Zamonaviy ilovalar uchun lazerli koʻrish integratsiyasi

Ko'pchilik lazer nishonlarini faqat o'qotar qurollar uchun mo'ljallangan deb o'ylaydi, ammo texnologiya bu boshlang'ich bozordan tashqariga tarqaldi. Biz 2019-yildan beri lazerni nishonga olish tizimlari bilan ishlamoqdamiz va ilovalar sanoat, tibbiyot va robototexnika sohalarida kengayib bormoqda, bu erda aniqlik muhim ahamiyatga ega.

Asosiy printsip unchalik o'zgarmadi - siz ko'rinadigan yoki infraqizil nurni proyeksiya qilyapsiz, u qayerga biror narsa urilishini yoki asbob qayerga tegishini bildiradi. O'rnatish imkoniyatlari, quvvat talablari va atrof-muhit sharoitlarini hisobga olgan holda, bajarish tezda murakkablashadi.

Crimson Trace o'zining Rail Master seriyasini 2018 yilda chiqardi va bu birliklar 1000G orqaga qaytish zarbasiga bardosh bera oladi. Ushbu spetsifikatsiya sanoat o'rnatish uchun mezon bo'ldi, chunki agar u o'qotar qurolni qaytarishdan omon qolsa, u ishlab chiqarishdagi ko'pgina tebranish muhitlarini boshqara oladi. RM-110 modeli taxminan 280 dollarga (2020-yildan boshlab crimsontrace.com narxi) chakana savdoda ishlagan, bu keskin edi, lekin sizga 5 mVt qizil lazerni berdi, u takroriy ta'sirlardan keyin nolga teng bo'lib qoldi.

Yig'ish liniyasida ishlash uchun biz Streamlight-ning TLR seriyasini chet ellik ishlab chiqaruvchilarning arzonroq variantlari bilan bir qatorda sinab ko'rdik. Haroratning o'zgarishi 50 dollardan past bo'lgan - birliklarning o'z maqsadini 60 F dan 95 F darajagacha bo'lgan haroratlarda 20 futga 3-4 dyuymga siljitadigan qotil edi. Streamlight birliklari (modelga qarab taxminan 180-220 dollar) 2021 yil yozida o'tkazgan sinovimizga ko'ra, ushbu diapazonda 0,5 dyuym ichida nolga teng edi.

Har doim ham bunday barqarorlik darajasi kerak emas. Bu butunlay nima qilayotganingizga bog'liq.

Laser Sight

Bu g‘alati bo‘lib qoladi, chunki tibbiy asboblarni yig‘ish ko‘pincha 2-sinf lazerlarini talab qiladi (FDA qoidalariga ko‘ra - accessdata.fda.gov to‘liq tasnifiga ega), lekin 300-500 mm ish masofasida joylashishni aniqlash aniqligi 0,1 mm dan kam bo‘lishi kerak. Coherent Inc. ushbu xususiyatlarga mos keladigan lazer modullarini ishlab chiqaradi - ularning CUBE seriyasi to'lqin uzunligi va quvvat chiqishiga qarab bir birlik uchun taxminan 400-600 dollar turadi.

O'tgan yili biz 635 nm qizil lazerlarni kateter yig'ish tizimiga birlashtirdik. To'lqin uzunligi odamlarning - 635nm standart lyuminestsent yorug'lik ostida 650 nm dan yaxshiroq ko'rinishini anglaganidan ko'ra muhimroqdir, Laserex texnik hujjatlariga ko'ra, 4 barobar ko'proq ko'rinadi. Narxlardagi farq 15-20% ni tashkil qilishi mumkin, ammo operatorlar 8 soatlik smenalarda moslashtirish tizimidan foydalansa, bunga arziydi.

Yashil lazerlar (odatda 532 nm) inson ko'ziga ko'proq ko'rinadi, bir xil quvvat chiqishida qizildan taxminan 5 baravar ko'p. Ammo ular qimmatroq va batareyalarni tezroq iste'mol qiladilar. Ekvivalent qizil chiqish uchun biz 5 mVt yashil modulda 180 mA va 120 mA da oqim tortishini o'lchadik. Muhim bo'lgan qo'lda ishlatiladigan asboblar uchun. Devor quvvatiga ega statsionar o'rnatishlar uchun byudjet ruxsat etsa, yashil rangdan foydalaning.

ABB Robotics 2017-yilda marjon operatsiyalarini o‘rgatish uchun lazer ko‘rsatkichlarini IRB seriyalariga integratsiyalashni boshladi. Texniklarga jonli operatsiyalarsiz robot yo'llarini tasavvur qilishni osonlashtirdi. Ular ishlatgan lazer modullari hech qanday ajoyib narsa emas edi -, asosan, amortizatorni yaxshiroq o'rnatish va IP67 standarti bo'lgan korpuslari bilan qayta qadoqlangan tijorat bloklari.

Fanuc oʻzining CRX hamkorlikdagi robotlari bilan boshqacha yondashuvni qoʻlladi, lazer emitentini asbob gardishiga oʻrnatdi va undan xavfsizlik zonasini vizualizatsiya qilish uchun ishlatdi. Ularning tizimi oxirgi effektor bilan harakatlanadigan 10-15 mm diametrli nuqtani loyihalashtiradi. Quvvat iste'moli taxminan 2 Vt uzluksiz ishlaydi, bu to'g'ridan-to'g'ri asbob quvvat byudjetidan chiqadi. Tutqichlarni yoki boshqa so'nggi effektlarni belgilashda buni hisobga olishingiz kerak.

Universal Robots standart sifatida lazerli nishonlarni o‘z ichiga olmaydi, lekin ularning UR+ ekotizimida bir nechta uchinchi tomon-opsiyalari mavjud. Robotiq bilak kamerasi ba'zan chuqurlikni o'lchash uchun koaksial lazer bilan birlashtiriladi, ammo bu oddiy nishonga olishdan ko'ra tizimli yorug'lik hududiga kiradi.

Qurilish lazer darajalari butunlay boshqa toifadir, ammo eslatib o'tish kerak. Boschning GLL seriyasi va Dewaltning DW088 ikkalasi ham nuqta o‘rniga 2-sinf lazerlari va loyiha chiziqlaridan foydalanadi. DW088 150 dollar atrofida ishlaydi va 30 futda ± 1/8 dyuymgacha aniq perpendikulyar chiziqlarni uradi (dewalt.com spetsifikatsiya varag'i). Bu narsalar etarlicha arzonlashdiki, ular maket ishlari uchun kichik do'kon muhitlarida paydo bo'ldi.

Batareyaning ishlash muddatini hisoblash chigallashadi, chunki lazer diodining samaradorligi haroratga qarab o'zgaradi. Oddiy qizil lazer diodasi 15{4}}20% samarali bo'lishi mumkin, ya'ni kirish quvvatining 80-85% issiqlikka aylanadi. Shuning uchun uzluksiz ishlaydigan qurilmalar, hatto past quvvatli modullar uchun ham issiqlikni qabul qilishni talab qiladi.

Biz 3,3V - da 90 mA ni tortadigan 5 mVt qizil lazer modulini o'lchadik, bu 5 mVt chiqish uchun taxminan 300 mVt kirish, shuning uchun taxminan 17% samaradorlik. Buni CR123A batareyasidan (3V da 1500 mA/soat sig‘im) ishga tushirish sizga 16-17 soat nazariy ish vaqtini beradi, ammo amalda siz 12-14 soatga yaqinroq vaqtni ko‘rasiz, chunki yuk ostida batareya quvvati pasayadi.

O'rnatishning o'zi biz dala o'rnatishlarida ko'rgan muammolarning yarmini keltirib chiqaradi. M3 o'rnatish teshiklari standartdir, lekin ipning chuqurligi ishlab chiqaruvchilar orasida farq qiladi. Ba'zi Xitoy modullari M3x0,5 iplarni 4 mm chuqurlikda, boshqalari esa 6 mm chuqurlikda. Ahamiyatsiz tuyuladi, lekin siz 3 mm alyuminiy plastinka orqali to'g'ri ip bilan o'rnatmoqchi bo'lganingizda, bu 2 mm farq standart murvatdan foydalanishingiz yoki moslashtirilgan uskunaga muhtojligingizni aniqlaydi.

Surefire o'zining X400 qurol chiroqlarida xususiy temir yo'l tutqich tizimidan foydalanadi, u T-slot alyuminiy ekstruziyasiga sanoat o'rnatish uchun ham juda yaxshi ishlaydi. Siqish kuchi sozlanishi va ip momentiga tayanmaydi, bu esa yuqori tebranish muhitida nolni saqlashga yordam beradi-. Birliklar taxminan 600 dollar turadi, lekin abadiy davom etadi. Bizda 2018-yildan beri batareykalarni almashtirishdan tashqari hech qanday texnik xizmat ko‘rsatilmagan holda ishlayapmiz.

Laser Sight

IQ lazerlari (odatda 850 nm yoki 940 nm to'lqin uzunligi) kamera sensorlarida ko'rinadi, lekin inson ko'ziga emas. Ko'rinadigan yorug'likning operatorning ko'rish chiziqlariga xalaqit berishini istamasangiz, mashina ko'rish ilovalari uchun foydalidir. Edmund Optics standart sanoat kameralari bilan birlashtirilgan 200-300 dollar atrofida 850nm modullarni sotadi. Basler ace seriyali kameralari ushbu diapazonda yaxshi sezgirlikka ega - ularning acA1920-40gm modeli har bir ma'lumot varag'ida 850nm da 50% kvant samaradorligini ko'rsatadi (baslerweb.com).

940nm yanada ko'rinmas bo'lib ketadi, lekin kamera sezgirligi pasayadi. Ko'pgina kremniy sensorlari 940 nm da 30% QE ga va 850 nm da 50% ga ega, shuning uchun siz yaxshiroq yashirinish uchun signaldan voz kechasiz. Insonning ko'rinadigan yorug'ligi haqiqatan ham muammo-bo'lsagina bunga arziydi.

Optik tizimlar uchun lazerli hizalama asboblari ba'zan IR dan foydalanadi, chunki ular ko'rinadigan adashgan yorug'lik muammoga olib keladigan muhitda ishlaydi. Newport korporatsiyasining IR tekislash lazerlari 800-1200 dollar turadi, lekin sizga sozlanishi quvvat chiqishi va arzon modullarga qaraganda yaxshiroq nur sifatini beradi. M² qiymatlari tijorat birliklari uchun 1,1 dan 1,3-1,5 gacha. Bu kichik diafragmalarga ulanishga yoki uzoq masofalarda kolimatsiyani saqlab qolishga harakat qilayotganingizda muhimdir.

Ilova talab qilmasa, biz ulardan foydalanmaymiz. Narx tez qo'shiladi.

"5 mVt lazer ko'rsatkichi" 0,5 milliradiandan 1,5 milliradiangacha bo'lgan har qanday joyda nurlanish farqiga ega bo'lishi mumkin. 10 metrda bu 5 mm nuqta va 15 mm nuqta o'rtasidagi farq. Ishlab chiqaruvchilar buni ba'zida aniqlaydilar, ba'zan esa yo'q.

Amazonning arzon yashil lazerlari odatda 1,2-1,5 mrad farq qiladi. Biz oddiy o'rnatish bilan bir nechta birliklarni o'lchadik - belgilangan masofadagi lazer, oq nishon, kaliperlar bilan nuqta diametrini o'lchash. Aniq NIST kuzatilmaydi, lekin dastur ishlashi uchun etarli. CNI yoki Laserglow Technologies kompaniyasining qimmatroq DPSS yashil lazerlari odatda yaxshi dumaloq nur profillari bilan 1,0 mrad ostida keladi.

Kichkina nishonlarni urishga harakat qilayotganingizda nur profili muhim ahamiyatga ega. Gauss nuri sizga asta-sekin aylanish bilan toza markaziy nuqta beradi. Arzonroq diodli lazerlar ba'zan elliptik yoki tartibsiz profillarga ega bo'lib, aniq nishonni qiyinlashtiradi. Buni bilishning yagona yo‘li - ishlab chiqaruvchining texnik varaqasiga ishonish (nomisiz{3}}xavfli) yoki o‘zingizni sinab ko‘ring.

Jarrohlik asboblarini moslashtirish uchun biz maksimal 0,6 mrad divergentsiyani aniqladik, chunki ish masofasi 400 mm va maqsad o'lchami 2 mm diametr edi. Bu sizga biroz chayqalish imkonini beradi, lekin unchalik emas. Aniqroq farqlash uchun xarajat ustasi standart sanoat modullariga nisbatan taxminan 40% ni tashkil etdi.

Biz lazerli moslama tizimlarini avtomatlashtirilgan asboblarni sozlash uchun CNC tegirmoniga joylashtirdik. To'g'ridan-to'g'ri - lazerni shpindel korpusiga o'rnatish, nurni belgilangan mos yozuvlar nishoniga loyihalash, har bir asbob o'zgarishidan oldin chetlanishni o'lchash. Sinovda yaxshi ishladi, ishlab chiqarishda muvaffaqiyatsizlikka uchradi, chunki kesish suyuqligi 2 hafta ichida lazer oynasini buzdi. Dizayn bosqichida hech kim bu haqda o'ylamagan.

Eritma lazer diafragma bo'ylab doimiy havo oqimini ushlab turadigan siqilgan havoni tozalash nozulini qo'shdi. Qismlarga 45 dollar va har bir mashina uchun 2 soat o'rnatish vaqti qo'shildi. Asl dizaynda bo'lishi kerak edi.

Haroratni qoplash - odamlarni tishlaydigan yana bir narsa. Biz 65 darajadan F dan 140 daraja F gacha ishlaydigan kompozit joylashtirish vositasi uchun lazer joylashishni aniqlash tizimini aniqladik. Lazer moduli ishlab chiqaruvchisi ularning birligi 140 daraja F ga baholanganligini aytdi, lekin nol siljish faqat 120 gradus F ga kafolatlanganligini aytmadi. Bundan tashqari, o'rnatish braketining termal kengayishi 060 ga ko'tarildi. oyoq. Layup toleranslari uchun mutlaqo qabul qilinishi mumkin emas.

Boshqa ishlab chiqaruvchiga (Laser Components DG GmbH, ularning FP seriyasi) o'tish yakunlandi, u aniq haroratni qoplash ma'lumotlarini taqdim etadi. Narxi shunga o'xshash edi, har bir modul uchun 380 dollar atrofida edi, lekin ular aslida bizni qiziqtirgan xatti-harakatlarni sinab ko'rdi va hujjatlashtirdi.

Laser Sight

Lazerli koʻrish qurilmasi mahsulotga oʻrnatilgan-hajmli ishlab chiqarish uchun, baʼzida tayyor modulni xarid qilish oʻrniga toʻgʻridan-toʻgʻri xom diod va drayver sxemasini oʻrnatasiz. Biz buni tibbiy qurilma uchun qildik, unga 3 mVt qizil lazer - kerak bo'lgan Osram PLT{4}} diodlarini 1000 ta miqdorda sotib oldik, ularning har biri taxminan 4,20 dollarni tashkil etdi (osram.com 2023 distribyutorlar uchun narx), shuningdek, haydovchi IC va passivlar uchun yana 2-3 dollar. To'liq modullarning har biri 25-40 dollar turadi, shuning uchun DIY ovoz balandligida mantiqiy edi.

Salbiy tomoni shundaki, siz o'zingizning optik dizayningiz, radiatorlar, drayverlarning sxemalarini tekshirish va ishonchlilik sinovlarini o'tkazasiz. FDA taqdim etishni talab qiladigan tibbiy asbobga kiradigan narsa uchun bu katta muhandislik ishi. Biz loyihalash va tekshirishga jami 200 soat vaqt sarfladik, ammo ishlab chiqarish jarayonida komponentlar narxidan taxminan 18 000 AQSh dollarini tejadik. Narxi 1000+ birlik, 500 birlikdan kam emas.

Kollimatsiya optikasi - bu qiyin qism. Yalang'och dioddan yaxshi nur sifatini olish uchun sizga asferik linza yoki ko'p elementli tizim- kerak bo'ladi. Edmund Optics lazerli kollimatsiya uchun asferik linzalarni NA va diametriga qarab 25-50 dollardan sotadi. Ammo yaxshi kolimatsiyaga erishish uchun diod va linzalar orasidagi aniq masofa, odatda 0,05 mm ichida bo'lishi kerak. Bu korpusni nozik ishlov berish yoki qulflash bilan sozlash vintlarini anglatadi.

Ba'zi ishlab chiqaruvchilar bu muammoni{0}}kollimatsiyalangan diod modullari yordamida hal qilmoqdalar. Thorlabs o'zining CPS seriyasiga ega bo'lib, ular diod, drayver va yig'ish optikalarini ixcham TO-to'plamida birlashtiradi. Har bir birlik uchun taxminan 80-120 dollar, bu tayyor lazer ko'rsatkichlaridan arzonroq va sizga ko'proq dizayn moslashuvchanligini beradi.

Nima uchun ko'proq odamlar ularni o'rnatilgan ilovalar uchun ishlatmasligini bilmayman. Ular mexanik bardoshlik muammolarining ko'p qismini hal qiladilar, shu bilan birga o'rtacha hajmlarda xarajatlarni oqilona ushlab turadilar.

1-5 mVt diapazondagi portativ lazer modullari uchun,lityum CR1/3N batareyahayratlanarli darajada yaxshi ishlaydi. Ular jismonan kichkina, lekin 3V da 170 mA/soat sig‘imga ega, odatdagi qizil lazer modullarida 8-10 soat ishlash uchun yetarli. Biz ularni AA batareyalari juda katta bo'lgan qo'lda tekislash asboblarida ishlatganmiz. Xarajat har bir hujayra uchun taxminan 2-3 dollarni tashkil qiladi va saqlash muddati 10+ yil, bu zaxira inventar uchun muhimdir.