Lasersig-integrasie vir moderne toepassings

Die meeste mense dink laservisiere is net vir vuurwapens, maar die tegnologie het ver verder as daardie aanvanklike mark versprei. Ons werk sedert 2019 met laserrigstelsels, en die toepassings brei steeds uit na industriële, mediese en robotika-sektore waar presisie-aanwysing belangrik is.

Die basiese beginsel het nie veel verander nie - jy projekteer 'n sigbare of IR-straal wat aandui waar iets sal tref of waar 'n instrument sal inskakel. Maar die uitvoering word vinnig ingewikkeld as u monteeropsies, kragvereistes en omgewingstoestande in ag neem.

Crimson Trace het hul Rail Master-reeks in 2018 vrygestel, en daardie eenhede kon 1000G se terugslagskok hanteer. Daardie spesifikasie het 'n maatstaf vir industriële montering geword, want as dit vuurwapen-terugslag oorleef, sal dit die meeste vibrasie-omgewings in vervaardiging hanteer. Die RM-110-model het ongeveer $280 kleinhandel gehardloop (crimsontrace.com-pryse vanaf 2020), wat steil was, maar vir jou 'n rooi laser van 5mW gegee het wat nul gebly het ná herhaalde impakte.

Vir monteerlynwerk het ons Streamlight se TLR-reeks getoets saam met 'n paar goedkoper opsies van oorsese vervaardigers. Temperatuurverskuiwing was die moordende --eenhede wat minder as $50 kos, sou hul mikpunt met 3-4 duim teen 20 voet verskuif wanneer hulle van 60 grade F na 95 grade F winkelvloertempe. Die Streamlight-eenhede (ongeveer $180-220, afhangend van model) het nul gehou binne 0,5 duim oor daardie reeks volgens ons banktoetsing in die somer 2021.

Jy het egter nie altyd daardie vlak van stabiliteit nodig nie. Hang heeltemal af van wat jy doen.

Laser Sight

Dit raak vreemd omdat mediese toestelsamestelling dikwels Klas 2-lasers vereis (onder 1mW-uitset volgens FDA-regulasies - accessdata.fda.gov het die volledige klassifikasies), maar vereis posisioneringsakkuraatheid onder 0.1mm by werkafstande van 300-500mm. Coherent Inc. maak lasermodules wat daardie spesifikasies tref - hul CUBE-reeks kos sowat $400-600 per eenheid, afhangende van golflengte en kraguitset.

Ons het verlede jaar 'n paar 635nm rooi lasers in 'n kateter-samestellingstelsel geïntegreer. Die golflengte maak meer saak as wat mense besef - 635nm wys veel beter as 650nm onder tipiese fluoresserende beligting, iets soos 4x meer sigbaar volgens Laserex se tegniese dokumentasie. Die kosteverskil is miskien 15-20%, maar die moeite werd wanneer operateurs die belyningstelsel vir 8-uur skofte gebruik.

Groen lasers (gewoonlik 532nm) is selfs meer sigbaar vir menslike oë, ongeveer 5 keer meer as rooi by dieselfde kraglewering. Maar hulle kos meer en eet batterye vinniger. Ons het stroomtrekking gemeet op 'n 5mW groen module by 180mA teenoor 120mA vir ekwivalente rooi uitset. Vir handgereedskap wat saak maak. Vir vaste installasies met muurkrag, gebruik groen as die begroting dit toelaat.

ABB Robotics het omstreeks 2017 begin om laserwysers in hul IRB-reeks te integreer vir die onderrig van hanger-operasies. Het dit vir tegnici baie makliker gemaak om robotpaaie te visualiseer sonder om lewendige bedrywighede uit te voer. Die lasermodules wat hulle gebruik het, was niks fancy nie - basies herverpakte kommersiële eenhede met beter skokmontering en IP67-gegradeerde omhulsels.

Fanuc het 'n ander benadering gevolg met hul CRX-samewerkende robotte, deur die laserstraler in die gereedskapflens te plaas en dit vir veiligheidssone-visualisering te gebruik. Hul stelsel projekteer 'n 10-15 mm deursnee kol wat saam met die eindeffektor beweeg. Kragverbruik loop ongeveer 2W aanhoudend, wat direk uit die gereedskapkragbegroting kom. Jy moet daarvoor rekening hou wanneer jy grippers of ander eindeffektors spesifiseer.

Universal Robots sluit nie laservisiere as standaard in nie, maar hul UR+-ekosisteem het verskeie-derdeparty-opsies. Die Robotiq-polskamera word soms met 'n koaksiale laser gepaard vir dieptemeting, alhoewel dit in gestruktureerde ligte gebied kom eerder as eenvoudige mik.

Konstruksie laser vlakke is 'n heel ander kategorie, maar die moeite werd om te noem. Bosch se GLL-reeks en Dewalt se DW088 gebruik albei klas 2-lasers en projeklyne in plaas van kolletjies. Die DW088 loop ongeveer $150 en gooi loodregte lyne akkuraat tot ±1/8 duim op 30 voet (dewalt.com spesifikasieblad). Hierdie goed het goedkoop genoeg geword dat hulle in klein winkelomgewings verskyn vir uitlegwerk.

Batteryleeftydberekeninge raak morsig omdat laserdiodedoeltreffendheid wissel met temperatuur. 'n Tipiese rooi laserdiode kan 15-20% doeltreffend wees, wat beteken dat 80-85% van insetkrag hitte word. Dit is hoekom deurlopende-diens installasies hittesink nodig het, selfs vir lae krag modules.

Ons het 'n 5mW rooi lasermodule gemeet wat 90mA trek by 3.3V - dit is ongeveer 300mW inset vir 5mW uitset, dus ongeveer 17% doeltreffendheid. Deur dit op 'n CR123A-battery (1500mAh-kapasiteit by 3V) te laat loop, gee jy 'n teoretiese looptyd van 16-17 uur, maar jy sal meer soos 12-14 uur in die praktyk sien, want batteryspanning daal onder las.

Die montering self veroorsaak die helfte van die probleme wat ons in veldinstallasies sien. M3-monteergate is standaard, maar skroefdiepte verskil tussen vervaardigers. Sommige Chinese modules spesifiseer M3x0.5 drade op 4 mm diep, ander gaan 6 mm diep. Klink triviaal, maar wanneer jy probeer om deur 'n 3mm aluminiumplaat met behoorlike skroefdraadkoppeling te monteer, bepaal daardie 2mm verskil of jy 'n standaardbout kan gebruik of pasgemaakte hardeware benodig.

Surefire gebruik 'n eie spoorgrypstelsel op hul X400-wapenligte wat ook uitstekend werk vir industriële montering aan T-gleuf-aluminium-ekstrudering. Die klemkrag is verstelbaar en maak nie staat op draadwringkrag nie, wat help om nul in hoë-vibrasieomgewings te handhaaf. Eenhede kos sowat $600, maar hou vir ewig. Ons het 'n bietjie aan die gang sedert 2018 met geen instandhouding meer as batteryruilings nie.

Laser Sight

IR-lasers (gewoonlik 850nm of 940nm golflengtes) verskyn op kamerasensors, maar nie vir menslike oë nie. Nuttig vir masjienvisie-toepassings waar jy nie wil hê dat sigbare lig met die siglyne van die operateur inmeng nie. Edmund Optics verkoop 850nm-modules rondom $200-300 wat saam met standaard industriële kameras pas. Die Basler ace-reeks-kameras het goeie sensitiwiteit in daardie reeks - hul acA1920-40gm-model toon 50% kwantumdoeltreffendheid by 850nm volgens die datablad (baslerweb.com).

940nm word selfs meer onsigbaar, maar kamerasensitiwiteit neem af. Die meeste silikonsensors het miskien 30% QE by 940nm teenoor 50% by 850nm, so jy gee sein vir beter geheimsinnigheid. Net die moeite werd as menslike-sigbare lig werklik 'n probleem is.

Laserbelyningsgereedskap vir optiese stelsels gebruik soms IR omdat hulle in omgewings werk waar sigbare verdwaalde lig probleme veroorsaak. Newport Corporation se IR-belyningslasers loop $800-1200, maar gee jou verstelbare kraguitset en beter straalkwaliteit as goedkoop modules. M²-waardes onder 1,1 teenoor 1,3-1,5 vir kommersiële eenhede. Dit maak saak wanneer jy probeer om in klein openinge te koppel of kollimasie oor lang afstande te handhaaf.

Ons gebruik dit nie tensy die toepassing dit egter vereis nie. Koste tel vinnig op.

'n "5mW laserwyser" kan straaldivergensie enigiets van 0,5 milliradiaal tot 1,5 milliradiaal hê. Op 10 meter is dit die verskil tussen 'n 5mm-kol en 'n 15mm-kol. Vervaardigers spesifiseer dit soms, soms nie.

Die goedkoop groen lasers van Amazon is geneig om 1.2-1.5 mrad divergensie te laat loop. Ons het verskeie eenhede gemeet met 'n eenvoudige opstelling - laser op vaste afstand, wit teiken, meet kol-deursnee met kalipers. Nie presies NIST naspeurbaar nie maar goed genoeg vir toepassingswerk. Die duurder DPSS groen lasers van CNI of Laserglow Technologies kom gewoonlik onder 1.0 mrad in met beter sirkelvormige straalprofiele.

Straalprofiel maak saak wanneer jy probeer om klein teikens te tref. 'n Gaussiese balk gee jou 'n skoon sentrale plek met geleidelike afrol. Goedkoper diodelasers het soms elliptiese of onreëlmatige profiele wat presiese mik moeiliker maak. Die enigste manier om te weet, is óf vertrou die vervaardiger se spesifikasieblad (gevaarlik met geen-naam handelsmerke) óf toets jouself.

Vir chirurgiese instrumentbelyning het ons uiteindelik 0.6 mrad divergensie maksimum gespesifiseer omdat die werkafstand 400mm was en teikengrootte 2mm deursnee was. Dit gee jou 'n bietjie slop, maar nie veel nie. Kostepremie vir strenger divergensie was ongeveer 40% bo standaard nywerheidsmodules.

Ons plaas laserbelyningstelsels in 'n CNC-meulopstelling vir outomatiese gereedskapinstelling. Het eenvoudig gelyk - monteer laser aan spilbehuising, projekteer straal op vaste verwysingsteiken, meet afwyking voor elke gereedskapverandering. Het goed gewerk in toetsing, misluk in produksie omdat snyvloeistofmis die laservenster binne 2 weke afgebreek het. Niemand het tydens die ontwerpfase daaraan gedink nie.

Oplossing was die byvoeging van 'n saamgeperste lugspoelspuitstuk wat konstante lugvloei oor die laseropening gehou het. Bygevoeg $45 in onderdele en 2 uur installasie tyd per masjien. Moes in die oorspronklike ontwerp gewees het.

Temperatuurkompensasie is nog iets wat mense byt. Ons het 'n laserposisioneringstelsel gespesifiseer vir 'n saamgestelde opleggereedskap wat van 65 grade F tot 140 grade F sal werk. Die lasermodulevervaardiger het gesê dat hul eenheid tot 140 grade F gegradeer is, maar het nie genoem dat nulverskuiwing slegs tot 120 grade F gewaarborg is nie. Bo dit het termiese uitsetting van die monteerbeugel die balk met 020 in. Heeltemal onaanvaarbaar vir layup toleransies.

Het uiteindelik oorgeskakel na 'n ander vervaardiger (Laser Components DG GmbH, hul FP-reeks) wat uitdruklik temperatuurkompensasiedata verskaf het. Die koste was soortgelyk, ongeveer $380 per module, maar hulle het die gedrag waarvoor ons omgegee het, getoets en gedokumenteer.

Laser Sight

Vir hoë-volume produksie waar die lasersig in die produk ingebed is, monteer jy soms net die rou diode en drywerkring direk eerder as om 'n voltooide module te koop. Ons het dit gedoen vir 'n mediese toestel wat 'n 3mW rooi laser nodig het - om Osram PLT5 450-diodes te koop teen hoeveelheid 1000 het sowat $4.20 elk geloop (osram.com 2023-pryse vir verspreiders), plus nog $2-3 vir die drywer-IC en passiewe. Volledige modules kos $25-40 elk, so DIY het sin gemaak in volume.

Die nadeel is dat jy jou eie optiese ontwerp, heatsink, validering van die bestuurderkring en betroubaarheidstoetse doen. Vir iets wat in 'n mediese toestel gaan wat FDA-voorlegging vereis, is dit aansienlike ingenieurswerk. Ons het altesaam ongeveer 200 uur aan ontwerp en validering bestee, maar het ongeveer $18 000 aan komponentkoste oor die produksielopie bespaar. Die moeite werd teen 1000+ eenhede, nie die moeite werd onder 500 eenhede nie.

Kollimerende optika is die moeilike deel. Jy benodig óf 'n asferiese lens óf 'n multi-elementstelsel om ordentlike straalkwaliteit van 'n kaal diode te kry. Edmund Optics verkoop asferiese lense vir laserkollimasie vanaf $25-50, afhangende van NA en deursnee. Maar om goeie kollimasie te kry, vereis presiese spasiëring tussen diode en lens, gewoonlik binne 0,05 mm. Dit beteken óf presisie bewerking van die behuising óf verstelskroewe met sluiting.

Sommige vervaardigers kom om dit met vooraf-gekollimeerde diodemodules. Thorlabs het hul CPS-reeks wat diode-, drywer- en kollimerende optika in 'n kompakte TO-blik-pakket kombineer. Ongeveer $80-120 per eenheid wat steeds goedkoper is as voltooide laserwysers en jou meer ontwerp buigsaamheid gee.

Nie seker hoekom meer mense dit nie vir ingebedde toepassings gebruik nie. Hulle los die meeste van die meganiese verdraagsaamheidsprobleme op, terwyl koste steeds redelik teen matige volumes gehou word.

Vir draagbare lasermodules in die 1-5mW reeks,litium CR1/3N batterywerk verbasend goed. Hulle is fisies klein, maar pak 170mAh teen 3V, genoeg vir 8-10 uur looptyd op tipiese rooi lasermodules. Ons het hulle gebruik in handbelyningsinstrumente waar AA-batterye te lywig was. Die koste beloop ongeveer $2-3 per sel in hoeveelheid, en raklewe is 10+ jaar wat saak maak vir ekstra voorraad.