in eine Datei kopieren
- Zeilen mit xoffset aus der Datei herausselektieren
- danach die Spalten mit den Werten von xoffset ausschneiden und sie in einer TXT-Datei speichern
- TXT-Datei in Excel laden (Daten aus Dateien)
- Excel-sheet vorbereiten: Step[n] = ( Offset[n] - Offset[n-1] ) * Chip-Width / Magn
- ein Diagramm erstellen, um z.B. die Abhängigkeit der Schrittgröße von den Micro-Steps des Controllers zu verdeutlichen.
- schließlich die erwartete Schrittweite mit der gemessenen vergleichen

Offset[n] = xoffset (n und n-1 sind die folgenden Fotos, zwischen denen der Abstand gemessen wird)

Magn = Vergrößerung des Mikroskop-Objektivs, z.B. 50x

Chip-Width = Breite des Kamera-Sensors, z.B. 36mm


Skript für Windows:
@ECHO OFF
SETLOCAL ENABLEDELAYEDEXPANSION


REM Select rows that contain xoffset
FINDSTR xoffset console.log > xoffset_lines.txt


REM Cut column with xoffset
FOR /F "tokens=3 delims=," %%A in (xoffset_lines.txt) DO ECHO %%A >> xoffset_lines_columns.txt
 

REM Cut value from xoffset
FOR /F "tokens=6 delims= " %%A in (xoffset_lines_columns.txt) DO ECHO %%A >> xoffset_dot.txt


REM Replace dot with comma for German users
FOR /F "tokens=*" %%A in (xoffset_dot.txt) DO (
   set newline=%%A
   set newline=!newline:.=,!
   echo !newline! >> xoffset_comma.txt
)


REM Delete temp files
DEL xoffset_lines.txt xoffset_lines_columns.txt xoffset_dot.txt

LG, ADi
« Letzte Änderung: Dezember 13, 2021, 18:59:54 Nachmittag von Adalbert »

Adalbert

  • Member
  • Beiträge: 1793
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #5 am: Dezember 13, 2021, 19:03:55 Nachmittag »
Hallo Rolf,
ja, es konnte schlimmer sein :-)
Erst musste ich aber den Riemen ordentlich spannen.
Wahrscheinlich muss ich noch eine bzw. zwei Spannrollen einbauen.
LG, ADi

Werner

  • Member
  • Beiträge: 1404
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #6 am: Dezember 13, 2021, 23:36:33 Nachmittag »
Keine Spannrolle verwenden! Das wird ungenau, da der Riemen lokal einseitig gedehnt wird.
Spannen nur durch axiales Verschieben des ganzen Motors, evtl. mit einer langen Druckschraube Richtung Mikroskop. Nicht viel zu stramm spannen, der Zahnabstand wird durch die Riemendehnung etwas verändert, kann dann ruckeln.

Gruß - Werner

Adalbert

  • Member
  • Beiträge: 1793
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #7 am: Dezember 14, 2021, 13:02:30 Nachmittag »
Hallo Werner,
OK, wenn es solche Probleme mit dem Riemen und den Spannrollen gibt,
dann werde ich eine direkte Kopplung des Motors mit dem Fokusblock implementieren.
Die Bewegung von einem Mikroschritt wird 0,2mm / 51200 = 0,00000390625mm betragen.
Der Schlitten wird also immerhin noch 256 Mikroschritte für einen Mikrometer benötigen,
das sollte eigentlich ausreichen.
LG, ADi

Stuessi

  • Member
  • Beiträge: 741
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #8 am: Dezember 14, 2021, 14:01:19 Nachmittag »
Hallo ADi,

ich sehe ein Problem darin, das sich der Schlitten bei einem  Mikroschritt von 4 nm Vorschub nicht bewegen wird.
Im Bild oben sehe ich bei 200 nm Vorschub zwischen benachbarten Schritten bis zu 90 nm Unterschied, das sind 22 Mikroschritte.
Das hängt sicher von der Reibung im Schlitten und im Schrittmotor ab.
Ich würde deshalb nicht mit einem, sondern mit 4, 8 oder 16 Mikroschritten Vorschub arbeiten.

Gruß Rolf


Adalbert

  • Member
  • Beiträge: 1793
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #9 am: Dezember 14, 2021, 17:57:47 Nachmittag »
Hallo Rolf,

mittlerweile habe ich angefangen an der Lösung mit der direkten Kupplung des Motors zu basteln.
Das dürfte nicht schaden und ich bin gespannt, ob die Abweichungen kleiner sein werden.

Wenn es um die Mikroschritte geht, läuft das mit dem TMC-Controller  so,
dass man nicht Schritt für Schritt den Motor bewegt,
sondern so, dass man die Zielkoordinaten absolut angibt und TMC „schwimmt“ bis zum Ziel.
Mit der Einstellung von 256 Mikroschritten läuft der Motor sanft und fast vibrationslos.

Mit dem Controller von Toshiba mit Step/Dir ist das aber anders.

LG, ADi

Stuessi

  • Member
  • Beiträge: 741
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #10 am: Dezember 14, 2021, 18:18:33 Nachmittag »
TMC „schwimmt“ bis zum Ziel.
Mit der Einstellung von 256 Mikroschritten läuft der Motor sanft und fast vibrationslos.
Hallo ADi,

und deshalb wird die Haftreibung des Schlittens zufällig nach wenigen oder erst nach 20 Schritten überwunden!?
Der Schlitten "schwimmt" wahrscheinlich nicht.

Gruß
Rolf
« Letzte Änderung: Dezember 14, 2021, 18:25:48 Nachmittag von Stuessi »

Stuessi

  • Member
  • Beiträge: 741
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #11 am: Dezember 14, 2021, 19:25:56 Nachmittag »
Hallo ADi,

oben hast Du für Kai eine Skizze des Aufbaus gemacht.
Könntest Du bitte dazu noch ein oder zwei Fotos machen.

Mit welchem Mikroskop fotografierst Du den für die Auswertung benötigten auf den Schlitten gezeichneten Punkt?
Welche Vergrößerung und welche num. Apertur hat das Mikroskopobjektiv?
Welche Kamera hast Du dazu im Einsatz?
Zeig mal Bilder einiger nacheinander aufgenommener Punkte.

Wie groß ist die Genauigkeit Deiner Messungen?
Mach dazu mal zwischen den einzelnen Bewegungen,  z.B. um theoretisch 200 nm, nicht jeweils ein, sondern 10 Bilder im Abstand einiger Sekunden.
Wie stark streuen die Ergebnisse?

Gruß,
Rolf
« Letzte Änderung: Dezember 14, 2021, 19:28:37 Nachmittag von Stuessi »

Adalbert

  • Member
  • Beiträge: 1793
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #12 am: Dezember 14, 2021, 21:35:12 Nachmittag »
Hallo Rolf,
Zitat
Der Schlitten "schwimmt" wahrscheinlich nicht.
das Verhalten dieses Schlittens hängt auch von dem Riemenantrieb und dem internen Getriebe des Feintriebes ab.
Bis jetzt habe ich Rails mit einer direkten Kupplung und mit einem Getriebe dazwischen getestet.

Jetzt habe einen Riemen und ein Getriebe.
Ich würde ungern voreilig irgendwelche Schlüsse ziehen, weil ich einfach nicht weiß,
wie sich die beteiligten Komponenten auswirken.
Deswegen versuche ich noch den Focus-Block alleine ohne Riemen zu testen.

BTW, die Änderung der Zahl der Mikroschritte in dem TMC-Controller geht sehr einfach per Software,
so dass ich es immer noch ohne Aufwand testen kann.

LG, ADi

Adalbert

  • Member
  • Beiträge: 1793
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #13 am: Dezember 14, 2021, 21:37:08 Nachmittag »
Hallo Rolf,

OK, anbei ein Foto, wie es so eine Messung aussieht, die Testaufnahmen und die Daten:
- Kamera: Canon EOS M6 Mark II
- Tubus-Linse: Raynox DCR-150 revers
- Mikroskop-Objektiv:  Mitutoyo M Plan Apo 50x / 0.55
- Als Foto-Objekt hat ein Mikro-Slide gedient
- Die Genauigkeit hängt von dem Algorithmus der Zerene ab,
  beim Alignement (Kontrastunterschiede zwischen den benachbarten Pixeln)

BTW, momentan kann ich keine Messungen durchführen, weil der Antrieb umgebaut wird :-(

LG, ADi

Stuessi

  • Member
  • Beiträge: 741
Re: Olympus-CH & NEMA-17 1.8-Grad & 256 Mikro-Schritte
« Antwort #14 am: Dezember 14, 2021, 23:28:20 Nachmittag »
Guten Abend ADi,

sehe ich richtig, dass pro Bildhöhe ca. 50 µm abgebildet werden?
Das bedeutet 50.000 nm / 4640 Pixel, also 10 nm /Pixel?
Die Auflösung des Objektivs beträgt 500 .. 1000 nm.
Die Messunsicherheit wird schon bei erschütterungsfreiem Umfeld ein Mehrfaches von 10 nm betragen.

Gruß,
Rolf
« Letzte Änderung: Dezember 14, 2021, 23:38:55 Nachmittag von Stuessi »