आधुनिक अनुप्रयोगों के लिये लेजर दृष्टि एकीकरण

अधिकांश लोक के लगैत छनि जे लेजर साइट सिर्फ आतिशबाजी के लेल अछि, मुदा ई तकनीक ओहि प्रारंभिक बाजार सं बहुत आगू बढ़ि गेल अछि. हम 2019 स॑ लेजर निशाना बनाबै वाला सिस्टम के साथ काम करी रहलऽ छियै, आरू एप्लीकेशन औद्योगिक, चिकित्सा, आरू रोबोटिक्स क्षेत्र म॑ विस्तारित होय रहलऽ छै, जहां परिशुद्धता इशारा करना मायने रखै छै ।

मूल सिद्धांत मे बेसी बदलाव नहि भेल अछि - अहाँ एकटा दृश्यमान वा आईआर बीम प्रोजेक्ट क' रहल छी जे चिह्नित करैत अछि जे किछु कतय टकराएत वा कतय कोनो औजार संलग्न होयत. लेकिन निष्पादन तेजी सं जटिल भ जायत छै जखन अहां माउंटिंग विकल्प, बिजली कें आवश्यकता, आ पर्यावरणीय स्थिति कें कारक बनायत छी.

क्रिमसन ट्रेस न॑ अपनऽ रेल मास्टर सीरीज क॑ २०१८ म॑ ही जारी करलकै, आरू वू यूनिट १०००जी रिकोइल शॉक क॑ संभाली सकै छै । ओ स्पेसिफिकेशन औद्योगिक माउंटिंग क लेल एकटा बेंचमार्क बनि गेल, किया कि अगर इ आतिशबाजी क रिकोइल स बचल अछि त इ मैन्युफैक्चरिंग मे अधिकतर वाइब्रेशन वातावरण कए संभालत । आरएम-110 मॉडल लगभग 280 डॉलर खुदरा (2020 स crimsontrace.com क दाम) चलैत छल, जे खड़ी छल मुदा अहां कए 5mW क लाल लेजर देलक जे बेर-बेर प्रभाव क बाद शून्य रहल ।

असेंबली लाइन के काज के लेल हम स्ट्रीमलाइट के टीएलआर सीरीज के परीक्षण केलहुं आ संगहि विदेशी निर्माता के किछ सस्ता विकल्प के सेहो परीक्षण केलहुं. तापमान बहाव हत्यारा - इकाइ छल जे $50 स कम लागत छल, 60 डिग्री एफ स 95 डिग्री एफ दुकान मंजिल टेम्प्स पर जेबा पर 20 फीट पर अपन लक्ष्य के बिंदु 3-4 इंच शिफ्ट करत. स्ट्रीमलाइट यूनिट (मॉडल के आधार पर लगभग $180-220) 2021 के गर्मी में हमर बेंच टेस्टिंग के अनुसार ओहि रेंज भर में 0.5 इंच के भीतर शून्य के पकड़ने छल.

ओना अहां के हमेशा ओहि स्तर के स्थिरता के जरूरत नहिं होएत अछि. पूर्णतः एहि बात पर निर्भर करैत अछि जे अहाँ की क' रहल छी.

Laser Sight

ई अजीब भ जायत छै, कियाकि मेडिकल डिवाइस असेंबली कें लेल अक्सर क्लास 2 लेजर कें आवश्यकता होयत छै (प्रति एफडीए नियमक कें तहत 1mW आउटपुट - accessdata.fda.gov कें पूरा वर्गीकरण छै) मुदा 300-500mm कें काम करय कें दूरी पर 0.1mm सं कम स्थिति सटीकता कें जरूरत होयत छै. कोहेरेंट इंक लेजर मॉड्यूल बनाबै छै जे ओहि स्पेसिफिकेशन क॑ हिट करै छै - ओकरऽ CUBE सीरीज तरंग दैर्ध्य आरू पावर आउटपुट के आधार प॑ लगभग $400-600 प्रति यूनिट म॑ जाय छै ।

हम पिछला साल किछु 635nm रेड लेजर कए कैथेटर असेंबली सिस्टम मे एकीकृत केलहुं। तरंग दैर्ध्य लोगऽ क॑ ई अहसास स॑ भी जादा मायने रखै छै कि - 635nm ठेठ फ्लोरोसेंट प्रकाश के तहत 650nm स॑ बेहतर तरीका स॑ दिखाबै छै, जे लेसरेक्स केरऽ तकनीकी दस्तावेजीकरण के अनुसार 4x अधिक दिखाई दै वाला कुछ जैसनऽ छै । लागत के अंतर शायद 15-20% अछि मुदा एकर लायक अछि जखन ऑपरेटर 8 घंटा के पाली के लेल एलाइन्मेंट सिस्टम के इस्तेमाल क रहल छथिन्ह.

हरियर लेजर (आम तौर पर 532nm) मनुष्य केरऽ आँखऽ स॑ आरू अधिक दिखाई दै छै, जे एक ही पावर आउटपुट प॑ लाल रंग स॑ मोटा-मोटी 5 गुना अधिक छै । मुदा एकर दाम बेसी अछि आ बैटरी जल्दी खा जाइत अछि। हमनें समतुल्य लाल आउटपुट के लेल 180mA बनाम 120mA पर 5mW ग्रीन मॉड्यूल पर करंट ड्रॉ के मापलौं। हाथ मे राखल औजार लेल जे महत्व रखैत अछि। दीवार कें बिजली वाला फिक्स्ड इंस्टालेशन कें लेल, अगर बजट अनुमति देयत छै त ग्रीन कें उपयोग करूं.

एबीबी रोबोटिक्स न॑ टीच पेंडेंट ऑपरेशन लेली २०१७ के आसपास अपनऽ आईआरबी सीरीज म॑ लेजर पॉइंटर क॑ एकीकृत करना शुरू करलकै । तकनीशियन क॑ लाइव ऑपरेशन चलाबै के बिना रोबोट केरऽ रास्ता के कल्पना करना बहुत आसान करी देलकै । लेजर मॉड्यूल जे हुनकऽ इस्तेमाल करलऽ गेलऽ छेलै, वू कुछ भी फैंसी नै छेलै - मूल रूप स॑ बेहतर शॉक माउंटिंग आरू IP67 रेटेड हाउसिंग के साथ रिपैकेज करलऽ गेलऽ वाणिज्यिक इकाइयऽ छेलै ।

फैनुक न॑ अपनऽ सीआरएक्स सहयोगी रोबोट के साथ एगो अलग तरीका अपनालकै, लेजर इमिटर क॑ टूल फ्लैंग म॑ डाललकै आरू एकरऽ इस्तेमाल सुरक्षा क्षेत्र विजुअलाइजेशन लेली करलकै । हुनकऽ सिस्टम १०-१५ मिमी व्यास के स्पॉट प्रोजेक्ट करै छै जे एंड इफेक्टर के साथ चलै छै । बिजली के खपत लगभग 2W लगातार चलैत अछि, जे सीधा टूल पावर बजट सं निकलैत अछि. ग्रिपर या अन्य एंड इफेक्टर निर्दिष्ट करय कें समय अहां कें ओकर हिसाब देनाय आवश्यक छै.

यूनिवर्सल रोबोट म॑ लेजर साइट क॑ मानक के रूप म॑ शामिल नै करलऽ गेलऽ छै लेकिन ओकरऽ यूआर+ इकोसिस्टम म॑ कई थर्ड-पार्टी विकल्प छै । रोबोटिक कलाई कैमरा क॑ कखनी-कखनी गहराई मापन लेली समाक्षीय लेजर के साथ जोड़ी देलऽ जाय छै, हालांकि ई सरल निशाना बनाबै के बजाय संरचित प्रकाश क्षेत्र म॑ जाय रहलऽ छै ।

निर्माण लेजर स्तर एकदम अलग श्रेणी अछि मुदा उल्लेखनीय अछि । बॉश केरऽ जीएलएल सीरीज आरू डेवाल्ट केरऽ डीडब्ल्यू०८८ दोनों म॑ डॉट के जगह क्लास २ लेजर आरू प्रोजेक्ट लाइन के इस्तेमाल करलऽ गेलऽ छै । DW088 लगभग $150 चलै छै आरू 30 फीट (dewalt.com spec sheet) प॑ ±1/8 इंच तलक सटीक लंबवत रेखा फेंकै छै । ई सब चीज एतेक सस्ता भ गेल अछि जे लेआउट के काज के लेल छोट-छोट दोकान के माहौल में देखा रहल अछि.

बैटरी जीवन केरऽ गणना गन्दा होय जाय छै, कैन्हेंकि लेजर डायोड केरऽ दक्षता तापमान के साथ बदलै छै । एकटा विशिष्ट लाल लेजर डायोड 15-20% कुशल भ सकैत अछि, मतलब 80-85% इनपुट पावर गर्मी बनि जाइत अछि । यही कारण छै कि लगातार-ड्यूटी इंस्टालेशन म॑ कम पावर वाला मॉड्यूल लेली भी हीट सिंकिंग के जरूरत छै ।

हमनें एक 5mW लाल लेजर मॉड्यूल क॑ मापलकै जे 3.3V - प॑ 90mA क॑ खींचै छै जे 5mW आउटपुट लेली लगभग 300mW इनपुट छै, ई लेली मोटा-मोटी 17% दक्षता । जेकरा CR123A बैटरी (3V पर 1500mAh क्षमता) स चलाबै स अहां कए सैद्धांतिक रूप स 16-17 घंटा क रनटाइम भेटैत अछि, मुदा व्यवहार मे अहां कए 12-14 घंटा जेकां बेसी देखबा मे भेटत, किया कि बैटरी क वोल्टेज लोड क तहत गिरैत अछि ।

माउंटिंग स्वयं आधा समस्या पैदा करैत अछि जे हम सब फील्ड इंस्टॉलेशन मे देखैत छी । एम 3 माउंटिंग होल मानक छै मुदा निर्माताक कें बीच धागा कें गहराई अलग-अलग होयत छै. किछु चीनी मॉड्यूल 4mm गहींर पर M3x0.5 थ्रेड स्पेसिफिकेशन करैत अछि, किछु 6mm गहींर पर जाइत अछि । सुनबा मे तुच्छ लगैत अछि मुदा जखन अहाँ उचित थ्रेड एंगेजमेंट के संग 3mm एल्युमिनियम प्लेट के माध्यम सं माउंट करय के कोशिश क रहल छी त ओ 2mm अंतर ई तय करैत अछि जे अहां मानक बोल्ट के इस्तेमाल क सकय छी या कस्टम हार्डवेयर के जरूरत अछि.

सुरफायर अपनऽ X400 हथियार रोशनी प॑ एगो मालिकाना रेल हड़पै वाला सिस्टम के उपयोग करै छै जे T-स्लॉट एल्यूमीनियम एक्सट्रूजन प॑ औद्योगिक माउंटिंग लेली भी बढ़िया काम करै छै । क्लैंपिंग बल समायोज्य छै आरू थ्रेड टॉर्क प॑ निर्भर नै होय छै, जे उच्च-कंपन वातावरण म॑ शून्य क॑ बनाए रखै म॑ मदद करै छै । यूनिट क दाम करीब 600 डॉलर अछि मुदा हमेशा लेल चलैत अछि। हमरा सब कए 2018 स किछु रनिंग भेटल अछि जाहि मे बैटरी स्वैप स परे जीरो मेंटेनेंस अछि ।

Laser Sight

आईआर लेजर (आम तौर पर 850nm या 940nm तरंग दैर्ध्य) कैमरा सेंसर पर दिखाई दै छै लेकिन मनुष्य के आंखऽ प॑ नै । मशीन विजन अनुप्रयोगक कें लेल उपयोगी जतय अहां ऑपरेटर कें दृष्टि लाइनक मे दृश्यमान प्रकाश कें हस्तक्षेप नहि करय चाहय छी. एडमंड ऑप्टिक्स 850nm मॉड्यूल लगभग $200-300 बेचै छै जे मानक औद्योगिक कैमरा के साथ जोड़ी बनाबै छै. बेसलर ऐस सीरीज केरऽ कैमरा म॑ वू रेंज म॑ अच्छा संवेदनशीलता छै - ओकरऽ acA1920-40gm मॉडल म॑ प्रति डाटाशीट (baslerweb.com) 850nm प॑ 50% क्वांटम दक्षता दिखालऽ जाय छै ।

940nm आओर बेसी अदृश्य भ जाइत अछि मुदा कैमरा क संवेदनशीलता कम भ जाइत अछि । अधिकांश सिलिकॉन सेंसर मे 940nm पर शायद 30% QE होइत अछि बनाम 850nm पर 50%, ताहि लेल अहाँ बेहतर गुप्तता लेल सिग्नल छोड़ि रहल छी । तखने एकर लायक जखन मानव-दृश्य प्रकाश वास्तव मे समस्या हो।

ऑप्टिकल सिस्टम लेली लेजर संरेखण उपकरण कखनी-कखनी आईआर के उपयोग करै छै, कैन्हेंकि ई ऐन्हऽ वातावरण म॑ काम करी रहलऽ छै, जहां दृश्यमान आवारा प्रकाश स॑ मुद्दा पैदा होय छै । न्यूपोर्ट कॉर्पोरेशन केरऽ आईआर एलाइन्मेंट लेजर 800-1200 डॉलर म॑ चलै छै लेकिन सस्ता मॉड्यूल के तुलना म॑ एडजस्टेबल पावर आउटपुट आरू बेहतर बीम क्वालिटी दै छै । वाणिज्यिक इकाइयक कें लेल 1.1 बनाम 1.3-1.5 कें तहत एम2 मान. ई तखन मायने रखैत अछि जखन अहाँ छोट-छोट एपर्चर मे जोड़ी बनेबाक प्रयास क' रहल छी वा लंबा दूरी पर कोलिमेशन बना क' राखि रहल छी.

हम ओहि सभक उपयोग नहि करैत छी जाबत धरि एप्लीकेशन एकर मांग नहि करैत अछि यद्यपि। लागत तेजीसँ जोड़ि जाइत अछि।

"5mW लेजर पॉइंटर" म॑ 0.5 मिलीरेडियन स॑ ल॑ क॑ 1.5 मिलीरेडियन तलक कतहीं भी बीम विचलन होय सकै छै । 10 मीटर पर 5mm डॉट आ 15mm डॉट मे इ अंतर अछि। निर्माता कखनो एहि स्पेसिफिकेशन करैत छथि, कखनो नहि।

अमेजन केरऽ सस्ता ग्रीन लेजर 1.2-1.5 mrad विचलन चलै के प्रवृत्ति रखै छै । हम एकटा साधारण सेटअप सं कतेको यूनिट नापलहुं - फिक्स्ड डिस्टेंस पर लेजर, सफेद टारगेट, कैलिपर सं स्पॉट डायमीटर नापब. ठीक एनआईएसटी ट्रेस करय योग्य नहि मुदा एप्लीकेशन के काज के लेल काफी नीक. सीएनआई या लेजरग्लो टेक्नोलॉजीज केरऽ अधिक महंगा डीपीएसएस ग्रीन लेजर आमतौर प॑ बेहतर सर्कुलर बीम प्रोफाइल के साथ 1.0 mrad स॑ कम म॑ आबै छै ।

बीम प्रोफाइल तखन मायने रखैत अछि जखन अहाँ छोट-छोट निशाना पर मारय के कोशिश क रहल छी. एकटा गाउसी बीम धीरे-धीरे रोलऑफ के संग एकटा साफ केंद्रीय स्थान दैत अछि. सस्ता डायोड लेजर म॑ कखनी-कखनी अंडाकार या अनियमित प्रोफाइल होय छै जेकरा स॑ सटीक निशाना लगाना मुश्किल होय जाय छै । जानय के एकमात्र तरीका या त निर्माता के स्पेसिफिकेशन शीट पर भरोसा करू (कोनो-नाम ब्रांड के संग जोखिम भरल) या फेर खुद परीक्षण करू.

सर्जिकल इंस्ट्रूमेंट एलाइन्मेंट के लेल हम 0.6 mrad divergence maximum spec'ing समाप्त केलहुं कियाक त काज करय के दूरी 400mm छल आ टारगेट साइज 2mm व्यास छल. जे किछु स्लोप भेटैत अछि मुदा बेसी नहि। कड़ा विचलन कें लेल लागत प्रीमियम मानक औद्योगिक मॉड्यूल कें मुकाबले लगभग 40% छल.

हम लेजर संरेखण प्रणाली कए स्वचालित उपकरण सेटिंग क लेल सीएनसी मिल सेटअप मे राखि देलहुं। सीधा लागल - धुरी आवास के लेल लेजर माउंट, निश्चित संदर्भ लक्ष्य पर बीम प्रोजेक्ट, प्रत्येक उपकरण परिवर्तन स पहिने विचलन माप. परीक्षण में ठीक काज केलक, उत्पादन में असफल रहल कियाक त द्रव धुंध के काटला स 2 सप्ताह के भीतर लेजर खिड़की के क्षय भ गेल। डिजाइन फेज मे कियो एहि पर नहि सोचल।

समाधान एकटा संपीड़ित हवा पर्ज नोजल जोड़ल छल जे लेजर एपर्चर के पार लगातार हवा के प्रवाह रखैत छल. पार्ट मे 45 डॉलर आ प्रति मशीन 2 घंटा इंस्टॉलेशन टाइम जोड़ल गेल। मूल डिजाइन मे हेबाक चाही छल।

तापमान के मुआवजा एकटा आओर चीज अछि जे लोक के काटि लैत अछि. हम एकटा कंपोजिट लेअप टूल के लेल लेजर पोजीशनिंग सिस्टम के spec'd केलहुं जे 65 डिग्री एफ सं 140 डिग्री एफ तक संचालित होयत.लेजर मॉड्यूल निर्माता कहलनि जे हुनकर यूनिट के रेट 140 डिग्री एफ अछि मुदा ई नहिं कहल गेल जे जीरो शिफ्ट के गारंटी मात्र 120 डिग्री एफ के अछि.ओहि सं ऊपर माउंटिंग ब्रैकेट के थर्मल एक्सपैन्शन बीम के 20 पर 0.060 इंच तक बढ़ा देलक पैर। लेअप सहिष्णुता के लिये बिल्कुल अस्वीकार्य।

अंततः एकटा अलग निर्माता (लेजर कंपोनेंट डीजी जीएमबीएच, हुनकर एफपी सीरीज) पर स्विच भेल जे स्पष्ट रूप स तापमान मुआवजा क आंकड़ा उपलब्ध करौलक । लागत सेहो एहने छल, लगभग 380 डॉलर प्रति मॉड्यूल, मुदा ओ सब वास्तव में ओहि व्यवहार के परीक्षण आ दस्तावेजीकरण केलक जकर हमरा सब के परवाह छल.

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उच्च-वॉल्यूम उत्पादन कें लेल जतय लेजर दृष्टि उत्पाद मे एम्बेडेड छै, कखनो-कखनो अहां बस तैयार मॉड्यूल खरीदय कें बजाय सीधा कच्चा डायोड आ ड्राइवर सर्किट कें माउंट करय छी. हम ई एकटा मेडिकल डिवाइस के लेल केलहुं जेकरा 3mW लाल लेजर के जरूरत छल - मात्रा 1000 पर ओसराम पीएलटी5 450 डायोड खरीदैत लगभग $4.20 प्रत्येक (वितरक के लेल osram.com 2023 मूल्य निर्धारण), आओर ड्राइवर आईसी आ निष्क्रिय के लेल एकटा आओर $2-3 चलैत छल. पूरा मॉड्यूल के दाम 25-40 डॉलर प्रत्येक छल, तें DIY वॉल्यूम में समझ में आबि गेल.

एकरऽ नकारात्मक पहलू ई छै कि आपने अपनऽ ऑप्टिकल डिजाइन, हीटसिंकिंग, ड्राइवर सर्किट वैलिडेशन, आरू रिलायबिलिटी टेस्टिंग करी रहलऽ छियै । मेडिकल डिवाइस में जाय वाला कोनो चीज के लेल जेकरा एफडीए सबमिशन के जरूरत होयत छै, ओ पर्याप्त इंजीनियरिंग के काज छै. हम कुल मिला कए लगभग 200 घंटा डिजाइन आ वैलिडेशन पर बितेलहुं, मुदा उत्पादन रन मे घटक लागत मे मोटा-मोटी 18,000 डॉलर क बचत भेल। 1000+ यूनिट पर एकर लायक, 500 यूनिट स कम लायक नहि।

कोलिमेटिंग ऑप्टिक्स एकर कठिन हिस्सा अछि। नंगे डायोड सं सभ्य बीम गुणवत्ता प्राप्त करय कें लेल अहां कें या त एकटा एस्फेरिक लेंस या एकटा बहु-तत्व प्रणाली कें जरूरत छै. एडमंड ऑप्टिक्स लेजर कोलिमेशन लेली एस्फेरिक लेंस बेचै छै जे एनए आरू व्यास के आधार प॑ लगभग २५-५० डॉलर स॑ शुरू होय छै । लेकिन अच्छा कोलिमेशन लेली डायोड आरू लेंस के बीच सटीक अंतराल के जरूरत होय छै, जे आम तौर प॑ 0.05mm के भीतर छै । मतलब या त आवास के परिशुद्धता मशीनिंग या लॉकिंग के साथ समायोजन पेंच.

किछु निर्माता पूर्व-कोलिमेटेड डायोड मॉड्यूल क संग एहि क आसपास भ रहल छथि. Thorlabs केरऽ अपनऽ CPS श्रृंखला छै जे डायोड, ड्राइवर, आरू कोलिमेटिंग ऑप्टिक्स क॑ एक कॉम्पैक्ट TO-can पैकेज म॑ जोड़ै छै. लगभग 80-120 डॉलर प्रति यूनिट जे एखनो तैयार लेजर पॉइंटर सं सस्ता अछि आ अहां के डिजाइन में बेसी लचीलापन दैत अछि.

निश्चित नहि जे बेसी लोक एहि सभक उपयोग एम्बेडेड एप्लीकेशन लेल किएक नहि करैत छथि. इ अधिकतर यांत्रिक सहिष्णुता कें समस्याक कें हल करयत छै आ तइयो मध्यम मात्रा मे लागत कें उचित रखयत छै.

1-5mW रेंज मे पोर्टेबल लेजर मॉड्यूल कें लेल,लिथियम CR1/3N बैटरीआश्चर्यजनक रूप स नीक काज करैत अछि। ई शारीरिक रूप स॑ छोटऽ छै लेकिन 3V प॑ 170mAh पैक करै छै, जे ठेठ लाल लेजर मॉड्यूल प॑ 8-10 घंटा के रनटाइम लेली काफी छै । हम एकर उपयोग हैंडहेल्ड एलाइन्मेंट टूल मे केने छी जतय एए बैटरी बहुत भारी छल। लागत मात्रा मे लगभग $2-3 प्रति सेल चलैत अछि, आओर शेल्फ लाइफ 10+ साल अछि जे स्पेयर इन्वेंट्री के लेल मायने रखैत अछि.