Pengenalan
Ideanya ialah untuk membuat projektor laser berkuasa tinggi, murah dan sangat mudah alih (bateri yang dikendalikan) alfa numerik. Ini akan menjadi peranti yang boleh anda gunakan untuk memproyeksikan mesej pada sasaran yang jauh. Ia tidak semestinya bernilai usaha dan kos yang melibatkan laser dalam melakukan projek kickstarter, termasuk mendapatkan pensijilan produk laser terlalu banyak … tapi itu menyenangkan seperti DIY. Kebanyakan perkakasan telah dibawa menggunakan peralatan ujian dan pengukuran asas yang saya ada di rumah kecuali untuk oscilloscope yang saya terpaksa meminjam. Untuk kebanyakan kes, beberapa alat tangan, osiloskop kelajuan rendah, bekalan kuasa dan DMM adalah semua yang anda perlukan untuk membuatnya berlaku .. dan besi pematerian. Projektor memaparkan mesej menatal pada beberapa sasaran jauh. Bergantung kepada kuasa laser yang dipilih, dan / atau saiz imej yang diunjurkan, mesej itu boleh ditulis pada awan gantung yang rendah pada waktu malam .. sekurang-kurangnya secara teorinya. Mengapa alpha numeric? Projektor laser yang popular di kelab atau menunjukkan laser menggunakan galvos (galvonometer sebagai penggerak daripada mengukur) atau cepat dua peranti pengimbasan cermin. Mirror X galvo dan cermin Y galvo sepadan dengan X dan Y scan. Ini membolehkan pengimbas untuk menarik sebarang imej 2D pada skrin. Masalah dengan galvos mereka sangat buruh yang intensif untuk membina dan memerlukan kawalan yang kompleks. Di luar galvos rak biasanya besar dan sangat mahal untuk projektor mudah alih mudah. Juga, galvos cepat adalah peranti kuasa lapar yang menjadi larangan ketika beroperasi dari baterai pegang tangan. Saya fikir ia sebagai pembunuhan besar-besaran jika anda hanya memperlihatkan simbol-simbol numerik alfa di skrin - tweet mudah atau mesej teks. Jika itu yang anda perlukan untuk dipaparkan, pendekatan yang lebih mudah boleh digunakan. Memutar cermin tetap sejajar dengan masing-masing pada sudut yang sedikit berbeza berbanding dengan permukaan yang diproyeksikan boleh membuat imej mendatar pada skrin yang cukup untuk memaparkan nombor atau huruf. Anda tidak perlu banyak kuasa untuk menjalankan motor seperti yang anda perlukan untuk menjalankan dua galvos dan kos yang lebih rendah.
Had
Kelemahan yang jelas dengan pendekatan cermin pengimbasan adalah resolusi menegak rendah kerana ia ditentukan oleh bilangan cermin diskret. Tetapi sekali lagi, untuk unjuran angka alfa resolusi tinggi tidak kritikal. Yang lain tidak begitu ketara adalah jumlah kekuatan rasuk yang dipantulkan. Intensitas imej yang dikeluarkan oleh cermin berputar akan sama tanpa mengira jika imej itu adalah titik tunggal atau segi empat tepat pepejal. Cermin berputar pada kelajuan malar dan laser pulsed pada saat yang tepat. Tidak seperti galvos, pancaran laser harus "menunggu" sehingga berputar cermin ke sudut yang betul untuk sampai ke tempat yang betul untuk berkelip lagi. Tempoh menunggu ini bertindak sebagai kitaran tugas laser yang seterusnya mengehadkan keamatan imej yang dicerminkan. Sebaliknya, galvos memaksa rasuk untuk mengesan dan menjejaki semula bahagian cahaya imej tanpa menyia-nyiakan pengimbasan masa melalui kawasan unjuran yang tidak berkaitan dengan imej. Jika imej kecil (contohnya titik tunggal) semua kuasa laser tertumpu pada titik itu. Apabila imej meningkat dalam saiz intensiti berkurang secara berkadar (dengan mengandaikan kuasa laser tidak berubah). Dengan pengimbasan mencerminkan intensiti titik masih akan menjadi sebahagian kecil daripada jumlah kekuatan rasuk seperti yang ditakrifkan oleh kitaran tugas (tempoh laser dihidupkan ON untuk menarik titik yang dibahagikan dengan masa yang diperlukan untuk membuat satu revolusi). Jadi kecerahan yang dirasakan dari satu atau pelbagai titik akan sama kepada penonton. Untuk menjadi lebih tepat dari segi teknikal, unjuran laser bukan imej jenis raster, tidak ada "piksel" atau titik tetapi mereka adalah vektor cahaya kecil kerana cermin mengawal sentiasa bergerak rasuk sehingga secara teoritis anda tidak boleh benar-benar mempunyai titik sempurna (piksel ). Tetapi saya akan memanggil mereka piksel dari sekarang walaupun mereka lebih biasa.
Butiran mengenai reka bentuk
Bekalan:
Langkah 1: Reka Bentuk Mekanikal
Motor
Drum cermin berputar sekurang-kurangnya pada 25 rps atau 1500 rpm (25 bingkai sesaat). Lebih rendah daripada yang akan menghasilkan kelipan yang kelihatan. Ini adalah jenis motor biasa yang anda temukan dalam CD, pemacu cakera keras, cakera liut (jika anda masih mempunyainya). Idealnya ia mestilah motor voltan rendah. Motor tanpa siku lebih lama lagi, berjalan lebih tenang tetapi tidak seperti lurus ke hadapan untuk mengawal seperti jenis DC. Ia tidak memerlukan banyak tork (seperti jenis RC). Yang saya telah datang dari pemacu cakera liut yang lama, namun motor brushless dari pemacu CD / DVD adalah pilihan yang lebih baik.
Spinning Mirrors Drum buatan Reka bentuk
Mengimbas laser rasuk dihasilkan oleh 12 cermin berputar. Reka bentuk bahagian ini sebahagian besar bersenam dalam geometri dan kesabaran.
Saya tidak bercadang untuk menggunakan optik yang memberi tumpuan untuk memastikan ini mudah, ia sepatutnya menjadi peranti mudah alih kecil. Tanpa fokus optik, beberapa kekangan perlu ditakrif sebelum membinanya. Mereka adalah saiz imej yang diunjurkan, jarak di mana ia akan diproyeksikan dan intensiti imej (yang mempunyai kaitan dengan saiz imej dan kuasa laser). Jika matlamatnya adalah untuk memproyeksikan mesej ringkas pada jarak yang sangat jauh maka sudut imbasan laser mestilah sangat sempit, saiz imej kecil (mungkin satu atau dua perkataan panjang) untuk menumpukan kuasa maksimum pada sasaran, kerana intensiti adalah berkadar dengan kawasan yang diunjurkan. Untuk kes ini, saya memilih panjang imej untuk kira-kira 12ft pada jarak di seberang bilik. Setiap cermin pada dram diimbangi hanya cukup untuk menghasilkan garisan imbasan mendatar tepat di bawah yang sebelumnya semasa berputar. Hasil akhir adalah set garisan mendatar pada skrin yang menentukan ketinggian imej (atau ketinggian simbol alfanumerik). Cara termudah yang saya fikir untuk melakukan ini adalah dengan menyelaraskan cermin sepanjang perimeter pangkal gendang dan mempunyai beberapa cara untuk menyesuaikan sudut penjajaran. Skru dengan kacang yang dilekatkan pada dram adalah salah satu idea, tetapi bukan skru berulir, kedudukan mengunci oleh geseran akan berfungsi sama baiknya.
Cermin yang ideal untuk digunakan ialah jenis permukaan depan (lapisan yang mencerminkan pada permukaan atas kaca dan bukan di belakang kaca seperti kebanyakan cermin). Ini membolehkan penyimpangan dan kehilangan kuasa yang minimum dalam rasuk yang ditunjukkan. Laser semikonduktor adalah terhad dalam kuasa supaya setiap usaha dalam mengurangkan rasuk kerugian kuasa counts.Front permukaan cermin dijual di kedai-kedai hobi atau ebay. Mereka biasanya digunakan untuk kaleidoskop DIY. Cermin nipis boleh dipotong menggunakan pemotong kaca biasa.
Pangkalan plastik untuk memegang cermin adalah sesuatu yang saya ambil di depot rumah. Ini cap cat untuk bekas besar. Diameternya hanya betul ~ 2 inci dan juga sempurna untuk disesuaikan dengan pemutar cakera liut cakera liut. Bibir di bahagian bawah digunakan untuk meletakkan cermin. Walau bagaimanapun, hanya selepas itu saya menyedari bahawa saya sepatutnya memberi lebih banyak perhatian kepada langkah ini apabila saya menentukan betapa sukarnya ia dapat mengimbangi dram walaupun pada kelajuan rendah (lebih banyak lagi nanti). Sebaiknya, ini mestilah sekeping plastik yang tepat tetapi untuk DIY ini akan dilakukan. Ini adalah tempat untuk meletakkan pencetak 3D anda berfungsi jika anda mendapat satu!
Setiap cermin di dalam perhimpunan perlu diposisikan pada sudut offset khusus berbanding dengan cermin sebelumnya untuk membuat garis yang diunjurkan tepat di bawah yang sebelumnya. Seal silikon berfungsi hebat untuk memastikan hanya asas dan beberapa mata di sisi cermin. Silikon apabila sembuh cukup kuat untuk mengekalkan cermin di tempat tetapi cukup fleksibel untuk melakukan pelarasan halus untuk sudut. Menggunakan skru penjajaran, kamera web dan TV Saya menyesuaikan setiap sudut penjajaran cermin untuk menghasilkan 12 titik menegak pada jarak 0.5 "pada jarak ~ 10ft. Langkah akhir menggunakan epoksi menyembuhkan 2 jam untuk memasang cermin ke drum dan mengamankan kru keselarasan. terpaksa menyesuaikan dan menjamin dua cermin pada satu masa untuk menjadikan tugas ini dapat diurus.Ia ternyata baik.Jurang antara cermin adalah kerana pemotongan saya tidak tepat pada semua cermin.Saya tidak peduli untuk memulihkan ini, kerana mereka berkhidmat sebagai saluran untuk menuangkan gam dan selamatkan cermin.
Langkah 2: Menguji Unjuran dan Penjajaran Alignment dan Imbangan
Selepas memasang gendang dan berputar motor. Saya mengamankan laser hijau untuk bersinar ke cermin untuk memeriksa penjajaran garis mendatar dengan gelendong gendang. Saya perhatikan jarak di antara garisan yang diimbas yang hanyut secara sporadis kerana RPM bervariasi, sesuatu telah memperkenalkan ralat penjajaran untuk cermin di RPM di atas ~ 10 rev / sec.
Pada mulanya saya mengesyaki bahawa epoksi itu tidak cukup tegak dan terbentang menyebabkan penyimpangan dan penyimpangan garisan selari. Tetapi gagasan itu terlalu jauh diambil … Apa yang memperkenalkan penyelewengan ini adalah getaran / resonans dari topi cat tidak seimbang, rumah dibuat, drum epoksi terpaku. Drum memerlukan penalaan keseimbangan yang baik.
Mengimbangi dram
Sukar untuk mengimbangi dram penuh epoksi di semua arah tetapi saya dapati dalam kes saya kebanyakan getaran adalah sisi ke sisi … atau seolah-olah begitu. Cara paling mudah untuk menyesuaikannya ialah dengan menambah mesin basuh logam ke bahagian atas dram dan menggunakan magnet neodymium yang kuat sebagai berat. Ini berfungsi dengan sempurna.
Langkah 3: Pemilihan Laser dan Penyisihan Haba
Pemilihan Laser dan Penyisihan Haba
Laser Power vs Intensity
Semua orang tahu, semakin banyak kuasa yang lebih baik. Jika laser anda boleh membakar keseluruhan melalui konkrit hanya menghormati mata (jika bukan milik anda) maka orang lain. Cermin akan mengimbas pancaran laser dalam banyak arah yang dapat dengan mudah mencari jalan menuju mata terdekat. Secara teknikalnya, kuasa berterusan laser tidak akan tertumpu di satu tempat di peranti ini kerana laser akan pulsed sepanjang masa. Oleh itu, kejadian kuasa purata pada permukaan yang diunjurkan akan kurang daripada kuasa laser yang diberi nilai. Bergantung pada kadar denyutan itu, kuasa boleh dianggarkan dengan:
Kuasa puncak * kitaran tugas = kuasa purata
Kitaran tugas ditentukan oleh saiz imej. Semakin besar imej laser yang lebih lama harus menunggu untuk menyalakan semula piksel yang sama. Oleh itu, intensiti (kuasa / imej kawasan) imej adalah berkadar terus dengan itu.Saya terpaksa menumpukan perhatian kepada pancaran laser hanya sedikit untuk memberi rasuk kami beberapa jejari, ini akan mengurangkan intensiti sedikit juga.
Pemilihan frekuensi cahaya laser
Gelombang laser ideal yang digunakan untuk menunjukkan laser adalah sekitar 532 nm. Ini adalah rasuk hijau. Mata manusia mempunyai sensitiviti yang berubah-ubah kepada spektrum warna cahaya dengan hijau yang paling sensitif.
Malangnya laser semikonduktor dengan panjang gelombang ini tidak dihasilkan pada hari ini. Dioda laser pancaran hijau di pasaran menggunakan dioda pam IR dan beberapa kristal penukaran kekerapan untuk menghasilkan pancaran laser hijau. Saya tidak dapat mencari laser hijau kecil, boleh dipercayai dan berpatutan pada kuasa lebih tinggi daripada 50-100mW kecuali untuk beberapa penjual yang dipersoalkan di ebay yang terletak di luar negara. Kebanyakan dioda laser hijau mereka adalah perhimpunan rumah dibuat menggunakan gam panas dan sepasang tang. Diod laser yang saya pilih ialah Nichia NDB7875. Ini adalah laser 435-455nm (biru). Inilah datasheet: fail PDF Walaupun secara teorinya anda memerlukan lebih banyak kuasa laser dalam panjang gelombang itu untuk melihat kecerahan yang sama seperti hijau - kompromi itu.
Diod ini mampu 1.6W kuasa output optik yang stabil. Saya telah mendengar orang mengendalikannya pada penarafan mutlak maksimum setiap datasheet kepada 2W atau bahkan 2.1W. Risiko merosakkan laser yang berjalan pada penarafan maksimum mutlak tanpa margin adalah tinggi. Variasi suhu ambien, pancang semasa, tenggelam haba yang tidak mencukupi boleh memendekkan hayat diod atau memusnahkannya. Tetapi jika anda mampu untuk menggantinya .. sering .. kenapa tidak … Kerana ini hanya DIY Saya mahu menolaknya ke tepi, menjalankannya pada kira-kira 1.8-2W. Pada kuasa output ini, dioda akan menghilangkan jarak 5-6W panas. Bagaimanapun, ini adalah kuasa berterusan. Pada kenyataannya laser akan pulsed dan akan menghilangkan sebahagian kecil daripada itu berdasarkan kitaran tugas. Suhu operasi yang ditentukan untuk diod ini hanya 0-50C untuk output yang boleh dipercayai. Walaupun saya tidak mempunyai sebarang pemantauan atau kawalan suhu seperti kebanyakan laser saya mahu menyimpan laser di bawah 50C di ruang temp tanpa heatsink yang terlalu besar. Kes 9mm diod ini yang sedikit lebih besar daripada 5.6mm standard akan memindahkan haba sedikit lebih baik. Kes yang paling teruk, jika ruang adalah terhad untuk menampung saiz heatsink yang betul, satu idea untuk mengekalkan suhu laser di bawah 50C adalah untuk mempunyai perisian secara dinamik mengubah tempoh jeda (skrin gelap) antara mesej bergulir atau juga ayat. Satu jenis kawalan kitaran tugas. Untuk ini, anda memerlukan maklum balas suhu.
Apabila diod memanas, penurunan voltan ke hadapan akan dikurangkan dan kuasa hilang akan kurang. Tetapi apabila berurusan dengan julat suhu yang ketat ini kesannya mungkin tidak akan membantu banyak. Jadi tanpa maklum balas suhu, matlamat heatsink adalah cukup besar menghilangkan 6W berterusan dan memastikan suhu dioda laser die di bawah 50C tetapi biarkan haba diri laser untuk mengekalkannya di atas suhu operasi minimum. Suhu operasi ambien perlu ditubuhkan terlebih dahulu.
Untuk prototaip DIY, mendapatkan sesuatu yang bekerja terlebih dahulu datang sebelum kebolehpercayaan. Oleh itu, penstabilan dan kawalan suhu ditinggalkan di dalam senarai dobi. Juga saya tidak pergi sejauh pemesinan heatsink baru, sebaliknya pergi dengan heatsinks yang dijual di ebay untuk 9mm laser.
Perbezaan pancaran Berlian berkualiti tinggi adalah penting. Terdapat semua jenis penyimpangan yang tidak akan kelihatan cantik dengan lensa murah dan paling teruk ada kehilangan kuasa optik rasuk. Juga kanta mestilah dapat menahan kuasa laser tanpa lebur (jika kuasa laser tinggi). Saya memilih lensa Single Element 405-G-2 yang boleh didapati di ebay. Walaupun saya tidak terlalu senang dengannya, terdapat tuntutan bahawa ia adalah yang paling berkesan dalam memindahkan kuasa laser berbanding dengan yang lain. Terdapat banyak perbincangan tentang forum laser mengenai jenis lensa yang digunakan: http: //laserpointerforums.com/f49/405-g2-lens-que … Ebay mempunyai sumber aksesori lain yang besar untuk laser seperti pendakap pendakap dan heatsink untuk kedua-dua diod laser 4.5mm dan 9 mm.
Langkah 4:
Litar Elektrik
Tiga litar diperlukan untuk direka di luar pengawal Arduino: pemandu motor, pengesanan kelajuan motor / kedudukan dan pemacu modulasi laser. Terdapat juga penukar rangsangan dan beberapa pengawal selar linear untuk menstabilkan voltan untuk diod laser dan motor dan membolehkan ia beroperasi dari bateri Lithium 3.3V.
