Ding:Leuchtgitter

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Foto
RK Ergebnis 150515.jpg
Basisdaten
Status funktionstüchtig
Schöpfer Rainer Kawollek


Leuchtgitter mit WS2812B Stripes:

Gedankenanstoß

  • Make 1/2015, Seite 12, Ulrich Schmerold, Tetris-Klon mit LED-Streifen
  • Make 1/2015, Seite 20, Alexander S. Treiber, LED-Kuchen, „Mit einem Kuchen kombiniert, ergeben LED-Streifen eine interaktive Geburtstagsüberraschung inklusive Jump‘n‘Run-Spiel.“

Ziele:

Hauptziel:

  • Ich wollte für die LED Streifen WS2812B ein Lichtgitter und eine Bodenplatte zum Aufkleben der LED- Streifen schaffen.
  • Ein potentielles Spiel soll die Möglichkeit haben eine Highscore farbig anzeigen können.

Weitere Bedingungen:

  • IKEA Ribba Rahmen 23*23 *4,5 cm
  • Die LED-Streifen werden beginnend von links oben in Serpentinen nach rechts unten verklebt.
  • Bodenplatte und Gitterstege sollen auf eine Platte 400*300 mm.
  • Optimierte Bearbeitungszeit am Lasercutter.
  • Nachbau auch für Neulinge geeignet.
  • Schnelle Leitungsverlegung, bei optimiertem Materialeinsatz.
  • Erst alle Leitungen verlegen und dann alles auf einmal löten.


Theorie:

Bestimmung der theoretischen Möglichkeiten:

  • Es kommen LED Stripes mit WS2812B zum Einsatz.
    • Es befinden sich 60 LEDs pro Meter.
      • der Abstand zwischen 2 LED beträgt 16,6666 mm.
    • Die Breite der LED-Streifen beträgt 10 mm.
    • Der Abstrahlwinkel der LEDs beträgt 120 Grad. siehe hierzu auch Datei:RK Bilder zur Erklärung Leuchtgitter 150521.pdf(Alle Bilder, die zur Anleitung Leuchtgitter gehören.)
  • Welche Höhe muss das Lichtgitter minimal haben? (Damit das ganze Lichtmodul ausgeleuchtet wird.)
    • Berechnung nach den trigonometrischen Funktionen.
      • Tangens( Alpha) = Gegenkathete (=min Höhe) / Ankathete.
      • Alpha = 30 Grad ( =90-(120/2) ).
      • Ankathete = 8,3333 (16,6666 / 2).
      • => min Höhe = 4,8 mm.
    • Hinweis: bei 30 LEDs pro Meter ist die Modulweite 33,33 mm => min Höhe:9,6 mm.
  • ERGEBIS zur Gitterhöhe:
    • Ich habe mehrere Versuche dazu gefahren und folgendes Ergebnis erzielt:
    • Ergebnis: Höhe = 11 mm.
    • Dies ist ein guter Kompromiss zwischen Materialbedarf, dem Ziel alles auf eine MDF-Platte mit den Abmessungen 400*300 mm zu bekommen und der Stabilität des Gitters.

Vorgehen zur Erstellung der Zeichnungen in Inkscape:

Datei:RK Bilder zur Erklärung Leuchtgitter 150521.pdf (Alle Bilder, die zur Anleitung Leuchtgitter gehören.)

Grundeinstellungen:

  • Seitengröße auf Lasercutter einstellen
    • Datei -> Dokumenteneinstellung -> Allgemein -> Standard Einheiten:mm
    • Datei -> Dokumenteneinstellung -> Seitengröße-> Benutzerdefiniert -> Breite = 400 mm; Höhe = 300 mm; Einheit = mm
  • Ansicht einstellen, das man was erkennen kann
    • Ansicht -> Anzeigemodus -> Umriss
  • Es wird mit Ebenen gearbeitet:
    • Ebene -> Ebenen
      • Hier können die einzelnen Ebenen angezeigt oder versteckt (Auge auf oder zu) werden.
      • Hier können die einzelnen Ebenen verändert oder gesichert (Schloss auf oder zu) werden
      • Ebenen schaffen die Möglichkeit alle Infos zu einem Projekt in einer Ebene zu sammeln

Umsetzung der Gitter:

Mit Hilfe der Erweiterung „gridstrip_creator“ https://github.com/fablabnbg/inkscape-gridstripcreator zu Inkscape Version 0.91, wurden mehrere Versuche mit Gittern gefahren.

  • Die Einstellungen sind wie folgt:
    • Inkscape -> Erweiterungen -> Rendern -> Grid strip creator
    • Der Ribba Rahmen hat ein Länge und Breite Innen von 232 mm => das Gitter hat dieselbe Länge und Breite (Presspassung, Stabilität)
    • Es werden 2 Gitter benötigt um auch die Felder für den Highscore einzubinden
      • Basis-Gitter mit 11 * 11 Zellen und High-Score Gitter 5*12)
        • 232,000; 232,000;
        • 11; 11
        • 11; 5
        • 11; 12
        • nicht ankreuzen; nicht ankreuzen;
        • 16,666; 16,666;
        • 16,666; 16,666;
        • 1,000;1,000;
        • 10,000;10,000;
        • nicht ankreuzen; nicht ankreuzen;
        • ankreuzen; ankreuzen;
        • 2,900;2,900;
        • ankreuzen; ankreuzen;
        • ankreuzen; ankreuzen;

Die oben stehende Erweiterung erzeugt jeweils 3 neue Ebenen im Inkscape. Die Vektorzeichnungen von diesen Ebenen lege ich in jeweils in einer neuen Ebene ab. Anschließend erzeuge ich eine Ebene in der die Stege zu finden sind, die ich für mein Gitter brauche.

Nun in beiliiegender Inkscape.svg Datei erzeugte Ebenen

SVG Datei mit allen Arbeitsschritten, die nachfolgend erklärt werden (!!! Achtung: Datei mit rechter Maustasste antippen, dann kann man sie als Datei laden !!!)

  • 02 RK Basis-Gitter mit 11 * 11 Zellen Zusammenfassung
    • 02 Grip strip creator HLED Long strips
    • 02 Grip strip creator HLED Horizontal strips short
    • 02 Grip strip creator HLED Vertical strips short
  • 03 RK High-Score Gitter mit 5*12 Zellen Zusammenfassung
    • 03 Grip strip creator HLED Long strips
    • 03 Grip strip creator HLED Horizontal strips short
    • 03 Grip strip creator HLED Vertical strips short
  • 04 RK für Gitter benötigte Stege Zusammenfassung
    • Hier liegen jetzt alle Stege, die das Lichtgitter benötigt
    • Das Aufheben der Gruppierungen erfolgt über „rechte Maustaste“ unten „Gruppierung aufheben“
    • Die Optimierung zum Lasercutter erfolgt später

Jetzt geht es an die Grundplatte:

  • Die Grundplatte soll gut in den Ribba Rahmen passen
    • => Länge und Breite jeweils 231,4 mm.
  • in beiliegender Inkscape.svg Datei geht es jetzt weiter:
  • 05 RK Grundplatte Basis wird geschnitten
    • Ein Viereck mit Seitenlänge 231,4 mm wird angelegt
    • Nachdem dies später geschnitten werden soll, sind Einstellungen zu machen
      • Objekt -> Füllung und Kontur
        • Hier gibt es 3 Reiter, wie folgt zu bearbeiten (Viereck muss markiert sein)
        • Füllen:
          • das x wählen
        • Farbe der Kontur:
          • Das erste Kästchen, RGB,
        • Muster der Kontur:
          • Breite: 0,01 mm
  • 06 RK Grundplatte Hilfsmittel zum Anzeichnen
    • Hier holen wir uns aus „04 RK für Gitter benötigte Stege Zusammenfassung“ die 4 langen Stege und ordnen die so auf der Bodenplatte an, wie sie später verklebt sein werden.
      • Gruppierungen aufheben
      • Durch markieren des Vierecks kann man die X und Y Koordinate oben in der Leiste sehen.
        • Die X-Werte der horizontalen Seitenteile müssen auf den X-Wert Viereck -0,3mm gesetzt werden.
        • Die Y-Werte der vertikalen Seitenteile müssen auf den Y-Wert Viereck -0,3mm gesetzt werden.
      • Jetzt noch so verschieben, das die jeweiligen Aussparungen mittig aufeinander liegen und fertig.
      • Somit wird ein Hilfsmittel geschaffen, das das Anzeichnen der Zeilen und Spalten ermöglicht.
  • 07 RK Grundplatte Linien in rot (Colormapping) als Klebehilfe zeichnen.
    • Die Horizontalen Linien werden von den jeweiligen Aussparungen an den Vertikalen Stegen begrenzt.
    • Bei den Vertikalen Linien gilt die Mitte der Aussparungen Horizontal.
    • Die anderen Ebenen werden angezeigt aber gesichert.
    • Es wird die jeweils erste Gerade gezeichnet, alle anderen werden kopiert und an die richtige Stelle verschoben.
  • COLORMAPPING:
    • Da in einem Durchgang mit dem Laser geschnitten und gezeichnet werden soll, verwende ich Colormapping mit der Farbe rot.
    • => alle Linien die nur gezeichnet werden sollen werden rot in Inkscape gezeichnet
    • Ebene Markieren; Füllung und Kontur(siehe weiter oben unter „05 RK Grundplatte Basis wird geschnitten“; bei Farbe wird eingestellt rot (siehe Bild)
  • 08 RK Lötpunkte zum einfachen Drahtflechten und schnellem Löten.
    • Jetzt wurden „kleine Löcher“ in die Grundplatte gemacht, damit man
      • Die Leitungen einfach in die Grundplatte einziehen kann
      • Die Leitungen in einem Satz vorbereiten kann.
      • Ein Abfangen der Leitungen hat
      • Einfachen versilberten CU-Draht 0,4 mm verwenden kann
      • Die Leitungen sich nicht berühren können
      • Die Einspeisepunkte der Datenleitung, 5V und GND definiert sind

Zusammenführung von Grundplatte und Leuchtgitter:

  • 09 RK Stege schnittoptimiert neben Grundplatte angeordnet
    • Anordnung der Stege so, dass alles auf die Grundplatte von 400*300 mm passt.
    • Optimierung des Lasers: doppelte Linien entfernt.
    • Optimierung Verdrahtung: An den Enden der langen Stege die Aussparung vergrößert.

Vorbereitung für PDF zum Drucken auf Lasercutter

  • Die Erzeugung des PDF-Files (in Inkscape unter: Datei speichern unter: xxx.pdf ) ist momentan (10.05.2015) nur im FabLab Nürnberg möglich, da hier die softwaretechnischen Voraussetzungen geschaffen wurden.
  • Es müssen vor der Speicherung folgende Ebenen sichtbar sein:
  • 05 RK Grundplatte Basis wird geschnitten
  • 07 RK Grundplatte Linien in rot (Colormapping)als Klebehilfe zeichnen
  • 08 RK Lötpunkte zum einfachen Drahtflechten und schnellem Löten
  • 09 RK Stege Schnittoptimiert neben Grundplatte angeordnet
  • Diesem Tutorial liegt hier eine PDF zum Drucken bei.

Datei:RK 11 11 05 Leuchtgitter V3 3 Finale Version 150515.pdf


Einstellungen zum Colormapping im Lasercuter Druck menue

  • Zum Colormapping siehe Videos im Internet
  • Rot wird zu Power 10 %, Geschwndigkeit 100%, Frequenz Einstellungen belassen, die bei der Vorlage dabei waren

Verdrahtung:

  • Unter „10 RK Verdrahtung“ ist die Verdrahtung zu finden, jeweils getrennt für Datenleitung,GND und 5 V
    • Bei den kurzen Stücken sollte man zuerst probieren, wie lang diese jeweils zu sein haben und dann alle in der Vorbereitung vor dem Einflechten schneiden.
  • Als Stromversorgung kommt ein Steckernetzteil ausgangsseitig 5 V 2A zum Einsatz
  • Um Spannungsspitzen zu unterbinden wird ein Kondensator (35 V 1000µF) parallel zur Stromversorgung geschalten. 

Erkenntnisse:

  • Der Laser ist schneller, wenn er nicht Lasern muss:
    • Überlegen, welche Schnitte brauche ich wirklich
    • Kann ich es so anordnen, das Schnitte herausfallen können und nicht doppelt erfolgen
  • Die Lochraster zum Leitung verlegen bringen eine ungewöhnliche Zeitersparnis, Sicherheit und leichtes löten