Laser Ikusmenaren integrazioa aplikazio modernoetarako

Jende gehienak uste du laser mirak su-armetarako soilik direla, baina teknologia hasierako merkatu horretatik haratago zabaldu da. 2019tik lan egiten dugu laser-puntatzeko sistemekin, eta aplikazioak zehaztasun puntuak garrantzitsuak diren industria, medikuntza eta robotika sektoreetara hedatzen jarraitzen dute.

Oinarrizko printzipioa ez da asko aldatu - zerbaitek nora helduko den edo tresna batek non sartuko den markatzen duen ikusgarri edo IR izpi bat proiektatzen ari zara. Baina exekuzioa azkar konplikatzen da muntatzeko aukerak, potentzia-eskakizunak eta ingurumen-baldintzak kontuan hartzen dituzunean.

Crimson Trace-k 2018an kaleratu zuen Rail Master seriea, eta unitate horiek 1000G atzerapen-shock jasan ditzakete. Zehaztapen hori muntaketa industrialaren erreferentzia bihurtu zen, su-armaren atzerakada bizirik irauten badu, fabrikazioko bibrazio-ingurune gehienak kudeatuko dituelako. RM-110 modeloak 280 dolar inguru saltzen zituen txikizkako (crimsontrace.com prezioak 2020tik aurrera), aldapatsua zen baina 5mW-ko laser gorria ematen zuen, inpaktu errepikatuen ondoren zeroan geratu zena.

Muntaketa kateko lanetarako, Streamlight-ren TLR seriea probatu dugu atzerriko fabrikatzaileen aukera merkeago batzuekin batera. Tenperaturaren noraeza izan zen 50 $ baino gutxiago balio duten - unitate hiltzaileak 3-4 hazbeteko 20 oinetan aldaraziko luketen helburu-puntua 60 °F-tik 95 °F-ra dendako solairuko tenperatura igarotzean. Streamlight unitateek (180-220 dolar inguru modeloaren arabera) 0,5 hazbeteko tarte horretan zero eduki zuten 2021eko udan gure bankuko proben arabera.

Hala ere, ez duzu beti egonkortasun maila hori behar. Egiten ari zarenaren araberakoa da erabat.

Laser Sight

Hau arraro bihurtzen da gailu medikoen muntaketak 2. klaseko laserrak behar dituelako (1mW-tik beherako irteera FDA araudiaren arabera - accessdata.fda.gov-ek sailkapen osoak ditu) baina 0,1 mm-tik beherako kokapen-zehaztasuna behar duelako 300-500 mm-ko lan distantzietan. Coherent Inc.-ek zehaztapen horiek betetzen dituzten laser moduluak egiten ditu - bere CUBE serieak 400-600 dolar inguru balio du unitateko uhin-luzeraren eta potentziaren arabera.

635 nm-ko laser gorri batzuk kateter muntatzeko sistema batean integratu genituen iaz. Uhin-luzerak gehiago axola du jendeak uste baino - 635nm-k 650 nm baino askoz hobeto erakusten duela argi fluoreszente tipikoarekin, Laserex-en dokumentazio teknikoaren arabera 4 aldiz ikusgarriagoa den zerbait. Kostu-aldea % 15-20koa da agian, baina merezi du operadoreak lerrokatze-sistema erabiltzen ari direnean 8 orduko txandetarako.

Laser berdeak (normalean 532 nm) are ikusgarriagoak dira giza begientzat, gorriak baino 5 aldiz gehiago potentzia berdinean. Baina gehiago kostatzen dira eta bateriak azkarrago jaten dituzte. 5 mW-ko modulu berde batean neurtu dugu 180mA-n 120mA-ra alderatuta irteera gorri baliokiderako. Garrantzitsuak diren eskuko tresnetarako. Horma-potentzia duten instalazio finkoetarako, erabili berdea aurrekontuak ahalbidetzen badu.

ABB Robotics 2017 inguruan hasi zen laser erakusleak bere IRB seriean integratzen zintzilikarioen eragiketak irakasteko. Teknikariei asko erraztu zaie roboten bideak bistaratzea zuzeneko eragiketarik egin gabe. Erabili zituzten laser-moduluak ez ziren dotoreak -, funtsean, birontziraturiko unitate komertzialak, shock muntaketa hobearekin eta IP67 ebaluazioko karkasekin.

Fanuc-ek beste ikuspegi bat hartu zuen bere CRX lankidetzako robotekin, laser-igorlea tresnaren bridan jarriz eta segurtasun-eremua bistaratzeko erabiliz. Haien sistemak 10-15 mm-ko diametroko puntu bat proiektatzen du, amaierako efektorearekin mugitzen dena. Energia-kontsumoa 2W ingurukoa da etengabe, erremintaren potentzia aurrekontutik zuzenean ateratzen dena. Hori kontuan hartu behar duzu harrapaketa edo beste amaierako efektore batzuk zehazten dituzunean.

Universal Robots-ek ez ditu laser-bistak estandar gisa, baina bere UR+ ekosistemak hirugarrenen-aukera ditu. Robotiq Eskumuturreko Kamera batzuetan laser ardazkide batekin lotzen da sakonera neurtzeko, nahiz eta hori argi-lurralde egituratu batean sartzea helburu sinplea baino.

Eraikuntzako laser mailak beste kategoria bat dira, baina aipatzea merezi du. Bosch-en GLL serieak eta Dewalt-en DW088-k 2. klaseko laserrak eta proiektu-lerroak erabiltzen dituzte puntuen ordez. DW088-k 150 $ ingurukoa da eta ± 1/8 hazbeteko lerro perpendikularrak 30 oinetara jaurtitzen ditu (dewalt.com zehaztapen orria). Gauza hauek nahikoa merke geratu dira, denda txikietako inguruneetan ager daitezen diseinu lanetarako.

Bateriaren iraupenaren kalkuluak nahasten dira laser diodoaren eraginkortasuna tenperaturaren arabera aldatzen delako. Laser diodo gorri tipiko batek % 15-20ko eraginkortasuna izan dezake, hau da, sarrerako potentziaren % 80-85 bero bihurtzen da. Horregatik, etengabeko funtzionamenduko instalazioek beroa hondoratzea behar dute potentzia baxuko moduluetarako ere.

5 mW-ko laser gorri-modulu bat neurtu dugu 90 mA 3,3 V-tan -, hau da, 300 mW sarrera inguru 5 mW irteerarako, beraz, gutxi gorabehera % 17ko eraginkortasuna. CR123A bateriatik (1500mAh edukiera 3V-tan) exekutatzen baduzu, 16-17 orduko iraupen teorikoa ematen dizu, baina praktikan 12-14 ordu gehiago ikusiko dituzu bateriaren tentsioa kargapean jaisten delako.

Muntatzeak berak sortzen ditu eremuko instalazioetan ikusten ditugun arazoen erdia. M3 muntatzeko zuloak estandarrak dira baina hariaren sakonera fabrikatzaileen artean aldatzen da. Txinako modulu batzuek M3x0.5 hariak 4 mm-ko sakoneran zehazten dituzte, beste batzuek 6 mm-ko sakonera dute. Huskeria dirudi, baina 3 mm-ko aluminiozko plaka bidez muntatzen saiatzen ari zarenean hari egokiarekin, 2 mm-ko diferentzia horrek zehazten du torloju estandarra erabil dezakezun edo hardware pertsonalizatua behar duzun.

Surefire-k bere X400 arma-argietan trenbide-harrapatze-sistema jabedun bat erabiltzen du, eta oso ondo funtzionatzen du T-slot aluminiozko estrusioan muntatzeko. Lotzeko indarra erregulagarria da eta ez da hariaren momentuan oinarritzen, eta horrek zero mantentzen laguntzen du -bibrazio handiko inguruneetan. Unitateek 600 dolar inguru balio dute, baina betiko irauten dute. 2018az geroztik pixka bat martxan dugu, bateria-trukeaz gain, mantentze-lanik gabe.

Laser Sight

IR laserrak (normalean 850 nm edo 940 nm uhin-luzerak) kamera sentsoreetan agertzen dira, baina ez gizakien begietan. Erabilgarria ikusmen automatikoaren aplikazioetarako, non argi ikusgarriak operadorearen ikusmen-lerroekin oztopatu nahi ez dituzunean. Edmund Optics-ek 200-300 $ inguruko 850 nm-ko moduluak saltzen ditu, industria-kamera estandarrekin parekatzen direnak. Basler ace serieko kamerak sentsibilitate ona dute tarte horretan - beren acA1920-40gm modeloak % 50eko eraginkortasun kuantikoa erakusten du 850 nm-ko datu-orrian (baslerweb.com).

940nm are ikusezinagoa da, baina kameraren sentsibilitatea jaisten da. Siliziozko sentsore gehienek agian % 30eko QE dute 940 nm-tan, eta % 50 850 nm-an, beraz, seinalea uzten ari zara ezkutu hobea izateko. Merezi du gizakiaren-argia ikusgarria benetan arazoa bada.

Sistema optikoetarako laser lerrokatze-tresnek IR erabiltzen dute batzuetan, argi ikusgarriak arazoak eragiten dituzten inguruneetan lan egiten dutelako. Newport Corporation-en IR lerrokatze-laserrek $ 800-1200 ibiltzen dituzte, baina potentzia erregulagarria eta habe kalitate hobea ematen dizute modulu merkeak baino. M²-ko balioak 1,1 baino gutxiagoko merkataritza-unitateen aldean 1,3-1,5. Horrek axola du irekigune txikietan lotzen saiatzen zarenean edo kolimazioa distantzia luzeetan mantentzen.

Ez ditugu horiek erabiltzen aplikazioak hala eskatzen ez badu. Kostua azkar gehitzen da.

"5mW-ko laser erakusle" batek 0,5 miliradianetik 1,5 miliradianera arteko izpien dibergentzia izan dezake. 10 metrora hori da 5 mm-ko puntuaren eta 15 mm-ko puntuaren arteko aldea. Fabrikatzaileek batzuetan hau zehazten dute, beste batzuetan ez.

Amazoneko laser berde merkeek 1,2-1,5 mrad dibergentzia izan ohi dute. Hainbat unitate neurtu ditugu konfigurazio sinple batekin: laser distantzia finkoan, helburu zuria, neurtu puntuen diametroa kalibreekin. Ez da NIST zehatz-mehatz trazagarria, baina nahikoa ona da aplikazio lanetarako. CNI edo Laserglow Technologies-en DPSS laser berde garestiagoak normalean 1.0 mrad baino gutxiagokoak dira habe zirkular profil hobeekin.

Beam profilak garrantzia du helburu txikiak lortzen saiatzen ari zarenean. Gauss habe batek erdiko leku garbi bat ematen dizu pixkanaka-pixkanaka desbideratzearekin. Diodoen laser merkeagoek batzuetan profil eliptikoak edo irregularrak dituzte, eta helburu zehatza zailtzen dute. Jakiteko modu bakarra fabrikatzailearen zehaztapen-orrietan fidatzea da (arriskutsua-izenik gabeko markarik gabe) edo zure burua probatzea da.

Tresna kirurgikoa lerrokatzeko 0,6 mrad dibergentzia gehienez zehazten amaitu genuen, lan distantzia 400 mm zelako eta helburuaren tamaina 2 mm-ko diametroa zelako. Horrek aldapa pixka bat ematen dizu baina ez asko. Dibergentzia estuagorako kostu-saria % 40 ingurukoa zen modulu industrial estandarekiko.

Laser lerrokatze sistemak CNC errota konfigurazio batean jarri ditugu erreminta automatikoki ezartzeko. Erraza zirudien - laserra muntatu ardatzaren karkasan, proiektatu habea erreferentzia-helburu finkora, neurtu desbideratzea tresna-aldaketa bakoitzaren aurretik. Probetan ondo funtzionatu zuen, produkzioan huts egin zuen ebaketa-lainoak 2 asteren buruan laser-leihoa degradatu zuelako. Inork ez zuen horretan pentsatu diseinu fasean.

Irtenbidea laserren irekiduran aire-fluxua etengabe mantentzen zuen aire konprimituaren purgatze-tobera gehitzea zen. 45 $ gehitu dira zatitan eta 2 orduko instalazio-denbora makina bakoitzeko. Jatorrizko diseinuan egon beharko zen.

Tenperatura konpentsazioa jendea hozka egiten duen beste gauza bat da. Laser kokapen-sistema bat zehaztu genuen 65 gradu F-tik 140 F-ra funtzionatuko zuen konposatu tresna baterako. Laser moduluaren fabrikatzaileak esan zuen bere unitatea 140 gradu F-ra baloratu zuela, baina ez zuen aipatu zero desplazamendua 120 gradu F-raino soilik bermatuta zegoela. Erabat onartezina layup tolerantziarentzat.

Azkenean, tenperaturaren konpentsazio datuak esplizituki ematen zituen beste fabrikatzaile batera aldatu zen (Laser Components DG GmbH, bere FP seriea). Kostua antzekoa zen, 380 $ inguruko modulu bakoitzeko, baina benetan arduratzen zitzaigun portaera probatu eta dokumentatu zuten.

Laser Sight

Bolumen handiko-produkziorako, non laser bista produktuan txertatuta dagoenean, batzuetan diodo gordina eta kontrolagailu-zirkuitua zuzenean muntatu besterik ez duzu modulu amaitu bat erosi beharrean. Hau egin genuen 3mW-ko laser gorri bat behar zuen - Osram PLT5 450 diodoak erosiz 1000 kantitatean 4,20 dolar inguru bakoitzeko (osram.com 2023ko banatzaileentzako prezioak), gehi beste 2-3 dolar bat kontrolatzeko IC eta pasiboetarako. Modulu osoek 25-40 $ balio dute bakoitzak, beraz, brikolajeak zentzua zuen bolumenean.

Alde txarra zure diseinu optikoa, beroa dissipatzea, gidariaren zirkuituaren baliozkotzea eta fidagarritasun probak egiten ari zarela da. FDAren aurkezpena behar duen gailu mediko batean sartzen den zerbaitetarako, hori ingeniaritza lan handia da. Guztira 200 ordu inguru eman genituen diseinuan eta balioztatzean, baina 18.000 dolar inguru aurreztu genituen osagaien kostuetan produkzioan. 1000+ unitatetan merezi du, ez du merezi 500 unitatetik behera.

Kolimazioa optika da zati zaila. Lente asferiko bat edo -elementu anitzeko sistema bat behar duzu diodo huts batetik izpien kalitate duina lortzeko. Edmund Optics-ek laser kolimaziorako lente asferikoak saltzen ditu 25-50 $ inguru hasita NAren eta diametroaren arabera. Baina kolimazio ona lortzeko diodoaren eta lentearen arteko tarte zehatza behar da, normalean 0,05 mm-ko tartean. Horrek esan nahi du karkasaren doitasun-mekanizazioa edo doikuntza-torlojuak blokeoarekin.

Fabrikatzaile batzuk aurre{0}}diodo moduluekin konpontzen ari dira. Thorlabsek bere CPS seriea du, diodoa, kontrolatzailea eta kolimazio-optika konbinatzen dituena TO-pakete trinko batean. 80-120 dolar inguru unitate bakoitzeko, oraindik amaitutako laser erakusleak baino merkeagoa da eta diseinu malgutasun handiagoa ematen dizu.

Ez dakit zergatik jende gehiagok ez dituen erabiltzen kapsulatutako aplikazioetarako. Tolerantzia mekanikoko arazo gehienak konpontzen dituzte kostuak neurrizko bolumenetan arrazoizko mantentzen dituzten bitartean.

1-5 mW bitarteko laser modulu eramangarrietarako,litiozko CR1/3N baterialan harrigarriro ondo. Fisikoki txiki-txikiak dira, baina 170mAh 3V-tan biltzen dituzte, nahikoa 8-10 orduko exekuziorako laser modulu gorri tipikoetan. AA bateriak handiegiak ziren eskuko lerrokatze-tresnetan erabili ditugu. Kostua 2-3 dolar ingurukoa da gelaxka bakoitzeko, eta balio-bizitza 10+ urtekoa da, eta horrek axola du ordezko inbentariorako.