Volumetrisches Display

Ziel diese Projektes ist es ein volumetrische Display aufzubauen.

Das Display besteht aus einen Rahmen aus Metallbaukastenteilen. Im unteren Bereich ist ein Beamer installiert der das Bild nach oben abstrahlt. Das Bild wird über einen Spiegel bzw. dann in der fertigen Version über 2 Spiegel auf den Screen in der Mitte projiziert. 

Die Baugruppe aus Spiegel und Screen ist auf einer Motorwelle befestigt die dann den Screen und die Spiegel dreht. Bei ausreichender Rotationsgeschwindigkeit wird dann durch den Effekt der "Persitance of Vision" eine stehendes, zylindrisches Bild an der Position des weißen Screens erzeugt. So zumindest der Plan. 

Damit zum passenden Rotationswinkel, das passende Bild durchgelassen wird, habe ich einen Shutter vor die Beameroptik gesetzt. Der Shutter besteht aus einem LCD-Brillenglas einer aktiven 3D-Brille und wird über den Mikrocontroller angesteuert.

Die Ermittlung des Rotationswinkels erfolgt kontaktlos. Dazu habe ich an der unteren Welle des Motors einen Magneten befestigt. Ich habe dazu ein Loch in eine Acrylblock gebohrt, und den Magneten dann dort verklebt. Der Magnet bleibt dadurch fest an seiner Position, auch bei hohen Umdrehungen, ist aber nach unten hin frei, so dass das Magnetfeld maximal auf den Sensorchip wirken kann.

Bei der Wahl eines geeigneten Sensors habe ich mich für den AS5030 von Austria Microsystems entschieden. Der Chip ermöglicht die Winkelbestimmung eines magnetischen Feldes, das sich wie auf der Abbildung direkt über dem Chip dreht. Die Ermittlung innerhalb des Chips erfolgt über mehrere Hallsensoren.

Der Chip lässt sich auf verschiedene Arten auslesen. Ich habe mich für die 1-Wire-PWM-Connection entschieden. Dabei ist nur einen Datenleitung vom Chip notwendig. Der Winkel wird mittels eines PWM-Signals übertragen. 

Der Sensorchip ist nur im SMD-Format zu bekommen. Um den weiteren Aufbau zu vereinfachen, beschloss ich die Anschlüsse des Chips mit Hilfe einer Adapterplatine „aufzuweiten“, um die weitere Arbeit zu vereinfachen.

Aufgrund der geringen Abstände zwischen den Pins des SMD Chips, lötete ich die Pins je Seite komplett in einem Zug, so das dieses dann mit der Platine und aber auch untereinander komplett verbunden waren. Dann erhitzte ich die einzelnen Seiten noch mal komplett, und zog dann das überflüssige Lot zwischen den Pins mit einer Entlötlitze heraus. 

 

Den Sensor habe ich dann entsprechend beschaltet, und mit dem Microcontroller verbunden.

Um das beste Ergebnis bei der Auswertung der Position des Magnetfeldes durch den Sensor zu erreichen, musste dieser dann noch so Nahe wie Möglich unter dem rotierenden Magneten positioniert werden.

Auf diesem Bild ist Steuereinheit des Systems zu sehen. Sie besteht aus einem Arduino-Mikrocontrollerboard, einem LCD-Display und 3 Tastern. Die Taster sind zum Bedienen, bzw. steuern der Software.

Die Programmierung erfolgt mit dem Arduino-IDE in C bzw. C++.

Für den Mikrocontroller programmierte ich dann entsprechend eine Software die folgendes ermöglichen sollte:

- manuelle Ermittlung des Winkels für jedes einzelne Bild der Projektion

- Modus zum Abspielen von Content

Bei der manuellen Ermittlung wird der Rotor per Hand soweit gedreht, bis das jeweilige Einzelbild (Schnitt) ohne Verzerrungen auf dem Screen zu sehen ist. Der entsprechende Winkel bzw. Winkelbereich der dann im Display angezeigt wird, wird notiert und dann im Code hinterlegt. Im Abspielmodus werden dann die entsprechenden Werte verwendet um den Shutter nur zu öffnen wenn sich der Rotor im entsprechenden Winkel bzw. Winkelbereich befindet.

Hier sieht man das "Menu" der Software. 

- "Version" zeigt dabei die Softwareversion an

- "Synchronmode" ist der Abspielmodus

- "Winkelbestimmung", dient der Winkelbestimmung

- Menüpunkt 4 ist hier noch nicht belegt

Hier ist die resultierende Projektion (stehend) zu sehen. Das Testbild besteht aus 24 Einzelbildern. D.h. Das resultierende zylindrische Bild besteht derzeit aus 24 Schnitten. Um die ebenfalls projizierten Teilbilder die links und rechts des Hauptbildes zu sehen sind auszublenden, ist dann noch eine entsprechende Maske mit auf den Rotor zu montieren.

Zusätzlich habe ich noch einen Videomonitor eingebaut, um das Bild des Projektors zur Kontrolle noch separat im ganzen sehen zu können.

Für die kreisförmige Anordnung der einzelnen Bilder bzw. der einzelnen Schnitte habe ich mir eine Software geschrieben. Diese ließt die einzelnen Bilder ein und ordnet diese dann kreisförmig an. Man kann dabei manuell die Größe der Einzelbilder und deren Abstand verändern. 

Die Arbeiten sind leider noch nicht abgeschlossen. 

Der Rotor mit den Spiegeln ist noch zu vollenden, wobei ich derzeit eher dahin tendiere dieses Teil komplett im 3D-Drucker zu fertigen.

Auf diesem Bild ist der derzeitige Stand zu sehen.

In der Mitte ist der Vorschaubildschirm mit dem projizierten Bild zu sehen.

Um das ganze vor Staub zu schützen, habe ich dann noch eine Abdeckung aus Bauplane genäht.

to be continued...

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Kommentare: 1
  • #1

    Klanghans (Donnerstag, 10 Juni 2021 22:56)

    Guten Abend
    bite melden bei fxlouielouiex@aol,com
    Gruß und Danke Klanghans