Last Fall (2011) Ползвах пълноценно фантастичната политика на сабатиката, в която работя. Съпругата ми и аз прекарахме голяма част от това време, като шофирахме около красивия американски югозапад и многото страхотни паркове на и около платото Колорадо. Докато пътувахме стотици километри в пустеещи пейзажи, яснотата на нощното небе ме вдъхнови да сънувам камера, която да се върти, за да побере полярната ротация на планетата. Всяка дълга фотографска експозиция на звездите със статичен статив ще доведе до звездни пътеки - което е готино - но не позволява на астрофотограф да заснема слаби детайли на нощното небе. Изчислих коефициентите на предавките в главата си (в продължение на много часове на изолация), докато съпругата ми спеше на пътническата седалка до мен и започна да мечтае за другите механични изисквания за изграждане на този инструмент. След завръщането си от съботния си ден и след новата година започнах да прекарвам времето си в San Jose TechShop, където открих всички страхотни инструменти, които могат да извадят от главата ви мисли като моите и в реалния свят. С достъпа, който предоставят на толкова много иначе трудни за достъп инструменти, реших да го направя на TechShop (www.techShop.ws.) Лазерният нож и акрилният лист бяха медията и методът, който избрах да направя тази мечта реална. Също така използвах Autodesk Inventor, който научих да използвам в TechShop, за да създам механичната система и чертежите, които биха накарали лазера да отреже акрила с хипнотична прецизност и точност. Тази инструкция описва процеса и стъпките, които съм определил, за да създам този екваториален връх.
градина:
Стъпка 1: Вдъхновение
Отделете малко време на работа и отидете някъде. Прекарайте много, много часове шофиране в отдалечени и непознати места. Отидете и опознайте света. Без отвличане на вниманието от работата е удивително как умът ви може да се скита и да сънува идеи. Включих една от любимите ми снимки от пътуването ни в Долината на монументите, използвайки дълга експозиция, заснета със задни светлини на автомобила, създаващи пътеки. Втората снимка е пример за това как въртенето на земята създава пътеки, когато се правят дори къси (30 секунди) "дълги експозиции" на звездите. Това е направено при F1.8 при 50 mm на Canon T1i. Не е нужно да гледате твърде близо, за да видите звездните пътеки. Можете също така да хванете лек поглед към Млечния път по изображението.
Стъпка 2: Инструменти и материали
За да завършите този проект, ще са ви необходими следните инструменти и материали. Всички тези инструменти са на разположение в TechShop, където аз избрах да свърша много от работата.
Инструменти:
Arduino SDK
Autodesk Inventor (или еквивалентен CAD инструмент)
Microsoft Excel (или еквивалентен софтуер за електронни таблици)
Лазерно режещо устройство Epilog 60W
Цифров супорт
Хак пилата
Отвертка
Регулируем гаечен ключ
материали:
3/16 "или 1/4" акрилен лист (всеки цвят, но аз използвах ясен)
1/4 "вътрешни диаметър сачмени лагери (12)
1/4 "x 3" винтове за машини
1/2 "вътрешни диаметър сачмени лагери (2)
1/2 "резбована стоманена пръчка
Болтове за каретка 1/4 "x 3 1/2" (6)
1/4 "x 1" Nailon Spacers (12)
1/4 "вътрешен диаметър, шайби (~ 20)
1/4 "вътрешен диаметър, 1 1/4" шайби на външния диаметър (~ 15)
1/4 "Ядки (~ 30)
Панти за пиано от неръждаема стомана
Квадрат с регулируемо рамо
нива
Панорамна и наклонена глава за триножник
Контроли и електроника:
12V стъпков двигател
Контролер за стъпков двигател
Борда на Ардуино ООН
12V DC захранване
Зелен лазер от 5mW клас IIIA (по избор)
Стъпка 3: Проектиране на Gears
За да проектирате зъбните колела, трябва да изчислите предавателните числа, които ще са ви необходими, за да конвертирате вашия двигател в 1RPD (едно завъртане на ден). Камерата ви ще се монтира на шпиндел, който се върти с тази скорост. Това е мястото, където прекарах доста време на шофиране и мислене през дизайна. Моето окончателно решение беше да използвам 1RPM мотор, който изисква конверсия от 1: 1440 (1 RPM * 60m / h * 24h / d => 1440.) Този брой работи добре, защото можете да използвате неговите цели фактори, за да създадете набор на свързани съоръжения. Факторите, които използвах, са 3, 4, 4, 5, 6, така че зъбните колела ще имат предавателни отношения от 3: 1, 4: 1, 4: 1, 5: 1 и 6: 1. Има и други фактори, които бихте могли да използвате, всички рационални числа, които са фактори от 1440 ще работят. Ако изберете различен скоростен двигател, трябва да следвате подобно упражнение, за да определите подходящ набор от съоръжения.
Сега, когато параметрите на зъбните колела са определени, трябва да използваме AudoDesk Inventor (2012) или еквивалентно CAD решение за тяхното проектиране. Изобретателят беше чудесен за този проект, тъй като има вграден генератор за зъбни колела, който взима във вашите параметри и изчислява и прави окончателния дизайн на предавките. Този инструмент обаче няма да събере всички предавки в скоростна кутия - това ще спестим за следващата стъпка.
Можете да създадете зъбни колела, като отворите нов монтаж в Inventor. Под раздела Design в менюто ще видите група механични компоненти, групирани като "Power Transmission". Един от елементите е за проектиране на цилиндрични зъбни колела. Кликването върху този елемент ще покаже диалоговия прозорец "Spur Gears Component Generator". (Вижте първата илюстрация.)
Тъй като слизаме с въртене през зъбните колела и използваме само профила на частите, за да насочваме лазерния режещ инструмент, не е нужно да се притесняваме прекалено много за фините детайли в тази кутия. Запазих всички параметри по подразбиране и само промених стойността в текстовото поле "Желано съотношение на предавката". За първия набор от предавки трябва да зададете тази стойност на 3 и кликнете върху "Изчисли". Това ще генерира стойности за групата "Gear 1" и "Gear 2" в долната половина на диалоговия прозорец. Уверете се, че предавката 1 и зъбното колело 2 са конфигурирани за "Компонент" и когато щракнете върху "ОК", ще бъдете подканени да запишете файла. След като запазят предавките, те ще се появят магически в работната зона. След това можете да поставите компонента където пожелаете. Повторете този процес за всички цилиндрични зъбни колела, които сте избрали (в този случай 3: 1, 4: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1) и ги поставете в работното пространство.
Последната стъпка е да се редактират профилите на зъбните колела, за да се изравнят дебелината на акрилния ви материал. В моя случай това беше 3/16 ".
Стъпка 4: Свързване на Gears
Този процес изисква няколко стъпки. Първият е да се поставят отвори с еднакъв размер в центъра на всяка предавка. Това е последвано от ограничаване на оста на въртене на всяко зъбно колело към оста на въртене на всяка друга предавка, която ще бъде на същата шахта. Най-накрая трябва да ограничите лицата на свързаните комплекти с отместване.
За да поставите отвор в средата на всяко зъбно колело, отворете един от компонентите на зъбното колело и създайте нова скица на лицевата страна на предавката. Изберете "Точка" от групата "Начертаване" и поставете точка в центъра на предавката. Завършете скицата и изберете инструмента "Hole" от групата "Modify". Изберете точката, която сте създали и дефинирайте диаметъра на кръга, който да е равен на диаметъра на стоманения прът, който ще използвате (в моя случай 1/4 ".) Видът на отвора трябва да бъде пробит прост отвор. Повторете този процес. за всички останали зъбни колела във вашия дизайн (виж първата илюстрация)
Вие вече сте завършили. Сега можете да започнете да свързвате всички набори от предавки заедно чрез създаване и ограничаване на тяхната ротационна ос. Първо изберете инструмента "Axis" в групата "Work Features". Изберете дупката, която сте създали, за да направите оста. Повторете това за другото съоръжение, което искате да свържете с това. След като сте създали съвпадение на оста, можете да кликнете върху елемента "Ограничи" в групата "Позиция". Ограничете двете оси, които сте създали, като кликнете върху тях и приложите ограничението. Продължете да правите това за останалите дупки. Комплектът съоръжения може да бъде свързан в произволен ред. Избрах да започна с най-голямото съоръжение и постепенно да свържа следващата най-малка предавка, докато всички бяха свързани. Трябва да ограничите оста на въртене на голяма предавка към оста на въртене на малката предавка на комплекта, който свързвате с него. (Вж. Втората илюстрация.)
След като оста на всички предавки са свързани, трябва да ограничите лицето на всяка свързана двойка с отместване. Това ще ги подреди, така че те да се изместят един от друг и да се въртят свободно. (Виж трета илюстрация.)
Сега имате набор от зъбни колела, които са свързани правилно и можем да започнем изграждането на скоростна кутия, за да ги задържаме. (Вж. Четвърта илюстрация.)
Стъпка 5: Проектиране на предавката
В тази стъпка ще трябва да създадете три отделни панела, които ще поместват сферичните лагери, върху които ще се върти всеки вал. Преди да започнете, ще трябва да подредите предавките в крайната им конфигурация. Когато подреждате зъбните колела, трябва да сте сигурни, че ще им попречите да възпрепятстват всяка друга шахта колкото е възможно повече. Трябваше да добавя втори комплект предавки със съотношение 1: 1, за да позволи на алуминиевия вал да премине през цялата скоростна кутия. (Вижте първата илюстрация.)
След като предавките са в крайното си положение, създайте нова работна равнина, изместена от повърхността на една от предавките. Това ще бъде повърхността, върху която ще създадете формата на корпуса на скоростната кутия. Можете просто да начертаете правоъгълник около всички зъбни колела или за по-ефективен и елегантен дизайн, който можете да създадете около контурите. Това е процесът, който използвах.
Създайте нова скица на повърхността, която сте създали и изберете "Project Geometry". Кликнете върху всяка от дупките на зъбните колела, за да проектирате тази форма върху работната повърхност. (Вж. Втората илюстрация.)
След като сте проектирали дупките в зъбните колела върху работната равнина, можете да създавате кръгове, центрирани по средата на всеки кръг. (Виж трета илюстрация.)
Сега се присъединете към кръговете с тангенциални линии. (Вж. Четвърта илюстрация.)
Сега използвайте инструмента "Trim" в групата "Modify" и изберете всички сегменти, които съществуват в контура на формата, която сте създали. (Вж. Пета илюстрация.)
Последната стъпка в изграждането на контура на панела е да се създаде прав сегмент в дъното, към който ще прикрепим пантата на пианото, за да завъртим равнината на въртене, за да се приведе в съответствие с планетарната полярна ротация. За да направите това, завъртете рисунката, докато формата се приведе в съответствие с предпочитанията ви. След това направете правоъгълник, който се подравнява с най-отдалечените точки по периметъра на панела. (Вж. Шеста илюстрация.)
Последната стъпка в създаването на контура на панела е да се отрежат останалите вътрешни линии. (Виж седма илюстрация.)
След като контурът е определен, трябва да промените проектираните отвори, за да съответстват на външния диаметър на сачмените лагери, които използвате. В моя случай използвах сачмени лагери с външни диаметри от 1.125 "и .75". (Виж осма илюстрация.)
Сега трябва да екструдирате тази форма, за да създадете първия панел за вашата скоростна кутия. Екструдирайте това до ширината на акриловия лист, който използвате, в моя случай 3/16 ".
След като създадете първия панел, трябва да дублирате този дизайн за предните и задните панели. В последната илюстрация на тази част можете да видите как панелите се подравняват с предавките, както и с осите, които свързват предавките.
Стъпка 6: Проектиране на трансмисията
Тази последна стъпка от физическия дизайн включва създаването на макара и синхрон за стъпковия двигател. Autodesk Inventor осигурява много приятен съветник за тази цел, точно като предавките.
В раздела "Дизайн" и в групата "Предаване на енергия" изберете елемента "Синхронни колани". (Вижте първата илюстрация.)
Вие ще трябва да построите макара на върха на твърд предмет. Използвах съотношение 1: 3 за предаване на мощността от стъпковия двигател към скоростната кутия. Ще трябва да промените броя на зъбите за всяка предавка според стойностите, които сте избрали. (Вж. Втората илюстрация.)
Сега, когато сте проектирали предаването на мощност, трябва да я поставите върху скоростната кутия. Свържете централната точка на по-голямата ролка за синхронизация с оста на последната предавка в скоростната кутия. Завъртете предавката на мощност, докато не е в добра позиция от външната страна на скоростната кутия. (Виж трета илюстрация.)
Последната стъпка в този процес е да се създадат характеристики за монтиране на стъпковия двигател, така че да се подравнява със силовата предавка. Използвайте центъра на по-малката първична ролка, за да поставите центъра на стъпковия двигател върху предния панел. След това използвайте тази точка, за да създадете необходимите функции за монтиране на двигателя. (Вижте четвъртата илюстрация.)
Стъпка 7: Забавлявайте се с лазери: Изрязване на компонентите
След като завършите проектирането на зъбните колела и скоростната кутия, трябва да преобразувате файловете във векторни чертежи, които могат да бъдат изрязани с помощта на CNC лазер. Първо създайте нов чертеж и изтрийте чертежите на периметъра и автора. Променете размера на чертежа така, че да е равен на размера на вашия акрилен лист. Поставете предавките в един файл. (Вижте първата илюстрация.)
Създайте допълнителни чертежи, като използвате същия метод, и импортирайте панелите, които сте създали за скоростната кутия.
Трябва да експортирате тези файлове във формат, който е съвместим с какъвто и да е вектор, който планирате да използвате, за да изрежете файла. Аз избрах да използвам Adobe Illustrator за тази стъпка и затова изнесох файловете като AutoCAD DWG файлове. По някаква причина последната версия на Adobe Illustrator работи правилно само с файлове, записани като AutoCAD 2004 Drawings, така че се уверете, че сте избрали тази опция при експортиране на файла. (Вж. Втората илюстрация.)
След това отворете файла в илюстратора. (Виж трета илюстрация.) След като файлът е зареден, първо трябва да изберете целия чертеж и да промените ширината на всички вектори на .001pt или по-малка. Лазерният драйвер на Epilog изисква много тънка линия да се интерпретира като режещ вектор. Ако пропуснете тази стъпка, лазерният режещ инструмент ще третира векторите като растеризирани изображения и ще ецни изображенията само върху повърхността на акрила. Най-накрая, преди да отпечатате изображенията на лазера, трябва да конфигурирате лазера до зададените от производителя параметри за използвания от вас материал. След като сте направили това, изпратете чертежа на лазерния резач и започнете рязането!
Стъпка 8: Сглобяване на скоростната кутия и силовата предавка
Развълнуван от наивната вяра, че съм почти приключил, аз се хвърлих в тази стъпка. В съзнанието ми щях да правя снимки с дълга експозиция тази нощ! Ах, но реалността скоро ме събори на Земята. Оказа се, че това е многочасов проект с много обратно проследяване, за да завърши първото сглобяване. Сглобяването на скоростната кутия е като сглобяване на 3D пъзел. С готовите гайки и шайби разстоянието ще бъде несъвместимо и затова директното ръководство на тази част от проекта е непрактично. Вместо това аз предоставих списък по-долу, в който се описват методите, които ми се сториха полезни за успешно решаване на този пъзел.
Частите, които използвах за сглобяване на скоростната кутия, включват следните елементи. Всички те са изброени в раздела с инструменти и материали на този урок, както и в необходимите количества.
- 1/4 "-20 резбови винтове за машини (2 1/2")
- 1/4 "-20 каретни болта (2 1/2") за сглобяване на трите панела
- 1/4 "-20 шестостенни гайки
- 1/4 "x 1" Nylon Spacers за равномерно разпределение на трите панела
- 1/4 "ID (вътрешен диаметър), 5/8" OD (външен диаметър) шайби
- 1/4 "ID, 1 1/4" OD шайби
- 1/4 "ID сачмени лагери
- 1/2 "-13 стоманена резба (осигуряваща ротационна платформа за камера)
- 1/2 "-13 шестостенни гайки
- 1/2 "ID, 1 1/2" OD шайби
- редуциращ разклонител от 1/2 "-13 до 1/4" -20 (за закрепване на стойката за камерата към стоманения прът)
- 1/2 "ID сачмени лагери
Бъдете систематични в процеса на сглобяване
Ние, инженерите, имаме ужасен навик да скачаме директно в басейна, преди да проверим водата. Имате план, начертан за това как ще продължите от колекция от части до крайната сглобена машина. Започнах, като първо събрах зъбните колела и осите на същия панел, на който е монтирана електропреносната система. От там изградих всеки допълнителен слой на скоростната кутия, като обърнах специално внимание на 3D CAD чертежа, докато вървях.
Бъдете готови да проследите стъпките си
Докато преминавате през процеса на сглобяване на частите, ще откриете, че разстоянието между зъбните колела ще трябва да се регулира. Това ще изисква малко разглобяване на компонентите, за да се направят настройките. Не се хващайте в желанието да затегнете всяка гайка, докато отивате. Това само ще направи по-трудно да се върнем назад и да направим тези корекции по-късно.
Организирайте всички налични части и инструменти
Ще трябва много да се съсредоточите върху процеса, докато вървите, за да следите напредъка си. Както бе споменато по-горе, ще трябва да проследите отново стъпките си, за да направите незначителни изменения, докато отивате. Разбира се, след като проследите стъпките си, ще трябва да продължите напредъка си. Без ясен образ на процеса на събрание, който сте следвали, ще бъде много трудно да напреднете към завършването. Като разполагате с всички части и инструменти, които сте организирали, няма да бъдете разсеяни, ако търсите неща, които отивате, и непрекъснато ще напредвате към завършване на събранието.
Планирайте пространството и времето
Необходимо ви е много място, за да работите върху сглобяването, както и редица непрекъснати часове. Блокирайте най-малко няколко часа, за да работите върху сглобяването. Може да се наложи да спрете и възобновите проекта, но колкото повече разделяте процеса на сглобяване на прекъснатите етапи, толкова по-бавен и по-малко ефективен ще бъде процесът.
Стъпка 9: Програмиране на контролера на двигателя
След като завърши физическата конструкция, трябва да програмирате и свържете платката Arduino Uno и контролера на стъпковия мотор към стъпковия двигател. Тъй като реших да използвам съотношение 3: 1 за силовата линия, трябваше да програмирам стъпковия двигател да се върти на 3RPM, за да постигна едно въртене на ден на шпиндела на камерата.
Аз също избрах да използвам копче за калибриране, за да направя фини настройки на скоростта на въртене, в случай че това е необходимо. Изходният код на Arduino е много прост:
===================================================================
int val = 0; // Съхранява стойността на копчето за потенциометър за калибриране
int trim_enable = 0; // Съхранява стойността на превключвателя за калибриране
void setup () {
pinMode (8, OUTPUT);
pinMode (9, OUTPUT);
digitalWrite (8, HIGH);
digitalWrite (9, LOW);
}
void loop () {
digitalWrite (9, HIGH); // Стартира импулса към степър контролера, който изисква друга стъпка
закъснениеМикросекунди (6250 + val); // Изчаква 6.25 милисекунди + калибрационна стойност, ако е активирана
digitalWrite (9, LOW); // Завършва импулса до степер контролера
закъснениеМикросекунди (6250 + val); // Изчаква 6.25 милисекунди + калибрационна стойност, ако е активирана
trim_enable = analogRead (1); // Прочита ключа за включване / изключване на калибрирането
if (trim_enable> 10) // Ако превключвателят за калибриране е активиран …
{
val = analogRead (0) - 512; // Регулирайте периода на забавяне с стойността, генерирана от потенциометъра
}
още
{
val = 0; // Не коригирайте периода на забавяне по подразбиране от 12.5ms
}
}
===================================================================
Стъпка 10: Свързване на електрониката
В допълнение към дъската Arduino използвах евтин регулатор на стъпков мотор, наречен Easy Driver. Информация за това устройство можете да намерите на http://www.schmalzhaus.com/EasyDriver/index.html. Изходният код от предишната стъпка е получен от изходния код, предоставен на този сайт.
Илюстрацията по-долу е модификация от страницата с примери на адрес http://www.schmalzhaus.com/EasyDriver/Examples/EasyDriverExamples.html
Добавих потенциометъра и превключвателя, които се използват за калибриране на скоростта на стъпковия двигател. Тази конструкция чете напрежението на чистачките на потенциометъра като аналогов вход и взема цифровата стойност (0 - 1023) като отместване за калибриране. Превключвателят, използван в тази верига, определя дали скоростта на стъпковия двигател ще бъде изместена от тази стойност.
Стъпка 11: Краен продукт
След завършване на електрониката ще трябва да завършите строителството, като монтирате уреда на стабилна платформа. Използвах шперплак с диаметър 20 инча и пантата на пианото, изброени в секцията Инструменти и материали. Важно е да се използва голяма стабилна платформа, за да се сведе до минимум движението и вибрациите. дълга експозиция и това може да се покаже на снимките ви.
Вие също ще искате да прикачите поне едно ниво към основата. Това ще ви позволи да създадете по-прецизно подравняване на ротационната равнина на планетата. Ако използвате зелен лазер (както е показано на снимките), няма да ви трябват нивата. Лазерът ви позволява да насочвате моста към полярната звезда без да е необходимо измерване на ъгли.
За да закрепите панорамната и накланящата глава на триножката, първо трябва да отрежете около 1/2 "от един от 1/4" винтовете на машината. Сега вземете шнура, който току-що направихте, и го завинтете в 1/2 "-13 до 1/4" -20 редуцираща гайка, също описана в раздела за материали. След това трябва да се завинтва с 1/2 "резбова пръчка и главата на статива най-накрая да се прикачи към този адаптер.
Окончателната стъпка (по избор) е да прикрепите зелен лазер към 1/4 "съединителна гайка с ципове и да я завиете към един от изложените машинни винтове, за да действа като оптичен водач.
Илюстрациите по-долу показват крайния продукт въз основа на материалите, които използвах за този проект.
Стъпка 12: Резултати: Астрофотография с дълга експозиция
Току-що завърших първия си тест на оборудването и съм изключително доволен от първоначалните резултати. Извърших много грубо подравняване на системата към Polaris с помощта на зеления лазер. След това използвах дистанционния софтуер за преглед на живо с моя Canon, за да подредя и да заснема два тестови образа. Първата илюстрация показва 60 секундно заснемане на западното небе от вътрешния двор с включен екваториален връх. Вторият изстрел бе конфигуриран с идентични настройки, но с изключено екваториално монтиране. И двете снимки са направени с 100MM L макрос при 400 ISO. Разликата между двата изстрела е силно изразена!
Много съм развълнувана да направя още няколко снимки с 400 мм обектив + 1.4x + 2.0x удължители! Това е удивително чувство да видите този проект да работи след цялото време, което съм поставил в него и съм развълнуван да продължа напред от тук.
Стъпка 13: Какво следва …?
Научих много по време на този процес и имам няколко мисли какво да правя по-нататък …
Автоматично подравняване с помощта на GPS модул за Arduino
Контрол на стъпковия двигател за ъгъл и азимут за монтиране на камерата
Търсач на небесни обекти
Лунна следа
Подобрени материали
По-малък дизайн
Много повече….
Очаквайте новата и подобрена версия две.
http://www.123dapp.com/stl-3D-Model/Equatorial-Mount-for-Astrophotography/667245
Първа награда в
Направете това предизвикателство
Финалист в
Робот предизвикателство
