budo's Web
Hier findet ihr einiges zu meinen Hobbies

Laser-Scanner

Im Internet gibt es viele interessante Seiten zum Thema Laser-Show mit einem Laser-Scanner. Professionelle Laser-Scanner benutzen Galvanometer (Galvos) als optische Ablenkeinrichtung, die aber sehr teuer sind. Galvos sind Drehspulmesswerke mit montierten Spiegel, und lassen eine genaue Positionierung bei sehr hohen Geschwindigkeiten zu.

Aber es sind auch ein paar preisgünstige Alternativen im Internet beschrieben, die ich ausprobieren und ihre Grenzen ausloten möchte. Die Alternativen sind:

- Servos ( oder Schrittmotoren) als Galvos

- Lautsprecher als Galvos

- CD-Laufwerk-Linsen-Mechanismus als Galvo

Diese Alternativen werden aufgrund der fehlenden Geschwindigkeit natürlich keine ganzen Bilder darstellen können, aber eine dynamische Darstellung von Lissajous-Figuren ist auch nicht schlecht.

Laser-Scanner, Prinzip

gp

Ein Laser-Scanner wird üblicherweise mit 2 um 90° versetzte, bewegliche Spiegel gebildet. Das Prinzip der jeweiligen Ablenkung, kann man der nebenstehenden Abbildung entnehmen. Der erste Spiegel sorgt für die X-Ablenkeung (unterschiedliche Farben) und der zweite Spiegel für die Y-Ablenkung (unterschiedliche Linienart). Die dabei abgedeckte Fläche hängt einerseits von den Winkeländerungen der Spiegel und andererseits von der Entfernung der Spiegel zur Projektionsfläche ab. Eine Spiegelwinkeländerung von 1° erzeugt eine Laserwinkeländerung um 2°.

Servo als Galvo

Bei der Verwendung von Servos kann man einen Laser-Scanner mit unterschiedlichem mechanischem Aufbau bauen:

- analog obigem Prinzip mit 2 auf Servos montierten Spiegel

- mit einem auf Servo montierten Spiegel und einem auf Servo direkt montierten Laser

- mit 2 um 90° montierten Servos mit direkt montierten Laser

Ich fange mit dem 3. Aufbau, den 2 um 90° montierten Servos mit direkt montiertem Laser an. Verwendet wurden 2 billige Turnigy TG9e Micro Servos. Das Anschlusskabel entspricht den üblichen Definitionen für Servos, d.h. braun=GND, rot=+4.8 .. 6.0V, gelb=PWM-Signal. Beachtet werden muss dabei, dass die Versorgungsspannung nicht vom Arduino kommt, da der Strom laut einem Bericht im Internet beim Anlaufen bis zu 700mA pro Servo betragen sein kann. Die Grenzwerte der Servo-Library mit 544 und 2600 (anstelle der 1000 / 2000 der Standard-Definition) können direkt verwendet werden.

Der Aufbau erfolgte in Lego-Technik. Der 2. Servo wurde auf die Halterung des 1.Servos geklebt. Der Test mit Laser erfolgte in einem Karton mit aufgelegtem Blatt Papier. Gezeichnet wurden Lissajous Figuren.

Wie erwartet war die Geschwindigkeit der Servos nicht ausreichend um eine ganze Figur für das Auge sichtbar zu malen. Unter den Werten von 40 Positionen pro Sinus-Periode bei 1ms Delay per Position kam der Motor nicht mehr nach. Gemessen wurde ein minimales Delay ohne reduzierte Auslenkung von 80ms bei 30°. Beim einfachsten Bild, einer liegenden 8 war etwa 40% der Kurve für das Auge (und den Fotoapparat) sichtbar.

Da sich an der Geschwindigkeit der Servos nichts ändert, kann auf den Aufbau der anderen Servo-Varianten verzichtet werden.

do

do

Servos mit direkt montiertem Laser

"Laserschutzkarton"

Ihr Browser kann das Objekt leider nicht anzeigen!

Ihr Browser kann das Objekt leider nicht anzeigen!

Einfachste Lissajous-Figur mit 40 Schritten pro Periode und mehreren Wiederholungen. Durch den Abstand zur Zimmerdecke ergeben sich gerade Abschnitte. (Start per Doppelklick auf das Bild.)

Servo-Scanner in Aktion. (Start per Doppelklick auf das Bild.)

Schrittmotor als Galvo

Analog zu den Servos wird bei einem Aufbau mit Schrittmotoren mir einem Geschwindigkeitsproblem gerechnet, so dass auch hier auf den Aufbau verzichtet wird.

Lautsprecher als Galvo

Zur Verwendung von Lautsprechern als Galvos habe ich zuerst einen Test durchgeführt, um den Lautsprecher-Hub zu messen. Verwendet habe ich hierzu einen 4-Ohm-Lautsprecher dessen Konus-Durchmesser etwa 12cm ist, den ich zufälligerweise hatte. Angesteuert wird der Lautsprecher über eine L298N-Brückenschaltung, bei der die 2 getrennten Brücken parallel geschaltet wurden. Der maximale Dauerstrom beträgt damit 4A bei maximal 25 Watt. Die Brückenschaltung, bei der nun Kanal 1 mit 4 und Kanal 2 mit 3 verbunden ist, wird mit PWM in der Amplitude gesteuert. Ein Doppel-Kanal wird mit dem PWM Signal, der andere Doppel-Kanal mit LOW oder HIGH gesteuert. So erhält man am Lautsprecher eine Spannung zwischen ± der Motorspannung. Bei dem etwas zu kleinen Lautsprecher wurde ein Hub von ± 3mm bei einer Motorspannung von 14V gemessen. Ein Bass-Lautsprecher dürfte hier ein besseres Ergebnis liefern.

do

Messaufbau

do

do

L298N-Brückenschaltung

Parallel-Schaltung der beiden Voll-Brücken und deren Steuersignale.

In Planung / Bearbeitung

CD-Laufwerk-Linsen-Mechanismus als Galvo

In Planung / Bearbeitung

do

do


Nach Oben