Высокий уровень миниатюризации электроники привёл к необходимости применения специальных увеличительных средств и приспособлений, используемых при работе с очень мелкими элементами.
К их числу следует отнести такое распространённое изделие, как USB микроскоп для пайки радиоэлектронных деталей и ряд других подобных ему устройств.
Некоторые специалисты считают, что для изготовления бытового микроскопа своими руками оптимально подходит именно USB-устройство, с помощью которого удаётся обеспечить требуемое фокусное расстояние.
Однако для реализации этого проекта необходимо будет провести определённую подготовительную работу, значительно упрощающую сборку прибора.
За основу самодельного микроскопа для пайки миниатюрных деталей и микросхем можно взять самую примитивную и дешёвую сетевую камеру типа «A4Tech», единственное требование к которой – это чтобы она имела исправную пиксельную матрицу.
При желании получить высокое качество изображения рекомендуется применять изделия более высокого качества.
Для того чтобы собрать микроскоп из веб-камеры для пайки мелких электронных изделий следует также побеспокоиться о приобретении ряда других элементов, обеспечивающих требуемую эффективность работы с устройством.
Это в первую очередь касается элементов подсветки обзорного поля, а также ряда других составляющих, взятых из старых разобранных механизмов.
Самодельный микроскоп собирается на основе пиксельной матрицы, входящей в состав оптики старой USB-камеры. Вместо имеющегося в ней встроенного держателя следует использовать выточенную на токарном станке бронзовую втулку, подогнанную под размеры применяемой сторонней оптики.
В качестве нового оптического элемента микроскопа для пайки может применяться соответствующая деталь от любого игрушечного прицела.
Для получения хорошего обзора площадки распайки и пайки деталей, потребуется набор осветительных элементов, в качестве которых могут использоваться бывшие в употреблении светодиоды. Их удобнее всего выпаять из любой ненужной ленты LED-подсветки (из остатков разбитой матрицы старого ноутбука, например).
Доработка деталей
Электронный микроскоп можно начать собирать лишь после тщательной проверки и доработки всех подобранных ранее деталей. При этом должны учитываться следующие важные моменты:
- для крепления оптики в основании бронзовой втулки необходимо просверлить два отверстия диаметром приблизительно 1,5 миллиметра, а затем нарезать в них резьбу под винт М2;
- затем в готовые отверстия вворачиваются соответствующие установочному диаметру болтики, после чего на их торцы наклеивают небольшие бусинки (с их помощью управлять положением оптической линзы микроскопа будет намного легче);
- затем нужно будет организовать подсветку обзорного поля пайки, для чего берутся приготовленные ранее светодиоды от старой матрицы.
Регулировка положения линзы позволит при работе с микроскопом произвольно изменять (уменьшать или увеличивать) фокусное расстояние системы, улучшая условия пайки.
Для питания системы освещения от USB кабеля, которым веб-камера подключается к компьютеру, отводятся два провода. Один – красного цвета, идущий на контакт «+5 Вольт», а другой – чёрной расцветки (он подсоединяется к клемме «-5 Вольт»).
Перед сборкой микроскопа для пайки нужно будет изготовить основание подходящего размера. Оно пригодится для распайки светодиодов. Для этого подойдёт кусочек фольгированного стеклотекстолита, вырезанный по форме кольца с площадками для пайки LED-светодиодов.
Сборка устройства
В разрывах цепочек включения каждого из осветительных диодов размещаются гасящие резисторы номиналом порядка 150 Ом.
Для подсоединения питающего провода на кольце монтируется ответная часть, изготавливаемая в виде мини-разъёма.
Функцию подвижного механизма, обеспечивающего возможность настройки резкости изображения, может выполнять старое и ненужное устройство для чтения дискет.
Из имеющегося в дисководе двигателя следует взять один вал, а затем вновь установить его на подвижную часть.
Для того чтобы вращать такой вал было удобнее – на его конец, располагающийся ближе к внутренней части двигателя, надевается колёсико от старой «мышки».
После окончательной сборки конструкции должен получиться механизм, обеспечивающий требуемую плавность и точность перемещения оптической части микроскопа. Полный его ход составляет приблизительно 17 миллиметров, что вполне достаточно для наведения системы на резкость в различных условиях пайки.
На следующем этапе сборки микроскопа из пластика или дерева вырезают подходящее по габаритам основание (рабочий стол), на котором монтируют металлический стержень, подобранный по длине и диаметру. И лишь после этого на стойке фиксируется кронштейн с собранным ранее оптическим механизмом.
Альтернатива
Если нет желания возиться со сборкой микроскопа своими руками, то можно купить полностью готовое устройство для пайки.
Следует обратить внимание на расстояние между объективом и предметным столиком. Оптимально оно должно составлять почти 2 см, а изменить это расстояние поможет штатив с надежным держателем. Чтобы осмотреть всю плату целиком могут потребоваться уменьшающие линзы.
Продвинутые модели микроскопов для пайки оснащены интерфейсом, что значительно снимает нагрузку с глаз. Благодаря цифровой камере микроскоп можно подключать к компьютеру, фиксировать картину микросхемы после перед и после пайкой, подробно изучать дефекты.
Альтернативой цифровому микроскопу также являются специальные очки или лупа, хотя с лупой не совсем удобно работать.
Для пайки и ремонта схем можно применять обычные оптические микроскопы или стерео. Но такие приборы довольно дорогие, и не всегда обеспечивают нужный угол обзора. В любом случае цифровые микроскопы будут распространяться все шире, и цена на них со временем снизится.
В связи с сумасшедшими темпами развития радиотехники и электроники в сторону миниатюризации, всё чаще при ремонте аппаратуры приходится иметь дело с SMD радиокомпонентами, которые без увеличения, порой, даже рассмотреть невозможно, не говоря уж об аккуратном монтаже и демонтаже.
Итак, жизнь заставила поискать в интернете прибор, типа микроскопа, который можно было бы изготовить своими руками. Выбор пал на USB-микроскопы, самоделок которых предлагается очень много, но все они не могут быть использованы для пайки, т.к. имеют очень маленькое фокусное расстояние.
Я решил поэкспериментировать с оптикой и сделать USB-микроскоп, который бы удовлетворял моим требованиям.
Вот его фото:
Конструкция получилась довольно-таки сложной, поэтому подробно описывать каждый шаг изготовления не имеет смысла, т.к. это очень загромоздит статью. Опишу основные узлы и пошаговое их изготовление.
Итак, «не растекаясь мыслью по древу», начнём:
1. Я взял самую дешёвую веб-камеру A4Tech, честно скажу, мне её просто подарили из-за фигового качества изображения, на что мне было глубоко наплевать, лишь бы была исправной. Конечно, если бы я взял более качественную и, естественно, дорогую веб-камеру микроскоп получился бы с лучшим качеством изображения, но я, как Самоделкин, действую по правилу – «За неимением горничной, «любят» дворника», да и, к тому же, качество изображения моего USB-микроскопа для пайки меня устроило.
Новую оптику я взял из какого-то детского оптического прицела.
Чтобы крепить оптику в бронзовой втулке, я просверлил в ней (втулке) два отверстия ø 1,5 мм и нарезал резьбу М2.
В полученные отверстия с резьбой ввернул болтики М2, на концы которых приклеил бусинки для удобства откручивания и закручивания, чтобы менять положение оптики относительно пиксельной матрицы с целью увеличения или уменьшения фокусного расстояния моего USB-микроскопа.
Далее, я задумался о подсветке.
Конечно, можно было сделать светодиодную подсветку, например, из газовой зажигалки с фонариком, которая стоит копейки, или ещё из чего-нибудь с автономным питанием, но я решил не загромождать конструкцию и использовать питание веб-камеры, которое подаётся по USB кабелю от компьютера.
Для питания будущей подсветки, с USB кабеля, которым соединяется веб-камера с компьютером, я вывел два провода с мини-разъёмом (папа) – «+5v, от красного провода USB кабеля» и «-5v, от чёрного провода».
Чтобы минимизировать конструкцию подсветки, я решил использовать LED-светодиоды, которые выпаял из ленты LED-подсветки от разбитой матрицы ноутбука, благо, такая лента у меня давно лежала в «загашнике».
Изготовив при помощи ножниц, подходящего сверла и напильника кольцо нужного размера из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита и, вырезав с одной стороны кольцА дорожки для пайки LED-светодиодов и гасящих SMD-резисторов номиналом 150 ом, (в разрыв плюсового провода питания каждого светодиода поставил резистор 150 ом) спаял нашу подсветку. Для подключения питания с внутренней стороны кольца припаял мини-разъём (мама).
Чтобы соединить подсветку с объективом я применил (неиспользуемую для крепления стёкол объектива) круглую гайку с резьбой, которую припаял к внутренней стороне кольца подсветки (вот для чего я взял именно двухсторонний стеклотекстолит).
Итак, электронно-оптическая часть USB-микроскопа готова.
Теперь необходимо подумать о подвижном механизме для точной настройки резкости, подвижном штативе, основании и рабочем столике.
В общем, осталось придумать и создать механическую часть нашей самоделки.
Поехали…
2. В качестве подвижного механизма для точной настройки резкости я решил взять устаревший механизм для чтения дискет (в народе его называли «флопповод»).
Для тех, кто не застал сие «чудо техники», выглядит он вот так:
Короче, после полной разборки этого механизма, я взял ту часть, которая отвечала за движение считывающей головки, и, после механической доработки (обрезки, спиливания и обработки напильником) получилось вот что:
Для перемещения головки в флопповоде использовался микродвигатель, который я разобрал и взял из него только вал, закрепив его обратно на подвижный механизм. Для удобства вращения вала, на его конец, который был внутри корпуса двигателя, я надел ролик от скроллера старой компьютерной мышки.
Всё получилось, как я хотел, движение механизма было плавным и точным (без люфтов). Ход механизма составил 17 мм, что идеально для точной настройки резкости микроскопа при любом фокусном расстоянии оптики.
При помощи двух болтов М2 я закрепил электронно-оптическую часть USB-микроскопа на подвижный механизм для точной настройки резкости.
Создание подвижного штатива у меня не вызвало особых трудностей.
3. С времён СССР у меня в сарае валялся увеличитель УПА-63М, детали которого я и решил использовать. Для стойки штатива я взял вот такую готовую штангу с креплением, которая была в комплекте увеличителя. Данная штанга изготовлена из алюминиевой трубки с наружным ø 12 мм и внутренним ø 9,8 мм. Для её крепления к основанию я взял болт М10, ввернул его на глубину 20 мм (с усилием) в штангу, а остальную часть резьбы оставил, отрезав шляпку болта.
Крепление пришлось немного доработать, чтобы соединить его с подготовленными во 2 пункте деталями микроскопа. Для этого конец крепления (на фото) я изогнул под прямым углом и в отогнутой части просверлил отверстие ø 5,0 мм.
Далее всё просто – болтом М5 длиной 45 мм через гайки соединяем предварительно собранную часть с креплением и надеваем на стойку, закрепив стопорным винтом.
Теперь основание и столик.
4. С давних времён лежал у меня кусок полупрозрачной пластмассы светло-коричневого цвета. Поначалу я думал, что это оргстекло, но при обработке понял, что нет. Ну, да ладно – решил я его применить для основания и столика моего USB-микроскопа.
Исходя из габаритов ранее получившейся конструкции, и желании сделать большой столик для надёжного крепления плат при пайке, я вырезал из имеющейся пластмассы прямоугольник размером 250х160 мм, просверлил в нём отверстие ø 8,5 мм и нарезал резьбу М10 для крепления штанги, а так же отверстия для крепления основания столика.
К нижней части основания приклеил ножки, которые вырезал из подошвы от старых ботинок самодельным сверлом.
5. Столик выточил на токарном станке (на моём бывшем предприятии, у меня, конечно же, нет токарного станка, хотя есть 5-й разряд токаря) размером 160 мм.
В качестве основания для столика взял подставку для выравнивания мебели относительно пола, она отлично подошла по габаритам и выглядит презентабельно, к тому же, мне её подарил знакомый, у которого этой фурнитуры, «как у дурака махорки».
Попробую рассказать, как я сделал камеру для микроскопа из дешёвой веб-камеры Canyon CNR-WCAM820. Камера сделана на матрице 1/3", 2МР. Эту камеру я выбрал, прежде всего из-за её удобной для переделки на коленках конструкции. При этом камера остаётся не поврежденной, можно всё вернуть назад и использовать как обычную веб-камеру.
ПРЕДУПРЕЖДАЮ! Всё ниже изложенное вы можете повторить на свой страх и риск, и я не несу никакой ответственности за испорченные вами вещи. При этом вы лишаетесь гарантии на веб камеру!
Итак, начнём:
1. Разбираем камеру и
выкручиваем всё ненужное (держатель и объектив)
2. Измеряем диаметр фланца
объектива и из тонкого (1мм) алюминия вытачиваем кольцо
такого же внешнего диаметра. Внутренний диаметр кольца
равен диаметру оправы применяемой линзы редуктора
фокуса. Я взял глазную линзу видоискателя старого
фотоаппарата Зенит-Е. Эта линза плосковыпуклая
одиночная. По стечению обстоятельств получилось, что она
отлично подошла для моих апохроматов ЛОМО. Хроматизм
увеличения компенсируется этой линзой довольно неплохо.
Для ахроматов надо бы ахроматическую склейку, но и эта
неплохо работает. Хотя хроматизм немного заметнее. Можно
использовать первую (коллективную) линзу из окуляра 7х.
Но тогда с конструкцией крепления придётся повозиться
самому. :D
3. Из фольгированного
текстолита 1.5мм (не обязательно фольгированного, может
быть другой прочный материал) я вырезал второе кольцо.
Его внешний диаметр должен быть таким, чтобы входил во
внутрь макрокольца (у меня М39) и прижимался вторым
таким макрокольцом. А внутреннее отверстие под оправу
нашей линзы редуктора. Оба кольца надо покрасить чёрной
матовой краской.
4. Теперь собираем
"бутерброд". На оправу линзы надеваем алюминиевое кольцо
и прижимаем гайкой от линзы видеоискателя. Поверх гайки
приклеиваем текстолитовое кольцо. Лучше бы прикрутить
такой же гайкой, но к сожалению в Зените она одна.
5. Ставим полученный
редуктор на место объектива камеры, перед этим одеваем
на камеру одно макро кольцо, и собираем корпус камеры.
Выпуклая сторона линзы должна смотреть наружу.
6. Для крепления камеры к
микроскопу (Биолам, МБР, МБИ) надо изготовить переходник
из двух длинных макроколец. Я использовал всего 1 набор
колец М42 и 2 набора М39. Этого вполне хватает как для
крепления этой камеры, так и для крепления зеркалок.
Итак берутся два длинных кольца и склеиваются сторонами
с внутренней резьбой друг к другу. Для надёжности я
клеил эпоксидной смолой, оборачивая тонкой синтетической
тканью. Такой переходник выдержит многое. Переходник
думаю можно сделать вклеив тонкое макро кольцо в
переднюю часть выпотрашенного объектива Гелиос-44. В
этом случае появится возможность плавного изменения
длины тубуса для достижения правильного положения камеры
относительно объектива.
7. Для установки камеры на микроскоп снимаем тубус, скручиваем с него конусное крепление и прикручиваем к нашему переходнику. К другому концу переходника прикручиваем одно тонкое макро кольцо, на него ставим нашу камеру и прижимаем кольцом, которое надето у нас на камеру. Скручиваем, но не затягиваем до конца. После подключения камеры к компьютеру и запуску программы (я использую замечательную и бесплатную программу Micam-1.4), получаем изображение на экране монитора. (Перед этим надо микроскоп настроить на резкость с окуляром и поместить какой ни будь объект в центр поля зрения). Тогда двигая камеру в стороны центрируем изображение. Затягиваем. Резкость должна быть примерно в том же положении как и с окуляром. Если положение фокусировки сильно отличается, надо подобрать общую высоту трубы из макро колец.
Ни для кого не секрет, что окружающий нас мир имеет тонкие структуры, организацию и строение которых невозможно различить человеческим глазом. Целая вселенная оставалась недосягаемой и непознанной, пока не был изобретен микроскоп.
Это устройство всем нам известно со школы. В нем мы рассматривали бактерий, живые и мертвые клетки, предметы и объекты, которые все мы видим каждый день. Через узкий смотровой объектив они чудесным образом превращались в модели из решеток и мембран, нервных сплетений и кровеносных сосудов. В такие моменты осознаешь, насколько этот мир велик и многогранен.
С недавнего времени микроскопы начали делать цифровыми. Они намного удобней и эффективнее, ведь теперь не надо пристально вглядываться в объектив. Достаточно взглянуть на экран монитора, и перед нами предстает увеличенное цифровое изображение рассматриваемого объекта. Представьте, что такое чудо техники можно сделать своими руками из обычной веб-камеры. Не верите? Предлагаем вам убедится в этом вместе с нами.
Необходимые ресурсы для изготовления микроскопа
Материалы:
- Перфорированные пластина, уголок и кронштейны для крепления деревянных деталей;
- Отрезок профильной трубы 15х15 и 20х20 мм;
- Небольшой фрагмент стекла;
- Веб-камера;
- Светодиодный фонарик;
- Болт М8 с четырьмя гайками;
- Винты, гайки.
Инструменты:
- Электродрель или шуруповерт со сверлом на 3-4 мм;
- Плоскогубцы;
- Отвертка крестовая;
- Термоклеевой пистолет.
Собираем микроскоп – пошаговая инструкция
Для штативной основы микроскопа используем перфорированные пластины и уголки из металла. Их используют для соединения деревянных изделий. Они легко скрепляются болтами, а множество отверстий позволяет это сделать на требуемом уровне.
Шаг первый – монтируем основание
Плоскую перфорированную пластину обкладываем с тыльной стороны мягкими мебельными подпятниками. Их просто наклеиваем по углам прямоугольника.
Следующим элементом будет кронштейн или уголок с разносторонними полками. Скрепляем короткую полку кронштейна и пластину-основание болтом с гайкой. Подтягиваем их плоскогубцами для надежности.
Два мелких кронштейна монтируем на край пластины по обеим ее сторонам. К ним прикрепляем еще два уголка подлиннее так, чтобы у нас образовалась небольшая рамка. Это будет основание для смотрового стекла микроскопа. Его можно сделать из небольшого отрезка тонкого стекла.
Шаг второй — делаем штатив
Штатив делаем из отрезка квадратной профильной трубы 15х15 мм. Его высота должна быть около 200-250 мм. Больше нет смысла делать, поскольку превышение отступа от смотрового стекла снижает качество изображения, а меньшее рискует быть засвеченным и некорректным.
Штатив крепим к перфорированному кронштейну, а поверх него насаживаем небольшой отрезок трубы 20х20 таким образом, чтобы он свободно двигался по этой стойке.
Из двух кронштейнов, совмещенных между собой внахлест, делаем открытую рамку. Болты выбираем подлиннее, чтобы их хватило на поджим этой рамки вокруг подвижного отрезка трубы. Насаживаем на них пластину с двумя отверстиями по бокам, и гайками фиксируем ее.
Для настройки отступа рамки от смотрового стекла используем болт М8х100 мм. Нам понадобится две гайки под размер болта, и две большего размера. Берем эпоксидный клей, и в трех местах приклеиваем гайки болта к штативу. Закрученную на конец болта гайку также можно зафиксировать эпоксидкой.
Шаг третий – изготавливаем объектив
На месте тубуса с окуляром в нашем микроскопе будет располагаться обычная вебкамера. Разрешение чем больше-тем лучше, подключение к компьютеру может быть, как проводным (USB 2.0, 3.0), так и через Wi Fi или Bluetooth.
Освобождаем камеру от корпуса, откручивая отверткой материнскую плату с матрицей.
Снимаем защитный колпак, и выкручиваем объектив с линзами и светофильтром. Все что необходимо сделать – это разместить его на том же месте, перевернув на 180 градусов.
Обматываем стык объектива камеры с цилиндрическим корпусом изолентой. При желании его можно дополнительно проклеить термоклеевым пистолетом. На этом этапе измененный объектив уже можно проверить в действии.
Шаг четвертый – окончательная сборка микроскопа
Собираем камеру в обратном порядке, сажая ее корпус на горячий клей к рамке штатива. Объектив при этом должен быть направлен вниз, на смотровое стекло микроскопа. Шлейф из проводки можно поджать нейлоновыми стяжками к стойке штатива.
Невысокий светодиодный фонарик приспосабливаем под осветитель смотрового стекла. Он должен свободно влезать под смотровую панель микроскопа. Подключаем камеру к компьютеру, и через некоторое время изображение появится на экране монитора.
Сборка готова, ее можно проверить на любом объекте, например, рассмотреть кристаллическую решетку грифеля карандаша или пиксельную структуру экрана своего смартфона. Популярным направлением сегодня является применение таких самодельных или недорогих микроскопов для контроля пайки мелких деталей на электронных платах. Он несомненно понравится и вашему ребенку, и возможно пробудит интерес к познанию окружающего нас мира.
Помните школьные уроки биологии, на которых мы рассматривали подкрашенные йодом клеточки лука в микроскоп? Каким таинственным казалось тогда проникновение в этот загадочный невидимый мир!
Оказывается, каждому из нас под силу сделать настоящий микроскоп из веб-камеры своими руками. Для этого не нужны специальные знания, достаточно нескольких предметов, которые найдутся в любом доме. При этом веб-камеру мы не испортим, она сможет работать так же, как работала раньше. Итак, нам понадобится:
USB веб-камера;
. скотч;
. ножницы;
. стойка (стержень, укрепленный на основании вертикально), способная работать как штатив;
. предметный столик, на котором мы будем раскладывать объекты наших будущих исследований;
. подсветка - любой источник света достаточной яркости, можно использовать даже фонарик мобильного телефона.
Итак, начнем! Первый шаг - превращение самой камеры в микроскоп. Для этого просто выкрутите ее объектив и вставьте обратно, но другой стороной. Получается потрясающий эффект увеличения. Хорошо, если камера для микроскопа хотя бы мегапиксельная. Можно взять и меньше, но коэффициент увеличения соответственно тоже будет меньше.
Следующий шаг - штатив. Чем он устойчивее, тем проще будет настроить микроскоп из веб-камеры. Лучше выбрать для него жесткий стержень, который надо укрепить на краю основания достаточного размера, со стороной примерно сантиметров 20.
На штативе, на высоте около 10 см делаем предметный столик размером с пачку сигарет. В его центре нужно сделать отверстие для подсветки снизу. Для столика подойдёт плотный картон, который на штативе легко закрепить с помощью Г-образного уголка и скотча. Уголок можно взять готовый или вырезать из тонкой жестянки, например консервной банки.
Остается закрепить на штативе, собственно, сам микроскоп из веб-камеры. Учтите, что объектив должен свободно приближаться к предмету всего на несколько мм, поэтому если форма передней части корпуса этого не позволяет, то его нужно снять. Веб-камера-микроскоп крепится по аналогии с предметным столиком, но не к самому штативу, а к шариковой ручке или к чему-нибудь подобному. А уже после этого ручку закрепляем на штативе так, чтобы была возможность продвинуть ее вверх или вниз на пару сантиметров для настройки фокуса. Закрепить можно тонкой медной проволокой.
Наш микроскоп из веб-камеры почти готов. Теперь обязательно нужно подсветить предметный столик снизу. Если вы не нашли ничего подходящего, воспользуйтесь маленьким зеркальцем. Устройте его под столиком под углом так, чтобы оно отбрасывало зайчика от источника света на предметный столик. Источником света может быть или фонарик.
Теперь нужно сфокусировать камеру. Подключите ее. На предметный столик положите лист бумаги с напечатанным текстом и, передвигая веб-камеру на наших импровизированных салазках, настройте резкость. Теперь вы знаете примерное
