LED Platinenbelichter (5)

Gehäusebau à la IKEA

Bei IKEA gab es mal Aufbewahrungskisten namens "Pränt" - leider gibt es die nicht mehr, aber ich hatte noch eine mit den Maßen 30 x 30 x 18 cm übrig. Darin sollte nun mein LED-Belichter sein Zuhause finden.
Eine MDF-Platte dient der räumlichen Trennung von Spannungsversorgung und Belichtungsabteil.

Auf die MDF-Platte habe ich ein vom Gehäuse befreites HP Druckernetzteil (32 V, 2500 mA) montiert und mit einem Hauptschalter versehen. Dazu kamen noch ein zweckentfremdetes USB-Ladegerät eines Mobiltelefons für die 5 V Versorgung und das Relaismodul zum Schalten der LED-Versorgungsspannung.

Den Timer habe ich mit einer Aluminium-Frontplatte versehen. Nach dem Anfertigen der entsprechenden Bauteilausschnitte, habe ich ein Frontplattedesign mit Inkscape entworfen und auf normales Papier ausgedruckt (die Farbe ist handgemalt).

Mit 80 μm Folie laminiert und Kontaktkleber aufgebracht, ist eine brauchbare Frontplatte entstanden.

Aus Aluprofilen ist noch ein Rahmen entstanden ...

... um den Timer auf der Holzkistenfront zu montieren.

Die LED-Platine wurde mit wenigen Punkten Heißkleber am Boden fixiert. Darüber habe ich umlaufend Aluwinkel als Auflage für die Trägerscheibe angeschraubt. Linkerhand wurde noch ein Mikroschalter montiert, um dem Timer zu signalisieren, ob die Klappe offen oder geschlossen ist.

Die Trägerscheibe hat die Abmessungen 180 x 240 x 2 mm und stammt von einem rahmenlosen Bilderhalter (wichtig: ohne UV-Schutzbeschichtung).
Gegen seitliches Verrutschen habe ich kleine selbstklebende Filzstreifen angebracht. Auf der Klappenunterseite ist 4 cm dicker Pulsterschaumstoff mit doppelseitigem Klebeband befestigt. Er soll mit leichtem Andruck für die plane Auflage des Platinenmaterials auf der Belichtungsvorlage sorgen.

Damit die Klappe auch satt schließt, habe ich Kistenverschlüsse verbaut.
Zur Abrundung des äußeren Erscheinungsbildes wurden noch Aluwinkel über die Kanten geklebt bzw. verschraubt und abschließend ein Möbelgriff - ebenfalls von IKEA - zum leichteren Öffnen der Klappe angebracht.

Fertig ist die Laube:

LED Platinenbelichter (4)

... es wird Zeit ... für einen Timer.

Zum Einsatz kommt Bewährtes: ein Atmega328P-PU mit Arduino Bootloader, ein 2x16 Zeichen LCD, ein Encoder mit Tastfunktion und zwei weitere Tasten zum Ein-/Ausschalten.

Schaltplan:




Bauteilliste:

Da der Testaufbau des Belichters funktionierte, wurde er gleich zur Herstellung des Timers verwendet.

Auf Folie gedruckt, 5 Minuten belichtet, entwickelt und geätzt, ergibt folgendes Ergebnis:

Es folgt das Zuschneiden, Entgraten, Bohren und die Bestückung...

... zu einer 85 x 80 mm großen Platine.

Der Trimmer zum Einstellen des Displaykontrastes wird auf der Platinenunterseite montiert. So ist er auch nach dem Frontplatteneinbau erreichbar.

Die externe Beschaltung:

Die Pins links (JP7) dienen dem Einspielen der Firmware und der Spannungsversorgung. Die restlichen 6 Pins (JP1, JP8) dienen am Cover-Pin und dem ersten GND-Pin dem Anschluss eines Mikrotasters an der Gehäuseabdeckung. Die LEDs sollen nur eingeschaltet werden können, wenn die Abdeckung geschlossen ist und somit keine Gefahr für die Augen besteht.
der nächste GND, OUT1, OUT2 und +5V werden mit dem Relaismodul belegt, wobei in der jetzigen Baustufe nur OUT1 als Schaltstufe benötigt wird.

 Zur Inbetriebnahme muss erst einmal die Firmware (befindet sich auf der Download-Seite) eingespielt werden. Das erfolgte, wie bereits öfters praktiziert, via Arduino-IDE und mit dem  mySmartUSB MK2.

Wie gehabt die Reset-Taste drücken, und die Firmware ist eingespielt wenn der oben angezeigte Display-Inhalt sichtbar wird. 99 s ist die Defaultzeit, die beim ersten Beschreiben des internen EEPROMs des Atmega zur Anwendung kommt.


Die Handhabung

Einstellen der Belichtungsdauer

1. Druck auf den Encoder
--> Statusanzeige AUS wechselt zu SET

2. mit dem Encoder die gewünschte Zeit in Sekunden einstellen.

3a. mit Druck auf den Encoder die Einstellung bestätigen. 
--> Zeit wird im EEPROM gespeichert und bleibt auch nach Abschalten der Stromzufuhr erhalten.
--> Statusanzeige wechselt zu AUS

3b. Alternativ Druck auf die graue Taste
--> Abbruch der Einstellung
--> ursprüngliche Einstellung bleibt erhalten
--> Statusanzeige wechselt auf AUS

Belichtung starten/unterbrechen

Rote Taste = Start
--> LEDs leuchten
--> Statusanzeige wechselt zu AN
--> verbleibende Belichtungszeit wird hinter "Rest:" angezeigt

Graue Taste = Stop
--> LEDs abgeschaltet
--> Statusanzeige wechselt auf AUS

Erneuter Druck auf die rote Taste = Fortsetzen der Belichtung

Langer Druck auf graue Taste = Zeit zurücksetzen

Geräteabdeckung wird geöffnet 

--> Belichtung unterbricht
--> Statusanzeige wechselt auf AUS
--> Anzeige COV unten rechts

Zum Fortsetzen:

1. Abdeckung schließen

--> COV-Anzeige verschwindet

2. Roter Taster = Fortsetzen

--> Statusanzeige wechselt auf AN

Ablauf der Belichtungszeit 

--> bei Rest = 0 s

--> LEDs schalten ab 

--> Signaltonfolge ertönt

Anzeige der Firmware-Version

Im SET-Modus (Druck auf Encoder) wird durch drücken der roten Taste die Firmware-Version angezeigt.

Jetzt fehlt nur noch ein Gehäuse.

[Fortsetzung folgt ...]

LED Platinenbelichter (3)

Ein erster Belichtungsversuch mit Zeitsteuerung

Zum Ansteuern benutze ich einen improvisierten Testaufbau, bestehend aus einem Arduino Uno, meinem LCD-Shield und einem Relaismodul zum Schalten der LED-Phalanx.
Das Relaismodul besitzt 2 Relais, so dass eine Erweiterung um eine LED-Platine für doppelseitige Belichtung jederzeit möglich ist.

Als Stromversorgung benutze ich für die LEDs ein 30V Gleichspannungsnetzteil eines alten Druckers. Der Arduino wird über ein USB-Netzteil versorgt.

Die LED-Platine ist in einem Holzkasten untergebracht, der mit einer Bilderrahmen-Glasscheibe abgedeckt wurde. Der Abstand der LEDs zum "Objektträger" beträgt 17 cm.

Mit einer Belichtungsteststreifen-Vorlage von rn-wissen.de habe ich einen Ausdruck auf Transparentfolie angefertigt. Der Ausdruck wurde anschließend mit Tonerverdichter behandelt. Dadurch werden die schwarzen Teile lichtundurchlässiger.

Beim Test wurden nach festen Intervallen mit einem schwarzen Karton je ein Stück mehr von der Platine zur Belichtung freigegeben. Auf der Vorlage sind dazu Zeitangaben enthalten, die mir jedoch viel zu kurze Intervalle enthielten.
Ich habe mich für ein Intervall von einer Minute entschieden, da es mir nicht um die genaue Zeit ging, sondern lediglich um die Feststellung, dass der Aufbau prinzipiell funktioniert. Die genauen Belichtungszeiten werde ich beim fertigen Gerät ermitteln.

Achtung: Der verwendete Entwickler Natriumhydroxid (NaOH) und das Ätzmittel Natriumpersulfat (Na2S2O8) sind ätzend. Natriumpersulfat ist zusätzlich brandfördernd. 
Vor der Verwendung dieser Substanzen ist es unbedingt erforderlich, sich über die Handhabung und die damit einhergehenden Gefahren zu informieren. Die entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen sind unbedingt einzuhalten. 


Nach dem Belichten und ca. 30 s Entwickeln in Natriumhydroxid-Lösung (NaOH), erhielt ich eine deutlich erkennbare Ätzmaske.

Nach dem Ätzen mit Natriumpersulfat ist erkennbar, dass die rechte Seite (5 min belichtet) das beste Ergebnis geliefert hat.

Das Gerät und der Prozess funktionieren.
Als nächstes werde ich das Timer-Provisorium im etwas solidere Hardware gießen - der Belichter darf sich quasi selbst herstellen - und das Ganze in einem robusteren Gehäuse unterbringen.
Das Timer-Programm funktioniert störungsfrei und kann mit ein paar veränderten Portzuweisungen an die endgültige Hardware angepasst werden. Aber eins nach dem anderen ...

[Fortsetzung folgt]

LED Platinenbelichter (2)

Die LED Platine ist nun fertig. Bis auf eine LED, die ich evtl zu heiß gelötet hatte und die schnell getauscht war, gab es keine Probleme.
Die Einzelplatinen habe ich an den Stoßkanten mit etwas Silberdraht geklammert und dann verlötet.

Die mechanische Stabilität sollte damit ausreichend sein.
Der Bestückungsplan hat sich etwas geändert. Die Verdrahtung ist jetzt enthalten.

Der elektrische Test zeigt subjektiv bei allen LEDs die gleiche Lichtstärke. um die Kamera nicht zu übersteuern, habe ich ein Blatt Papier aufgelegt.

Jetzt muss noch die Höhe der Auflage ermittelt werden, bei dem eine gleichmäßige Ausleuchtung der zu belichtenden Fläche gewährleistet ist.

mit a=30° und A = 14,5 mm ergibt sich nach

h = 27 mm. Rechnet man zur Sicherheit A = 20 mm (bessere Überlappung der Strahlenkegel) ergibt sich h = 38 mm. Mit etwas Zuschlag für die LED-Höhe ergibt sich ein H = 45 mm.
Soviel zur Theorie. 
Beim errechnet Abstand ergab sich folgendes Bild:

Grausig!
Und damit war ich wieder in der Praxis angelangt, denn es gibt keine optimalen und gleich gefertigten LEDs ohne Toleranzen. Try and Error ist angesagt. 
Bei einem Abstand von H = 100 mm wird es deutlich homogener:

Noch eine mattierte Aktenhülle als Diffusor auf die LEDs und es ist fast schon perfekt:

Ein Teil der noch sichtbaren "Granularität" ist der Mattscheibe (Papier) zu verdanken.
Auch sind die Ecken noch nicht optimal ausgeleuchtet, was sich durch einen reflektierenden Innenanstrich des Gehäuses bessern dürfte. Das gab mein Testaufbau leider nicht her.

[Fortsetzung folgt ...]

LED Platinenbelichter (1)

Das Tonertransfer-Verfahren hat seine Grenzen, was feine Strukturen auf der Platine betrifft. Je feiner, umso mehr Fehler treten beim Transfer auf. Zumindest in meinem Fall - was am falschen Toner liegen kann oder dem Umstand, dass ich den stupiden Umgang mit dem Laminator nicht mag.

Von einer Ätzmaske im Belichtungsverfahren erhoffe ich mir feinere und besser reproduzierbare Resultate. Ein Belichtungsgerät muss her. 

Fertige Geräte mit UV-Röhren gibt es bereits ab ca. 80 €, wenn man nach einfachen Klischee-Belichtern sucht. Geräte, die als "Platinenbelichter" verkauft werden sind oft teurer. 
Deutlich preiswerter wird es, wenn man Gesichtsbräuner o.ä. zweckentfremdet. Das Internet ist voll von Selbstbauanleitungen.

Warnung vor optischer Strahlung,Symbol D-W009 nach DIN 4844-2 [Quelle: Wikipedia]

Beim Selbstbau ist auf die Sicherheit zu achten. UV-Strahlung birgt Risiken für das Auge, auch bei Streulicht. 

Ich werde einen Belichter selbst bauen. Statt Leuchtstoffröhren verwende ich UV-LEDs mit 5mm Durchmesser und klarem Gehäuse.

Die LED Eigenschaften:

Flußspannung 3,2 Vmax 
Strom 20 mA 
Wellenlänge 395 - 400 nm
Lichtstärke ca. 2000 mcd
Abstrahlwinkel ca. 30°   

Als zu belichtende Fläche möchte ich doppeltes Euro-Format, also 160 mm x 200 mm. Dazu werden 168 LEDs in gleichmäßigem Abstand auf mehreren Lochstreifenrasterplatinen mit den Gesamtmaßen 213 mm x 162 mm (bzw. 84 Lochstreifen á 64 Löcher) im Rastermaß 2,54 mm verteilt.

Die LEDs sollen zu je 8 in Reihe geschaltet und mit einem stabilisierten Strom von 20 mA versorgt werden.
Für die Stromstabilisierung sorgen:

R1 = 4k7
R2 = 33
Q1, Q2 = BC546B

Diese Bauteile sind ebenfalls auf der Platine unterzubringen. D.h. es sind eigentlich 3 Platinen im Euroformat, die aneinander gefügt werden müssen.





Daraus ergibt sich folgender Bestückungsplan (jedes Kästchen = ein Loch):

Das Bestücken, Verdrahten und Leiterbahnunterbrechen nimmt bei der ersten Platine ca. 4 h in Anspruch.

Ein erster Test (mit Solarienbrille auf den Augen und minimaler Stromstärke):

Sieht gut aus.

Die volle Stromstärke von 20 mA wird bei einer Spannung von Vcc = 32 V pro LED-Reihe erreicht.

Weiter geht es mit Platine 2 ...

[Fortsetzung folgt hier]