Cómo funcionan estos sistemas de espectáculo láser

Question

Estoy tratando de entender cómo los sistemas de galvanometría de los espectáculos láser como este crear un movimiento de alta resolución y generar dibujos de una precisión razonable (en relación con el tamaño mínimo del paso de desviación angular del haz) en una superficie a varios metros de distancia.

El Página de Wikipedia tiene muy poca información sobre la versión moderna, aunque un párrafo afirma que los galvanómetros de espejo de alta velocidad se utilizan para la ablación láser, el marcado, etc., que son, por supuesto, aplicaciones de alta precisión.

Dado que los dispositivos de espectáculo láser son tan populares, pero la documentación un poco escasa, agradecería una explicación, especialmente de la parte de bucle cerrado que estos "escáneres" de espectáculo láser dicen contener.

• ¿Utilizan un motor paso a paso (y sólo afirman que es esencialmente de bucle cerrado), o tienen un motor de corriente continua estándar con un codificador magnético/óptico de algún tipo?

• Además, ¿qué tipo de resolución angular suele tener un sistema como el del producto enlazado anteriormente?

Como puede quedar claro en estas preguntas, estoy tratando de ver si sería adecuado reutilizar uno de estos para mi propio proyecto, en el que necesito conseguir un marcado láser con una resolución de aproximadamente 50-75 micras a unos pocos centímetros de distancia (desafortunadamente, las limitaciones físicas impiden el uso de un sistema de pórtico que podría verse en los plotters 2D/impresoras 3D).

Answer 1

No es un motor, es un galvanómetro: un sistema que produce una desviación proporcional a la corriente. Es muy diferente de un motor paso a paso, ya que no hay "pasos" discretos.

Una página web para un ejemplo de unidad galvo profesional: http://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3770

Eso hace la cortesía de explicar tanto cómo funciona

La orientación angular (posición) del espejo se codifica ópticamente mediante un conjunto de fotocélulas y una fuente de luz, ambos integrados en el interior de la carcasa del galvanómetro. Cada orientación del espejo corresponde a una relación única de las señales de los fotodiodos, lo que permite el funcionamiento en bucle cerrado del sistema de espejos galvo

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El circuito del servocontrolador proporcional derivativo (PD) interpreta las señales del sistema óptico de detección de la posición dentro del motor y luego produce la tensión de accionamiento necesaria para girar el espejo a la posición deseada.

y también la precisión angular de 0,0008° (15 µrad) si utiliza su fuente de alimentación limpia especial.

La unidad de espectáculo de luz no especifica una resolución angular, sólo una velocidad de escaneo en "puntos por segundo" .

Answer 2

Según este tipo, un galvanómetro de bucle cerrado le proporciona una señal de retroalimentación que puede utilizar para detectar la posición actual de la armadura.
Así, se envía una señal al galvanómetro que representa la posición que debe tomar, y luego se amplifica la diferencia entre la señal de retroalimentación y la señal aplicada para corregir la posición hasta que coincida con la posición deseada.

El ejemplo que he enlazado utiliza una retroalimentación capacitiva, pero también hay sistemas ópticos y sistemas basados en potenciómetros.

Por tanto, se trata realmente de un galvanómetro y no de algún tipo de servo u otro motor.

Ese sitio también entra en detalles de la construcción y el uso del detector de posición y el bucle de retroalimentación necesario. También hay un montón de términos técnicos y abreviaturas que podrían ayudar a encontrar más especificaciones útiles sobre las unidades comerciales.

La precisión y la repetibilidad dependerán de las piezas mecánicas (rodamientos), así como de los niveles de ruido del circuito de control. No he podido encontrar nada al respecto. Creo que tienes que buscar información en el Patrones de prueba ILDA para empezar en esa dirección.

La resolución angular dependerá (en parte) de la resolución del DAC que utilices para controlar el galvanómetro y también de la electrónica de control y del circuito de retroalimentación. También dependerá de la ángulo de escaneo. El ángulo de exploración dividido por el número de bits de su DAC le dará la resolución teórica del escáner.

Para conseguir las 50 micras que necesitas a 3 cm de distancia, necesitarías una precisión angular de unos 0,095 grados. Teniendo en cuenta una desviación máxima de 40 grados (he encontrado notas que es el máximo para los sistemas de bucle cerrado) entonces eso es sólo alrededor de 420 pasos - un DAC de 10 bits debería ser suficiente, aunque veo unidades disponibles que toman la entrada digital de hasta 24 bits.

Puntos por segundo es una medida de la rapidez con la que el galvanómetro puede responder a los cambios de ángulo.

Answer 3

Según camtech Existen dos tipos de configuraciones de actuadores (imán móvil y bobina móvil) y dos tipos de sistemas de detección de posición (óptico y capacitivo) que se utilizan habitualmente para los galvanómetros que llevan espejos láser:

El galvo en sí tiene dos partes principales: el actuador que manipula la carga del espejo y el detector de posición integral que proporciona información de la posición del espejo al sistema de bucle cerrado. Hay dos configuraciones de actuadores que suelen utilizarse en los sistemas actuales de alto rendimiento.

El imán móvil, en el que el imán forma parte del rotor y la bobina es parte del estator, proporciona las frecuencias resonantes más altas del sistema debido a su diseño uniforme del rotor. La bobina móvil, en la que la bobina forma parte del rotor y en la que el imán forma parte del estator, ofrece la mayor relación par-inercia y la mayor eficiencia de par.

En los dos tipos comunes de detectores de posición, el elemento detector se mueve como parte de la estructura del galvo rotor. En el diseño capacitivo dieléctrico móvil, una fuente de radiofrecuencia acciona dos condensadores variables, y las corrientes diferenciales rectificadas resultantes informan de la posición del actuador galvo y del espejo. En los nuevos diseños de detectores de posición ópticos, una fuente de luz ilumina partes de cuatro fotocélulas. Entre la fuente de luz y los receptores, una forma móvil similar a la de una mariposa proyecta más o menos sombra sobre pares de células del receptor. Las corrientes resultantes informan de la posición del actuador galvo y del espejo.

El diseño del detector de posicionamiento define en gran medida la precisión de posicionamiento del sistema, y sus características de inercia y frecuencia de resonancia afectan a la velocidad del sistema. Las características compactas, de bajo ruido y baja inercia de los detectores ópticos de posición patentados por Cambridge Technology Inc. proporcionan mayor velocidad, menor tamaño y menor coste en comparación con los dispositivos capacitivos, sin sacrificar la precisión ni la estabilidad. Además, algunos detectores capacitivos pueden emitir ruido eléctrico de RF que puede interferir con los componentes electrónicos cercanos del sistema, mientras que este ruido se elimina con los detectores ópticos de posición.

En la página de ebay que enlazas no se detalla qué construcción interna tienen los galvanómetros (ni tipo de actuador ni tipo de detector de posición), pero sí dice controlador PID para el bucle de retroalimentación.