FabLab ŁódźFabLab ŁódźFabLab ŁódźFabLab Łódź
  • Fundacja
    • O Fundacji
    • Polityka prywatności
    • Statut
    • Sprawozdania
  • O nas
    • O FabLab Łódź
    • Załoga
    • Materiały promocyjne
  • Projekty
    • Projekty DIY
    • OD&M – Projekt Erasmus+ Alliance
    • Noc Wytwórców
    • Akademia Prototypowania i Fabrykacji
    • MakerKidsWorld
    • Robo Inspector Hackathon
  • Wydarzenia
  • Blog
  • Kontakt
  • Wspieraj

Renowacja i modyfikacja mikroskopu stereoskopowego Vision Engineering Dynascope

    Home Projekt Renowacja i modyfikacja mikroskopu stereoskopowego Vision Engineering Dynascope
    Previous

    Renowacja i modyfikacja mikroskopu stereoskopowego Vision Engineering Dynascope

    22 października 2016
    7

    WP_20160703_19_50_47_Pro

    Tytułem wstępu:
    Od dłuższego czasu polowałem na porządny mikroskop do inspekcji i lutowania PCB w technologii powierzchniowej.
    Oglądałem, przeglądałem. Na początku było kilka opcji:
    – budowa mikroskopu wideo na bazie kamery i przemysłowych obiektywów macro, tego typu:
    *źródło: http://caltexsystems.com/wp-content/uploads/2014/08/3D-Digital-Microscope-CX-3000-HD60-BS-PCB-inspection.jpg
    – kupno mikroskopu stereoskopowego okularowego, takiego tupu: 3648401300_1467997899Problem z pierwszym pomysłem polegał na tym, że aby uzyskać dobrą, jakość obrazu kamera musiałaby być, co najmniej HD – trudno taką znaleźć z możliwością wymiany obiektywów i o dobrych parametrach. Ponadto obiektyw macro musiałby mieć możliwość ostrzenia obiektu z dużej odległości, mieć tzw. MOD (minimum obiect distance) na poziomie min. 100-150mm, tak, aby nie było kolizji z obiektywem podczas ewentualnego lutowania. Mile widziana była by też możliwość zmiany ogniskowej. O ile obiektywy udało mi się zdobyć ze starej maszyny pick & place, to poszukiwania kamery nie powiodły się i pomysł nie doczekał się realizacji.

    Drugi pomysł pozornie wydaje się prosty i dostępny, bo już za około 800-1000PLN można kupić taki używany mikroskop. Jednak, kto kiedykolwiek pracował na okularowym mikroskopie wie jak bardzo męczące jest to zadanie – szczególnie, gdy trzeba często odrywać wzrok od okularów i spojrzeć na obiekt (płytkę PCB) bezpośrednio. Oczy muszą się przeostrzyć, co bardzo szybko męczy wzrok. Ponadto głowa musi być bardzo precyzyjnie utrzymywana w określonej odległości od okularów – szyja szybko również zaczyna boleć.

    Szukając rozwiązania powyższych problemów natknąłem na rozwiązania firmy Vision Engineering i mikroskopy serii Dynascope. Są to mikroskopy stereoskopowe, bez okularowe – projekcyjne. Obraz wytwarzany jest na swego rodzaju ekranie, przez co jest pozbawiony wad wyżej wymienionych mikroskopów okularowych. Pozostaje natomiast inna bariera – cena. Nowy mikroskop to koszt od 20 000PLN wzwyż. Na szczęście poprzednie generacje tych mikroskopów były produkowane już w latach ’90 więc były dostępne na rynku wtórnym – pozostało wyczekiwać okazji.

    W końcu taka nadeszła – na aukcji znalazłem wymarzony egzemplarz Dynascope TS-3 za 1500PLN. Po szybkich negocjacjach już jechałem po niego do oddalonej o 100km miejscowości. Trochę ryzykowałem, ale wiedziałem, że na drugą taką okazję będę długo czekał.6188010346_1Stan wizualny był w porządku – silna warstwa brudu, ale do wyczyszczenia. Jedyny brak, jaki zarejestrowałem podczas odbioru, polegał na niekompletnym światłowodowym podświetlaczu – nie było zasilacza. Ogarnę – pomyślałem i wziąłem jak leżał. Jak trudne było to zadanie okazało się już wkrótce…

    Bardzo mi się podobała historia mikroskopu, bo został on przywieziony ze Stanów, a naklejki na nim informowały, że pracowały w laboratoriach Hewlett Packarda i Intela w Dolinie Krzemowej :-). 7217538700_1467998275Renowację zacząłem od demontażu i czyszczenia stolika X-Y. Był zastany, ale bardzo dobrze skonstruowany – na łożyskach linowych o wałeczkowych rolkach.

    Wszystko rozebrałem i wyczyściłem benzyną. Następnie zmontowałem i stolik zaczął poruszać się bardzo płynnie.WP_20160514_16_34_10_ProWP_20160514_16_34_53_ProWP_20160514_16_50_25_ProPodczas zakupu nie zauważyłem, ale brakowało centralnej części stołu – znajdował się w nim otwór około 10×10 cm. Nie pozostało nic innego jak dorobić zaślepkę.

    Wyfrezowałem sobie, więc taką szybko na frezarce CNC z blachy aluminiowej 8mm. Pasowała, co do ułamka milimetra :-).7250849500_1467998660Docelowo przydałoby się ją jeszcze pomalować na czarny mat, ale na razie tak zostawiłem.

    Następnie rozebrałem cześć optyczną – układ projekcyjny – i tu miłe zaskoczenie, bo układ w środku był czyściutki i bez najmniejszej ryski. Więc popatrzyłem, pochuchałem i zmontowałem wszystko z powrotem.WP_20160515_21_41_57_ProPrzyszedł czas na „ekran” – rodzaj wirującej matówki, zbudowanej z milionów mikroskopijnych luster ułożonych w strukturę plastra miodu. WP_20160515_21_42_26_ProMatówka obraca się za pomocą silnika z prędkością obrotową około 3000rpm. I tu napotkałem pierwszy problem, bo cały mikroskop został przywieziony ze Stanów, czyli jest zasilany 110V 60Hz.WP_20160515_21_41_57_ProNa szczęście, szybkie poszukiwania pokazały, że silnik jest uniwersalny i zamieniając połączenie uzwojeń z równoległego na szeregowe bez problemu pracuje on przy europejskim napięciu 230V 50Hz. Tylko smar na łożyskach ślizgowych trochę zasechł i podczas pracy układ głośno szumiał. Wstępnie chciałem rozebrać złożenie i porządnie nasmarować, ale zauważyłem, że zespół jest wyważany, więc postanowiłem nie ryzykować. Podałem tylko kilka kropel oleju na łożyska i pozwoliłem chwile pochodzić silnikowi – po chwili pracy zaschnięty smar się rozgrzał i wymieszał z olejem. Szumy ustały.

    Kolejnym elementem do renowacji był obiektyw.WP_20160514_17_26_14_ProNie taki standardowy obiektyw, bo z odchylaną przystawką – układem zwierciadeł, umożliwiający podgląd elementów na PCB pod pewnym kątem, niejako od boku. Bardzo przydatna funkcja przy sprawdzaniu, jakości połączeń układów scalonych SMD.WP_20160513_19_09_55_ProWP_20160514_18_03_09_ProPo wyczyszczeniu, niestety okazało się, że ktoś uderzył w przystawkę i skrzywił ośkę, co sprawiło, że cały układ ocierał o główny obiektyw. WP_20160514_18_01_44_ProRozebrałem zawias na części pierwsze i spróbowałem wyprostować oś – na moje nieszczęście pękła w miejscu skrzywienia. Wziąłem, więc spawarkę TIG i zespawałem pęknięte elementy. Oczywiście po spawaniu powstała narośl, którą musiałem stoczyć i wyszlifować na tokarce.

    Po tej operacji zawias chodził jak należy.WP_20160515_00_08_33_ProSwoją drogą zawias jest świetnie skonstruowany – niby taka pierdoła, a na łożyskach kulowych :-).

    Z prostych czynności zostało mi jeszcze gruntowne czyszczenie obudowy z kurzu i kleju po nieumiejętnie usuniętych naklejkach.

    Następnie przeszedłem do odtworzenia podświetlacza. W oryginale źródłem światła była lampa metalohalogenkowa 250W HTI Osram zintegrowana z reflektorem eliptycznym. Reflektor eliptyczny skupia strumień światła w jednym punkcie u wejścia światłowodu. Dalej światłowodem strumień światła wędruje do sześciu reflektorów z kolimatorami. Po drodze jest jeszcze filtr UV, który chroni plastikową soczewkę kolimatora przed ciepłem. Niekompletność układu polegała na braku zasilacza do lampy wyładowczej, tzw. Balastu. Dane lampy i parametry jej zasilania znalazłem tutaj: http://www.lamptech.co.uk/Spec%20Sheets/D%20MHS%20Osram%20HTI400.htm9051858100_1467999041Budowa zasilacza nie wchodziła w grę (wysokie napięcia, jedna sztuka – żaden biznes), więc szukałem czegoś gotowego. Na szczęście podobne lampy montowane są w rzutnikach. Pozostało tylko znaleźć zasilacz z takiego rzutnika o tej samej mocy (250W). W sumie sporo tego było na Allegro, więc szybko zamówiłem najpopularniejszy balast EUC250 za jakieś 60PLN.2647222300_1467999069Kiedy przyszedł, zrobiłem modyfikację, aby startował bez rzutnika, ale po podłączeniu lampa niepewnie startowała, ponadto świeciła zaskakująco słabo. Pomyślałem, że lampa jest już wypalona (żywotność to tylko 250h) i muszę poszukać nowej. I tu niemiła niespodzianka – nowy palnik Osram HTI 250W to koszt około 1500PLN. Znacznie przekraczało to mój budżet, wiec postanowiłem poszukać czegoś innego. Porównałem parametry palnika i doszedłem do wniosku, że fajnie byłoby zastosować jakiegoś power leda i nie martwić się w przyszłości trwałością, czy wymianą źródła. Postanowiłem pozostawić światłowód i zbudować zamiennik centralnego źródła. Zgodnie z danymi producenta oryginalny palnik generował strumień 18750 lm o temperaturze barwowej 5600K. Znalazłem na TME diodę LED CLU048-1818C450AL7 typu COB firmy CITIZEN, która da około 11000lm i ma podobną temperaturę barwową. Koszt około 160PLN mieścił się w budżecie, więc ją zamówiłem, wraz z paroma akcesoriami: reflektorem i mocowaniem do radiatora. WP_20160525_20_15_24_ProWP_20160525_20_16_46_ProWP_20160525_20_14_20_ProRadiator pozyskałem ze starego komputera klasy Pentium 4.

    Wiedziałem, że ten LED nie generuje skupionej wiązki, tylko świeci bardzo szeroko – 120st. Potrzebowałem, więc dodatkowego układu, który skupi mi wiązkę w jednym punkcie. Do tego celu wybłagałem z pobliskiego serwisu samochodowego Audi uszkodzony reflektor soczewkowy z A8.

    Wymontowałem soczewkę z reflektora i zaprojektowałem układ klatki, który umożliwi mi pełną regulację dystansu soczewki od diody i wejścia światłowodu. Wszystkie detale wyfrezowałem sobie na frezarce CNC. WP_20160529_00_27_19_Pro5765107200_1467999172Złożyłem wszystko razem, soczewkę zasiliłem z przerobionej na zasilacz laboratoryjny 1500W ładowarki BENNING Tebechop. Sama dioda pięknie świeci, w końcu to ponad 80W!8278230300_1467999251Przyszedł czas na próby całego układu.WP_20160529_00_24_18_ProI tu spotkała mnie największa porażka. Z posiadaną soczewką nie byłem w stanie skupić strumienia światła do wymaganej średnicy. Wejście światłowodu miało około 8mm i taka plamka byłaby optymalna. Ja uzyskiwałem maksymalnie 15mm. Czyli większość światła produkowanego przez diodę nawet nie wpadała do światłowodu. Udałem się jeszcze raz do serwisu Audi i poprosiłem o inną lampę. Panowie dziwnie się popatrzyli, ale znaleźli w koszu na śmieci inną lampę, z bardziej wypukłą soczewką. Niestety po montażu w układzie efekt wcale nie był lepszy. Podjąłem jeszcze próby złożenie układu z dwiema soczewkami, ale na niewiele się to zdało – zwiększyły się tylko gabaryty całości.
    Wobec napotkanych trudności zarzuciłem pomysł z centralnym źródłem światła w postaci diody i podjąłem desperacką próbę ominięcia światłowodu. Chciałem zamontować sześć mniejszych ledów, bezpośrednio w kanałach soczewek. Problemem była zbył mała średnica tych kanałów. Standardowe płytki z power ledem mają średnicę 20mm, a ja miałem dostępne 19mm średnicy. Docinanie płytek nie wchodziło w grę.

    Na szczęście znalazłem jedną ofertę na miniaturowe moduły PCB z ledami 5W o średnicy 8mm. Zamówiłem więc 6 sztuk. Ledy połączyłem szeregowo, co oznaczało zasilanie napięciem około 18V i 1,5A. Mając taki układ w rękach mogłem zacząć projektować mocowanie. Nie chciałem ryzykować, więc najpierw na maszynie CNC wykonałem bardzo uproszczone mocowania z krążków o grubości 8mm. WP_20160619_09_17_42_ProZrobiłem pierwsze próby – było nieźle, ale dopiero po dodaniu kolimatorów efekt w końcu był satysfakcjonujący.4675481300_1467999326Łącznie, te 30W świeciło znacznie lepiej niż 250W w oryginalnej lampie metalohalogenowej lub dużym ledzie 80W!
    Zachęcony tym sukcesem zacząłem projektować docelowe mocowanie modułów w kanałach po soczewkach. 5926947400_1468001381Jak poprzednio, detale wyfrezowałem sobie na frezarce CNC.7583373100_1467999369Jeden moduł składa się z dwóch podfrezowanych krążków i kolimatora pozyskanego z oryginalnego układu. Wszystkie punkty styku tych elementów posmarowałem pastą termoprzewodzącą dla lepszego odprowadzania ciepła z diody. Przewody wyprowadziłem przez otwory w obudowie kolimatorów. Kabelki zakończyłem szybkozłączem tak, aby była możliwość ewentualnego rozpięcia diod w przyszłości bez użycia lutownicy. WP_20160625_09_00_12_ProSześć modułów umieściłem w docelowych miejscach. WP_20160630_21_38_39_ProW obudowie obiektywu wywierciłem dziurę i umieściłem standardowe zasilaczowe gniazdko do doprowadzenia prądu do ledów.WP_20160703_21_02_59_ProPozostało wykonanie zasilacza do tego zespołu. Znalazłem ofertę modułu zasilacza typu „buck” ze źródłem prądu 0-10A, 0-30V, niezbędnego do bezpiecznego zasilania diod.4337937800_1468000546*źródło: http://pliki.propix.com.pl/images/DCDC_300W/DC_DC_300W.jpg
    Potrzebowałem jeszcze źródła pierwotnego zasilającego ten moduł. Miałem kilka dobrej jakości zasilaczy od starych laptopów Lenovo o mocy 65W i napięciu 20V na wyjściu i postanowiłem taki wykorzystać.
    Zaprojektowałem obudowę pod taki układ i już tradycyjnie wykonałem z pomocą frezarki CNC.6530996200_1468001407WP_20160703_19_40_22_ProWewnątrz zmieściłem oba zasilacze, rozdzieliłem też przewody do zasilania napędu matówki (wspomnianej wyżej). Zasilacz ma możliwość regulacji poziomu prądu za pomocą potencjometru. Postanowiłem wykorzystać tą funkcjonalność do regulacji poziomu jasności podświetlenia. Wyprowadziłem, więc potencjometr i diodę stanu pracy na ścianę czołową zasilacza. Dostosowałem zakres regulacji 0-1,15A. Diody pracują znamionowo do 1,5A, ale nie zauważyłem znacznego wzrostu jasności po podniesieniu prądu, natomiast znacznie mniej się grzeją po jego zmniejszeniu.WP_20160703_19_50_39_ProNie chciałem demontować układu światłowodowego, bo zniszczyłbym w ten sposób estetykę mikroskopu, więc postanowiłem w zasilaczu pozostawić „sztuczne” złącze światłowodu. Nie jest oczywiście do niczego podłączone. W ten sposób, w razie czego, jestem w stanie powrócić do oryginalnego podświetlacza. Mam jednak nadzieję, że ten, który wykonałem posłuży bardzo długo. WP_20160703_21_02_21_ProWP_20160703_19_50_32_ProNo i w zasadzie tyle. Mikroskop sprawuje się świetnie. Największe wrażenie robi używanie przystawki do oglądania elementów od boku :-).
    Poniższe „monoskopowe” zdjęcia oczywiście nie oddają rzeczywistego efektu stereoskopowego. 6388611500_1467999754To jest minimalne powiększenie:2108261500_1468014126To jest maksymalne:9770607100_1468014127Mój egzemplarz ma zamontowany obiektyw x0.7, czyli zakres powiększeń wynosi: d 4.2x do 28x. Po demontażu obiektywu zakres powiększeń się zwiększa i wynosi od 6x do 40x.
    Choć uważam, że do PCB bardziej funkcjonalny jest pierwszy zakres.

    Film prezentujący pracę mikroskopu:

    Mikroskop docelowo znalazł miejsce w łódzkim FabLabie http://fablablodz.org/ i jest do dyspozycji w warsztacie elektroniki.

    Michał Ciąćka

    Michał Ciąćka

    More posts by Michał Ciąćka

    Related Projects:

    Renowacja i modyfikacja mikroskopu stereoskopowego Vision Engineering Dynascope

    View more

    Renowacja i modyfikacja mikroskopu stereoskopowego Vision Engineering Dynascope

    Renowacja i modyfikacja mikroskopu stereoskopowego Vision Engineering Dynascope

    Renowacja i modyfikacja mikroskopu stereoskopowego Vision Engineering Dynascope
    2016-10-22

    Urządzenie rehabilitacyjne

    View more

    Urządzenie rehabilitacyjne

    Urządzenie rehabilitacyjne

    Urządzenie rehabilitacyjne
    2016-01-12

    Subwing – podwodne skrzydło

    View more

    Subwing – podwodne skrzydło

    Subwing – podwodne skrzydło

    Subwing – podwodne skrzydło
    2015-11-01

    Ploter CNC do płyty meblowej aka. Bożena

    View more

    Ploter CNC do płyty meblowej aka. Bożena

    Ploter CNC do płyty meblowej aka. Bożena

    Ploter CNC do płyty meblowej aka. Bożena
    2015-10-31

    Ploter laserowy 70W CO2

    View more

    Ploter laserowy 70W CO2

    Ploter laserowy 70W CO2

    Ploter laserowy 70W CO2
    2015-10-31

    MACD

    View more

    MACD

    MACD

    MACD
    2015-10-31

    FabLabowy Strandbeest aka. konik

    View more

    FabLabowy Strandbeest aka. konik

    FabLabowy Strandbeest aka. konik

    FabLabowy Strandbeest aka. konik
    2015-10-31

    Od testera do cnc plotera, czyli Zdzichu CNC

    View more

    Od testera do cnc plotera, czyli Zdzichu CNC

    Od testera do cnc plotera, czyli Zdzichu CNC

    Od testera do cnc plotera, czyli Zdzichu CNC
    2015-10-31

    Leave a Comment

    Anuluj pisanie odpowiedzi

    Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

    Fundacja FabLab Łódź 2015 | Kontakt
    • Fundacja
      • O Fundacji
      • Polityka prywatności
      • Statut
      • Sprawozdania
    • O nas
      • O FabLab Łódź
      • Załoga
      • Materiały promocyjne
    • Projekty
      • Projekty DIY
      • OD&M – Projekt Erasmus+ Alliance
      • Noc Wytwórców
      • Akademia Prototypowania i Fabrykacji
      • MakerKidsWorld
      • Robo Inspector Hackathon
    • Wydarzenia
    • Blog
    • Kontakt
    • Wspieraj
    FabLab Łódź