Stacking-Automatisierung für Heimwerker

[Wolfgang Schlegel]

Wie vor kurzem in einem anderen Thread dieses Forums andiskutiert, kann das manuelle Kurbeln beim Stacken auf die Dauer eine gewisse Ödnis im Gemüt hervorrufen. Um diesen Zustand zu vermeiden, habe ich mir Überlegungen zur Automatisierung des Vorgangs gemacht. Da die Art Cacator pecuniae in meinem Garten nicht vorkommt, war eine eher billige Methode gefragt.

Realisiert habe ich eine solche mittels Schrittmotoren. Allerdings habe ich am Motor selbst nicht gespart, ich benutze Motormodule mit USB-Controller vom Hersteller Trinamic (Modell Pandrive PD42-1-1141). Die sind momentan bei Reichelt oder DigiKey für knapp unter 150 Euro zu bekommen. Wenn man sich die Preise komplett einkaufbarer automatischer Stackingsysteme anschaut, kommt einem der Motor gleich nicht mehr so teuer vor. Übrigens gibt es sehr viel billigere Schrittmotoren, aber dann muss man auch noch einen vom Rechner ansteuerbaren Controller konstruieren und möglicherweise Treiber dafür schreiben und austesten - sicher durchaus reizvolle Aufgaben, die aber auch eine Menge Zeit kosten dürften. Das Trinamic-Modul kann man einfach einstöpseln und über die Treiber des Herstellers ansprechen, Extra-Features wie Anschlussmöglichkeiten für Schalter und eine Blockierungserkennung sind auch praktisch. Man braucht zusätzlich nur noch ein USB-2-Kabel und ein Netzteil für ca. 25 Euro.

Soweit die Automatisierung der Bewegung. Außerdem muß der Rechner noch die Kamera auslösen können. Bei meiner EOS M ist das mit Standardfirmware nicht möglich (theoretisch könnte man den IR-Fernauslöser simulieren wollen). Ich mache es lieber über Kabel (deswegen brauche ich schon aus diesem Grund MagicLantern) und ein selbstgebautes Microcontroller-Gerät (realisiert mit dem UM232R von FTDI, bei Reichelt für unter 30 Euro), mit dem ich über USB auslösen kann. Das funktioniert dann auch mit (vermutlich allen) Canon-Kameras, die bereits im Rohzustand über Kabel ausgelöst werden können. Meine Software ist aber auch für andere Auslösemethoden offen und erweiterbar.

Die Schrittmotoren müssen nun an dem Gerät angebracht werden, das die Entfernung zwischen Objekt und Objektiv verändert. Das kann der Feintrieb eines Mikroskops sein, mein im anderen Thread beschriebener Mikroskoptisch oder prinzipiell jedes beliebige Gerät, das irgendwie mit dem Motor angetrieben werden kann. Zur Kraftkopplung bringt man beispielsweise einen Zahnkranz auf den Drehknopf und ein passendes Ritzel auf die Motorachse, Befestigungsteile gibt's in jedem Baumarkt in Form von Stahlwinkeln.

Nun musste ich bloß noch die Software zur Koordination des ganzen schreiben. Nachdem ich diese dann soweit getestet hatte, dass die meisten erwartbaren Fehler angemessen behandelt werden, lief sie bei mir im letzten Jahr ziemlich stabil. Für das Aufnehmen einer Stack-Serie muss ich nun nur noch eine Start- und eine Endposition mit dem Motor anfahren, beide per Tastendruck bestätigen und dann eine Starttaste drücken. Dann habe ich erstmal frei. Mit der Handkurbel hätte ich meine Testreihen mit dem Lupenobjektiv bestimmt nicht gemacht (jeweils 256 Aufnahmen bei variierten Vergrößerungen und variierter Blendeneinstellung).

   Gruß aus Stuttgart

[Jürgen Guttenberger]

Herzlichen Dank für deine Vorführung hier.

Technisch ist das ja mal eine unkonventionelle Lösung - Heisskleiber auf dem Feintrieb? Sehe ich dass richtig?
Welche Untersetzung erreichst du da, bzw. wie ist hier die kleinstmögliche Schrittweite?

Was mich aber am meisten interessiert Wolfgang ist, wie hast du deinem Motor beigebracht, was er tun soll. Sprich deine Softwareprogrammierung? Alleine programmiert, abgekupfert, machen lassen?
Bei mir setzt es bei der Programmiererei vollkommen aus, da bin ich plank

Ich habe mich dazu entschlossen, erstmal eine Eigenkonstruktion zu erarbeiten, sämtliche Teile sind seit letzter Woche bei mir vollständig eingetroffen, bisher habe ich keine 60 € ausgegeben, werde darüber berichten wenn es so weit ist.

Gruß Jürgen

[Martin Lemke]

[...] kann das manuelle Kurbeln beim Stacken auf die Dauer eine gewisse Ödnis im Gemüt hervorrufen. [...]
Da die Art Cacator pecuniae in meinem Garten nicht vorkommt, war eine eher billige Methode gefragt.

Danke erstmal für die Erheiterung. Ich wollte schon im Web nach Cacator pecuniae suchen, als mir im letzten Moment noch der Groschen fiel :-))

Ich hatte mal geplant, etwas ähnliches für mein Bino zu bauen. Die Steuerung sollte ein BananaPi übernehmen, aber ich hatte keine Idee für die Kopplung mit dem Feintrieb, welcher ja nicht immer auf der selben Höhe ist und unter Umständen mal in einer anderen Höhe eingestellt wird. Heißkleber und dergleichen kämen bei meinem hochwertigen Bino nicht in Betracht und ich hatte auch keine Idee, wie die erforderliche Präzision bei der Kopplung zu realisieren ist; so landete alles in der "Schublade". Für den Schrittmotor hatte ich aber ganz bestimmt nicht 150 € ausgegeben. Der Controller lag unter 10 €. – Inzwischen bin ich ganz weg vom Fotografieren am Bino. Ein echtes Mikroskop wäre immer noch eine gangbare Sache, aber ich besitze derzeit keines. Lust zu basteln habe ich auch nicht so recht.

Aber vielleicht können wir eine Gemeinschaftsprojekt gründen? Ich müsste meinen Kram mal raus suchen. Vielleicht kann ich das Steuergerät basteln.

Die Ansteuerungslogik wäre ja immer dieselbe; auch mit Cognisys nutze ich den Modus, wo man Anfangsposition, Endposition und die Schrittweite wählt. Die Zahl der Stackschritte wird automatisch ermittelt und liegt in der Regel unter 200; eher bei 80. Es kommt immer auch auf das Objekt an. Bei größeren Objekten ist eine größere Schrittweite angesagt.

Liebe Grüße

Martin

[Wolfgang Schlegel]

   Hallo zusammen,

das ist Stabilit Express auf dem Feintrieb; der Zahnkranz ist eng gearbeitet und zur besseren Zentrierung noch an einigen Stellen mit Karton unterfüttert, der Kleber dient nur zur zusätzlichen Sicherung.

An diesem Mikroskop habe ich ein 10-fach-Objektiv (0.30 n.A.); wenn ich mit dem stacke, führe ich Einzelschritte von 2 µm aus. Das könnte man vom Motor aus noch weit kleiner wählen (der führt dabei über 2900 seiner kleinsten Schritte aus), da stößt man eher mit der Mechanik an Grenzen der Reproduzierbarkeit. Kleinere Schritte als die Hand kann der Motor auf jeden Fall.

Das Programm ist mein Eigengewächs. Die einzige Konstante ist der Schrittmotor von Trinamic (prinzipiell kann man das auch ohne allzugroßen Aufwand auf andere Motoren ausweiten, wenn man dasselbe Interface nutzt und noch Implementierungen für andere Treiber schreibt). Ansonsten ist es so universell wie möglich angelegt, mit den Grundelementen Kamera, Objektiv und Positioniergerät, von denen man dann beliebig viele Objektinstanzen mit einstellbaren Eigenschaften in die Registry schreiben und von dort bei Bedarf per Mausklick hervorholen kann.

Beim Schreiben des Programms dachte ich übrigens öfters, dass Jürgen Guttenberger ein idealer Betatester sein müsste. Jürgen, ich würde mich freuen, wenn Du Interesse hast. Aber mach besser erstmal die Eigenkonstruktion, die Dir vorschwebt. Ich müsste erst noch mindestens eine rudimentäre Hilfe schreiben, damit jemand anderer etwas mit dem Programm anfangen kann, und eventuell ein simuliertes Testgerät einführen, damit der Benutzer sich das Funktionsprinzip anschauen kann, ohne erst den Motor kaufen zu müssen. Dafür müsste ich mehr frei verfügbare Zeit haben, als es momentan der Fall ist.

Wolfgang

[Martin Lemke]

Aus eigener Erfahrung: Spare Dir die Mühe, Hilfedokumente zu verfassen; die wird genauso wenig gelesen wie unser "Vor dem Posten bitte lesen!".

Dann besser eine Webseite mit allen Fragen und Antworten, die bisher aufgelaufen sind. Zwischen Deinen Zeilen lese ich, dass die Steuerung auf dem PC läuft. Wie ist denn Dein Programm mit Deiner Hardware verbunden? Meine Idee wäre eher eine PC-unabhängige Lösung gewesen (BananaPi oder RaspberryPi) mit Touchscreen oder Hardware-Tasten und damit platformunabhängig. OK, wahrscheinlich habe ich sowieso keine Zeit dafür. Es wird wohl ein Traum bleiben.

Martin

[Wolfgang Schlegel]

   Hallo Martin,

da hast Du sicher nicht völlig unrecht, was die Hilfe angeht: lesen müssen die Leute schon selber. Manches lässt sich auch mit Tooltips erreichen, aber wenn der Benutzer wirklich wissen will, wozu ein Feature gut ist, müsste ich an einigen Stellen doch etwas ausführlicher werden. Wenn ich nicht die Hilfe gelesen hätte, käme ich z.B. mit CombineZP auch nicht weit. Aber man muss das eine ja nicht lassen, weil man das andere tut. Eine Website mit FAQs wäre schon sinnvoll, sobald es von Benutzern gestellte Fragen gibt. Die Fragen, bei denen mir von vornherein klar ist, dass sie jemand stellen wird, versuche ich in nicht allzu detaillierter Form am Anfang der Hilfe als "Was kann das Programm" zu beantworten.

Das Programm ist in der Tat für einen Windows-PC (ab Windows 8.1), eine Linux-Version plane ich mindestens vorerst nicht - als ich mich zuletzt mit den Trinamic-Treibern befasst habe, gab's bei der Firma nur einen Download für Windows. Diese Treiber müssen auf dem PC installiert werden, dann läuft der Rest über USB-Kabel (wobei mehrere Schrittmotoren parallel betrieben werden können). Auch mein Kamera-Auslösegerät ist über USB verbunden, dafür gibt's die Treiber von FTDI, die man wie die von Trinamic aus einem Anwendungsprogramm ansprechen kann. Die ganze Geschichte nur mit Microcontrollern zu steuern, hätte zwar auch Vorteile, dafür fehlen andere Möglichkeiten. Abgesehen vom komfortablen Bildschirm kann ich auf dem Rechner die Protokolle von Stacking-Serien gleich in einem dafür vorgesehenen Ordner abspeichern, dann geht da nichts verloren; außerdem kann die Kamera auch direkt über USB angeschlossen werden (wenn das mit dem betreffenden Modell möglich ist), und man kann sie dann aus meinem Programm mittels eines entsprechenden Zusatzprogramms auslösen (z.B. NKRemote). Meine EOS M sind über simple Audiokabel mit dem USB-Auslösegerät verbunden.

Man kann die Tiefpassfilter bei der EOS M schon ausbauen, allerdings nicht einfach abschrauben, so viel ich weiß. Die Firma Optic Makario macht sowas. Ich werde vielleicht doch mal dort anfragen, was es genau kostet. Was die Kosten für den Motor angeht: bei den Schrittmotoren gibt es solche und solche. Ich meine, dass er sein Geld wert ist. Wenn Du eine günstigere Lösung findest, die dasselbe kann, hätte ich nichts dagegen einzuwenden - ich werde nicht von Trinamic gesponsert.

Wolfgang

[Jürgen Guttenberger]

Jürgen, ich würde mich freuen, wenn Du Interesse hast.

logisch, ich muss jetzt aber erst mal den technischen Zusammenbau umsetzen. Eine Liste mit meinen Komponenten stelle ich mal zusammen, hab aber aktuell wenig Zeit. 450-500 Schneebruchbäume lassen sich aufarbeiten....

Gruß Jürgen

[Jürgen Guttenberger]

Hier mal die Teile, die ich bis jetzt habe, vielleicht fange ich heute Abend mal mit dem Zusammenbau an.

• Ebay: 60MM CNC Z-Achsen Lineareinheit Slide Linear Motion DIY 3-Achsen Graviermaschine
• Ebay: NEW UNO R3 ATmega328P CH340G Replace ATmega16U2 Mini USB Board
  
• Ebay: TB6560 3A CNC Router Single 1 Axis Controller Stepper Motor Driver Module
• Ebay: For Arduino Expansion Board 1602 LCD Board Keypad Shield Blue Backlight

Jürgen

[Martin Lemke]

Links bitte maskieren. In ein Kürze steht hinter jedem Link nur noch 'Angebot beendet' o.ä.

Ich habe das für Dich mal erledigt.

Teil 1 ist ja fast sowas wie ein primitiver Stackshot.

da hast Du sicher nicht völlig unrecht, was die Hilfe angeht

Vor 20 Jahren hatte ich mal ein Windowsprogramm geschrieben und dieses mit einer ausführlichen Hilfe ausgestattet. In der ersten Mail wurde dann genau das gefragt, was ich mühsam und ausfühlich in der Hilfe erklärt hatte...

Martin

[Jürgen Guttenberger]

Ich hab jetzt mal meine technischen Komponenten zusammengebastelt, jetzt liegt das Problem nur noch am Programmieren. Ein Spezl von mir versucht sich daran mit Arduino, schaun ma mal.


@ Martin, es gibt solche Fertiglösungen wie Wolfgang sie oben gebaut hat.
https://www.wemacro.com/?product=micromate-bracket-only

Gruß Jürgen

[Jürgen Guttenberger]

@Wolfgang,
wenn es dir hier nicht passt, poste ich meinen Bau in einem neuem Beitrag.
Es sind halt schon oben die ganzen Einzelbauteile aufgelistet, sags einfach...

Hier mal die technische Umsetzung. Wenn es den funktionieren sollte, kann ich die Arbeiten ohne PC oder Laptop erledigen, da das Programm über eine USB-Schnittstelle aufgespielt werden kann.
Der Schlitten war etwas wackelig, den hab ich noch zusätzlich ein Winkelprofil verpasst, hab ihn anschließend mit einer Meßuhr ausgelotet, da wackelt nix mehr.
Der verwendete Stellmotor Nema17 wird übrigens auch in den Profi-Schlitten verbaut.

Jürgen

[Wolfgang Schlegel]

   Hallo Jürgen,

das ist schon in Ordnung mit dem Thread, der kann gern auch von anderen Leuten benutzt werden, die etwas zum Thema beizutragen haben. Von mir gibt's hierzu vorerst keine neuen Entwicklungen zu berichten, ich bin anderweitig eingespannt. Ich hoffe, dass wenigstens Deine Schneebruchbäume inwischen abgearbeitet sind.

   Gruß aus Stuttgart

[Wolfgang Schlegel]

   Hallo Jürgen,

die Mechanik macht schon mal einen guten Eindruck. Gibt es zu diesem Motor irgendwo eine ausführliche Beschreibung? Ich habe versucht, bei dem chinesischen Hersteller etwas zu finden, bisher vergebens. NEMA 17 sagt meines Wissens nichts über mechanische oder elektrische Eigenschaften des Motors aus, sondern ist eine standardisierte Bezeichnung für die Abmessungen der Montageplatte; die von mir verwendeten Motoren fallen auch darunter.

   Gruß aus Stuttgart

[Martin Lemke]

@ Martin, es gibt solche Fertiglösungen wie Wolfgang sie oben gebaut hat.
https://www.wemacro.com/?product=micromate-bracket-only

Schick! Das ist vielleicht für andere mal interessant, denn bin ich inzwischen offiziell Gastwissenschaftler am CeNak und kann die dortige infrastruktur benutzen. Damit sind alle Bastelideen in dieser Richtung vom Tisch, weil besseres bereits vorhanden ist. Ich werde mir deshalb entgegen meiner ursprünglichen Planung auch kein Mikroskop kaufen und mit einem Bino, davon bin ich überzeugt, kann man sowieso keine guten Fotos machen.

Ich finde es beeindruckend, was Du da so bastelst.

Martin

[Jürgen Guttenberger]

Servus Wolfgang,

meinst du so was
hier

Gruß Jürgen

[Wolfgang Schlegel]

Ja, im Prinzip so etwas; soviel Information eben über das Teil erhältlich ist. Mich interessiert, wie schwierig es ist, aufgrund solcher minimaler Informationen eine funktionierende Treiberstufe mit dem separaten Mikrocontroller aufzubauen. Der Schwierigkeitsgrad dürfte natürlich vor allem davon abhängen, wieviel Vorwissen auf diesem Gebiet man mitbringt. 

Ich bin kein Elektronikingenieur, sondern habe mein Projekt mit dem Status eines interessierten und nicht allzu ungeschickten Laien in Angriff genommen. Nach einigem Einlesen bin ich zur Ansicht gekommen, dass ich da mindestens monatelang dran arbeiten könnte, wenn ich eine Kontrolle über Geschwindigkeit, Beschleunigung, Position und Blockierungserkennung haben möchte. Da es mir ohnehin um eine stationäre Lösung für mein "Homestudio" ging, habe ich mich dann dafür entschieden, lieber etwas mehr Geld für Motoren mit integriertem Controller auszugeben, die ich über den PC ansteuern kann. 

Eine transportable Lösung hat ihre Vorteile, und wenn man diesen Schlitten samt Motor für weniger als 40 € kriegt, ist sie auch billiger. Momentan habe ich noch weniger Zeit als vor zwei Jahren, mich mit dem nötigen Knowhow zu beschäftigen, deshalb bin ich gespannt auf Deine Erfahrungen. Vermutlich ist im Netz ja einiges zu finden, worauf man aufbauen kann.

   Gruß aus Stuttgart