Самодельный комплекс для автоматической макросъемки насекомых, растений, предметов

[stein-den.livejournal.com]

Задача - разработать устройство, позволяющее производить макросъемку предметов, насекомых, растений и прочего в автоматическом режиме с предсказуемым результатом. Так как устройство планируется использовать с объективами большого увеличения, важно обеспечить систему фокусировки с минимально возможным шагом (дискретностью) линейного перемещения камеры с объективом. Как известно, глубина резкости снимка при большом увеличении объекта будет чрезвычайно мала, с этой целью и применяется общеизвестный способ съемки стеком - большим количеством кадров со смещением камеры с объективом. Впоследствии, с помощью специального программного обеспечения эти снимки объединяются в один, имеющий огромный ГРИП.


Структурно, такой комплекс состоит из механического узла, управляющей электроники, системы освещения. Механический узел спроектирован на базе стандартных деталей для ЧПУ станков. Это - 12мм стальные опорные валы, подшипниковые опоры SC12UU, вал с шариковинтовой передачей 1204 длиной 200мм, шаговый двигатель NEMA17. Все детали крепятся на алюминиевой плите толщиной 12мм. Площадка камеры также изготовлена из плиты 12мм.



Впоследствии, после первых тестов, я решил установить в два раза меньший мотор. Даже в этом случае, при питании 6В драйвера и мотора, крутящий момент оказывался с большим запасом для перемещения камеры Canon 5DmarkII и большого макрообъектива.



После завершения проектных работ, оставалось собрать установку. В качестве плиты использовался сплав АМГ3 толщиной 12мм. Отрезал плиту электролобзиком, подгонял, выравнивал напильником, наждачной бумагой.
   Все проектные отверстия размечал через чертеж отпечатанный на прозрачной пленке. После того, как были просверлены отверстия, в них была нарезана резьба - M6 и М5. Отверстия сверлились обычной ручной дрелью. Собралось все на удивление точно - каретка перемещалась идеально, винт ШВП, после монтажа крепления на подвижный блок вращался легко.





С помощью персульфата аммония и хлорного железа вытравил свою фирменную табличку из латуни. Шаблон на латунь наносил с помощью тонера лазерного принтера и переделанного ламинатора.



После того, как механический узел был собран, я с удовольствием покрутил камеру вперед-назад с сильнейшим самодельным макрообъективом, что у меня есть - на базе двух объективов  75-300 и широкоугольного. Таким образом, я оценил точность центровки от начала - до конца перемещения камеры направленной на тестовую мишень. Результат меня удовлетворил и я стал думать на программным обеспечением управления шаговым мотором.

      Так как я не являюсь программистом и не имею соответствующего опыта - соответственно пришлось обратиться к программе визуального программирования FlowCode. За непродолжительное время, мне удалось сделать примитивный код для чипа Attiny13A, который управлял платой драйвера L298. В простейшем, начальном  варианте мне требовалось перемещать камеру на нужное количество полушага, после чего делать паузу, производить спуск затвора камеры Canon 5DmarkII, после чего, цикл программы должен быть продолжен до достижения нужной точки.



В итоге, после того, как я убедился, что временные характеристики в программе установлены верно, я решил опробовать прибор в практическом применении.

















Далее потребуется оформить блок управляющей электроники в виде одного корпуса. Позже, я планирую разработать следующую часть автоматического комплекса - системы освещения на базе ксеноновых импульсных ламп работающих в отраженном свете и генератора накачки силовых конденсаторов.  На данный момент тестовые снимки были получены с использованием постоянного светодиодного освещения суммарной мощности 60 Вт. Этот способ имеет существенные недостатки - огромный нагрев кристаллов светодиодов требует применения очень больших теплоотводов. Светодиоды работают в отраженном свете для получения нужного рассеянного освещения, соответственно, световой поток светодиодов оказывается недостаточным для съемки с большим увеличением. Избавиться от этих проблем возможно при использовании нескольких (от 3 шт.) импульсных ксеноновых ламп, выборочное расположение вокруг объекта съемки позволит добиться нужного типа освещения.

Comments

[sergey-moroz.livejournal.com]

А как у вас муха столько времени сидит неподвижно и терпит все эти вспышки и перемещение объектива ? :-)

[stein-den.livejournal.com]

Муха впала в "анабиоз". Морозильная камера.

[ivanoff1999.livejournal.com]

Во как! Без 3д-принтера и без лазерного раскроя и даже без лего! Лобзик и напильник! Интересно,как выглят макрофотка без раскраски?

[stein-den.livejournal.com]

Вот, оригинал - один из серии стека,
(http://img-fotki.yandex.ru/get/6820/206442288.6/0_efc25_175424de_orig.jpg)

(http://img-fotki.yandex.ru/get/9799/206442288.5/0_e2a9a_48538753_orig.jpg)

[ardelfi.livejournal.com]

Следует упомянуть, что спектр у большинства светодиодов кривой -- для подсветки фотографии не годится из-за искажения цветов. Галогенка лучше всего -- правильный спектр, компактность и какая угодно мощность (в разумных пределах).

[stein-den.livejournal.com]

Светодиоды и галогенки крайне неэффективны - огромные выделения тепла. Потребляемая мощность высока, сила светового потока низкая. Кроме того, эти источники тепла крайне негативно влияют на объект фотосъемки, особенно на растения, цветы. Ксеноновые лампы лишены этих недостатков, но усложняется схема управления из-за источников высокого напряжения.

[mell90.livejournal.com]

хохо, вот это да, я точно по такому же принципу сейчас установку для нагружения мелкий частиц автоматизирую, тоже напрявляющие и такой же приводок как на самой первой картинки, там на него контроллер насажен, по сом порту посылай сигналы и все, в установке нужно очень плавно нагружать частицу до определенного значения, еще у меня два сенсора используются, один для силы, другой для пути пройденого.
Осцилограф у вас классный, на виндосе работает, такой же пользую, просто бомба

[stein-den.livejournal.com]

Да, осциллограф долго созревал купить. В итоге, он занял почетное место - три советских теперь лежат на хранении :)

с любопытством

[dimmel.livejournal.com]

Модель в Катьке делал?

[stein-den.livejournal.com]

Solidworks

[f-rol.livejournal.com]

Это имеет смысл только для неподвижных объектов, расположенных на предметном столике, правильно я понимаю? Если это так, почему не сделать просто предметный столик с перемещением по трем координатам, как, например, на микроскопах?

[stein-den.livejournal.com]

Это решение пришло в голову, потому что несложно и недорого, кроме того занимает мало места. Еще платформу можно закрепить на шаровую голову мощного штатива и наклонять под нужным углом, ракурсом. Вообще, это изделие ориентированно на любительское, домашнее применение. Для коммерческой макросъемки ,студии, я думаю потребуется совсем иное изделие с совершенно иными габаритами и массой.

[ex0_planet]

А где брали исходные материалы?

А на последней фотке что за объект?

[stein-den.livejournal.com]

На последней фотографии - кварцевый генератор (диск), с материнской платы компьютера, был запаян в металлическом корпусе - верх сточил напильником.

Материалы (если правильно понял :) ) набрал вокруг дома - цветочки. А насекомые залетали, заползали на балкон. Специально куда-то ходить, ездить, отлавливать для фотосессий пока не было времени.

[lion-lexx.livejournal.com]

круто )

[fan-d-or.livejournal.com]

А что мешает использовать те же светодиоды в импульсном режиме?!

Просто включать их на время экспозиции и выключать при перемещении.
Для экспозиции нужен импульс не более пары сотен миллисекунд, а паузу можно делать такую, какую нужно...

[stein-den.livejournal.com]

Пробовал элементами Пельтье охлаждать кристаллы и управлять ШИМ, короткий импульс с превышением рабочего тока в 2 раза. Не устроила яркость даже при прямом освещении, а в отраженном, чтобы не было резких теней - слишком большие потери светового потока. Вот импульсная лампа от SB900 собранная схемой с навесным монтажем меня вдохновила - светодиоды, даже очень мощные, даже в импульсном режиме с превышением тока курят в сторонке :)

[jager-uhu.livejournal.com]

ИМХО очень громоздкая конструкция, какой общий вес площадки?
Шаг резьбы большой, какое минимальное перемещение каретки с фотоаппаратом?

[tilimilitram.livejournal.com]

Так она и собрана из конструктора для сборки станочков с ЧПУ. Совершенно избыточный запас прочности, жесткости, защиты моторчика от ударных нагрузок. Зато красиво и практично :) Сломать почти невозможно.

Шаг двигателя 1.8 градуса. В микрошаговом режиме до 1/128 от шага. Думаю, минимальное перемещение от единиц до сотни микрометров в зависимости от контроллера мотора.

[alex-avr2.livejournal.com]

Неплохо :)
А нельзя было крутить фокусную линзу в объективе(чисто теоретически)?

[stein-den.livejournal.com]

Теоретически и практически можно. Я на начальном этапе так и снимал. Сначала бесколлекторным мотором крутил через ремень кольцо ультразвукового мотора 17-40 4L. Потом делал кнопочное управление встроенным коллекторным мотором. Потом дорос до такой вот конструкции выше. Вкратце - управление фокусной линзой не очень удобно и шаг слишком большой. Для небольшого увеличения вполне подходит.
(http://img-fotki.yandex.ru/get/6825/206442288.6/0_efc55_5e6e1deb_XL.jpg)

[ex0_planet]

Еще по поводу освещения: ксеноновые вспышки могут переваривать полный паспортный импульс не чаще чем раз в 10 секунд (типично). Так что либо городить схему управления (там тоже есть свои нюансы), либо оставлять светодиоды. Вспышки технологичнее — они массово производятся и для них есть вся необходимая фурнитура. Хотя лично я бы делал светодиоды с активным охлаждением (возможно, даже водяным) — чисто из исследовательского интереса — сейчас появилось, например, вот такое http://cree.com/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Arrays-NonDirectional/XLamp-CXA3590, там 95 CRI, 5000K и 150W в одном модуле.

[stein-den.livejournal.com]

У меня пока примерно выходит 3 ксеноновых лампы на освещение объекта, при этом емкость конденсаторов существенно меньше той, что стоит в накамерной вспышке с этой же лампой (SB900). Пока меня это решение устраивает по причине дешевизны - одна новая ксеноновая лампа стоит чуть менее 100 руб. Даже если она быстро выработает свой ресурс (что маловероятно) ее очень просто и недорого заменить.

Посмотрим что будет с ценами на светодиоды и их характеристики - в идеале хотелось бы избавиться от высокого напряжения и перейти на светодиоды.

[pbuh.livejournal.com]

Табличка получилась отлично. Зачем остальной агрегат, "не понял юмора". Следит за насекомыми, что ли ???

[stein-den.livejournal.com]

Если вы про механику - то она позволяет получить фотографии с большим увеличением и огромным ГРИП одновременно. Тот кто снимает или пытался снять макро с рук одним кадром, знает, что резким будет лишь небольшая часть насекомого. Чтобы получить целиком портрет мухи, потребуется сделать до 150 кадров со смещением и сшить их в один. На фото большая макетная плата, она на этапе экспериментов управляет шаговым мотором который смещает камеру на доли миллиметра. В финале, вместо этой огромной платы, мотором управляет микросхема с размерами не более 1 см - Attiny13A.

[photo-pro.livejournal.com]

А нафига велосипед изобретать?
Оно такое (и не только такое приспособление) давно уже промышленно сделано и открыто продается.

[stein-den.livejournal.com]

Во-первых такую штуку дешевле сделать самим. Надежнее. В случае поломки (если удастся сломать) 100% отремонтируешь - чего нельзя сказать о заводских девайсах . Кроме того нужно проверить "могу или нет". Увеличить опыт. Узнать новое.

А вообще я не люблю покупать что-либо готовое. Считаю это тупиковым потребительским направлением. Считаю, что нужно делать самим, даже если это по деньгам выйдет дороже.

[photo-pro.livejournal.com]

>> импульсных ламп работающих в отраженном свете

Лучше не в отраженном, а поставить рассеиватели - отраженный всегда будет значительно слабее чем хороший рассеиватель (софтбокс)

[stein-den.livejournal.com]

Почему у меня отраженный ? Все просто - повторюсь делается это все для домашнего, редкого ( по настроению) применения - поймал муху, лицо понравилось - решил отснять портрет. Платформу на стол, муху на пъедестал, повесил тряпку на фон, три лампы на подставках - за ними куски белого картона, бумаги. Все! Очень просто и быстро. А вот если делать серьезно - студия или макроуголок, там нужно стационарно поставить софтбоксы - но это нужно заниматься очень вплотную, либо извлекать из этого выгоду.

[http://users.livejournal.com/_schabe_/]

Хотел купить StackShot, так как не знал, что в России можно приобрести комплектуюшие.
Где вы покупали? Не поделитесь?

[stein-den.livejournal.com]

Если это вопрос ко мне, то комплектующие, что я использовал предназначены для станков ЧПУ. Их купить можно в России, но я брал в Китае ( дешевле).

Крепеж мотора - http://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-2-pcs-NEMA-17-Mounting-L-Bracket-Mount-42-series-Stepper-Motor/1631005648.html

Опоры линейных валов - http://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-CNC-SK12-SH12A-12mm-Linear-Rail-round-Shaft-Support-XYZ-Table-4pcs-lot-D/1208948194.html

Валы - http://www.aliexpress.com/item/12mm-linear-round-shaft-2pcs-12mm-L250mm-4pcs-SK12-support-4pcs-SCS12UU-linear-block/911367812.html

Подшипники на валы - http://www.aliexpress.com/item/Free-Shipping-4pcs-x-SC12UU-SCS12UU-12mm-Linear-Ball-Bearing-Pellow-Bolck-Linear-unit-for-CNC/457471978.html

Вал ШВП - http://www.aliexpress.com/item/free-shipping-1pcs-12mm-Ball-screw-SFU1204-length-200mm-plus-1pcs-diameter-1204-Ballnut-CNC-DIY/1320854383.html

Это плата драйвер - http://www.ebay.com/itm/130868589890?_trksid=p2059210.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

Площадка камеры - http://www.ebay.com/itm/141126863663?_trksid=p2059210.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

Муфта - http://www.ebay.com/itm/170827364358?_trksid=p2059210.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

Крепление гайки ШВП - http://www.ebay.com/itm/251302424830?_trksid=p2059210.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

Опоры валов ШВП - http://www.ebay.com/itm/231175175754?_trksid=p2059210.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

[timur555.livejournal.com]

Снимаю шляпу. Просто инженер 90-го уровня!

[stein-den.livejournal.com]

Благодарю! Еще только учусь, набиваю руку. Новое направление для меня.
Все началось с этой снежинки в прошлом году. Я сделал макрообъектив, на улице пошел снег. У меня появилась идея поймать снежинку. Взял стекло от сканера. Охладил до уличной температуры, затем просто подставил стекло под идущий снег и потом стекло поставил на табуретки, а снизу светодиод 20Вт. Снял одним кадром. Тогда снимать стеком я не умел еще. :)

(http://img-fotki.yandex.ru/get/6829/206442288.6/0_efc5b_ce211933_orig.jpg)

ТОП: 23:00 MSK

[magictop30.livejournal.com]

Вы попали в Т30P (http://www.t30p.ru) самых обсуждаемых тем в блогосфере.
Почитать текст со всеми комментариями по ссылке (http://tools.t30p.ru/?http%3a%2f%2fengineering-ru.livejournal.com%2f256573.html).
Это Ваш 41-й ТОПовый пост в этом году.
Посмотреть статистику автора можно в карточке топблогера (http://rating.t30p.ru/?engineering_ru.livejournal.com&p=tops).

[red-dreadnought.livejournal.com]

Денис, приветствую!
1. Раз уж мухи всё равно дохлые, то можно организовать горизонтальный сдвиг всей конструкции и снять стерео-пару.
2. Если взять камеру с меньшей матрицей ("мыльницу") то можно получить большую глубину резкости и при макро. При этом система не будет такой громоздкой.

Вообще же, очень внушительная установка. Понравилась.

[stein-den.livejournal.com]

Спасибо! Со стерео на практике дел не имел, но подозреваю, что можно закрепить на подвижную площадку длинную перекладину и на нее закрепить две камеры.

Дешевые кроп зеркалки дают большее увеличение ,чем 5DmkII, поэтому их выгоднее использовать чем полный кадр, а качество будет сравнимым. Я на начальном этапе пробовал использовать мыльницы типа Canon G9, SX200IS, но качество снимков выходит на порядок хуже чем с зеркалкой ( особенно сказывается недостаток света и огромный уровень шумов).

[ko4em.livejournal.com]

Вот нашел почти готовый вариант подобной установки
http://ru.aliexpress.com/item/Z-axis-sliding-working-table-140mm-stroke-Z-axis-for-CNC-engraving-machine/1532198333.html

[red-perez.livejournal.com]

Классный проект, впечатлило, автор молодец однозначно.
Однако остался не раскрытым момент каким софтом он склеивал фото?
Было бы интересно послушать пару мыслей на этот счет.

[stein-den.livejournal.com]

Благодарю! Выбор ПО, на самом деле не имеет существенного значения - я пробовал Zerene Stacker, Helicon Focus, разницы не увидел. Я решил для себя ,что главное - получить исходники в хорошем качестве с оптимальным шагом, а программа справится любая.