The Heart of a Machine (A Laser Micro-Projector): 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτό το Instructable είναι ο πνευματικός διάδοχος ενός προηγούμενου πειράματος όπου έχτισα ένα σύστημα διεύθυνσης λέιζερ καθρέφτη διπλού άξονα από τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη και σωληνοειδή.

Αυτή τη φορά ήθελα να γίνω μικροσκοπικός και είχα την τύχη να βρω μερικές μονάδες τιμονιού λέιζερ που κατασκευάστηκαν στο εμπόριο από μια διαδικτυακή επιστημονική πλεόνασμα. Ο σχεδιασμός μου άρχισε να μοιάζει με έναν Dalek, οπότε έτρεξα με την ιδέα και έφτιαξα ένα bot ύψους δύο ιντσών, εμπνευσμένο από τον Dalek, το οποίο σας πυροβολεί λέιζερ.

Αλλά δεν προσπαθεί να σε εξοντώσει-σου στέλνει απλώς κάποια αγάπη από την ηλεκτρομηχανική καρδιά του!

Αν σας αρέσει αυτό το έργο, ψηφίστε το στο Διαγωνισμό Optics!:)

Βήμα 1: Κάτι μικρό από την πολιτεία του Τέξας

Η καρδιά του μηχανήματος είναι μια μονάδα TALP1000B από την Texas Instruments, η οποία περιγράφεται ως «αναλογικός καθρέφτης διπλού άξονα MEMS». Αυτό είναι αρκετά μπουκιά, οπότε ας το αναλύσουμε:

• Διπλός άξονας: Αυτό σημαίνει ότι η συσκευή μπορεί να γείρει στον οριζόντιο και κάθετο άξονα.
• Αναλογική: Η κλίση κατά μήκος ενός άξονα ελέγχεται από αναλογική τάση, που κυμαίνεται από -5 έως 5 βολτ.
• MEMS: Αυτό σημαίνει Micro Electrical Mechanical System και σημαίνει ότι είναι πολύ μικροσκοπικό!
• Καθρέφτης κατάδειξης: Στο κέντρο της συσκευής είναι ένας καθρέφτης πάνω στα άκρα. ο καθρέφτης μπορεί να είναι στραμμένος μερικούς βαθμούς προς κάθε κατεύθυνση, επιτρέποντάς του να κατευθύνει το λέιζερ οπουδήποτε μέσα σε έναν κώνο μερικών βαθμών.

Μια γρήγορη περιήγηση στο φύλλο δεδομένων δείχνει ότι αυτό είναι ένα περίπλοκο μέρος. Επιπλέον τέσσερα πηνία τιμονιού, υπάρχει ένας πομπός φωτός, τέσσερις αισθητήρες θέσης και ένας αισθητήρας θερμοκρασίας. Παρόλο που δεν θα χρησιμοποιούμε τους αισθητήρες, αργότερα θα μοιραστώ από κοντά μερικές υπέροχες φωτογραφίες ενός κατεστραμμένου TALP1000B.

Το TALP1000B διακόπτεται, αλλά δεν μπορείτε να το βρείτε, μπορείτε να φτιάξετε μόνοι σας έναν πολύ μεγαλύτερο καθρέφτη κατάδειξης λέιζερ χρησιμοποιώντας τα σχέδια που έθεσα στο προηγούμενο Instructable: οι αρχές είναι ακριβώς οι ίδιες, αλλά θα πρέπει να χτίσετε μια ζωή -μεγέθους Dalek για να το στεγάσει!

Βήμα 2: Λογαριασμός Υλικών

Ακολουθεί ο λογαριασμός υλικών για αυτό το έργο:

• One Texas Instruments TALP1000B (διακόπηκε)
• Ένα Arduino Nano
• One SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (με κεφαλίδες)
• Μια σανίδα ψωμιού
• Ένα trimpot (1kOhms)
• Τέσσερα καλώδια βραχυκυκλωτή 2,54 έως 2 mm
• Κεφαλίδες 0,1 "(2,54 mm)
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής και νήμα
• Κόκκινος δείκτης λέιζερ

Το module TALPB είναι το πιο δύσκολο να βρεθεί. Είχα την τύχη και πήρα μερικά σε μια επιστημονική πλεονάζουσα πρίζα.

Μπορεί ακόμα να βρείτε ένα TALPB στο διαδίκτυο σε υπερβολικές τιμές, αλλά δεν συνιστώ να ξοδέψετε πολλά χρήματα για αυτούς για τους ακόλουθους λόγους:

• Είναι γελοία εύθραυστα, μπορεί να χρειαστείτε πολλά σε περίπτωση που σπάσετε μερικά.
• Έχουν χαμηλή συχνότητα συντονισμού 100Hz, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορείτε να τα οδηγήσετε αρκετά γρήγορα για εκπομπές λέιζερ χωρίς τρεμόπαιγμα.
• Έχουν επιχρυσωμένη επιφάνεια, πράγμα που σημαίνει ότι αντανακλά μόνο κόκκινα λέιζερ. Αυτό αποκλείει τη χρήση υπερ-φωτεινών πράσινων λέιζερ ή βιολετί λέιζερ με οθόνες που λάμπουν στο σκοτάδι για επιμονή.
• Ενώ αυτά τα μέρη έχουν αισθητήρες θέσης, δεν νομίζω ότι ένα Arduino είναι αρκετά γρήγορο για να τα οδηγήσει με ένα είδος ανατροφοδότησης θέσης.

Η γνώμη μου είναι ότι ενώ αυτά τα μέρη είναι απίστευτα μικρά και ακριβή, δεν φαίνονται αρκετά πρακτικά για έργα χόμπι. Θα προτιμούσα να δω την κοινότητα να έχει καλύτερα DIY σχέδια!

Βήμα 3: Η κατασκευή του σώματος

Διαμόρφωσα το σώμα στο OpenSCAD και το εκτύπωσα 3D. Είναι ένας κομμένος κώνος με άνοιγμα στην κορυφή, μια σχισμή στο πίσω μέρος για την εισαγωγή της μονάδας TALB1000P και μια μεγάλη φωτεινή τρύπα στο μπροστινό μέρος.

Λάμπετε ένα λέιζερ από ψηλά και αντανακλάται μπροστά. Αυτό το σώμα με τρισδιάστατη εκτύπωση όχι μόνο φαίνεται δροσερό, αλλά είναι και λειτουργικό. Διατηρεί τα πάντα ευθυγραμμισμένα και φιλοξενεί τη γελοία εύθραυστη μονάδα TALB1000P. Πρόσθεσα τις κορυφογραμμές και τα χτυπήματα για να διευκολύνω το κράτημα αφού έριξα ένα πρώιμο πρωτότυπο και κατέστρεψα μια μονάδα TALB1000P.

Βήμα 4: Οι πολλοί τρόποι για να σπάσεις μια καρδιά

Το TALP1000B είναι ένα εξαιρετικά εύθραυστο μέρος. Μια σύντομη πτώση ή ένα απρόσεκτο άγγιγμα θα καταστρέψει το μέρος (το άγγιγμα κατά λάθος είναι το πώς κατέστρεψα τη δεύτερη μονάδα μου). Είναι τόσο εύθραυστο που υποψιάζομαι ότι ακόμη και ένα δυνατό βλέμμα μπορεί να το σκοτώσει!

Εάν οι φυσικοί κίνδυνοι δεν ήταν αρκετοί, το φύλλο δεδομένων αναφέρει έναν επιπλέον κίνδυνο:

Προσέξτε να αποφύγετε τις παροδικές διακοπές έναρξης κατά την εκκίνηση ή τη διακοπή της ημιτονοειδούς τάσης κίνησης. Εάν ρυθμίσετε την ισχύ 50Hz σε μια τάση που παράγει μια μεγάλη περιστροφή καθρέφτη 50 Hz (μηχανική κίνηση 4 έως 5 μοίρες), τότε ο καθρέφτης θα λειτουργεί για πολλές χιλιάδες ώρες χωρίς πρόβλημα. Ωστόσο, εάν κάποιος τροφοδοτήσει την τροφοδοσία ημιτόνου μειώνει ή επάνω σε μια στιγμή που η έξοδος τάσης είναι σημαντική, τότε εμφανίζεται ένα βήμα τάσης που θα διεγείρει τον συντονισμό του καθρέφτη και μπορεί να οδηγήσει σε αρκετά μεγάλες γωνίες περιστροφής (αρκετά ώστε ο καθρέφτης να χτυπήσει την κεραμική πλακέτα κυκλώματος που χρησιμεύει ως διακοπή περιστροφής). Υπάρχουν δύο τρόποι για να το αποφύγετε αυτό: α) ενεργοποιήστε ή σβήστε μόνο όταν η τάση κίνησης είναι κοντά στο μηδέν (φαίνεται στο παρακάτω σχέδιο), β) μειώστε το πλάτος της ημιτονοειδούς μονάδας πριν ενεργοποιήσετε ή κατεβάσετε.

Έτσι, βασικά, ακόμη και αν απενεργοποιήσετε τη δύναμη, μπορεί να το καταστρέψετε. Ω ρε!

Βήμα 5: Το κύκλωμα βηματοδότη

Το κύκλωμα οδήγησης που έκανα για αυτό αποτελείται από ένα πρόγραμμα οδήγησης Arduino Nano και διπλού καναλιού.

Παρόλο που οι οδηγοί κινητήρων είναι κατασκευασμένοι για κινητήρες, μπορούν να κινούν μαγνητικά πηνία εξίσου εύκολα. Όταν συνδέεται με μαγνητικό πηνίο, οι εμπρόσθιες και αντίστροφες λειτουργίες του οδηγού προκαλούν την ενεργοποίηση του πηνίου είτε προς τα εμπρός είτε προς τα πίσω.

Τα πηνία στο TALP1000B απαιτούν έως και 60mA για να λειτουργήσουν. Αυτό ξεπερνά τα μέγιστα 40mA που μπορεί να παρέχει το Arduino, οπότε η χρήση του προγράμματος οδήγησης είναι απαραίτητη.

Πρόσθεσα επίσης ένα δοχείο στο σχέδιο μου και αυτό μου επιτρέπει να ελέγξω το πλάτος του σήματος εξόδου. Αυτό μου επιτρέπει να μειώσω τις τάσεις της μονάδας στο μηδέν πριν απενεργοποιήσω το κύκλωμα, για να αποφύγω τους συντονισμούς για τους οποίους με προειδοποίησε το φύλλο δεδομένων.

Βήμα 6: Ένας οδηγός που δεν θα λειτουργήσει… και ένας που λειτουργεί

Για να επαληθεύσω ότι το κύκλωμά μου έβγαζε μια ομαλή κυματομορφή, έγραψα ένα πρόγραμμα δοκιμής για την έξοδο ημιτονοειδούς κύματος στον άξονα Χ και συνημίτονο στον άξονα Υ. Συνδέω κάθε έξοδο του κυκλώματος κίνησης σε μια διπολική λυχνία LED σε σειρά με αντίσταση 220 ohm. Ένα διπολικό LED είναι ένα ειδικό είδος LED δύο ακροδεκτών που λάμπει ένα χρώμα όταν το ρεύμα ρέει προς μία κατεύθυνση και άλλο χρώμα όταν το ρεύμα ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Αυτή η δοκιμαστική εξέδρα μου επέτρεψε να παρατηρήσω τις αλλαγές χρώματος και να διασφαλίσω ότι δεν υπήρχαν γρήγορες αλλαγές στο χρώμα. Αμέσως μετά, παρατήρησα έντονες αναλαμπές καθώς το ένα χρώμα έσβησε και πριν το άλλο χρώμα ήταν έτοιμο να ξεθωριάσει.

Το πρόβλημα ήταν ότι χρησιμοποιούσα ένα τσιπ L9110 ως οδηγό κινητήρα. Αυτός ο οδηγός έχει έναν πείρο ταχύτητας PWM και έναν πείρο κατεύθυνσης, αλλά ο κύκλος λειτουργίας του σήματος ελέγχου ταχύτητας PWM στην κατεύθυνση προς τα εμπρός είναι το αντίστροφο του κύκλου λειτουργίας στην αντίστροφη κατεύθυνση.

Για να εξάγετε μηδέν όταν το bit κατεύθυνσης είναι προς τα εμπρός, χρειάζεστε 0% κύκλο λειτουργίας PWM. αλλά όταν το bit κατεύθυνσης είναι αντίστροφο, χρειάζεστε έναν κύκλο λειτουργίας PWM 100% για έξοδο μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι για να παραμείνει η έξοδος μηδενική κατά την αλλαγή κατεύθυνσης, πρέπει να αλλάξετε ταυτόχρονα την κατεύθυνση και την τιμή PWM-αυτό δεν μπορεί να συμβεί ταυτόχρονα, οπότε ανεξάρτητα από τη σειρά που το κάνετε, παίρνετε αιχμές τάσης ενώ μεταβαίνετε από αρνητικό σε θετικό έως μηδέν.

Αυτό εξηγούσε τα φλας που είχα δει και το κύκλωμα δοκιμής πιθανότατα με έσωσε από το να καταστρέψω μια άλλη μονάδα TALB1000B!

Ένας οδηγός κινητήρα SparkFun σώζει τη μέρα

Διαπιστώνοντας ότι το L9110 ήταν απαγορευτικό, αποφάσισα να αξιολογήσω το SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (το οποίο είχα κερδίσει σε προηγούμενο Instructable! Woot!).

Σε αυτό το τσιπ, ένα PWM στον πείρο ελέγχου ταχύτητας 0% σημαίνει ότι οι έξοδοι κινούνται στο 0%, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση. Το TB6612FNG έχει δύο ακίδες ελέγχου κατεύθυνσης που πρέπει να αναποδογυρίσουν για να αντιστρέψουν την κατεύθυνση, αλλά με τον πείρο PWM σε μηδενικό κύκλο λειτουργίας, είναι ασφαλές να το κάνετε μέσω μιας ενδιάμεσης κατάστασης στην οποία τόσο το In1 όσο και το In2 είναι Υ HIGHΗΛΑ ο οδηγός σε μια ενδιάμεση λειτουργία "σύντομου φρένου" που ενεργοποιεί τα πηνία με οποιονδήποτε τρόπο.

Με το TB6612FNG, μπόρεσα να έχω ομαλή μετάβαση πολικότητας πέρα από το μηδέν χωρίς καμία αναλαμπή. Επιτυχία!

Βήμα 7: Εκτέλεση του Arduino Sketch and Performance Testing

Επόμενη στον Διαγωνισμό Οπτικής