Разработка конструкции установки для подводной видеосъемки

Рисунок 4.2 – Кронштейн ( здесь и далее для наглядности большинство размеров удалены)
Дополнительно между направляющими и телом кронштейна на 6 точек болтового соединения намертво зажимается жёсткая пружина (рисунок 4.3), которая и удерживает камеру на платформе с достаточным да фиксированного положения, но не чрезмерным для корпуса из тонкого пластика камеры усилием.

Рисунок 4.3 – Пружина (показан штамповочный профиль и профиль после сжатия)
Направляющие на платформе с закрепленной на ней видеокамерой заводятся до упирания в специальный упор и фиксируется поворотом ассиметричного фиксатора (рисунок 4.5), который небольшая пружина, расположенная на оси фиксатора и работающая на сжатие, при повороте фиксатора в фиксационное положение доводит его в сторону кронштейна, длинный конец фиксатора при этом немного заходит за край кронштейна и тем самым не даёт фиксатору возможность самостоятельно провернуться и раскрыть замок.

Рисунок 4.4 – Ассиметричный фиксатор
Подробно конструкция крепления камеры представлена на рисунке 4.5. Фиксатор (здесь и далее в абзаце на рисунке 4.5 – поз. 5) показан в отведённом состоянии, но в положении для закрепления. В реальном изделии приведённый в подобное положение фиксатор под давлением пружины (поз.10) немедленно сместится до упора по направлению к кронштейну (на рисунке – по направлению влево), его нижний край зайдёт за кронштейн и замок закроется.

1 – платформа; 2 – направляющие (4 шт.); 3 – кронштейн; 4 – упор; 5 – ассиметричный фиксатор; 6 – пружина для крепления камеры; 7 – потайные винты М4; 8 – болты М4 96 шт.); 9 – длинный винт М4 (служащий осью фиксатора и пружины 10); 10 – пружина ассиметричного фиксатора; 11 – видеокамера (показана пунктирным силуэтом)
Рисунок 4.5 – Направляющий кронштейн бокса
Видеокамера (на рисунке 4.5 поз. 11) с дух сторон придерживается лепестками пружины поз. 6, с третьей – плашкой, на которой стоит, с четвёртой – упором (поз. 4). Пятую и шестую степени свободы контролируют устройства управления кнопками фотозаписи и видеозаписи (рисунок 2.3). Сами устройства на рисунке 4.5. не показаны, так как крепятся на других сборочных единицах бокса).
4.2 Конструкция оправы защитного стекла
В конструкции бокса, а конкретно – в корпусе необходимо было сделать два прозрачных защитных стекла – для объектива и для видоискателя. Геометрическое их положение на корпусе обуславливалось характеристиками и размерами самой видеокамеры (рисунок 2.2). Изначально предполагалось сделать классическую оправу для крепления цилиндрических оптических деталей и закрепить её (с герметизацией через резиновое кольцо-прокладку) на шесть винтов (рисунок 4.6):

Рисунок 4.6 – Первоначальный вариант оправы (слева) и кольца-прокладки
Однако после было принято решение отказаться от крепления болтами по причине как лучшей технологичности, так и избегания по возможности любых дополнительных отверстий в корпусе герметичного и использующегося в условиях повышенного давления внешней среды (давление воды на глубине) боксе.
Итоговая конструкция оправы (как для объектива, так и для видоискателя, конструктивно оправы идентичны) представлена на рисунке 4.7. Отверстия убраны, крепление оправы к корпусу производится на резьбовое соединение и на клей-герметик. Шлиц под ключ технологически необходим для ввинчивания оправы в корпус бокса.

Рисунок 4.7 – Оправа защитного стекла
В качестве защитного стекла используется двухмиллиметровое оргстекло по причине его прочности на сжатие и возможности без поломок держать нагрузку на изгиб. Обычное стекло такой толщины на большой глубине треснет , а даже кварцевое стекло (не говоря уже о обычном оптическом стекле К-8 потребует слишком большой толщины для выдерживания нагрузки в 8 атмосфер на глубине 80 метров) а слишком большая толщина даст неприемлемое снижение оптического качества изображения). По этой совокупности причин было взято органическое стекло.
Общая конструкция собранной оправы представлена на рисунке 4.8:

1 – оправа защитного стекла; 2 – защитное стекло; 3 – зажимное кольцо
Рисунок 4.8 – Оправа защитного стекла (сборка)
Защитное стекло (поз. 2) и зажимное кольцо (поз. 3) дополнительно герметизируется герметиком для надёжности. Оправа изготавливается в двух экземплярах. Далее одна оправа ввинчивается в корпус бокса, а другая – в его крышку.
4.3 Конструкция корпуса бокса
Общая конструкция корпуса бокса представляет из себя цилиндр. В любых изделиях, работающих на глубине, желательно стремиться к округлости для более равномерного распределения давления по всей площади поверхности. Кроме того, цилиндрические детали проще изготавливать и обрабатывать.
Общий вид корпуса представлен на рисунках 4.9 и 9.10

Рисунок 4.9 – Корпус подводного бокса (вид прямо и сверху)

Рисунок 4.10 – Корпус подводного бокса (вид сбоку)
Восемь отверстий в нижней части служат для крепления направляющего кронштейна из пункта 4.1. Отверстие с нарезанной резьбой на внутреннем диаметре – для крепления оправы защитного стекла из пункта 4.2. Семь отверстий, шесть из которых располагаются вокруг седьмого – для крепления и герметизации рычага управления кнопкой фотосъёмки. Конический открытый торец служит для герметизации крышки, контрой закрывается бокс с камерой (далее по тексту). Три ушка на торцевой части – для прижимных винтов, которыми осуществляется крепление крышки бокса к корпусу (также далее по тексту). Толщина стенок – 4 мм (достаточно, чтобы выдержать давление в 8 атмосфер).
4.4 Конструкция крышки бокса
Принципиальная система герметизации и крепления крышки бокса была разработана на основе конструкции любительского подводного бокса из главы 3. Схема герметизации приведена на рисунке 4.11:

Рисунок 4.11 – Схема герметизации крышки
На крышку одето круглое герметизирующее кольцо типа O-ring. Сзади в теле бокса располагается конический торец. При закрывании бокса происходит самоуплотнение. Важно, что можно визуально проконтролировать состояние уплотнения при закрытом боксе, посмотрев сбоку и проверив одинаковый просвет со всех сторон по уплотнении). При погружении, чем сильнее давление воды, тем лучше подобная герметизация работает. Крышка фиксируется тремя винтами, расположенными под углом в 120 градусов и затягивается гайками через ушки на корпусе (ушки изображены на рисунке 4.9).
Крышка разрабатываемого бокса изображена на рисунке 4.12:

Рисунок 4.12 – Крышка разрабатываемого бокса
Также как и в корпусе бокса, отверстие с нарезанной резьбой на внутреннем диаметре – для крепления оправы защитного стекла из пункта 4.2. Семь отверстий, шесть из которых располагаются вокруг седьмого – для крепления и герметизации рычага управления кнопкой фотосъёмки.
Как указано в предыдущем абзаце, крышка крепится к корпусу через резиновое кольцо O-ring.
4.5 Конструкция рычагов управления фото и видеосъёмкой
Ввиду относительной сложности данного элемента, сначала управляющий рычаг представлен в завершённом виде на рисунке 4.13, элементы конструкции и принцип сборки будет представлен далее по тексту.


1 – рычаг; 2 – шарнирный уголок; 3 – резиновая прокладка; 4 – толкатель (нажимает на кнопку фото или видеосъёмки); 5 – гайка М3 (4 шт); 6 – винт М3; 7 – заклёпки
Рисунок 4.13 – Управляющий рычаг (сборка)
Принцип действия конструкции управляющего рычага:
Аквалангист, не снимая руки с ручки бокса, большим пальцем правой руки нажимает на рычаг 1 (сам рычаг представлен на рисунке 4.14)

Рисунок 4.14 – Рычаг
К рычагу намертво заклёпками (рис 4.13 поз. 7) прикрепляется уголок, выполняющий функцию половинки шарнира. Сам уголок представлен на рисунке 4.15.

Рисунок 4.15 – Шарнирный уголок
Подобные уголки будут приварены аргонодуговой сваркой к корпусу и к крышке и будут служить вторыми половинками шарниров (ниже по тексту).
Также в рычаг ввинчен винт М3 (рис 4.13 поз. 6), на конец которого гайкой поз. 5 крепится толкатель (рисунок 4.16), который и вступает в контакт с кнопками видеокамеры.

Рисунок 4.16 – Толкатель
Винт с толкателем проходят сквозь более широкое отверстие в корпусе или крышке бокса, которое позволяет винту двигаться сквозь корпус или крышку вперёд-назад.
Герметизация проводится посредством двух резиновых прокладок (рис 4.13 поз. 3). Сами прокладки (обе одинаковые) – на рисунке 4.17:

Рисунок 4.17 – Резиновая прокладка
Прокладки, в свою очередь, крепятся по обе стороны стенки крышки или корпуса бокса, фиксируются при сборке на оси винта тремя гайками поз. 5, а на стенке крышки или корпуса бокса – шестью болтами и гайками М3. Для дополнительной герметизации при сборке сами прокладки приклеиваются к стенкам крышки и бокса; также клеем контрятся все гайки при окончательной сборки изделия.
Таким образом, нажатие на рычаг (рис 4.13 поз. 7) одновременно через толкатель поз. 4 нажимает на кнопку видеокамеры. Сам рычаг качается вокруг оси отверстия шарнирного уголка поз. 2 на небольшой градус в обе стороны (необходимо приподнимать один из рычагов при креплении видеокамеры в боксе). Герметизируется всё посаженными на болты М3 и водостойкий клей-герметик двумя резиновыми прокладками поз. 3.
4.6 Общая конструкция крышки бокса (сборка)
Крышка бокса представляет собой крышку из раздела 4.4, в которую ввёрнута оправа защитного стекла из раздела 4.2 и прикреплён рычаг управления кнопкой видеозаписи из раздела 4.5
Общая сборка крышки представлена на рисунках 4.18 и 4.19:

Рисунок 4.18 – Крышка бокса, вид изнутри (сборка)

1 – крышка; 2 – оправа защитного стекла; 3 – управляющий рычаг; 4 – шарнирный уголок; 5 – шайба; 6 – гайка М3 (6 шт.); 7 – винт М3 (6 шт.)
Рисунок 4.19 – Крышка бокса, вид снаружи (сборка)
Крепление оправы защитного стекла и управляющего рычага производится аналогично описанию их крепления из предыдущих пунктов.
4.7 Конструкция ручек бокса и осветительной системы
Общая компоновка крепления ручек и осветительной системы к корпусу бокса приведена на рисунке 4.20:

1 – держатель-уголок; 2 – стойка; 3 – ручка; 4 – болт М6;
5 – осветительная система
Рисунок 4.20 – Компоновка ручек и осветительной системы с корпусом бокса
Основу крепления ручек составляет держатель с профилем уголка (рисунок 4.21):

Рисунок 4.21 – Держатель
Держатель приваривается аргонодуговой сваркой к корпусу бокса. Для жёсткости конструкции взаимное положение держателя и корпусу фиксируется двумя пластинами из того же справа, которые привариваются и к держателю. И к корпусу (рисунок 4.20, поз. 2).
Далее посредством болтов М6 (рисунок 4.20, поз. 4) к держателю привинчиваются полиуретановые ручки и фиксируются клеем.
Конструкция ручек представлена на рисунке 4.22:

Рисунок 4.21 – Ручка
Ручка по контуру покрыта крупным рифлением для облегчения удержания в условиях мокрых резиновых перчаток гидрокостюма.
В круговой вырез держателя вставляется корпус осветительной системы и приваривается по контуру как к держателю, так и к корпусу бокса снизу.
Конструкция осветителя представлена на рисунке 4.22:

1 – корпус осветителя; 2 – держатель; 3 – крышка осветителя; 4 – светодиодный блок ; 5 – аккумуляторной блок АА, 6 – выключатель.
Рисунок 4.22 – Конструкция осветителя
Осветитель собирается следующим образом: Непосредственно за подсветку отвечает круглый блок из мощных светодиодов (современный светодиоды легко позволяют получить мощнеющую суммарную яркость, достаточную для съёмки даже в мутной воде). Пример конструкции такого блока представлен на рисунке 4.23:

Рисунок 4.23 – Светодиодный блок
Питание осветительного блока производится посредством четырёх батареек типа АА, размещённых в стандартный покупной аккумуляторный блок (пример – на рисунке 4.24):

Рисунок 4.24 – Аккумуляторный блок
Блок питания соединяется с осветительной системой через выведенный на внешний корпус осветителя герметичный выключатель (рисунок 4.22 поз. 6). Сам корпус осветителя (рисунок 4.25) представляет собой герметичный батарейный отсек, наглухо закрывающийся крышкой батарейного отсека (рисунок 4.26):

Рисунок 4.25 – Контейнер осветителя

Рисунок 4.26 – Крышка осветителя
В паз на крышке между резьбой и торцом вставляется герметизирующее резиновое кольцо.
Работа с осветителем происходит так: Соединённый проводами достаточной длины с выключателем и светодиодным блоком аккумуляторный блок извлекается из корпуса осветителя, в него вставляются четыре батарейки АА, далее аккумуляторный блок снова помещается внутрь батарейного отсека. Включение и выключение освещения производится выключателем на торце блока.
4.8 Общая компоновка конструкции подводного бокса
Общая компоновка бокса представлена на рисунках 4.27 и 4.28:

1 – корпус бокса; 2 – управляющий рычаг; 3 – кронштейн с видеокамерой; 4 – крышка бокса
Рисунок 4.27 – Бокс (прямо и вид сверху)

1 – корпус бокса; 2 – крышка бокса; 3 – герметизирующее резиновое кольцо O-ring
Рисунок 4.27 – Бокс (вид сбоку в разрезе)
Подробные технологические и сборочные требования указаны в сопутствующей пояснительной записке технической документации.
Установка в бокс видеокамеры и герметизация производится на суше. Видеокамера предварительно включается и помещается так, чтобы органы управления рычагов попадали на органы управления камеры. Управление фото и видеосъёмкой производится пальцами правой руки, не снимая руки с правой рукояти бокса.
Инструкция по эксплуатации изделия приведена в следующей главе.
5 Инструкция по экспруатации бокса подводного

Рисунок 5.1 – Подводный бокс (вид со стороны оператора)
Подводный бокс предназначен для защиты видеокамеры модели Sony DCR-HC30E от воздействия воды и влаги в условиях подводной фотовидеосъёмки до глубины 80 метров.
Инструкция по эксплуатации бокса:
1.) Включить видеокамеру;
2.) Поместить видеокамеру на платформу и закрепить лепестками пружины;
3.) Приподнять верхний управляющий рычаг и установить платформу с видеокамерой по направляющим внутрь корпуса бокса вперёд до упора;
4.) Закрыть крышку, убедившись, что толкатель рычага управления на крышке пришёл в контакт с кнопкой на корпусе видеокамеры;
5.) Гайками-барашками закрыть и крышку бокса до упора, обеспечив таким образом герметичное соединение;
6.) Бокс готов к работе.

Порядок смены аккумуляторов в осветительном отсеке:
Отвинтить крышку батарейного отсека;
Вынуть аккумуляторный блок под 4 аккумулятора типа АА;
Вставить или заменить аккумуляторы;
Поместить аккумуляторный блок обратно;
Завинтить крышку до упора.
9 заключение
В процессе дипломного проектирования были проведены:
Критический анализ рынка доступных подводных боксов для разных моделей видеокамер и самодельных образцов, а также проведены их сравнительных характеристики
Выработаны и обоснованы актуальные технические требования к конструкции подводного бокса, составлено техническое задание
С чистого листа разработана технологичная конструкция подводного бокса, выполнен полный комплект чертежей вех деталей и выпущена конструкторская документация
Составлена краткая инструкция по эксплуатации для конечного потребителя
Рассмотрены сопутствующие вопросы по безопасности жизнедеятельности и экономике
В качестве послесловия хотелось бы отметить, что современная отечественная промышленность не выпускает боксы для подводной видеосъёмки, а разрабатываемые ранее на базе ЛОМО образцы на сегодняшний день морально и технически устарели, в том числе и потому, что разрабатывались на уже не выпускаемые и не используемые в настоящее время плёночные фото и видеоаппараты, так что разработанная конструкция, в своём роде, первый постсоветский образец техники подобного рода и может быть использован в качестве опорной базы для разработки и других моделей подводных боксов для всей номенклатуры фотовидеотехники. В этом и заключалась ключевая актуальность дипломной работы.





7 Список источников:
1 Электронный ресурс: Личный сайт А.С. Массарского http://www.massarsky.spb.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=48&Itemid=55
2 Электронные ресурс: http://www.videoton.ru/underwater/sea&sea/vx950.htm
3 Электронный ресурс: http://www.world-diving.ru/product_204.html
4 Электронные ресурс: http://sport.saleone.ru/catalog_gallary.php?a=1&id_m=14967&pr=yes
5 Электронные ресурс: http://videocam.hut.ru/tech/vbox05.shtml
6 Электронные ресурс: http://www.hammerhead.ru/inner.shtml?hammerhead-120
7 Электронные ресурс: http://www.hammerhead.ru/inner.shtml?hammerhead-120-xl
8 Электронный ресурс: https://www.sony.ru/support/ru/content/cnt-specs/DCR-HC30E/list
9 Электронный ресурс: http://www.fishhunter.kiev.ua/g05/box.htm










- 1 -