Entfernung mit Zerene messen

Balgengeräte, Zwischenringe, Nahlinsen etc.
Adalbert
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Entfernung mit Zerene messen

Beitragvon Adalbert » 25. Nov 2016, 22:48

Hallo zusammen,

falls jemand von Euch kleine Entfernungen präzise messen möchte, kann er das einfach mit Zerene bewerkstelligen.

Man klebt auf dem beweglichen Objekt einen Zettel mit einem kontrastreichen Punkt.
Dann fotografiert man ihn senkrecht zu der Bewegung für die einzelnen Positionen/Schritte, die man messen möchte.
Je größer die Vergrößerung des verwendetes Objektives, desto genauer die Messung.
Danach werden die Bilder in Zerene geladen und Stack->Align all frames aufgerufen.
Dann geht man zu Options->View Consloe Log und speichert man den Inhalt.
Dann selektiert man nur die Zeilen mit xoffset bzw. yoffset abhängig davon ob man vertikal bzw. horizontal das zu messende Objekt bewegt hat.
Dann schneidet man die Spalten mit den Werten (von xoffset oder yoffset) heraus und berechnet die Entfernung E, wie folgt:
E[n+1] = ( Of[n]-Of[n+1] ) * W / M

Of[n] = xoffset oder yoffset (n und n+1 sind die nachfolgenden Fotos zwischen denen die Entfernung gemessen wird)
M = Vergrößerung des Objektivs z.B. 40x
W = Breite des Sensors (z.B. 36mm) oder Höhe des Sensors (z.B. 24 mm)


BTW, in Preferences von Zerene muss Alignment aktiviert und Automatic order ausgeschaltet sein!

Danke und Gruß,
Adi
Zuletzt geändert von Adalbert am 25. Mär 2017, 20:46, insgesamt 3-mal geändert.
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Entfernung mit Zerene messen

Beitragvon Guppy » 26. Nov 2016, 12:46

Hallo Adi
Vielen Dank für diesen Hinweis.
"lohnt sich ein Batch-Skript", meine Lösung wäre dann ein Basic Programm, das schon alles entsprechend berechnet und ausgibt.
Doch bevor ich diese Arbeit angehe, werde ich mir eine Serie solcher Bilder mal am Monitor ansehen
und eventuell da von Hand ausmessen, oder Pixel zählen.

Kurt
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Beitragvon Adalbert » 26. Nov 2016, 13:57

Hallo Kurt,
ja klar, ein Skript oder ein Programm, damit es schneller geht.
Wichtig ist noch, dass man vorher den ABM des Objektivs in dem messenden Setup gemessen hat
und bei den Zahlen das Dezimaltrennzeichen (Punkt gegen Komma) ersetzt hat.
Danke und Gruß,
ADi
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Beitragvon Guppy » 27. Nov 2016, 14:36

Hallo
Ich habe nun nach Adi's Vorschlag mit dem StackShot eine Schlittenverstellung um 0.05mm in 84 Einzelschritten mit Zuhilfenahme von Zerene vermessen.
Als Objekt diente ein Mikrometer mit 0.01 Teilung.
Damit könnte man auch von blossem Auge einen durchschnittlichen Wert berechnen.
Die Auswertung der Console Log Datei von Zerene ergab:
Aus 84 Schritten in 0.05mm resultiert eine Durchschnittliche Schrittgrösse von 0.05mm / 84 = 0.59 µm, die Werte die Cognisys nennt, wären bei 0.496 µm.
Die Schrittgrösse variiert von 0.34 µm bis einzelne Ausreissern von 1.26 µm.
Stehen geblieben ist der Schlitten nie!

Sichtbar ist hier die einigermassen kontinuierliche Bewegung des StackShot.
Schritte_01.JPG (78.67 KiB) 7451 mal betrachtet
Schritte_01.JPG


Hier wird ersichtlich, wie unterschiedlich gross, die Einzelschritte sind.
Schritte_02.JPG (86.03 KiB) 7451 mal betrachtet
Schritte_02.JPG


Zu bedenken ist, dass die Erschütterungen durch Raum und Kamera in den Werten enthalten sind.
Somit können die Werte, als für mich relevant betrachtet werden.

Kurt
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Beitragvon Adalbert » 18. Feb 2019, 23:14

Hallo zusammen,

neulich habe ich mir einen Schlitten auf der Basis von THK KR2001A gebastelt.
Getrieben wird er direkt (ohne Übersetzung) von einem Nema 17 0,9 Grad.
Eine volle Umdrehung von THK bewegt den Wagen um 1mm.
NEMA17 mit 0,9 Grad braucht 400 volle Schritte für eine Umdrehung.
Gesteuert wird der Motor von einem TB6560, der auf 16 micro-steps (also 16 Mikroschritte für einen vollen Schritt) gestellt ist.
Das bedeutet, dass der Motor 6400 Mikro-Schritte für eine volle Umdrehung braucht.
Somit soll der Wagen um 0.000156mm von einem Mikroschritt bewegt werden.
Nach mehreren Tests habe ich festgestellt, dass die Schrittgröße von den 16 Mikrosteps abhängt und, wie folgt aussieht:
THK_portrait_MF.jpg (260.08 KiB) 6453 mal betrachtet
THK_portrait_MF.jpg

(damit die Beschriftungen lesbar sind, habe ich das Diagramm halbiert)

Ob das Verhalten typisch für alle NEMA 17 Motoren ist, weiß ich nicht.
Das Verhalten von dem Stackshot scheint aber ähnlich zu sein.

Danke und Gruß,
ADi
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Beitragvon HCS » 20. Feb 2019, 19:51

Hallo Adalbert,
wenn ich das richtig interpretiere, sind die Schritte 1+14 Ausreißer nach oben, dazwischen liegen „normale“ Schritte und bei 15+16 geht es sogar wieder zurück. Und das ziemlich systematisch. Da ein Schrittmotortreiber normalerweise exakt „rund“ läuft, dürfte die Ursache eher in der Mechanik liegen, also beim Motor. Bei einem guten Motor sollte das aber nicht auftreten, deshalb ist das schon komisch.
Mein Antrieb ist ein spezieller Linearaktuator und von den Daten genauso, also 6400 Schritte pro Millimeter. Vor Jahren habe ich den Vorschub einmal mit einem digitalen Längenmeßgerät von Mitutoyo ausgemessen, das auf einen Mikrometer genau anzeigte. Dazu hatte ich den uC so umprogrammiert, daß er die Schritte im Sekundentakt ausgab. Nach jeweils 6-7 Schritten sprang die Anzeige um ein My weiter. Das ging sehr stetig und ohne Sprünge vor sich. Am Ende ließ ich den Treiber genau 64000 Schritte ausgeben, was theoretisch einen Vorschub von 10mm ergeben sollte, praktisch waren es 9,998mm. Es fehlten also 2um. Dieselbe Anzahl Schritte zurück, und das Meßgerät stand wieder auf 0. Insofern gingen keine Schritte verloren. Man muß sich aber verdeutlichen, daß die rechnerische Schrittweite in der Größenordnung der Wellenlänge von UV-Licht liegt, also 156nm. Vielleicht sollte man da etwas Nachsicht üben :DD
Dateianhänge
stacking.jpg (105.48 KiB) 6368 mal betrachtet
stacking.jpg
Zuletzt geändert von HCS am 20. Feb 2019, 19:54, insgesamt 1-mal geändert.
Grüße
Christian


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Beitragvon Adalbert » 20. Feb 2019, 23:41

Hallo Christian,
in der zweiten Reihe kann man es besser sehen.
Der erste und der letzte (rot markiert), zweite (dunkel blau), der vorletzte (hell blau), die restlichen (grün).
Also der erste und der letzte sehr kurz, der zweite und der vorletzte sehr lang und die restlichen OK.
Das Verhalten von dem StackShot ist aber verblüffend ähnlich.
Ob das von dem Kontroller oder von dem Motor anhängt, weiß ich nicht.
Es steht aber fest, dass es von den 16 Mikroschritten abhängig ist und schön periodisch verläuft.

Rik aus dem Ami-Forum hat das Verhalten 1 langer und 15 kürze Schritte beobachten können.
http://www.photomacrography.net/forum/v ... 57&start=0

Man muß sich aber verdeutlichen, daß die rechnerische Schrittweite in der Größenordnung der Wellenlänge von UV-Licht liegt, also 156nm.

Natürlich hast Du Recht, und bei einem Schritt in der Größe von 2 bzw. 5 Mikroschritten werden die Abweichungen ausgeglichen.

Hier einer Messung mit 5 Mikroschritten:
http://www.photomacrography.net/forum/v ... 57&start=0
Die Abweichungen sind größer, wenn der Kontroller mit 16 als mit 8 Mikroschritten läuft.
Wahrscheinlich gibt es keine Abweichungen bei vollen Schritten (also keiner Teilung auf die Mikroschritte).

Danke und Gruß, ADi
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Beitragvon HCS » 21. Feb 2019, 21:27

Hallo Adalbert,
habe den Link zu photomacrography gelesen. Es ist natürlich kaum möglich, eine Ferndiagnose zu stellen, allerdings habe ich sehr lange mit den unterschiedlichsten Schrittmotoren gearbeitet und würde den Fehler rein "gefühlsmäßig" auf den Motor schieben. Dieses seltsame Schrittverhalten deutet m.E. auf einen "unsymmetrischen" Aufbau des Motors hin. Ein guter Schrittmotortreiber verändert die Induktion der Wicklung sehr genau in 16 Stufen und ein guter Motor sollte darauf mit 16 gleichen Drehbewegungen reagieren. Dabei sind 16 Mikrosteps noch nicht mal viele, das geht bis 256. Je weniger Mikrosteps aber, desto weniger fällt natürlich eine kleine Unsymmetrie auf.
Grüße
Christian


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Beitragvon Guppy » 22. Feb 2019, 11:51

Hallo ADi

Schrittmotore können ihre Schritte relativ präzise und reproduzierbar ausführen,
dies sowohl bei Einzelschritten wie auch bei mehreren Schritten.
Z.B. der von dir genannte NEMA17 mit 0,9 Grad.
Der Nachteil ist, dass sie diese Bewegung (Drehung) schrittweise und somit ruckartig machen.
Es entstehen dadurch starke Erschütterungen.
Um etwas Ruhe in diese Bewegung zu bringen werden die 0.9 Grad Schritte in kleinere Schritte (Mikro-Schritte) unterteilt.
Diese Mikro-Schritte werden aber nicht mit der gleichen Präzision ausgeführt wie die Haupt-Schritte,
dies ist eigentlich auch nicht nötig, weil sie "nur" für eine höhere Laufruhe sorgen sollen.
Diese Mikro-Schritte sind auch von der Kraft und Stabilität nicht so hoch wie die Haupt-Schritte.
Mikro-Schritte sind für eine erhöhte Laufruhe und nicht unbedingt, dass man mit Präzision
einen Mikro-Schritt mit längerem Stillstand, nach dem anderen Ausführen kann.
Inwieweit moderne, gute und teure Schrittmotoren diese Mikro-Schritte präzise ausführen, weiss ich nicht.
Man darf auf jeden Fall nicht erwarten, dass diese inzwischen eventuell mögliche Präzision, auch von einem 25 Euro Schrittmotor erreicht wird.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass man einen Schlitten, der 1-3 Kg bewegen sollte nicht präzise in Schritten von unter etwa 1µm bewegen kann,
die Friktion muss überwunden werden, es ist also mehr Kraft zum Starten der Bewegung notwendig, wie für die weitere kontinuierliche Bewegung.
Dies führt dazu, dass sich der Schlitten bei sehr kleinen Distanzen (z.B. unter 1µm) nicht bewegt,
oder die Friktion wird überwunden, dann hüpft der Schlitten eine Distanz, entsprechend der Kraft, die sich angesammelt hat.
Nach der Kraft, die der Schlitten für einen Schritt vom Motor erhalten hat und sich dabei nicht bewegte,
wird er bei der Kraft die er für den nächsten Schritt erhält eventuell eine gewisse Distanz hüpfen,
die jedoch nicht präzise zwei Schritte beträgt, sondern auch davon abhängig ist, wie gross die Friktion ist.
Die Schrittgrösse ist somit auch abhängig von der Kraft die zur Überwindung der Friktion (Friktionskraft, Reibungswiderstand) benötigt wird.
Die Stärke der Friktion ist auch abhängig vom Gewicht, das bewegt werden soll.
Für mich sind da genügend unsichere Faktoren vorhanden, damit ich es unterlasse, konkrete Äusserungen zu machen.

Präziser kann man kleine Schritte mit Piezoelementen verwirklichen.
Um grössere Distanzen in kleinen Schritte zu bewerkstelligen ist ein mehrschichtiger Piezoelemente Aufbau nötig
und die Steuerung ist ebenfalls aufwendig.

Sehr einfach sind extrem kleine Schritte mit der Wärmeausdehnung von Materialien zu bewerkstelligen.
Da diese stetig und kontinuierlich ist, sich also die Distanz stetig ändert und in Bewegung ist (aber kein Hüpfen), ist trotzdem eine extrem kurze Belichtungszeit (z.B. 1/30000 Sekunde) nötig.
Auch diese Methode erlaubt es mit geringem Aufwand, nur eine geringe Distanz zurück zu legen,
diese reicht aber gut für Schmetterlingsschuppen (mit Apertur 0.7), da fallen in Serie schon etwas um 1000 Bilder an.

Will man Distanzen einigermassen genau für Vergleiche messen, muss die Auflösung des Messgerätes (Messaufbau) genügend klein sein, z.B. 1/10 des gewünschten Messwertes.
Distanzen unter 1µm sind nicht einfach mit einer Genauigkeit von 0.1µm zu messen.

Die Methode mit Zerene liefert Zahlen mit mehreren Stellen, was den Eindruck erweckt, dass sie sehr präzise sind.
Leider konnte ich diese Zahlenwerte nicht mit einem geeichten Messgerät überprüfen.
Man muss somit auch hier damit rechnen, dass die Zahlenwerte lediglich so genau sind,
dass sie für den vorgesehenen Zweck, Stacken von Bildern mit Beurteilung im Bild, genügen.

Was für uns Mikro-Fotografen einfach ist, man kann das Wandern der Schärfe von Bild zu Bild (z.B. bei 60:1) sehr gut bei der Betrachtung der Bildserie sehen.
Da sieht man wie gross im Verhältnis zur Schärfentiefe die Schritte sind und ebenfalls, wie gleichmässig sie sind.

Ergänzungen, Korrekturen, Richtigstellungen und Kritik sind jederzeit willkommen.

Kurt
Zuletzt geändert von Guppy am 22. Feb 2019, 11:59, insgesamt 2-mal geändert.
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Beitragvon Adalbert » 22. Feb 2019, 12:29

Hallo Christian,
allerdings habe ich sehr lange mit den unterschiedlichsten Schrittmotoren gearbeitet und würde den Fehler rein "gefühlsmäßig" auf den Motor schieben

der von mir getestete Motor kommt von Wantai und heißt: 42BYGHM809
http://www.wantmotor.com/product/42byghm.html#
Was für ein NEMA 17 in dem StackShot steckt, weiß ich aber nicht.
Die Schrittgröße verändert sich aber schön periodisch in beiden :-)

Danke und Gruß, ADi
Zuletzt geändert von Adalbert am 22. Feb 2019, 12:29, insgesamt 1-mal geändert.

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