El cor d'una màquina (un microprojector làser): 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquest instructable és el successor espiritual d’un experiment anterior on vaig construir un conjunt de direcció làser de mirall de doble eix a partir de peces i solenoides impresos en 3D.

Aquesta vegada volia ser petit i vaig tenir la sort de trobar alguns mòduls de direcció làser fabricats comercialment a partir d’un excedent científic en línia. El meu disseny va començar a assemblar-se a un Dalek, així que vaig córrer amb la idea i vaig fer un bot inspirat en Dalek de dues polzades d’alçada que us disparés amb làser.

Però no intenta exterminar-vos, només us envia una mica d’amor des del seu cor electromecànic.

Si t’agrada aquest projecte, vota’l al Concurs d’icsptica.:)

Pas 1: una cosa petita de l'estat de Texas

El cor de la màquina és un mòdul TALP1000B de Texas Instruments, que es descriu com un "mirall analògic de doble eix MEMS". Això és força bocabadat, així que anem a desglossar-ho:

• Eix dual: significa que el dispositiu pot inclinar-se a l'eix horitzontal i vertical.
• Analògic: la inclinació al llarg d’un eix està controlada per una tensió analògica, que varia de -5 a 5 volts.
• MEMS: significa Micro Electric Mechanical System i significa que és molt petit.
• Mirall assenyalador: al centre del dispositiu hi ha un mirall sobre els cardans; el mirall es pot apuntar uns quants graus en cada direcció, cosa que li permet dirigir el làser a qualsevol lloc dins d'un con de pocs graus.

Una ràpida navegació pel full de dades mostra que es tracta d’una part sofisticada. A més, hi ha quatre bobines de direcció, hi ha un emissor de llum, quatre sensors de posició i un sensor de temperatura. Tot i que no farem servir els sensors, més endavant compartiré de prop algunes fotos precioses d’un TALP1000B danyat.

El TALP1000B es deixa d’utilitzar, però no el trobeu, podríeu construir un mirall làser molt més gran usant els plans que vaig exposar a la meva instrucció anterior: els principis són exactament els mateixos, però caldria construir una vida -Dimensionat Dalek per allotjar-lo!

Pas 2: llista de materials

A continuació es mostra la llista de materials d’aquest projecte:

• One Texas Instruments TALP1000B (descatalogat)
• Un Arduino Nano
• Un controlador de motor SparkFun - Dual TB6612FNG (amb capçaleres)
• Un tauler de suport
• Un trimpot (1kOhms)
• Quatre cables de pont de 2,54 mm a 2 mm
• Capçaleres de 0,1 "(2,54 mm)
• Impressora 3D i filament
• Punter làser vermell

El mòdul TALPB és el més difícil de trobar. Vaig tenir sort i vaig recollir-ne uns quants en un excedent científic.

És possible que encara trobeu un TALPB en línia a preus desorbitats, però no recomano gastar-hi molts diners pels motius següents:

• Són ridículament fràgils, és possible que en necessiteu diversos en cas de trencar-ne algun.
• Tenen una freqüència de ressonància baixa de 100Hz, cosa que significa que no podeu conduir-los amb la suficient rapidesa per a espectacles làser sense parpelleig.
• Tenen una superfície banyada en or, el que significa que només reflecteix làsers vermells. Això descarta l’ús de làsers de color verd brillant o làser de color violeta amb pantalles brillants a la fosca per a la persistència.
• Tot i que aquestes parts tenen sensors de posició, no crec que un Arduino sigui prou ràpid com per conduir-les amb una mena de retroalimentació posicional.

La meva opinió és que, tot i que aquestes parts són increïblement petites i precises, no semblen ser prou pràctiques per a projectes d’afició. Prefereixo veure a la comunitat amb millors dissenys de bricolatge.

Pas 3: La creació del cos

Vaig modelar el cos a OpenSCAD i el vaig imprimir en 3D. És un con truncat amb una obertura a la part superior, una ranura a la part posterior per inserir el mòdul TALB1000P i un gran forat de llum obert a la part davantera.

Feu brillar un làser des de dalt i es reflecteix a la part frontal. Aquest cos imprès en 3D no només té un aspecte genial, sinó que també és funcional. Ho manté tot alineat i allotja el mòdul TALB1000P ridículament fràgil. Vaig afegir les crestes i els ressalts per facilitar la seva adherència després de deixar caure un prototip primerenc i destruir un mòdul TALB1000P.

Pas 4: les moltes maneres de trencar un cor

El TALP1000B és una part extremadament fràgil. Una caiguda curta o un toc imprudent destruiran la peça (tocar-la accidentalment és com vaig destruir el meu segon mòdul). És tan fràgil que sospito que fins i tot una mirada forta el pot matar.

Si els perills físics no eren suficients, la fitxa tècnica explica un perill addicional:

Aneu amb compte d’evitar els transitoris d’inici de parada en iniciar o aturar la tensió de l’acció sinusoïdal. Si estableix la potència de la unitat de 50 Hz a una tensió que produeix una gran rotació de mirall de 50 Hz (moviment mecànic de 4 a 5 graus), el mirall funcionarà durant milers d’hores sense cap problema. en un moment en què la sortida de tensió és significativa, es produeix un pas de tensió que excitarà la ressonància del mirall i pot donar lloc a angles de rotació força grans (suficients per provocar que el mirall toqui la placa de circuit ceràmic que serveix com a parada de rotació). Hi ha dues maneres d’evitar-ho: a) apagar o apagar només quan la tensió de la unitat és a prop de zero (que es mostra al dibuix següent), b) reduir l’amplitud de la unitat sinusoïdal abans d’engegar-la o apagar-la.

Així, bàsicament, fins i tot apagar el maleït poder el pot destrossar. Oh vey!

Pas 5: el circuit de marcapassos

El circuit de control que he creat per a ell consisteix en un controlador de motor Arduino Nano i de doble canal.

Tot i que els conductors de motors estan fets per a motors, poden accionar bobines magnètiques amb la mateixa facilitat. Quan es connecta a una bobina magnètica, les funcions cap endavant i cap enrere del conductor fan que la bobina s’energitzi en les direccions cap endavant o cap enrere.

Les bobines del TALP1000B requereixen fins a 60 mA per funcionar. Això supera els 40 mA màxims que pot proporcionar Arduino, de manera que l’ús d’un controlador és essencial.

També he afegit una olla de retallada al meu disseny i això em permet controlar l’amplitud del senyal de sortida. Això em permet marcar a zero els voltatges de la unitat abans d’apagar el circuit, per evitar les ressonàncies que em va advertir el full de dades.

Pas 6: un conductor que no funcionarà … i un que sí

Per verificar que el circuit emetia una forma d'ona suau, vaig escriure un programa de prova per generar una ona sinusoïdal a l'eix X i un cosinus a l'eix Y. Vaig connectar cada sortida del meu circuit de transmissió a un LED bipolar en sèrie amb una resistència de 220 ohm. Un LED bipolar és un tipus especial de LED de dos terminals que brilla un color quan el corrent flueix en una direcció i un altre color quan el corrent flueix en la direcció oposada.

Aquesta plataforma de proves em va permetre observar els canvis de color i assegurar-me que no hi hagués canvis ràpids de color. De seguida, vaig observar flaixos brillants quan un color s’esvaïa i abans que l’altre color estigués a punt d’esvair-se.

El problema era que feia servir un xip L9110 com a conductor del motor. Aquest controlador té un passador de velocitat PWM i un pas de direcció, però el cicle de treball del senyal de control de velocitat PWM en la direcció cap endavant és el contrari del cicle de treball en sentit invers.

Per generar zero quan el bit de direcció és cap endavant, necessiteu un cicle de treball del 0% PWM; però quan el bit de direcció és invers, necessiteu un cicle de treball PWM del 100% per a una sortida de zero. Això significa que perquè la sortida es mantingui zero durant un canvi de direcció, heu de canviar tant la direcció com el valor PWM alhora; això no pot passar simultàniament, de manera que, independentment de l’ordre en què ho feu, obtindreu pics de tensió mentre passeu de negatiu a positiu a zero.

Això explicava els flaixos que havia vist i el circuit de prova probablement em va salvar d'haver destruït un altre mòdul TALB1000B.

Un conductor de motor SparkFun estalvia el dia

En comprovar que el L9110 no funcionava, vaig decidir avaluar el controlador de motor SparkFun - Dual TB6612FNG (que havia guanyat en un instructable anterior! Woot!).

En aquest xip, un PWM al pin de control de velocitat del 0% significa que les sortides es mouen al 0%, independentment de la direcció. El TB6612FNG té dos pins de control de direcció que s’han de capgirar per invertir la direcció, però amb el pin PWM en un cicle de treball zero, és segur fer-ho mitjançant un estat intermedi en què tant In1 com In2 són ALTES. el conductor en un mode intermedi de "fre curt" que dinamitza les bobines de qualsevol manera.

Amb el TB6612FNG, he pogut aconseguir una transició de polaritat suau més enllà del zero sense cap flaix. Èxit!

Pas 7: Execució de l'Arduino Sketch i les proves de rendiment

Accèssit al Concurs d’ Optptica