Das Herz einer Maschine (ein Laser-Mikroprojektor) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Dieses Instructable ist der spirituelle Nachfolger eines früheren Experiments, bei dem ich eine zweiachsige Spiegellaser-Lenkungsbaugruppe aus 3D-gedruckten Teilen und Magnetspulen gebaut habe.

Dieses Mal wollte ich klein werden und hatte das Glück, einige kommerziell hergestellte Laser-Lenkungsmodule von einem Online-Wissenschaftsüberschuss zu finden. Mein Design fing an, einem Dalek zu ähneln, also lief ich mit der Idee und machte einen fünf Zentimeter großen, von Dalek inspirierten Bot, der Laser auf dich schießt.

Aber es versucht nicht, dich auszurotten – es sendet dir nur etwas Liebe aus seinem elektromechanischen Herzen!

Wenn Ihnen dieses Projekt gefällt, stimmen Sie bitte im Optics Contest dafür ab!:)

Schritt 1: Etwas Kleines aus dem Bundesstaat Texas

Das Herzstück der Maschine ist ein TALP1000B-Modul von Texas Instruments, das als „zweiachsiger analoger MEMS-Zeigespiegel“bezeichnet wird. Dies ist ein ziemlicher Bissen, also lassen Sie uns es aufschlüsseln:

• Dual-Axis: Das bedeutet, dass das Gerät in der horizontalen und vertikalen Achse geneigt werden kann.
• Analog: Die Neigung entlang einer Achse wird durch eine analoge Spannung gesteuert, die von -5 bis 5 Volt variiert.
• MEMS: Dies steht für Micro Electrical Mechanical System und bedeutet, dass es sehr klein ist!
• Richtspiegel: In der Mitte des Geräts befindet sich ein Spiegel auf Kardanringen; Der Spiegel kann in jede Richtung um einige Grad ausgerichtet werden, sodass der Laser innerhalb eines Kegels von wenigen Grad überall hin gerichtet werden kann.

Ein kurzer Blick durch das Datenblatt zeigt, dass es sich um ein anspruchsvolles Teil handelt. Dazu kommen vier Lenkspulen, ein Lichtsender, vier Positionssensoren und ein Temperatursensor. Obwohl wir die Sensoren nicht verwenden werden, werde ich später einige wunderschöne Fotos einer beschädigten TALP1000B aus nächster Nähe teilen.

Das TALP1000B wird eingestellt, aber Sie können es nicht finden, Sie könnten selbst einen viel größeren Laser-Zeigespiegel bauen, indem Sie die Pläne verwenden, die ich in meinem früheren Instructable dargelegt habe: Die Prinzipien sind genau die gleichen, aber Sie müssen ein Leben aufbauen -großer Dalek, um es unterzubringen!

Schritt 2: Stückliste

Im Folgenden finden Sie die Materialliste für dieses Projekt:

• Ein Texas Instruments TALP1000B (eingestellt)
• Ein Arduino Nano
• Ein SparkFun-Motortreiber - Dual TB6612FNG (mit Headern)
• Ein Steckbrett
• Ein Trimpoti (1kOhm)
• Vier 2,54 mm bis 2 mm Überbrückungsdrähte
• 0,1" (2,54 mm) Stiftleisten
• 3D-Drucker und Filament
• Roter Laserpointer

Das TALPB-Modul ist am schwersten zu finden. Ich hatte Glück und holte ein paar bei einer wissenschaftlichen Verkaufsstelle ab.

Es kann sein, dass Sie online immer noch einen TALPB zu exorbitanten Preisen finden, aber ich empfehle aus folgenden Gründen nicht, viel Geld dafür auszugeben:

• Sie sind lächerlich zerbrechlich, Sie können mehrere benötigen, falls Sie einige zerbrechen.
• Sie haben eine niedrige Resonanzfrequenz von 100 Hz, was bedeutet, dass Sie sie für flimmerfreie Lasershows nicht schnell genug fahren können.
• Sie haben eine vergoldete Oberfläche, was bedeutet, dass sie nur rote Laser reflektiert. Dies schließt die Verwendung von superhellen grünen Lasern oder violetten Lasern mit im Dunkeln leuchtenden Bildschirmen für die Beständigkeit aus.
• Obwohl diese Teile über Positionssensoren verfügen, glaube ich nicht, dass ein Arduino schnell genug ist, um sie mit einer Art Positionsfeedback anzutreiben.

Meine Meinung ist, dass diese Teile zwar unglaublich klein und genau sind, aber für Hobbyprojekte nicht praktisch genug zu sein scheinen. Ich würde es vorziehen, wenn die Community bessere DIY-Designs entwickelt!

Schritt 3: Die Herstellung des Körpers

Ich habe den Körper in OpenSCAD modelliert und in 3D gedruckt. Es ist ein Kegelstumpf mit einer Öffnung auf der Oberseite, einem Schlitz auf der Rückseite zum Einsetzen des TALB1000P-Moduls und einem großen klaffenden Lichtloch in der Front.

Sie strahlen einen Laser von oben ein und er wird nach vorne reflektiert. Dieser 3D-gedruckte Körper sieht nicht nur cool aus, sondern ist auch funktional. Es hält alles ausgerichtet und beherbergt das lächerlich zerbrechliche TALB1000P-Modul. Ich habe die Rippen und Unebenheiten hinzugefügt, um das Greifen zu erleichtern, nachdem ich einen frühen Prototyp fallengelassen und ein TALB1000P-Modul zerstört hatte.

Schritt 4: Die vielen Möglichkeiten, ein Herz zu brechen

Der TALP1000B ist ein extrem zerbrechliches Teil. Ein kurzer Sturz oder eine unvorsichtige Berührung zerstört das Teil (durch versehentliches Berühren habe ich mein zweites Modul zerstört). Es ist so zerbrechlich, dass ich vermute, dass sogar ein starker Blick es töten könnte!

Wenn körperliche Gefahren nicht ausreichen, weist das Datenblatt auf eine zusätzliche Gefahr hin:

Achten Sie beim Starten oder Stoppen der sinusförmigen Antriebsspannung darauf, Start-Stopp-Transienten zu vermeiden. Stellt man die 50-Hz-Antriebsleistung auf eine Spannung ein, die eine große 50-Hz-Spiegeldrehung (4 bis 5 Grad mechanische Bewegung) erzeugt, dann funktioniert der Spiegel problemlos viele tausend Stunden zu einem Zeitpunkt, an dem die Spannungsausgabe signifikant ist, tritt ein Spannungssprung auf, der die Resonanz des Spiegels anregt und zu ziemlich großen Drehwinkeln führen kann (genug, um den Spiegel auf die Keramikplatine zu treffen, die als Drehstopp dient). Es gibt zwei Möglichkeiten, dies zu vermeiden: a) Schalten Sie das Gerät nur ein oder aus, wenn die Antriebsspannung nahe Null ist (siehe Abbildung unten), b) reduzieren Sie die Amplitude des Sinusantriebs, bevor Sie es ein- oder ausschalten.

Im Grunde kann sogar das Ausschalten des verdammten Stroms ihn zerstören. Oh je!

Schritt 5: Der Schrittmacherkreislauf

Die Treiberschaltung, die ich dafür gemacht habe, besteht aus einem Arduino Nano und einem Zweikanal-Motortreiber.

Obwohl Motortreiber für Motoren gemacht sind, können sie genauso einfach Magnetspulen antreiben. Bei Anschluss an eine Magnetspule bewirken die Vorwärts- und Rückwärtsfunktionen des Treibers, dass die Spule entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung erregt wird.

Die Spulen des TALP1000B benötigen bis zu 60mA um zu funktionieren. Dies liegt über den maximalen 40 mA, die der Arduino bereitstellen kann, daher ist die Verwendung eines Treibers unerlässlich.

Ich habe meinem Design auch ein Trim-Poti hinzugefügt, mit dem ich die Amplitude des Ausgangssignals steuern kann. Dies ermöglicht es mir, die Antriebsspannungen vor dem Ausschalten des Stromkreises auf Null zu senken, um die Resonanzen zu vermeiden, vor denen mich das Datenblatt gewarnt hat.

Schritt 6: Ein Treiber, der nicht funktioniert … und einer, der funktioniert

Um zu überprüfen, ob meine Schaltung eine glatte Wellenform ausgab, schrieb ich ein Testprogramm, um eine Sinuswelle auf der X-Achse und einen Kosinus auf der Y-Achse auszugeben. Ich habe jeden Ausgang meiner Treiberschaltung an bipolare LEDs in Reihe mit einem 220-Ohm-Widerstand angeschlossen. Eine bipolare LED ist eine spezielle Art von LED mit zwei Anschlüssen, die eine Farbe leuchtet, wenn der Strom in eine Richtung fließt und eine andere Farbe, wenn der Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt.

Mit diesem Prüfstand konnte ich die Farbveränderungen beobachten und sicherstellen, dass es keine schnellen Farbveränderungen gab. Auf Anhieb beobachtete ich helle Blitze, als eine Farbe verblasste und bevor die andere Farbe verblasste.

Das Problem war, dass ich als Motortreiber einen L9110-Chip verwendet hatte. Dieser Treiber hat einen PWM-Geschwindigkeits-Pin und einen Richtungs-Pin, aber das Tastverhältnis des PWM-Geschwindigkeitssteuersignals in Vorwärtsrichtung ist das Gegenteil des Tastverhältnisses in Rückwärtsrichtung.

Um Null auszugeben, wenn das Richtungsbit vorwärts ist, benötigen Sie ein PWM-Tastverhältnis von 0%; Wenn das Richtungsbit jedoch umgekehrt ist, benötigen Sie ein PWM-Tastverhältnis von 100% für eine Ausgabe von Null. Dies bedeutet, dass Sie, damit der Ausgang während einer Richtungsänderung Null bleibt, sowohl die Richtung als auch den PWM-Wert gleichzeitig ändern müssen. Dies kann nicht gleichzeitig erfolgen positiv durch null.

Dies erklärt die Blitze, die ich gesehen habe und die Testschaltung hat mich wahrscheinlich davor bewahrt, ein weiteres TALB1000B-Modul zu zerstören!

Ein SparkFun-Motorfahrer rettet den Tag

Als ich feststellte, dass der L9110 ein No-Go war, beschloss ich, den SparkFun-Motortreiber zu bewerten - Dual TB6612FNG (den ich in einem früheren Instructable gewonnen hatte! Woot!).

Auf diesem Chip bedeutet eine PWM am Geschwindigkeitssteuerstift von 0%, dass die Ausgänge unabhängig von der Richtung mit 0% angesteuert werden. Der TB6612FNG verfügt über zwei Richtungssteuerpins, die umgedreht werden müssen, um die Richtung umzukehren, aber mit dem PWM-Pin bei einem Tastverhältnis von Null ist dies sicher über einen Zwischenzustand, in dem sowohl In1 als auch In2 HIGH sind der Fahrer in einen Zwischenmodus "kurze Bremse", der die Spulen in keiner Weise erregt.

Mit dem TB6612FNG konnte ich einen glatten Polaritätsübergang über Null hinaus ohne Blitze erzielen. Erfolg!

Schritt 7: Ausführen der Arduino-Skizze und des Leistungstests

Zweiter im Optikwettbewerb