Roue à filtre motorisée : la mécanique

Dans un précédent billet je vous présentais mon idée de roue à filtre motorisée... Maintenant, place à l'action !

Pour motoriser une roue à filtre, il suffit de faire tourner la roue !!!

Pour ça, je vais utiliser un moteur pas à pas 28byj-48, pour plein de bonnes raisons:

•  un moteur pas à pas permettra des mouvements précis
•  celui là est vraiment bon marché (2/3€ sur internet),
•  il est assez petit (3 centimètres de diamètre)
•  je le connais bien (il fait tourner mon focuser depuis quelques mois...). 

Le plus simple pour entraîner la roue à filtre semble d'utiliser des roues dentées :

• une petite de 24 dents directement montée sur l'axe du moteur.
• une grande de 150 dents qui viendra en complément du carroussel. Comme le carroussel est quasiment en contact avec le coffre, la roue sera au dessus; elle ne pourra pas faire plus que la hauteur maximale d'un filtre, soit 3 ou 4 mm.

Le moteur retenu est beaucoup démultiplié; à pleine vitesse il a besoin d'au moins une bonne seconde pour faire un tour. Les deux engrenage ayant un rapport d'environ 6, il faudra au moins 6 à 12 secondes pour un tour, soit 1 à 2 secondes par changement de filtre.



J'ai créé le design des deux roues avec le logiciel merveilleux logiciel OpenScad "imprimé" ces pièces sur une imprimante 3D en plastique PLA. La grande roue sera collée sur le carrousel:

La grande roue à coté du carrousel

Précision du déplacement

Il faut biensur que la roue à filtre amène le filtre sur le train optique, dans l'axe. Mais encore plus que le centrage, il faut surtout que le positionnement soit répétable! Une erreur d'un demi millimètre sera acceptable si elle est reproduite à chaque cliché. Dans ce cas les flats corrigeront bien l'éventuel décentrage. Par contre, si chaque cliché a sa propre erreur de positionnement, il sera impossible de produire des flats corrigeant ces imperfections !

Le moteur pas à pas devrait en théorie être capable de positionner précisément la roue à filtre : 4096 micro pas par tour, mutliplié par le rapport des engrenages donne une précision de 0,015°... Il faut néanmoins compter avec le backlash. (le jeu), de quelques degrés sur l'axe du moteur, et certainement aussi au niveau de l'engrenage. Pour limiter les effet du backlash, il devrait suffire de faire tourner la roue toujours dans le même sens, pour que les engrenages soient en appui du même coté du jeu. C'est donc d'abord un problème de firmware!

Pour traiter un changement de filtre, le controleur du moteur pas à pas devra déterminer le nombre de pas à franchir. Le nombre de pas total requis pour faire un tour doit pouvoir être déterminé facilement, et en divisant par le nombre de filtres, on obtient le nombre de pas à franchir (aux irrégularités des engrenages près)

Calibration

Cela fonctionne quand le firmware connait la position de départ de la roue. Mais maintenir cette information à jour dans le temps est plutot compliqué: l'information va se perdre par exemple en cas de coupure de courant pendant un déplacement, ou si le mouvement de la roue est bloqué (par exemple si l'alim n'est pas branchée...). Et sur le terrain ce petit incident peut ruiner la soirée !!!

J'ai donc doté le montage d'un système de calibration automatique basée sur un senseur à effet hall (testé ici). Ce composant détecte le passage d'un aimant devant lui (il en faut un relativement puissant). Plus précisément, il se déclenche lorsqu'un champ magnétique d'intensité suffisante lui est appliqué. Il suffit donc d'incruster un aimant dans l'engrenage collé au caroussel. Le controleur considèrera alors arbitrairement que la position 0 est celle à laquelle le capteur se déclenche.

Il restera à determiner précisément - une fois pour toute - la distance entre ce point 0 et le premier filtre.

Assemblage

Le moteur et le capteur à effet hall sont montés dans une coque imprimée en PLA; l'emplacement du moteur est ajustable pour permettre un bon contact avec la grande roue. Pour faciliter l'impression et le montage, j'ai conçu trois parties : deux autours du moteur (dessous/dessus), et une troisième venant recouvrir les fils (un simple "capot"). Voici les deux premières tout juste imprimées:

Pour rester précis, il est important que le système d’entraînement soit bien fixé à la roue à filtre (sinon, le moteur va avoir du jeu et les positionnements risquent de ne pas être répétables).

J'ai percé deux trous de 3 sur le débord de la roue à filtre (c'est de l'aluminium, ça se perse très bien) et prévu les trous correspondant dans les pièces en plastique. Des écrous à tête large et un bon serrage rigidifient l'ensemble.

Enfin, comme le Arduino qui va piloter le tout est déporté, j'ai prévu une connectique RJ45...

Voici à quoi ressemble le montage avant fermeture du capot:

Le design des pièces est disponible sur github (il y a même le design de la roue à filtre elle même...).

Facture

En résumé, le matériel requis est donc:

• Le moteur avec son contrôleur (3€ sur ebay)
• Le capteur à effet hall (2€ chez MC Hobby)
• Un aimant terre rare de petit diamètre
• L'Arduino Nano (5€ sur Ebay, mais je l'avais déjà!)
• Une prise droite RJ45 (1€ pièce chez Gotronic) et un cable

Ajoutez quelques euros pour le plastique, les écrous, la colle... Le budget de cette modification devrait atteindre les 15€ !

Après le montage, il reste à activer programmer tout ça... Ce sera l'objet d'un prochain billet sur ce blog !