ჰოლოგრაფიული ფირფიტები - Photonics Challenger Hackathon Phab ლაბორატორიები: 6 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

ამ წლის დასაწყისში მთხოვეს მონაწილეობა PhabLabs Photonics Hackathon– ში, ჰოლანდიის სამეცნიერო ცენტრ დელფტში. აქ მათ აქვთ დიდი სამუშაო ადგილი მრავალი მანქანით, რომელთა გამოყენება შესაძლებელია ისეთი რამის შესაქმნელად, რასაც მე ჩვეულებრივ ვერ შევძლებ ასე მარტივად.

ჰაკათონის დაწყებისთანავე ვიფიქრე, რომ საინტერესო იქნებოდა რაღაცის გაკეთება CNC ლაზერული აპარატებით, რომლებიც იქ არის შესაძლებელი.

სემინარში მათ ჰქონდათ პატარა განათებული აკრილის ფირფიტა, რომელიც იდო ლეგოს პატენტით, რომელიც ქმნიდა ერთგვარ ჰოლოგრამას, მაგრამ მხოლოდ ერთ ფენას, ასე რომ ის ჯერ კიდევ 2D გამოსახულება იყო. ამან დამაფიქრა, რა იქნებოდა შესაძლებელი, თუ ავიღებ აკრილის რამდენიმე ფენას და შევქმნი ნამდვილ 3D ჰოლოგრაფიულ სურათს.

დავიწყე მხოლოდ სფეროსთან ერთად და ის მართლაც ჰგავდა ნამდვილ შეჩერებულ სფეროს, როდესაც ვთამაშობდი განათებით, მივედი იმ აზრამდე, რომ მას შეეძლო ეთამაშა (თეთრი) სინათლის სპექტრი წითელი მწვანე და ლურჯი შუქით, შესაძლებელი იქნებოდა თუ არა თეთრი შუქის ხელახლა შექმნა ამ ფირფიტებით ერთმანეთის მიყოლებით, თითოეული ფირფიტა მხოლოდ პირველადი ღია ფერის გამოყენებით, წითელი მწვანე ან ლურჯი.

ნაბიჯი 1: ნაბიჯი 1 საჭირო მასალები და ინსტრუმენტები

ინსტრუმენტები:

• CNC ლაზერული ჭრის და გრავირების მანქანა
• შედუღების რკინა და ა.
• ცხელი წებოს იარაღი
• 3D პრინტერი (ადრეული პროტოტიპის ეტაპზე)
• პლიერი
• კალიპერები
• მოსახვეწი ქაღალდი

პროგრამული უზრუნველყოფა:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• კურა

მასალები:

ელექტრონიკა:

• LED- ები (მცირე თხელი SMD3535 led ზოლები ფირფიტების ერთმანეთთან დასაახლოებლად)
• ESP8266
• 5 ვ 10 ა ელექტრომომარაგება
• გაყვანილობა, უბრალოდ მარტივი თხელი მავთულები 5v led– ებისთვის

მასალები "ქანდაკებისთვის":

• აკრილის 3 მმ (ამოღებულია ლაზერულ აპარატში)
• ხე, ლაზერი LED- ების დასაყენებლად და აკრილის მხარდასაჭერად
• 3D ბეჭდვა ადრეულ პროტოტიპში LED სამონტაჟო და აკრილის მხარდაჭერისთვის.
• მასალა ყუთის გასაკეთებლად, თავიდან ვიყენებდი ქაფს, რათა ყუთი სწრაფად გამეკეთებინა მოგვიანებით ლაზერული CNC მოჭრილი ხე.

ნაბიჯი 2: ნაბიჯი 2: ლაზერული გრავირება და განათების ტესტირება

პირველი, რისი შემოწმებაც მინდოდა, იყო 3D ჰოლოგრამის დამზადების შესაძლებლობა მრავალჯერადი აკრილის ფირფიტებით, სფეროდან დაწყებული. შექმენით მრავალი ფირფიტადან.

მე დავბეჭდე მარტივი ბაზა PLA– ში ჩემი 3D პრინტერით - მე თვითონ დავამატე და დავამატე რამდენიმე LED, რომელიც ჯერ კიდევ მქონდა.

ამ პროცესში მე მივიღე იდეა, შესაძლებელი იქნებოდა თუ არა თეთრი (შუქის) შექმნა, თუ LED- ებს შევაღებ მხოლოდ წითლად ან ლურჯად, RGB– ში 3 ფირფიტა რომ იყოს, თეორიულად გახდება თეთრი, მაგრამ ის ასევე იმუშავებს, თუ ის ფენიანია რა

ამ ყველაფრის ერთად დაყენების და განათების შემდეგ აღმოვაჩინე, რომ ის ნამდვილად მუშაობდა, ის არ იყო სრულყოფილი თეთრი, მაგრამ ის ნამდვილად აურიებდა ფერებს მის უკან არსებულ ფენებში.

ვიფიქრე, რომ ალბათ უკეთესად იმუშავებდა, თუ გადავიცვლებოდი მყარი გრავიურადან და შევქმნიდი ფორმას წერტილებად, რათა სინათლე უფრო ადვილი შესამჩნევი ყოფილიყო მრავალ ფენაში და რეალურად მუშაობდეს როგორც პიქსელი, მაგრამ შემდეგ 3D- ში.

პროცესის სრულყოფის მიზნით მე გავაკეთე რამდენიმე სატესტო ფურცელი წერტილების განსხვავებული სიმკვრივით და ასევე გამოვიყენე მრავალი განსხვავებული პარამეტრი ლაზერის სრულყოფილად შესაქმნელად. თქვენ უნდა დაარეგულიროთ ლაზერი იმ ენერგიის ოდენობისთვის, რომელსაც ის იყენებს, რაც უფრო მეტ ენერგიას გამოიყენებთ და ნელ -ნელა გაგიკეთებთ, შექმნის უფრო ღრმა ჩახშობას და ყველა არ იმუშავებს ისე კარგად, როგორც სხვები ამ სიტუაციაში. ეს განსხვავებულია თითოეული ლაზერისთვის, მე გირჩევთ გამოიყენოთ საკმაოდ დაბალი პარამეტრი, თქვენ არ გჭირდებათ ღრმა ჩახმახი ამ ქანდაკებისთვის.

ნაბიჯი 3: ნაბიჯი 3: საბოლოო პროტოტიპი

საბოლოო პროტოტიპისთვის მე გადავწყვიტე 20X20 სმ ზომის აკრილის ფირფიტების გაკეთება, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ მათში სხვა დეტალები და მიიღოთ უკეთესი განცდა იმისა, თუ როგორ შეიძლება გამოიყურებოდეს იგი უფრო მასშტაბურად.

მე გავაკეთე მსუბუქი მოდული, სადაც შემეძლო სულ 21 ფირფიტის განთავსება (7X3), რადგან მინდოდა გამომეყენებინა იმის შესამოწმებლად, თუ რამდენად შორს იქნებოდა შესაძლებელი წასვლა, რამდენი ფირფიტის განთავსება ეფექტის დაკარგვამდე ან როგორც მე ვიპოვე როდის გახდება "არეული". აღმოვაჩინე, რომ 12 იქნებოდა ღირსეული მაქსიმუმი, უფრო მაღლა წასვლამ გამოიწვია ძალიან ბევრი დაბინდვა.

მე ასევე გამოვცადე და ვითამაშე ფირფიტებს შორის მანძილი, როდესაც ერთ თეფშზე გამოტოვებით ორმაგდება მანძილი ფირფიტებს შორის და შემდგომ, აქ ასევე აღმოვაჩინე, რომ ეს საკმაოდ გადამწყვეტია, როდესაც მანძილი იზრდება, ეფექტიც იცვლება. მე ვფიქრობ, რომ ხდება ის, რომ უფრო დიდი მანძილით თვალებს უკეთ შეუძლიათ სიღრმის გამოვლენა. შედეგად, ფერები ნაკლებად ერწყმის ერთმანეთს.

სინათლის "ფირფიტას" აქვს სინათლის ზოლი 9 led თითოეული ფირფიტის მონაცემთა ხაზისთვის, რომელიც მიდის უკან და უკან ზიგზაგში, თითოეულ მხარეს 5 ვ ელექტროგადამცემი ხაზით, + ერთ მხარეს და - ხაზით მეორე მხარეს, ასევე საკმაოდ ადვილად გასასწორებელი.

5V 10A ელექტროენერგიის მიწოდება გამოიყენება LED- ების და ESP8266- ის ერთდროულად ჩართვისთვის.

ESP– სთვის ჩვენ შევქმენით კოდი ჰაკათონზე უფრო გამოცდილი კოდირების დახმარებით, ეს ნაჭერი ასევე იყო სავარჯიშო კოდირებისთვის. კოდი, რომელიც მე საბოლოოდ გამოვიყენე არის კოდი, რომელიც აქრობს ყველა ფირფიტას ერთხელ RGB– დან GRB– მდე BRG– მდე და ისევ RGB– ს კვლავ უწყვეტ მარყუჟში. LED კონტროლის დაჯგუფება 9 led– ზე, ასე რომ თითოეულ ფირფიტას ექნება ერთი ფერი, კოდი აკონტროლებს 12 ფირფიტას/მოგზაურობას, დანარჩენები უბრალოდ არააქტიურია, რადგან მე არ მჭირდებოდა ისინი. აქ დავამატე კოდი.

მე ასევე შევეცადე LED- ების გაკონტროლება ESP– ზე wifi– ს გამოყენებით artnet და madmapper– ით, მაგრამ შედეგით ჯერ არ ვარ კმაყოფილი, ეს კარგად უნდა მუშაობდეს, მაგრამ მე პირველ რიგში უნდა მქონდეს უკეთესი გაგება ამ „რუქის“ტექნიკის შესახებ.

ნაბიჯი 4: გაკვეთილები

პირველი რაც ვისწავლე იყო CNC ლაზერული საჭრელთან და გრავიურთან მუშაობა. წარსულში მე ვიყენებდი ამ ტექნიკას მოდელების შესაქმნელად, მაგრამ მე არასოდეს მიმიღია დრო, რომ უფრო ზუსტად დამემოწმებინა, განსაკუთრებით გრავიურა/გრავირება. აღმოვაჩინე, რომ ეს საკმაოდ ცვლის განსხვავებულ სინათლის ინტენსივობას და არა მხოლოდ იმას ნიშნავს, რომ უკეთესია "უფრო ღრმა" გრავირება, მე მჭირდებოდა ეტრაქციის ბალანსის პოვნა მხოლოდ საკმარისად, მაგრამ არა ბევრად.

ამ პროექტისთვის მე ასევე მინდოდა მქონოდა ის როგორც ცალკეული ობიექტი ისე კოდირებული ESP ამ შემთხვევაში, რომელიც აკონტროლებს LED- ებს ყოველგვარი სხვა შეყვანის გარეშე, ასევე იმიტომ, რომ მინდოდა უკეთ გამეგო კოდირების შესახებ, წარსულში გავაკეთე რამდენიმე მართლაც მარტივი კოდირება და ამ ნაწილის კოდები ჯერ კიდევ არ არის რთული, მაგრამ როდესაც დავიწყე ეს ჰაკათონი, ნაწილები ჯერ კიდევ ახალი იყო.

შემდეგ ამ დამზადების ტექნიკის შემდეგ მივიდა სინათლის გაგება. როგორ აირია ეს და შეერევა კიდეც? გაირკვა, რომ წერტილებით მუშაობა სრულად ამოტვიფრული ფორმის ნაცვლად, ქმნის "პიქსელებს", როგორც უკვე აღვნიშნეთ. პირველად აღმოვაჩინე, რომ მუშაობს, მაგრამ როდესაც ფირფიტებს შორის მანძილი გავზარდე, ეფექტი კვლავ შემცირდა, ადამიანის თვალის აღქმა, რომელიც ამუშავებს და აერთიანებს ფერებს, არამედ რაღაც ჯადოსნური ხდება, რადგან შენი თვალები ვერ ხვდებიან რა ხდება, მათ არ შეუძლიათ ნამდვილად გაამახვილეთ ყურადღება სიღრმეზე. მაგრამ თუ ფირფიტებს შორის მანძილი გაიზარდა, თქვენ შეგიძლიათ თვალები გაამახვილოთ სიღრმეზე, მაგრამ მაგია გაქრა.

ნაბიჯი 5: პოტენციური გაუმჯობესება

პირველი გაუმჯობესება, რომელზეც მე ჯერ კიდევ ვმუშაობ არის ის, რომ მივიღო უკეთესი და უფრო რთული კოდი ფირფიტების გასაკონტროლებლად. ჩემი მიზანია მქონდეს მრავალი პარამეტრი და წინასწარგანსაზღვრული ეფექტები, რომელთა გააქტიურებაც შესაძლებელია, ამიტომაც მე ავირჩიე ESP- ის გამოყენება, რადგან შემდეგ შემეძლო მათი გააქტიურება/კონტროლი მარტივად wifi გამოყენებით.

გარდა ამისა, მინდა ავანთო მხოლოდ 12 ფირფიტა, როგორც მე საბოლოოდ გამოვიყენე გამოყენება, ნაჭერი, რომელიც ახლა გავაკეთე, იდეალურია ტესტირების ამ ფაზისთვის მანძილითა და ფირფიტების რაოდენობით და ა.შ. ერთი, რომელიც დამზადებულია 12 ფირფიტისთვის და ასევე აუმჯობესებს LED- ების დამონტაჟებას, ახლა ისინი გამყარებულია იქ და იმართება იმპროვიზირებული ქაფით, დიდი ხნის განმავლობაში ეს არ იქნება კარგი LED- ებისთვის, მე მათ ალუმინზე ვამაგრებ უკეთესი სითბოს გამტარობა და აქვს ეს როგორც მოდულები, ასე რომ, თუ რამე დაარღვიოს ერთი ზოლები ადვილად ამოიღება და შეიცვლება.

ფირფიტებისთვის მე ჯერ კიდევ ვამოწმებ რა უნდა გააკეთოს გვერდებთან, ახლა მხარეები უბრალოდ გამოვლენილია და თქვენ ხედავთ რა ფერით არის განათებული, მე შევეცადე აეშენებინა გარსი მთლიანი ნაწილის გარშემო, მაგრამ არ ვიყავი კმაყოფილი იმიტომ რომ აისახა შუქი უკან. ასე რომ, მე დავიწყე ტესტირება სპეციალური 3D პრინტერის პროფილებით, ვიღებ კიდეებს ან ვიყენებ ამრეკლავი კილიტა, რათა შევინარჩუნო სინათლე ფირფიტების "შიგნით".

ნაბიჯი 6: იყვირე

მინდა განსაკუთრებული მადლობა გადავუხადო შემდეგ პირებს:

• თეუნ ვერკერკი ჰაკათონში მონაწილეობის მოსაწვევისთვის
• ნაბი კამბიზი, ნურიდინ კადური და აიდან უაიბერი, ჰაკათონგის დროს დახმარებისა და ხელმძღვანელობისთვის. დამეხმარა და ავუხსენი ყველა მანქანა და მასალა, რაც ხელთ იყო და აიდანს დიდი მოთმინება ქონდა ახსნა და დახმარება ამ კოდირების ნოობში.
• Chun-Yian Liew, თანამოაზრე მონაწილე, რომელმაც ასევე გააკეთა საოცარი პროექტი. ჩუნი ასევე დამეხმარა რამდენჯერმე, როდესაც არ მესმოდა რა ხდებოდა კოდირებისას.