Laser Dioden Fragen

2 Antworten

Irgendwie habe ich da etwas ähnliches vor, wobei ich nur belichten will und nicht brennen (evtl.später).

Bei mir besteht die Mechanik aus einem Tisch mit 3 Schrittmotoren um in X-Y-Z-Richtung fahren zu können. Für die Belichtung einer Leiterplatte brauche ich die Z-Achse nicht (wird bei dir wohl auch so sein).

Man braucht also ein Programm um die Fläche im einfachsten Fall in Zeilen und Spalten abzufahren. Für jede angefahrene Position wird dann der Laser eingeschaltet oder eben auch nicht.

Es gibt andere Lösungen, wo man mit dem Laser Bahnen abfährt. Da kommt man schnell zu komplizierter Software und schlägt sich mit G-Code oder HPGL herum. Der Aufwand explodiert dabei, da man eine CNC-Maschine steuert. Diese anderen Lösungen haben aber auch noch weitere Probleme: Nach längerer Internet-Recherche sieht es für mich so aus, als wäre die von einem Laser abgegebene Leistung eine Funktion der Zeit. Das ist für meine Zwecke natürlich nicht optimal. 

Da bei meinem Vorhaben stets die ganze Fläche abgefahren wird (damit könnte man z.B. Bilder auf Holz brennen) wird die Sache einfacher.

Am Ende fahre ich Koordinate für Koordinate an und schalte dann für eine kurze feste Zeit den Laser ein. Da so niemals mit eingeschaltetem Laser gefahren wird und der Laser immer für eine Fest Zeit am selben Ort aktiv ist wird das Ergebnis sehr gleichmäßig. Die Intensität kamm man durch die Einschaltdauer variieren.

Das Fahren der Schrittmotoren ist einfach, da man immer nur mit einem Motor fährt. Die zu lasernden Bilddaten hole ich mir aus einer SD-Karte, wo zuvor eine Grafik im TIF-Format gespeichert wird. Dieses Format ist super einfach mit einem kleinen Prozessor zu lesen, da hier einfach die schwarzen und weißen Punkte hintereinander in Bytes gepackt sind. Die Bytes für eine Zeile liegen ebenfalls einfach hintereinander bis alles Fertig ist - also ideal. Das Lesen von einer SD-Karte ist ebenfalls extrem einfach, wenn man sich auf vorhandene Dateien beschränkt (was hier der Fall ist). Das hab ist grad auf einem MSP für andere Zwecke genutzt. Die Code-Vorlage stammt sogar von einem Arduino - ich hab es nur in Assembler für den MSP neu geschrieben  ;-)

Das Programm ist also absolut kein Problem.

Bleibt die Sache mit dem Laser. Wenn man nicht grad Löcher in Bleche braten will und nur Lichtempfindliche Lacke belichten oder Papier und Balsaholz schwärzen möchte ist die Laserbeschaffung kein Problem. Das Zeug von einem bekannten Elektronik-Versender aus Süddeutschland ist hierfür nicht zu gebrauchen - ausser man demontiert Geräte, die entsprechendes beinhalten.

Falls du diesen Tipp mal ganz schnell auf eine CD, DVD oder BluRay brennen willst sei darauf hingewiesen, daß CD- und DVD-Brenner mit zunehmender Schreibgeschwindigkeit entsprechend stärkere Läser benötigen. Da die Speicherkapazität von CD über DVD nach BluRay bei unverändert großen Disks zunimmt muß entsprechend der Strahldurchmesser im Hot-Spot abnehmen, was zu einer entsprechend hohen Leistungdichte führt (W/mm2). 

Noch einfacher ist der Griff nach China, wo man für einen Endpreis von unter 4 Euro respektables Material bekommt. Es muß ja nicht gleich ein NDB7875 sein - ein LPC826 ist für unsere Zwecke mehr als ausreichend. Man sollte Laserdioden auch nie bei voller Leistung betreiben, da ihre Lebensdauer mit zunehmender Leistung exponentiell abnimmt. Also mit haber Kraft voraus in ein langes Laser-Leben. Die Kühlung ist dann auch einfacher und das Gefahrenpotential nimmt ab. Da die Teile stark altern (Leistungabfall) hat man so noch Reserven und kann den Strom nochmal hochdrehen.

Damit wären wir bei der Ansteuerung. Laserdioden sind Halbleiter. Sowas betreibt man nicht mit Spannung - außer man möchte sie kaputt machen.
Man braucht eine geregelte, hochstabile Stromquelle, da der Diodenstrom exponentiell von Spannung und Temperatur abhängt. Man kann das mit FETs machen (hab ich grad für andere Zwecke) oder mit bipolaren Transistoren. Für Laserdioden halte ich FETs für etwas ungeeignet. Die meisten Schaltungen mit FETs im Netz haben ein Design-Fehler in der Gegenkopplung (hat offenbar noch keiner gemerkt). Vermutlich sind das nur Prinzipschaltungen, die man so wegen der ideal angenommenen Bauteile nicht aufbauen/betreiben kann. Funktionierende Schaltungen mit konkret berechneten Bauteilwerten stelle ich dir gerne zur Verfügung, da ich für mein Projekt ebenfalls eine solche Schaltung brauche. Falls du die obengenannte LPC nimmst sollte noch ein halbes Ampere im Netzteil übrig sein. Bei 5V wird es sehr eng - ist aber noch schaltungstechnisch machbar. Super wäre ein Spannung von ca. 8 bis 16V mit mindestens 30mA für die Ansteuerung und die 5V mit mindestens noch 400mA für die Diode - so wird wenig Verlustleistung erzeugt und man könnte (wenn man will) problemlos einen fetten Leistungs-FET einsetzen. 

Die Sache mit den Pulsen sieht so aus: Egal ob du mit dem Laser gravieren, brennen oder belichten willst, man muß am Energie ans Ziel bringen. Die Umgebung des Ziels ist i.d.R. kalt und leitet die Wärme ab. Je besser das funktioniert um so mehr Leistung muß man mit dem Laser reinpumpen. Der termische Widerstand um die beleuchtete Stelle bestimmt wieviel Energie pro Zeit und Temperaturdifferenz abgeleitet wird. Dem kann man durch vorwärmen entgegenwirken und so die effektive Laserleistung drastisch steigern (scheint aber irgendwie noch keiner drauf gekommen zu sein). Es gibt Laser, die gepulst arbeiten und dabei im vierstelligen Bereich mehr Leistung ausspucken. Das nützt aber nur etwas, wenn die Pulse im Verhältnis zur Pause lang sind. Einen solchen Laser mit gigantischen 25 Watt habe ich kürzlich für kleines Geld ausgegraben. Leider war es aber ein Puls-Laser. Die Energie eines einzelnen Pulses reicht bei Weitem nicht und die mittlere Dauerleistung (und nur das zählt) konnte grad mit einem Laserpointer mithalten. Für die uns interessierenden Anwendungen ist ist der Pulsbetrieb völlig uninteressant. Bei nachrichtentechnischen Anwendungen ist das anders. Auch wenn ich den Laser effektiv am Ende mit Pulsen auf die Pixel schießen lassen werde, so hat das damit nichts zu tun. Wir brauchen Laser mit ausreichenden Dauerleistungen bzw. hohen mittleren Leistungen, falls uns doch ein Puls-Laser auf den Tisch rollt (extrem unwahrscheinlich). Natürlich könnte man auch LPC826 gepulst betreiben um den Wirkunggrad zu optimieren, aber ich sehe keine Energieknappheit bei dem Projekt und die Ansteuerung ist auch viel komplizierter. Vergiß den Käse mit den Pulsen - nur Ärger und mehr Leistung kommt auch nicht raus (sonst pulse ich sofort bei den Überweisungen). 

Das Problem in diesem Forum ist, daß hier fast nur Leute Antworten geben die keine Ahnung von irgendwas haben. Da wird geraten und vermutet und das Ergebnis dieser geistigen Irrfahrt als Quell der Erkenntnisse verkauft.

Meine Bauteile stecken noch in der Post. Den Laser bekomme ich von einem Bekannten, der mit seinem Projekt gescheitert ist (hatte keine Ahnung und glaubte alles kaufen, zusammenstecken und einschalten zu können).


Ursprünglich hatte ich vor eine CNC-Maschine zu bauen um damit Leiterplatten und Bleche aus Alu zu fräsen. Nach ausgiebigen Recherchen im WWW bin ich dann zu der Erkenntnis gelangt, das diese ganzen Lösungen aus einem riesen Software-Sumpf mit Inkompatibilitäten und Lizenzgebühren bestehen - nein danke.

Ich will eine einfache beherrschbare schlanke Lösung ohne Kompromisse.
Dabei wurde mir klar, daß es am einfachsten ist eine Schwarz-Weiß-Grafik in Zeilen und Spalten mit einem Laser auszugeben. Alles was man vor dem Einschalten des Lasers ausrechnen kann wird vorbereitet. und dann als mundgerechtes Futter für Motoren und Laser auf eine SD verfrachtet. Die Maschine kann dann unabhängig ihren Job abarbeiten und der PC bleibt wo er ist. Das Programm wird so extrem einfach und ist für Laser ideal. Das Lesen einer SD-Karte ist ein Klacks.

Ich werde meine Maschine mit einem LCD für Statusinformationen und 5 Tasten ausstatten. Ein MSP430 soll die Motoren, die Tasten und das Display unterhalten und parallel die SD-Karte mit dem Bild auslöffeln. Ich bin im Moment noch allein. Vom Arduino habe ich keine Ahnung und bei mir wird ausschlieslich in Assembler programmiert. Evtl geht da beim Arduino ja auch was?

Irgendwie sehe ich da Parallelen bei unseren Projekten. Mein Wissen teile ich gern. Falls du Interesse hast mit mir zusammenzuarbeiten suche den Kontakt.



Große Ziele hast du dir ga gesteckt. Ich versuche mal mich verständlich zu machen :-)

Lasertreiber: Das wird der Chip/FET sein, der den laser ansteuert, da der Arduino ja nur begrenzt Strom liefert muss du den laser über diesen Treiber ansteuern, ähnlich wie die Motortreiber für die Motoren. (H-Bridge)

Laserdiode: Für diese Leistung brauchst du schon eine gute Laserdiode. ich weiß nicht, wie in deutschland die Bestimmungen sind, d.h. ob es die überhaupt frei zu kaufen gibt.

Poti: Brauchst du eher nicht, da das sicher alles elektronisch geregelt wird, genauer als du mit dem Drehknopf.

Gepulste Laserdioden: Ja, gepulste Ansteuerung benutzt man meistens zum Dimmen. Wir wollen hier aber mehr Kraft herausholen, deshalb wird die Laserdiode mit gepulstem Strom von bis zu 300% des Nennstromes betrieben. Das bedeutet, dass die Diode 3x mehr Saft bekommt als sie eigentlich sollte, deshalb der Puls, um sie zwischen den eingeschalteten Zustand wieder abkühlen zu lassen. Das geht alles im Millisekundenbereich, ist aber hochwirksam. z.B. 1ms Ein -> 1ms Aus bedeuted, dass du die Laserdiode mit der doppelten Stromstärke befeuern kannst, da sie nur die Hälfte der Zeit eingeschaltet ist. genaue Zahlenangaben kann ich dazu leidser nicht liefern (keine Zeit das alles herauszusuchen) aber auf http://www.letsmakerobots.com wirst du da sicher fündig, da liefen schon einige Versuche mit Hochleistungslasern.

Und ja, ehe ich es vergesse. Pass auf, dass du nicht blind wirst g... ehrlich, auch eine Schutzbrille kann durchgebrannt werden....vor allem wenn man nicht aufpasst und der Strahl irgendwo reflektiert wird und dir dann von hinten eins auswischt....

Vieeeelen Dank für diese nützliche Antwort :) ist mir jetzt klarer geworden.

Kannst du mir den treiber noch eim bisschen mehr erläutern? Was meinst du mit ansteuern? Also nicht 3v an die diode und fertig? :D

Und ist in denen ein treiber integriert: http://www.ebay.de/itm/50pcs-3v-6mm-650nm-dot-Laser-Dot-Diode-Module-Head-Red-/280919162436?pt=Bauteile&hash=item4168163e44

Wenn ja kann man doch die diode ausbauen und eine aus einem dvd brenner einbaue?

Vielen Dank und gruss

DJburner

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@DJburner

Diese Dinger aus dem Link sind Spielzeug. Damit kann man grad einen Sofortfilm belichten. Die Pulserei ist wie in meiner ausführlichen Antwort beschrieben und erklärt hier unbrauchbar, weil die mittlere Leistung nicht steigt. Allein der Wirkungsgrad kann zugunsten der Kühlung optimiert werden.

Normalerweise legt man irgendwo Spannung an und der Strom stellt sich ein und ist vorrangig von der Spannung abhängig. Dieses vorgehen ist i.d.R. recht stabil. Bei Halbleitern ändert sich die diese Abhängigkeit dramatisch oberhalb der Schwellspannung und ist zudem temperaturabhängig. Das ganze wird also extrem instabil. Eine ganz einfache akzeptable und zuverlässige Lösung ist ein Vorwiderstand für eine möglichst hohe Spannung. Die Stabiilität nimmt mit der Spannung zu, jedoch steigt die Verlustleistung linear mit.

Am Ende hält man die relevante Größe direkt stabil - den Strom. Für diese Anwendung nimmt man eine steuerbare Konstantstromquelle.

Sowas kann man sich mit Bauteilen für 2 Euro mal schnell zusammenbraten - bekommt man aber auch fertig in China für einen Euro.

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