>>>>

Професійний проектор лазерних ефектів.

оригінал статті https://elm-chan.org/works/vlp/pre/ .

Приношу найглибші вибачення, за деякі помилки, у зв'язку зі складністю перекладу з японської мови.

Я думаю, що все бачили Лазерні Ефекти, які застосовують на дискотеках або музичних фестивалях, концертах. Лазерні ефекти діляться на дві категорії. Перший - Ефект Луча, він демонструє лазерні промені, що рухаються в повітрі. Другий - Ефект Екрану, він показує лазерну графіку, від якої потерпають як на екрані, завдяки швидким рухам лазерної точки. Перший ефект краще на дискотеці, він краще, ніж другий. Ефект променя дуже захоплюючий. Лазерне обладнання, яке працює в лазерному шоу, називають Лазерним Проектором.

У цьому проекті, я пропоную вам побудувати професійний лазерний проектор. Найважливіший компонент, який використовується для лазерних проекторів, є сам лазер. OH-NE лазер використовувався в перші роки, був різнокольоровий змішаний газовий лазер - складне і ємне пристрій. В даний час використовується для високоякісного лазерного проектора - твердотільний лазер. У моєму проекті я застосував твердотільний лазер, який був куплений у компанії Kyoritsu Denshi.

Що в лазерному проекторі

В основному лазерні проектори використовуються для індустрії розваг. Більшість високоякісних лазерних проекторів виготовлено на замовлення, і деякі функції - включене відповідність, від якого затребуваний тип ефекту. Малюнок 1 показує оптичну діаграму функції типового лазерного проектора. Здається, що у готових лазерних проекторів є тільки сканер XY, який може використовуватися для більшості пересічних ефектів. У цьому проекті я вибрав тільки сканер XY і прагнув проектувати точну лазерну графіку і мультиплікації як мета.

Мал. 1 Оптичний стіл типового лазерного проектора

лазер

У минулі часи, червоні OH-NE лазери використовувалися для лазерного мистецтва. Газовий лазер - дуже низько ефективний і складний у використанні. Компактні, з високою продуктивністю і зручні твердотільні лазери, такі як напівпровідниковий лазер і лазер DPSS, збільшують можливості і давно з'явилися на ринку лазерного художнього обладнання. Основні кольори твердотільного лазера в даний час червоний, зелений і синій.

Гаситель і модулятор

Механізм гасіння перериває будь непотрібний лазерний промінь. Більшість газових лазерів вимагає цього механізму перед лазерним вікном проектування, тому що газовий лазер не може бути швидко модельованій з високою вихідною потужністю. Гальванометр використовується для механізму гасіння в якості приводу головок, щоб переміщати переривник. Для різнобарвною системи, такої як змішано-газовий лазер, оптичний модулятор, під назвою PCAOM, використовується, щоб управляти кожним кольоровим бар'єром. Механічне гасіння крім стулки безпеки часто опускається на лазерному проекторі, використовуючи PCAOM або твердотільні лазери, які можуть бути модельованій безпосередньо.

Перемикач / Виконавчий елемент променя

Перемикач променя - механізм, який подає лазерний промінь на відібраний виконавчий елемент, і виконавчий елемент перериває лазерний промінь будь-яким оптичним фільтром. Оскільки переключення швидкості і точності особливо не потрібно, гальванометри, крокові двигуни і соленоїди використовуються, щоб перемістити оптику. Оптичний фільтр, який використовується для виконавчого елемента, повинен поширити лазерний промінь. Лазерний промінь пройшов через виконавчий елемент, створює розплескати промені як ефект променя і абстрактний зразок як ефект екрану.

XY scanner

Сканер XY - найголовніший компонент, який може управляти вектором променя за бажанням. Малюнок 2 показує принцип сканера XY. Два гальванометра встановлені ортогонально вступнику лазерному променю, який відображений віссю X (дзеркало гальванометра відображає промінь на вісь Y), дзеркало гальванометра по осі Y відображає промінь в надане простір. Управління променя може бути визначено комбінацією кута відхилення двох дзеркал. Побачений лазерний промінь створює лазерні листи або тунель як ефект променя, або тягне лазерну графіку на екрані. Для ефекту екрану, особливо потрібна швидкість роботи сканера XY для хорошої якості зображення. Тільки гальванометр зі зворотним зв'язком використовується для ефекту екрану, і для простої абстрактної графіки. Використовуються гальванометри з розімкненим контуром і резонансні.

Мал. 2 XY сканер

інші компоненти

Компоненти крім оптики, пояснене вище, є:

- драйвером сканера,

- лазерним електроживленням,

- лазерною системою охолодження,

- пульт керування.

Лазерний проектор складається з цих компонентів.

модернізація лазера

Я купив зелений лазерний модуль в Kyoritsu Denshi (532nm / 5mW DPSS). Можна підвищити вихідну потужність лазера в кілька разів, ніж номінальна, звичайно це поза гарантії. В результаті з 15 мВт, можна підвищити потужність до 20 мВт з нехитрими доробками. Увага! Це означає, що лазерний модуль не повинен бути модернізований без знань основ безпеки роботи з лазером.

Використовується лазерний модуль для дешевого лазерного покажчика. Для збільшення потужності і захисту від перегріву, я побудував лазерну одиницю з температурним контролем і зовнішньої модуляцією. На фотографії 2 готовий зелений лазер.

Фото 2 Температурний контролер

Оскільки точність температурного контролю не потрібно, використовується нескладний контроль. MCU читає опір термістора разом з лазерним модулем, перетворюючи його в температуру. Необхідно встановити різницю між температурою модуля і температурою врегулювання. Якщо температура пристрою зчитана через MCU буде вище, пристрій відключиться, щоб захистити лазерний модуль, коли температура модуля поза врегулювання.

Виготовлення сканерів - гальванометрів

Я шукав існуючий проект при виготовленні гальванометрів зі зворотним зв'язком, однак я не міг знайти нічого подібного в мережі. Велика частина зроблених в домашніх умовах сканерів, зроблена з спікера без зворотного зв'язку. Здається, що ніхто навіть не намагався побудувати гальванометр зі зворотним зв'язком. Я був змушений почати проект з нуля, і я зміг побудувати гальванометр зі зворотним зв'язком, що дало мені можливість експериментувати. Я вважаю, що цей звіт допоможе бажаючим повторити подібний проект.

Що таке гальванометр?

Гальванометр - один з електричних приладів, використовуваних, щоб виявити маленький струм, його схематичний символ (G). Коли виявляють дуже маленький струм, гальванометр відхиляє стрілку по шкалі - вказуючи струм, якщо замінити стрілку маленьким дзеркалом з джерелом світла - вийде необхідний нам прилад. У гальванометра є дуже тонкий ротор, щоб мінімізувати інерцію ротора для швидкого руху. Рухома котушка замінена високим жорстким ротором, таким як рухомий магніт і рухається залізо, і котушка арматури переміщена в статор, щоб збільшити теплову віддачу. Ця структуру можна назвати "Серводвигун", а не гальванометр.

Контроль зі зворотним зв'язком

У шахті гальванометра з розімкненим контуром, знаходяться обмотки електромагніту, між якими рухається ротор, балансуючи між виробленим обертовим моментом ротора і зупиняє момент обертання обмотки. Це - такий же самий принцип як і в традиційному гальванометрі. Цим можна управляти односторонньо, ротор рухається в положення, що пропорційно току котушки. Однак, смуга пропускання контролю розімкнутого контуру гальванометра обмежена, тому що цього визначили резонансну частоту інерція ротора і константа обмотки ел. магніту.

В контролі зі зворотним зв'язком положення ротора виявляється датчиком положення, який дозволяє відстежити і управляти положенням ротора. Це також називають контролем, або зворотним зв'язком, або контролем сервомотора. Це може поліпшити швидкість перегляду і точність в порівнянні з контролем розімкнутого контуру (рисунок 3). Підвищується ефективність управління, тому що немає втрати потужності через електромагнітних обмоток. Однак, контроль зі зворотним зв'язком вимагає додаткових коштів для придбання датчика положення, підсилювача сервомотора і драйверів. Цей проект допоможе виготовити гальванометр зі зворотним зв'язком, яким можна керувати.

Мал. 3

Датчик положення

Датчик положення - найбільш значна деталь контролю зі зворотним зв'язком, існують кілька варіантів, такий як оптичний (світлочутливі пристрій), електромагнітний пристрій і напівпровідниковий пристрій (потенціометр). Я вибрав простий ємнісний метод, який використовує принцип, коли напруга змінного струму застосовано до електричного конденсатора, пропорційно ємності. Його структура подібна до налаштування конденсатора, що використовується в радіо. У практичному виробі заземлений один електрод, тому що це - зручніше, з міркувань необхідних до спрощення проектування схем, коли вимірюється конденсаторний ток в такій структурі.

Схематично, це показано в малюнку 4a, компонент DC, позначений стрілками, відкриває поточний шлях DC як показано в малюнку 4b, змінений компонент DC буде виявленим гальванометром (G). Фактично зміна ємності дуже невелике, і воно не буде виявлено стійко через паразитної ємності і перешкод. Малюнок 4c показує схематично, що використовується в практичному виробі. До двох відмінних електродів і діодів, підключаються в протилежної полярності один одного. Сума зміненого струму стає відмінністю між ними, будь-яка точність афектів фактора може бути змінена, і це може бути виявлено більш стійко. У цьому числі, коли рухомий електрод рушить в ліве, позитивне напруга, з'явиться в Vo, і навпаки. Датчик положення, побудований в цьому проекті, змінює різницю ємності pF в повному масштабі (механічне відхилення на 90 °), і може бути отримана достатня зміна вихідної напруги.

Мал. 4

Виготовлення деталей і збірка

Фотографія 3 - основні частини гальванометра:

1. Основна Структура. Макетні плати належного розміру, металеві стійки з направляючими, і гвинти скріплюють макетні плати - корпус гальванометра.

2. Статор. UEW (уретан емаліруемий провід) в діаметрі 0.3 мм, дві котушки по 60 витків на підготовленої оправці.

3. Шарикопідшипники. OD = 5, ID = 2, L = 2.5

4. Рухомий магнітний ротор. Твердий ротор - не гнеться стрижень, у запобігання резонансу. Стрижень виготовлений з вуглецевої сталі і отриманий від старого двигуна (D = 2, L = 45), і неодимові магніти витягнуті з розібраних жорстких дисків. Магніти обрізані і приварені до стрижня. Ротор має бути тонкою і легкою, для мінімізації можливої ​​інерції.

5. Рухомий приймач струму. Виготовлений з склотекстоліти (D = 8, t = 0.2). Робочий кутовий діапазон становить 90 °, сформований у вигляді метелика, і 180 ° в півмісяці, що досить для сканера гальванометра.

6. Електрод статора. Також виготовлений з склотекстоліти і розділений на чотири сектори.

фото 3

На фотографії 4 показано крупним планом побудова гальванометра.

1. Дві котушки статора поміщені і встановлені як оточення магніту ротора. Я не міг встановити точніше ядро ​​статора так, щоб уникнути непотрібного крутного моменту. Але і в даному випадку, постійний крутний момент досить маленький, 2.5mN-m / A

2. З боку статора, тонкий дріт (бронза, 0.4мм) притискає стрижень і дає можливість рухатися електроду, потрібно виставити тиск так, щоб усунути вібрацію. Контактний центр повинен бути в центрі стержня, щоб мінімізувати тертя, або це викличе помилку гистерезиса. Трохи токопроводящей мастила збільшує провідність і стабільність.

3. Сторона ротора. Ротор - з'єднання позаду нього, електроди прив'язані до стрижня з струмопровідних лаком. Проміжок між ротором і статором повинен бути найбільш точним і паралельним, інакше чутливість і лінійність буде гірше.

4. Дзеркало. Вирізано з шматка дзеркала, і прикріплено до направляючої, зробленої з алюмінієвого прута (D = 5).

Виготовлення підсилювачів сервомотора

На малюнку 5 зображена блок-схема підсилювача сервомотора для цього проекту. В системі сервомотора використовується положення затримки об'єкта, яким керують. Спосіб управління для гальванометра зі зворотним зв'язком - компенсація затримки поточної швидкості і для кожного швидкісного положення зроблений окремо. I -контроль опущений, тому що він може торкнутися стабільність сервомотора.

Мал. 5 Діаграма експлуатації сервомотора (спрощена)

Особливості датчика положення

Малюнок 6. PD out і положення ротораPD out і крутний момент

Електрод статора датчика положення розділений на чотири сектори, і робочий кутовий діапазон стає ± 45 ° як показано на малюнку 6. Система сервомотора відзначена в фарбованої області, що показує полярність крутного моменту ротора і PD out. Сіра область говорить про неправильному положенні, але коли застосовують контроль сканера з командою положення центру, ротор завжди повертається в центральне положення. Нормальний операційний діапазон встановлений в ± 20 ° (оптичне відхилення на ± 40 °) що досить для сканерів гальванометра.

Це - виготовлення підсилювача сервомотора і діаграма кругообігу. Це - простий і звичайний кругообіг операційного підсилювача, немає нічого важкого. Однак, підсилювач потужності і маленький підсилювач сигналу синхронні. Ви повинні бути уважні в виготовленні інакше, ви будете засмучені спотворенням або нестійкістю, і робота сервомотора буде обмежена.

Підсилювач сервомотора вимагає харчування ± 20 В. Це не складно за допомогою простого конвертера DC-DC, що живиться від + 12аккумулятора.

Коливання, є наслідком використання підсилювача сервоприводу. Це актуально, і не повинно бути проблемою, однак, вихідна напруга живлення потрібно встановити (намотати) індуктивність. Напруга харчування повинно бути високим і по можливості мінімізувати цей ефект. Падіння напруги в струмі, при високій продуктивності також не припустимо. Це відбувається через обмеження струму LM675, велика потужність струму, така як у LM12, могла б бути краще, ніж LM675. Однак, такий сильний струм може спалити котушку гальванометра від навантаження або коливань, так що необхідно встановити радіатор для відводу тепла від гальванометра.

виготовлення контролера

Лазерний контролер повинен зробити два векторних сигналу (± 1V аналог) для гальванометра і сигналу гасіння (TTL), щоб модельованій лазерний ефект. Ці сигнали будуть проведені за допомогою мікроконтролера, і простим адаптером D / A, доданому до паралельного порту PC. У цьому проекті я проектував і побудував нову плату контролера, щоб мінімізувати розмір контролера. Малюнок 7 показує блок-схему для плати контролера, і діаграма кругообігу доступна в технічних примітках. Диспетчер тільки виробляє векторні дані зі збереженою структурою, і більше немає контролю. Це не пояснює кожну функцію плати контролера і її програмованого обладнання, тому що у Вас повинно бути знання, щоб проектувати лазерний контролер, якщо Ви збираєтеся побудувати гальванометр.

Мал. 7 Блок діаграма контролера

Інструменти створення структури

Оскільки графічні дані, які використовуються в лазерному проекторі, є базуються вектором, що не растрові, що генерують графічні інструменти не можуть використовуватися, щоб створити дані про структуру. Необхідний графічний інструмент, щоб створити векторні структури. Є деякі лазерні інструменти для створення векторної графіки, але вони занадто дорогі для використання в хобі або тимчасового проекту, таким чином, я розвинув простий векторний інструмент. Це - безкоштовне програмне забезпечення і є в технічних примітках. Исходник, щоб перетворити файл структури ild в csv файл включений також.

результат

Побудований лазерний проектор

Всі компоненти встановлені на підставі 240 × 150 × 5 мм., З алюмінію.

Робота від акумулятора

Лазерний проектор включаючи батарею і PSU може бути упакований в дипломаті.

Буду радий за допомогу, і виправлення технічних помилок!

файли:
Опис проекту
Схеми, програма, довідкова інформація
Відео роботи приладу
Відео роботи приладу
Додаткові матеріали

Всі питання в Форум .