如何制作激光雷达驱动的电动薄膜载体

尽管有人对汽车激光雷达有何看法，但可以预见，在不久的将来，这项技术将在我们的日常生活中占据应有的地位。不仅用于汽车，而且几乎所有东西。我们已经看到苹果公司利用这种技术的新型iPad和iPhone。我想看看是否可以在3D打印机上打印的胶片载体上使用LIDAR（其最基本的功能）。

在使用Espon的v600和v700以及lomography的DigitaLIZA之后，我想制造一种多功能胶片载体，以帮助更快，更好地将胶卷负片数字化。我们几乎没有注意到它，但是相机传感器是我们可以很快获得的最快的扫描仪之一。从传感器逐行读出捕获的图像，其速率甚至可以使每秒120帧视频成为可能。而且此功能正变得越来越主流。另外，这些传感器通常提供的分辨率和色彩质量在今天非常出色。因此，与十年前制造的扫描仪相比，利用这些传感器制作胶片负片数字化的胶片载体变得越来越有意义。

注意到AliBaba和亚马逊上所有便宜的LIDAR传感器，让我想知道是否可以将这种技术结合到这种OPEN中画幅胶片载体上。最常见的激光雷达利用红外频率使肉眼看不到它。为此胶片载体选择的激光雷达称为VL53L0X。该传感器设计用于测量几厘米到一米范围内的短距离。该模块利用了从垂直腔表面发射激光器（VCSEL）发出的940nm波长。在集成的单光子雪崩二极管（SPAD）上检测从对象反射回来的光，并由此计算时间。由于距离与时间成正比，因此从光线的飞行时间（ToF）推导出该距离。使用的VCSEL是1类激光器，

LIDAR一词代表光检测和测距。原则上，激光雷达就像雷达一样。它们是定向测距设备。但是，将LIDAR与RADAR分开的是它们使用的电磁（EM）频率。RADAR基于射频（Ra），而LIDAR基于更接近可见光谱（LI）的波长。剩下的缩写DAR是Detection and Ranging。也许有一天，这些名称将合并并成为EMDAR。

重要说明：胶片盒产生的静电通过安装螺丝被引导至LIDAR。这会导致LIDAR冻结，并且需要重新启动。为避免这种情况，请勿使用螺钉安装激光雷达。

使用FREECAD设计3D打印：

这是我第一次使用3D打印机。奇怪的是，使用第一批测试照片，一切都变得非常流畅。但是，是时候设计胶片载体了，而我上一次进行技术绘图的时间是很多年前。而且，我只被教过使用T型尺和指南针在纸上作技术图纸。但是因为3D打印机不了解基于纸的技术图纸，所以我需要学习如何使用计算机辅助图纸（CAD）软件。由于Fusion 360（由AUTODESK提供）正在更改其免费许可条款，因此SOLIDWORKS通常可以由公司提供。这使我可以使用FreeCAD！我很快发现FreeCAD包含了多少功能。也许，甚至太多；这个开放软件是在过去18年中由数百名开发人员开发的。起初感觉有点像丛林。我发现有正确的设计方法，也有使用FreeCAD的正确方法。这样一来，便可以更轻松地回溯和完善设计。话虽如此，不久之后我偶然发现了FreeCAD臭名昭著的“拓扑命名问题”。当您决定更改设计的先前功能时，就会出现此问题，最终由于面和边数量的更改而破坏了在下游使用的参考。这个和其他较小的软件错误几乎使我放弃了FreeCAD。但是我决定继续努力，使其对我有用。并成功了！使我的学习过程变得更加轻松的一些YouTubers是：不久之后，我偶然发现了FreeCAD臭名昭著的“拓扑命名问题”。当您决定更改设计的先前功能时，就会出现此问题，最终由于面和边数量的更改而破坏了在下游使用的参考。这个和其他较小的软件错误几乎使我放弃了FreeCAD。但是我决定继续努力，使其对我有用。并成功了！使我的学习过程变得更加轻松的一些YouTubers是：不久之后，我偶然发现了FreeCAD臭名昭著的“拓扑命名问题”。当您决定更改设计的先前功能时，就会出现此问题，最终由于面和边数量的更改而破坏了在下游使用的参考。这个和其他较小的软件错误几乎使我放弃了FreeCAD。但是我决定继续努力，使其对我有用。并成功了！使我的学习过程变得更加轻松的一些YouTubers是：这个和其他较小的软件错误几乎使我放弃了FreeCAD。但是我决定继续努力，使其对我有用。并成功了！使我的学习过程变得更加轻松的一些YouTubers是：这个和其他较小的软件错误几乎使我放弃了FreeCAD。但是我决定继续努力，使其对我有用。并成功了！使我的学习过程变得更加轻松的一些YouTubers是：Brodie Fairhall，Jayanam，flowwies corner EN，Martham Engineering，MangoJelly Solutions，Andrew CAD和Joko Engineeringhelp。非常感谢他们！也就是说，我一直在学习如何以更好的方式和更有效的方式使用FreeCad。总而言之，FreeCAD就像其他模拟摄像机一样。它可能有其局限性，但是您使用的次数越多，使用它的速度就越快，效率越高。而且由于其活跃的开发人员，我只能想象它会进一步改善。有传言说，目前正在开发的FreeCAD已经解决了臭名昭著的“拓扑命名问题”。

使用3D打印机打印：

在CAD软件上设计零件并生成其实体数字网格（.STL文件）后，我需要弄清楚如何在3D打印机上进行打印。我很快就发现3D打印机需要从切片器软件生成的G代码。令我惊讶的是，我意识到分离的CAD软件和切片器是多么的分开。人们自然地认为，如果将这两个设计工具进行更多的合并，它们可能会受益。

G代码包含诸如设计层的横截面，用于熔化细丝的温度，床层温度，用于固化塑料零件的风扇速度等信息，以便于创建G代码。我遇到了两个软件：PrusaSlicer和Cura。我必须选择一个，然后我随机选择了PrusaSlicer。事后看来，可能是因为我买不起Prusa 3D打印机或e-3D打印机。我需要找出适用于我的3D打印机的典型设置。我最终找到了一个Youtube视频，其中包含以下内容：Ender 3（BV3D Bryan Vines的prusaSlicer设置）。这些设置效果很好，以至于最终阻碍了我的学习过程。对某些问题进行故障排除我有时花了很长时间，因为有很多我不完全了解的设置。但是，在线上有丰富的3D打印社区，这使学习变得非常轻松和有趣。可以极大地帮助我增进对3D打印理解的YouTube频道包括：CNC厨房，教学技术和CHEP。

CREALITY ENDER 3 V2：

也许是因为它是我的第一台3D打印机，但我真的很喜欢这台打印机。开箱即用，该打印机经过优化，可打印聚乳酸（PLA）。PLA非常适合打印，因为它融化和流动非常好，不会从空气中吸收太多的水，并且对打印过程中室温的波动不那么敏感。它最大的缺点是其玻璃态（翘曲）始于65摄氏度左右。

Ender 3打印机具有鲍登挤出机，这意味着细丝通过鲍登管从远处推入打印喷嘴。不幸的是，鲍登管上使用的气动连接器最终将失效。好消息是，更换更好的零件仅需几美元，而且安装非常容易。实际上，升级4件产品（成本将低于30美元）将使该打印机达到另一个水平。它们是：将塑料挤出机更改为金属挤出机，使用更坚固的调平床弹簧，使用Capricorn PTFE管和气动接头（请参阅项目部分）。也许这就是最初使Creality Ender 3成为世界上修改最多的3D打印机的原因。

打印机的库存热端打印的PLA非常好并且非常可靠。但是，它的缺点之一是PTFT管在热端内，在PLA印刷期间可以上升到200C-220C。不幸的是，PTFT管的聚四氟乙烯衬里在高于220度时开始崩解，产生有毒蒸气。当您在特富龙锅上烤红肉时，也会发生同样的情况。因此，我决定放心使用，并决定购买Micro-Swiss的全金属热销（请参阅“项目”部分），该热销通过金属钛止动件将鲍登管与热销分开。

也许今天的单喷嘴长丝3D打印机的速度不如某些人希望的快。但是，当天设计独特的东西并将虚拟设计转换为物理对象非常有趣。这使我想知道为什么我以前没有3D打印机。我相信在不久的将来，我们将看到双/三或四喷嘴同时在同一部分上工作。我相信目前这只是软件方面的挑战。一些喷嘴已经以140毫米/秒的速度打印。但是，当今大多数人会由于需要多台3D打印机而节省时间。Prusa公司拥有一个著名的3D打印农场。这个服务器场拥有400多台3D打印机，它们不断为其新3D打印机打印新零件。

此外，诸如Voltera之类的公司现在也正在展示用于电路的PCB印刷。我想在不久的将来，印刷物理零件和电子产品将合并。如果将使用的组件不断地送入生产线，我不明白为什么3D打印机不能完全满足于生产完整的3D打印机。就像自我复制一样。

好，回到打印和组装胶片盒！

0-概述：

1. 主要设计目标
2. 胶片载体的主要特点
3. 3D打印零件
4. 组装胶片盒（下载 胶片盒的链接），
5. 胶片载体的电子设备（下载Arduino Sketch的链接），
6. 未来发展方向，
7. 使用的物品和费用。

有很多需要掩盖的地方。因此，让我们开始吧！

1-主要设计目标

1. 使用前辊进入胶片，后辊将胶片从胶片盒中推出。
2. 利用激光雷达自动摄取胶卷。
3. 利用LIDAR确定胶片是预切（短切）还是新显影（未切长）。
4. 通过施加纵向拉力和精确的胶片弯曲而产生的横向加强，将胶片平整在胶片载体中以进行清晰的扫描。
5. 在不同的胶片格式（645、6×6、6×7、6,9和135）之间切换，以实现精确的步进电机进度。
6. 使用微步（按钮3和4）完美对准相机下方的胶卷。
7. 重新访问档案的过程变得容易。存档的影片通常会被剪掉并套上袖子。因此，假设剩余的胶条将被推到相同的位置（在镜头下方），则在拍摄任何照片之前（使用按钮2之前），用微步长进行的调整会暂时存储在系统中。
8. 使用磁铁和黄铜插入物来形成坚固的薄膜载体结构，并使用橡胶底部以确保良好的抓地力。

薄膜载体的2个主要特征

打开胶片盒电源后，系统将自动开始进行LIDAR校准以确定表面高度。如果使用了可选的RGB LED，它将通过转动红色来指示该校准的完成。与黑白薄膜相比，由于彩色薄膜在940nm频率下更透明，因此需要对薄膜进行快速校准。插入第一部电影的所有内容都会自动执行。这些测量值的差异使系统能够在不触摸胶片的情况下了解是否插入了胶片。

胶卷以特定顺序进入胶卷支架，以确保正确的胶卷弯曲。胶片进入载体后，它会后退一点，然后移至最终位置。此时，如果用户使用按钮3和4来微步移动胶片，则系统将假定您正在将镜框对准相机镜头下方。这个新位置将被自动记录并在下一个胶卷上使用。每次插入新电影时，此功能均处于活动状态。这对于取消存档带套管的影片特别有用。

大部分工作集中在可靠地将胶片保持在胶片载体内。主要困难来自以下事实：与整个膜宽相比，中画幅膜的边缘没有大量乳液。此外，薄膜的性质，薄膜刚度的差异以及薄膜卷曲度的不同都使这项任务变得更加困难。我进行了15次以上的设计迭代。我也开始阅读学术论文，以了解弯曲薄膜的物理原理，但是在得出任何有意义的结果之前，我的上次胶片载体迭代非常幸运。就是说，这种设计在纵向弯曲较大（由于乳液）的薄膜上表现不佳。我所做的下一个设计在性能上是最好的，

图0：某些设计没有正确弯曲胶片或确保数字化过程的胶片表面平坦。

当弯曲膜时，需要在重力作用下工作。使薄膜纵向弯曲成U形，并使乳液朝下，确保薄膜边缘在不产生反重力的情况下向导轨施加压力（红线，下图）。但是，这一压力也不能太大是至关重要的。否则，由于薄膜的特性，它将开始侧向弯曲。有趣的部分是在薄膜的充分弯曲之间取得平衡，以使薄膜在纵向上均匀，但又不要太大，以使横向弯曲不会使薄膜表面翘曲。事后看来，我认为我将从学习如何对这个问题应用有限差分模拟中受益。

通过以下设计可以部分解决此问题。红色轨道显示轨道所施加的胶片弯曲的位置和数量。为了说明这一点，下面的渲染图像将主体设置为无障碍。

图1：显示主体如何以红色（在Blender中渲染）从边缘引导胶片。

图2A：使用Kodak Portra 800在60mm的FujiFilm GA645 Professional上拍摄的图像。使用Fujifilm XT2和Venus Laowa 65mm f / 2.8 2X Ultra Macro APO镜头对胶片进行数字化处理。使用Camera Raw 12在Lightroom中打开文件，并使用Negative Lab Pro v2.2.0进行颜色转换。该图片是随机选择的，没有其他编辑。对不起，灰尘。原始.RAF文件可以从HERE下载。

图2B：是上面图片的放大版本。

此外，对于未切割的胶片，如上图所示，后推出辊（左侧）还有其他功能。这些滚筒的直径略大于进气滚筒。因此，当它们转动相等时，这些辊子所覆盖的距离会稍大一些。这样可以确保胶片上的张力很小，从而使胶片在其轨道上保持平坦。因此，在组装辊子时，请确保将带有圆形标记的辊子用于后推出位置，将带有负标记的辊子用于前进气位置。

3- 3D打印零件

总共要打印10个部分，其中一个是可选部分。两个由主体组成，两个用于确保主体之间特定长度的垫片，四个滚轮（两个用于进片，两个用于推出），最后是触觉圆形手柄。可选的圆形收集器部件适用于在扫描后将未切割的胶片奇异物带到桌子上一个神秘位置的人。

图3：显示可以使用3D打印机（在Blender中渲染）打印的零件。

我使用的一些典型3D打印设置如下。对于主体，我通常至少使用2个实心底层和5个顶层实心层，2条周界线以及20％的填充（10％也可以）。将z轴分辨率设置为0.25 mm，对周长使用50 mm / s的挤压速率，对填充物使用70 mm / s的挤压速率。这两个主体可能需要大约12到15个小时的打印时间。对于滚筒，我建议填充率要高于40％，甚至可能达到100％。

我已经使用聚乳酸（PLA）来印刷这些零件。步进电机产生的热量不足以使打印稿翘曲。但是，如果您连续使用步进电机一两个小时，则会使与电机接触的零件变软。因此，我添加了一个代码，该代码将在15秒钟不活动之后关闭步进电机，并且有一个开关可以关闭步进电机。将来，我可能会使用尼龙或碳纤维填充的尼龙进行打印以应对这种变形。

下图显示了零件的某些打印方向。即使对于像我这样的经验不足的人，打印也应该相对容易。主体对于隐藏4个螺钉头的零件的截面只需要很小的支撑。滚轴受益于下方（右侧）绿色的支撑。我注意到喷嘴有时会在没有打印头的情况下将其倾斜。间隔件和薄膜收集器也与辊类似地垂直取向。

图4：prusaSlicer软件的屏幕截图，显示了将执行的切片和支持的g代码，

4-组装胶片载体

在打印完所需的零件之后，最好收集装配所需的所有过去，如下图所示。这些都是所需的，除了使用的电子设备。这将在下一节中介绍。

使用了2个同步皮带（项目1）。较短的同步皮带（110毫米）将扭矩从步进电机传递到进气辊。更长的正时皮带300mm将扭矩从进气辊传递到推出辊。在此过程中使用了四个20齿皮带轮。手柄位于推出滚轮上，该设计有一个凹槽，可以使用烙铁（项目2）将黄铜螺纹作为插入物融化。然后将平头螺钉插入该螺纹中，以便将手柄牢固地连接到滚筒。圆形磁铁固定在主体上的4个不同位置以及2个垫片上，如下图所示。水暖垫片密封圈滚动到其在辊上的位置，从而对薄膜边缘施加抓地力。

图5：显示了用于组装胶片盒的零件。它包含2个构成主体的打印件，2个推出辊（标有减号），2个进气辊（标有圆圈），2个垫片，一个带纹理的固定旋钮，2个20齿8mm定时皮带轮（项目3），1个20齿6.35mm正时皮带轮（项目4），1个20齿5mm正时皮带轮（项目5），2个正时橡胶皮带（300mm和110mm，项目1），仅4x m3 6螺钉，（项目6）（使用一个m3的钢螺钉将积聚的静电引到传感器上，使其停止工作！），8x液压管道密封垫密封件11×2.5（项目7），4x圆柱形保险杠垫，尺寸：10mm x 3.5 mm（项目8） ），1x M3黄铜螺纹（第2项），1x六角平头螺钉M3x8mm（第9项）和8x圆盘磁铁，尺寸：10mm x 2mm（第10项）。

我可以想象这些印刷部件要么完美地适合，而且在这种情况下没有理由使用磁铁和黄铜螺纹，或者松散一点。如果它们稍稍松动，则说明载体和垫片内有口袋。有时，磁体不需要任何粘合剂，因为将其放入需要一点力。但是，如果需要，可以使用普通的超级胶水（热胶强度不够）。

组装过程应该很简单。如果零件有点紧贴，也可能会在一两天内松动，因为它们会相互调整。您可以从此处下载源文件或.STL文件。

有关更清晰的组装说明，请不要忘记查看上面的视频。

5-胶片载体的电子

图6：图片显示红色的步进电机控制器A4988（左，项目12），蓝色的Arduino Nano（右，项目11）和黑色的光耦合器，用于将电子组件与摄像头隔离（左下，项目13）。图片未显示可选的RGB LED，以及步进板在黄色（正）和绿色（负）线上使用的1000 micro Farad电容器（项目18）。

图7：图片显示了控制器。开关立即终止步进电机的电源。从左到右的按钮被标记为（1），用于在胶片格式之间切换（红色是645，绿色是6×6，蓝色是6×7，紫色是6×9，TURQUOISE 35mm），按下两秒钟将终止激光雷达并开始手动胶卷摄取模式，（2）触发相机快门（当前已在佳能和富士胶片上测试），（3）左微移和（4）右微移，以实现精确的胶卷移动，（5）进行全画幅移动，以及2第二次按下将开始手动取片。1个开关（第17项），5个按钮（第16项），5个1000欧姆电阻器，迷你面包板（第21项）以及预成型和普通跳线（第20项）。

图8：使用的电子设备和组件的接线图。（A）是LIDAR传感器（GY-530 VL53L0X，LINK），（B）是可选的4针RGB LED，（C）是保护相机的光耦PC817，（D）是用于快门触发的2.5毫米插孔， （E）是用于步进电机的直流电源。Arduino开发板通过USB mini-B电缆供电。

图9：图片显示了连接到引脚A2，A1和A0的可选RGB led，红色导线接地。330欧姆电阻器和一根红线焊接在4针LED上（项目18）。有一个静电问题正在打伤激光雷达装置（项目14），我决定用热胶覆盖整个装置（传感器除外）。但这还不够，还需要卸下固定传感器的螺钉。热胶帮助传感器舒适地坐在胶片盒内，而无需使用螺钉。步进马达（项目15）

图10：图片显示了整个结构：电气单元和已组装的胶片架。

如果您是Arduino Sketches的新手，并且不知道如何将脚本上传到Arduino Nano，请查看我以前的博客文章。您可能会找到足够的解释，说明如何使用Arduino IDE软件将这些草图上传到Arduino板上。

组装好电子元件后，您可以从 此处下载Arduino Sketch，以将其上传到Arduino Nano。

6-未来方向

即使编码器对此应用程序更有意义，但使用编码器也会导致更多的滚筒和更多的胶片接触。也许在IR频率附近具有更坚固的传感器可以替代当前设置。

该影片载体的源文件可在我的GitHub上找到。如果有人对这部影片载体实施其他功能，我将非常有趣。也许是跟踪设计，可以使胶卷保持平坦，等等。用于135格式胶卷的垫片设计:)或超级8。

我没有看到完全自动化这种中型胶片胶片载体的大量用途，因为整个角色中最多可以扫描16张图像。但是合并一些我之前的博客文章中的全自动胶片扫描python程序可能对某些人来说很有趣。

在不久的将来，我可能会使用碳纤维尼龙丝印刷这种胶片支架，以获得更好的刚性和更好的温度弹性。

控制器板（例如具有WiFi功能的ESP32或具有Bluethooth功能的Arduino Nano 33 BLE）也可以用于将手机变成胶片载体的控制器。

我真的很喜欢微控制器，电容器和彩色面包板，因此我不打算在短期内制造一个外壳。但是，看到这种开放式胶片载体的凉爽外壳设计会很有趣。

7项使用和成本

我通常使用亚马逊购买该项目所需的东西。这主要是出于方便。在大流行期间，这也不需要我亲自去商店。有时我还购买了比我需要的零件更多的零件，以为我可能想将其用于其他项目。如果您最终还不需要了部分，则可以随时将其捐赠给您当地的学校。但是，根据胶片的数量和订购地点的不同，对于胶片盒，它的价格低至100美元。如果包括3D打印机，则价格约为400美元（不升级）。

我已经链接了下面的项目，以便最轻松地找到合适的零件。但是，如果您使用下面的链接进行购买，我可能会收取少量佣金。这种可能的回扣也可能激励我将来分享其他项目。使用这些链接不会影响价格。就是说，我还建议您使用其他网站以获得更优惠的价格。

希望您喜欢本使用手册。如果您有任何疑问或建议，请不要退缩。

我也要感谢社区参与这个项目。您的问题和建议非常有帮助。

节日快乐 ！！

使用的物品：

这些是我已订购和使用的物品。有些附有*。这是因为它们不再可用，但应以相同的方式工作。

3D打印机：

Creality Ender 3 v2，

微瑞士的hotend，

升级Ender 3（摩ri座Bowden PTFE管，金属挤出机，特氟龙切管器，刚性弹簧，气动耦合器）

电影载体：

1. 110mm和300mm闭环橡胶带，
2. 黄铜螺套，
3. GT2 20齿8mm正时皮带轮，
4. GT2 20齿6.35毫米正时皮带轮，
5. GT2 20齿5mm正时皮带轮，
6. 六角螺丝和螺栓组，用于m3 6mm，
7. O型圈分类，尺寸为11×2.5，
8. 圆柱形保险杠垫，尺寸：10mm x 3.5 mm，
9. 用于M3x8mm的六角平头螺钉套件，
10. 圆盘磁铁，尺寸：10mmx2mm。我只发现 10mm x 1mm *

电子产品

1. Arduino的纳米，
2. 步进电机控制器A4988，
3. 光耦，
4. LIDAR ToF传感器，
5. Nema 17止动马达，
6. 按钮，
7. 切换，
8. 电容器
9. 4脚RGB LED和电阻（也可以使用430Ohm和470Ohm）*，
10. 跳线和预成型的跨接线，
11. 迷你面包板

关于作者

Seckin Sinan Isik是驻加拿大蒙特利尔的电影摄影师。您可以在他的网站上找到他的更多作品，并确保在Facebook 和 Instagram上关注他 。本文也在此处发布 ， 并经许可共享。

来源：摄艺世界