Fragen zu MZB Berechnung nach Ekkard

[P51D]

Hallo miteinaner

Ich habe mir überlegt, dass ich bei der Ansteuerung des DAC's in der Software schon die Laser dimme, damit die MZB richtig eingehalten werden. Ich stütze mich auf die gute und sehr informative Seite von Ekkard, aber leider komme ich bei den Berechnungen, respektive viel mehr bei den Resultaten nicht nach:

Eingaben ...
Strahl-Leistung 500.0 mW
Strahl-Durchmesser am Ausgang 2.0 mm
Divergenz 0.7 mrad
Strahlweg bis nächster Zuschauer 15.0 m
Bewegungsfrequenz des Strahlflecks 27000.0 Hz
Figur-Wiederholfrequenz 60.0 Hz
Figuren-Halbmesser 4.0 m

Dies entspricht etwa den "worst-case" Angaben meines Projektors: Totale Ausgangsleistung ist 500mW und der dünnste Strahldurchmesser sowie die kleinste Divergenz.

Damit jetzt aber die MZB-Werte noch eingehalten werden muss ich die Leistung auf 4mW?! zurück nehmen...
Ähm, wie kann man dann mit 4mW eine Show "sichtbar" machen? In den Videos, respektive Live-Shows, die ich bis jetzt gesehen habe, war bei diesem Abstand sicher mehr als 4mW ausgegeben.

Oder habe ich einen Grundsätzlichen Überlegungsfehler gemacht?

Besten Dank für die Nachhilfe
MFG
Patrick

[ekkard]

Ich habe die Berechnungen mal "zu Fuß" durchgeführt:
Eingaben ...
Strahl-Leistung 500 mW
Strahl-Durchmesser am Ausgang 2 mm
Divergenz 0,7 mrad
Strahlweg bis nächster Zuschauer 15 m
Bewegungsfrequenz des Strahlflecks 27000 Hz
Figur-Wiederholfrequenz 60 Hz
Figuren-Halbmesser 4 m

Berechnungen …
Strahldurchmesser beim Zuschauer 12,5 mm
Maßgeblicher Strahldurchmesser 7 mm
… ist größer als 7 mm: nein, daher 7mm
Querschnittsfläche 38 mm²
Maßgebliche Leistung 316 mW
Bestrahlungsstärke 8213 W/m²
Verweildauer in einem Umkehrpunkt 9,32E-07 s
Impulsenergie bei Treffer 2,95E-01 µJ
Anzahl der Impulse in 10 s 600
C5 = 0,2
Bestrahlung H = 7,65E-03 J/m²
Grenzwert 1 Impuls 5,40E-04 J/m²
reduzierter Grenzwert 1,09E-04

Sowohl der Grenzwert als auch der "reduzierte Grenzwert" werden erheblich überschritten. Hier liegt der Fall vor, dass der maßgebliche Strahldurchmesser kleiner ist als 7 mm (38,48 mm²). Deshalb sind 63% der Leistung (rund 2/3 der Leistung) auf diese Querschnittsfläche zu beziehen. Wie die Zahlen zustande kommen, geht aus den Formeln in der Anlage hervor.

[Dr.Ulli]

Strahldurchmesser beim Zuschauer 12,5 mm
Maßgeblicher Strahldurchmesser 7 mm
… ist größer als 7 mm: nein, daher 7mm

Versteh ich nicht - 12,5mm ist doch wohl größer als 7mm ???

[ekkard]

Das Problem ist, dass der nach Norm maßgebliche Durchmesser jener ist, in den 63% der Leistung hinein fallen. Legt man näherungsweise ein Gauß-Profil zugrunde und schätzt ab, dass der sichtbare oder angegebene Strahldurchmesser (üblicherweise) 90% der Leistung umfasst, dann kann man den sichtbaren Durchmesser näherungsweise durch 2 teilen, um den maßgeblichen Durchmesser zu erhalten, der mit 63% der Nennleistung zu beaufschlagen ist. Ich habe bei meinen Messungen auch bei nichtgaußischen Profilen festgestellt, dass man dabei keine allzu großen Fehler in die "gefährliche Richtung" macht.
Alle anderen Methoden führen auf Messungen - und die kann man direkt haben (s.u.). Deshalb wird der mit 12,5mm berechnete Strahldurchmesser durch 2 geteilt = 6,3 mm < 7 mm (-->38,48mm²). Die maßgebliche Leistung = 63% * 0,5W = 0,32W auf 38,48mm² -->8213 W/m² (mit den im Rechenblatt gespeicherten Zwischenergebnissen)

Man kann es auch ganz messtechnisch machen: Man nehme am Ort des Auges eine 7mm-Blende und suche die höchste damit messbare Leistung im Lichtfleck. Diese bezieht man auf jene 38,48mm² Apertur(fläche) und erhält das normgemäße Ergebnis. Hier ging es aber um eine rechnerische Abschätzung.

[Dr.Ulli]

Deshalb wird der mit 12,5mm berechnete Strahldurchmesser durch 2 geteilt = 6,3 mm < 7 mm

AHHHHHH! Alles klar! Das war mir entgangen....

[P51D]

Besten Dank für die Antwort, doch ich denke, dass ich mich nicht klar genug ausgedrückt habe:
Das entsprechende Excel-Blatt habe ich schon Vorgängig zu Hilfe gezogen, und da stellte ich ja fest, dass der Laser "nur" 4mW haben dürfte, damit die Werte wieder im grünen Bereich sind.
Aber 4mW sind für mich sehr wenig, da man diese bei Restlicht ja gar nicht wahrnimmt.

Desshalb die Frage, ob ich etwas übersehen habe. Der Projektor hat einen 120mW grünen, 200mW roten sowie ein 200mW blauen Laser => 500mW Ausgangsleistung (auch schon mit Reserve). Die Scanner geben zwischen 20 und 30kpps aus. Der Abstand ist auch gegeben (15-25 Meter, da dies von mir aus gesehen "normal" bis schon weit ist).

Wie wird dann bei den Laser-Shows dies umgesetzt, damit nicht jeder den Strahl erahnen muss? Der Zuschauer kann ja schlecht 1,5km und mehr entfernt sein.

Besten Dank für die Nachhilfe...
Grüsse aus der Schweiz
Patrick

[vakuum]

genau da liegt das Problem zwischen Theorie (Tabelle von Ekkard) und Praxis....

Diese Formel von Ekkard wendet so kaum wer an. Da wird immer mit viel höherer Leistung gefahren und auch so werden die Grenzwerte eingehalten (Abnahme durch TÜV)
Eine Realistischere Formel (Wohl am besten eine Faustformel) kenne ich nicht.

[Dr.Ulli]

Die Sache ist ja auch, dass man Nebel nicht einrechnen darf...aber der dämpft doch schon ganz gewaltig, wenn genug vorhanden.

[vakuum]

Die Sache ist ja auch, dass man Nebel nicht einrechnen darf...aber der dämpft doch schon ganz gewaltig, wenn genug vorhanden.

nur am Nebel kanns nicht liegen. Der Tüv misst eigentlich nie mit Nebel.

[P51D]

genau da liegt das Problem zwischen Theorie (Tabelle von Ekkard) und Praxis....

Nur ist das von mir aus gesehen kein Bereich, bei dem man von der Theorie absehen kann, nur weil es in der Praxis anders ist. Normalerweise sind Theorie und Praxis ja auch nicht sooo weit auseinander, aber wie gesagt erscheinen mir hier die 4mW doch etwas wenig.

Die Sache ist ja auch, dass man Nebel nicht einrechnen darf...aber der dämpft doch schon ganz gewaltig, wenn genug vorhanden.

nur am Nebel kanns nicht liegen. Der Tüv misst eigentlich nie mit Nebel.

Was auch Sinn macht: Wenn die Werte ohne Nebel eingehalten werden, so sind sie es bestimmt mit ihm. Umgekehrt kann man ja nicht wirklich definieren, dass so und soviel % Nebel in der Luft vorhanden sein muss.

Ich bin also echt auf eine Erklährung dieses Phänomens gespannt.

Respektive, wie stellt ihr eure Safetys ein? Einfach mal dimmen, kontrollieren und korrigieren? Das muss doch auch nach einem "groben" Muster oder Faustformel machbar sein. Alles über 2,7 Meter muss nicht gedimmt werden, sofern der Strahl ja nicht über einen Raumspiegel in das Publikum geht, aber wie kommt man auf die Werte der Publikumsstrahlen, oder besser gesagt auf den %-Satz der Laserleistung?

[ekkard]

Die Grenzwert-Beziehungen sind nicht meine Ideen!
Ich habe in praktischen Fällen auch keine Strahlen gesehen, die so konzentriert (kollimiert) waren, wie hier unterstellt. Die Gefahr nimmt proportional zur Vergrößerung der Strahlfläche ab, wenngleich nicht quadratisch. Denn zugleich nimmt die Verweidauer im Auge (die Impulsdauer/Impuls) zu! Ferner tut man gut daran, die Zahl der Treffer an einem Raumpunkt zu reduzieren (C5-Faktor).
In vielen Fällen werden die Strahlen geteilt, auch das macht die Gefahr kleiner.

Was auf jeden Fall eingehalten werden muss, ist das Einzelimpulskriterium; dann kann man wenigstens argumentieren, dass ein nicht fixiertes Zuschauerauge höchst selten mehrfach in gleicher Weise und an gleicher Stelle der Retina (Netzhaut) getroffen wird.
Für den Einzelimpuls gilt im Zeitbereich von 18µs bis 10 s und im sichtbaren Spektralbereich eine maximal zulässige Bestrahlung (MZB) von: 18*t^0,75 J/m² immer gemessen auf einer 7 mm Pupille (oder äquivalent berechnet). Wer nur über einen Taschenrechner mit Wurzelfunktion verfügt, kann die Maßzahl der Zeit in Sekunden dreimal mit sich selbst multiplizieren und zweimal die Wurzeltaste drücken t^0,75 = Wurzel(Wurzel(t*t*t)). Mit Excel geht das natürlich eleganter. Vorsicht bei der Umrechnung! 2 ms sind 0,002 s und die Formel ergibt für 2ms MZB(2ms)=0,1702...J/m²

[P51D]

Ich möchte hier ja auch nicht den Verdacht erwecken, dass ich irgendjemanden für irgendetwas beschuldige.

Ich wollte lediglich grob abschätzen können, was ich für Parameter brauchen würde um eine Sichere Publikums-Show erzeugen zu können.
Mir ist auch klar, dass dies als allerersts beim Programmierer anfängt, aber irgendwie sollte doch auch eine Möglichkeit für eine Faustregel bestehen.
OK, bei mir hat der Projektor diese Daten:
- Rot: 200mW; 642nm; <0,7mrad (Laut den Daten der Kollimatorlinse); < 2mm Durchmesser
- Grün: 120mW; 532nm; <1.2mrad; <1.5mm Durchmesser
- Blau: 200mW; 442nm; 3mm; <1.5mrad; <3mm Durchmesser
- Litrack Scanner (~27kpps)

Damit ich jetzt weiss, wieweit ich die Leistung herunterdrehen muss, brache ich sicher noch diese Angaben zusätzlich:
- Abstand zum nächsten Zuschauer
- Ausgabegeschwindigkeit
- Show-Grösse
- Die Bildwiederholfrequenz

Also ziemlich das, was im Excel auch alles verlangt wird.
Aufgrund der unterschiedlichen Divergenzen und Durchmessern der Strahle ist die Leistung nicht einfach zu addieren, aber man könnte ja sicherheitshalber den grössten Fleck berücksichtigen und die Summe der Laser (wird ja auch wiederum durch Dichros, Pol-Würfel, Spiegel und Austrittslas vermindert).

Bis jetzt könnte ich mir ein Audience-Scanning (heisst das so, wenn der Strahl durchs Publikum geht?) nur so vorstellen, dass die Figur z.B. 5 mahl abgefahren wird, die Laser aber nur einmal ein sind. Somit wäre die Leistung ja schon auf 1/5 reduziert, oder? Ist das aber realistisch?

Ich frage mich einfach, ob es nicht so eine "intelligente" Safety-Schaltung gibt, die die Position des Strahls kennt (sollte ja über Galvo-Feedback machbar sein) sowie die Modulationsspannung(ADC an einem MCU) der Laser sowie deren maximaler Leistung und noch die entsprechenden Daten über die Position des Projektors und Scanner (EEPROM und Kommunikationsverbindung). Damit könnte die Safety doch entsprechend der Position und der angelegten Modulationsspannungen diese überwachen und falls nötig nach unten korrigiern.

Ich weiss, es sind viele Fragen und sehr wahrscheindlich auch solche, die "logisch" sind, aber irgendwie sehe ich da gerade gar nicht einen grünen Zweig. Aber solange ich über die Sicherheit nicht sicher bin, möchte ich es nicht einmal in betracht ziehen eine Show öffentlich und anderen zu zeigen.

Ich wünsche euch noch einen schönen Abend
MFG
Patrick

[rayman]

@Ekkart

Da ja bei einem RGB System die Strahlen für das Auge ganz minimal aus verschiedenen Richtungen kommen und es daher auch mehrere Abbildungen auf der Netzhaut gibt...

Muss ich wirklich die Gesamtleistung für die Berechnung nehmen oder nur die des ntärksten Lasers bzw. des Lasers mit der größten Energiedichte (Leistung, Divergenz)?

Bei Diodenkombinationen per Polwürfel oder Spiegelschnitt müsste dann nach meinem Verständnis auch nicht die Gesamtleistung, sondern auch nur die Leistung der einzelnen Diode mit der größten Energiedichte nehmen.

Wie ist denn das geregelt?

[guido]

Hmm..

werden Software-Zonen vom TÜV akzeptiert ? Ich kann mein System ja so konfigurieren
das im unterem Bereich , also im Publikum, nur mit 50% oder weniger an Leistung gefahren wird.

Obwohl die glaube ich einer denen unbekannten Hardwarelösung in der Halbleiter ja täglich zum
bösem Feinschluss neigen und nur Relais das wahre sind auch nicht trauen...

Die Funktionalität deiner Sicherheitsrelevanten Hardware dem TÜVler nachzuweisen ist deine Pflicht.
Wenn ers nicht glaubt oder gar nicht versteht ist es dein Problem

[P51D]

werden Software-Zonen vom TÜV akzeptiert ? Ich kann mein System ja so konfigurieren
das im unterem Bereich , also im Publikum, nur mit 50% oder weniger an Leistung gefahren wird.

Rein theoretisch müssten Software-Zonen ja gehen, da eine Stellgrösse im Regelkreis gegeben wird.
Oder wie wird dann das bei publikumsberührenden Shows von den Safetys gelöst? Man kann ja zum Teil auch Zonen einstelen. Überwachen die wirklich "nur" die Galvo-Bewegung?
Und wie könnte man auf den Wert 50% kommen?

Obwohl die glaube ich einer denen unbekannten Hardwarelösung in der Halbleiter ja täglich zum
bösem Feinschluss neigen und nur Relais das wahre sind auch nicht trauen...

Die Funktionalität deiner Sicherheitsrelevanten Hardware dem TÜVler nachzuweisen ist deine Pflicht.
Wenn ers nicht glaubt oder gar nicht versteht ist es dein Problem

Also wenn sie dann schon nicht mehr ganz herkömmlichen Logikschaltungen "vertrauen", wie sie schon seit Jahrzehnten verbaut werden..., dann wird ja wohl nichts von ihnen als "sicher" bezeichnet und es dürfte dann auch keine Lasershows, Autos... geben.

Dass die Schaltungsfunktion bewiesen werden muss, ist mir klar. Nur, wie? Soll man beim Projektor die Galvos von den Treibern trennen und so die "Laser-Aus" Funktion demonstrieren?

Also, wie ich sehe, haben diverse auch das Bedürfniss einer genaueren Auseinandersetzung mit diesem Thema. Das freut und beunruhigt mich doch gleich wieder auf eine Art weil irgendwie (nichts gegen euch) sehr weinige Antworten auf mitlerweile nicht nur meine Fragen kommen.
Da es ja in diesem Forum Leute hat, die auch schon TÜV-Abnahmen hinter sich haben oder die "anerkannte" und verbauet Safety und Ausgabe-Karten, entwickelt haben. Denn was nützt eine Safety, wenn aus irgend einem Grund schon das ILDA-Signal prötzlich gefährlich für Zuschauer wird, obwohl es vom PC aus eigentlich nicht so währe...

Schöne Grüsse aus der verschneiten Schweiz...
Patrick

[jan23]

Beweisen das der Safety geht kannste in dem du einfach einen Stehen Strahl zeichnest dann bewegen sich die Scanner nicht und der Laser müsste abschalten so hat bei mir der TÜV den Scannersafety auch abgenommen.

[rayman]

Hmm..

werden Software-Zonen vom TÜV akzeptiert ? Ich kann mein System ja so konfigurieren
das im unterem Bereich , also im Publikum, nur mit 50% oder weniger an Leistung gefahren wird.

In der Praxis wird das wohl idR so akzeptiert.

Nach meinem Verständnis ist ja das Abschwächen der Publikumszone der normale Betriebszustand und kein Fehlerfall.
Daher spricht da meiner Meinung nach nichts gegen eine Softwarelösung. Die Show wird ja nun mal über die Software ausgegeben.

Alles andere wäre auch ziemlicher Blödsinn.
Eine Softwarefehlfunktion ist in jedem Fall gefährlich, auch wenn die Abschwächung durch Graufilter gemacht wird.
Wenn die Software plötzlich die Achsen dreht und die Beams unten ausgegeben werden, ist das auch bei 50% Leistung gefährlich.

Für Fehlfunktionen der Software gibt es ja den Notaus.

Bin mal gespannt, ob Ekkart das genau so sieht...

[ekkard]

Da ja bei einem RGB System die Strahlen für das Auge ganz minimal aus verschiedenen Richtungen kommen und es daher auch mehrere Abbildungen auf der Netzhaut gibt...

Muss ich wirklich die Gesamtleistung für die Berechnung nehmen oder nur die des ntärksten Lasers bzw. des Lasers mit der größten Energiedichte (Leistung, Divergenz)?

Bei Diodenkombinationen per Polwürfel oder Spiegelschnitt müsste dann nach meinem Verständnis auch nicht die Gesamtleistung, sondern auch nur die Leistung der einzelnen Diode mit der größten Energiedichte nehmen.

Wie ist denn das geregelt?

An sich ist das in der DIN EN 60825-1:2008 ganz klar durch den Empfangswinkel (Alpha) geregelt. Alle drei Leistungen sind zu addieren. Dass drei Laserquellen zum Einsatz kommen wird durch einen C6-Faktor berücksichtigt. Dazu muss man in Erfahrung bringen, unter welchem mittleren, ebenen Winkel die drei Laserquellen vom nächsten Zuschauer aus zu sehen sind. Ist dieser Winkel kleiner als 1,5 mrad, so handelt es sich um eine Quelle und C6 ist 1. Ist dieser Winkel größer, so wird er auf 1,5 mrad bezogen. Die Verhältniszahl vergrößert die MZB. Aber nur bis zum Faktor 67. Ist der Aufnahmewinkel größer, dann ist die leistungsstärkste Quelle allein maßgeblich. Letzteres gilt auch, wenn die drei Leistungen nie gleichzeitig ins Auge treffen können.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass auch T2 vergrößert wird. D. h. es müssen für das reduzierte Einzelimpulskriterium mehr Impulse in T2 (normal 10s) betrachtet werden.

Hier noch eine Frage bezüglich kpps: Wie groß ist der Winkelsprung von Punkt zu Punkt?
http://www.itler.net/2010/02/show-laser ... ch-erklrt/

Kpps (Kilo Points Per Second)
Kpps ist die Angabe mit welcher Ausgabegeschwindigkeit ein DAC / Lasershowkontroller oder ein Scannersystem arbeiten kann. Je höher diese Werte sind, desto besser die Flimmerfreiheit der Ausgabe. Jedoch wird auch bei dieser Angabe oft bei den Scannern geschummelt. Denn die Scannergeschwindigkeit steigt je kleiner der Ausgabewinkels ist.
Kleiner Ausgabewinkel –> hohe Kpps
Großer Ausgabewinkel –> Kpps sinkt
Daher sind die Kpps-Angaben nur zu vergleichen, wenn auch der Ausgabewinkel dazu angegeben ist.

Zu den anderen Fragen komme ich später.

[ekkard]

werden Software-Zonen vom TÜV akzeptiert ? Ich kann mein System ja so konfigurieren das im unterem Bereich , also im Publikum, nur mit 50% oder weniger an Leistung gefahren wird.

Mit „Softwarezonen“ ist das so eine Sache.

1. Sie sind nicht wirklich notwendig. Denn jede gut gesicherte Blende ist wirkungsvoller, selbst wenn die Software ihre Achsen vertauschen sollte. Der Strahl läuft nach unten immer gegen die Blende (auch Graufilter).
2. Sie müssen immer auch gegen den (beinahe-) Stillstand des Strahles abgesichert sein. Wir haben damit zwei Steuerungseinheiten in der Anlage.

In der Praxis wird das wohl idR so akzeptiert.

Richtig, unter den vorgenannten Bedingungen. Software wird grundsätzlich nicht als „sicher“ im Sinne der Sicherheitsnormen angesehen. Eine Doppelsteuerung nach Nr. 2 wird ganz sicher sehr kritisch betrachtet.

Nach meinem Verständnis ist ja das Abschwächen der Publikumszone der normale Betriebszustand und kein Fehlerfall. Daher spricht da meiner Meinung nach nichts gegen eine Softwarelösung. Die Show wird ja nun mal über die Software ausgegeben.

Außer dass Prüfaufwand und Nachbesserung beträchtlich sein können.

Alles andere wäre auch ziemlicher Blödsinn.

Das sehen meine Tüv-Kollegen und ich völlig anders. Die sauberste Lösung ist die (teildurchlässige) Blende.

Für Fehlfunktionen der Software gibt es ja den Notaus.

Das ist zwar der „doppelte Boden“ der gesamten Angelegenheit. Aber auch einem Sachverständigen ist es lieber, ein AOM (Beispiel!) steuert die Anlage hell, wenn alles in Ordnung ist und fällt in die sichere Bedingung „aus“, wenn irgendetwas nicht funktioniert.

[P51D]

Sie sind nicht wirklich notwendig. Denn jede gut gesicherte Blende ist wirkungsvoller, selbst wenn die Software ihre Achsen vertauschen sollte. Der Strahl läuft nach unten immer gegen die Blende (auch Graufilter).

Ok, wie sieht dann so eine Blende aus? Ein Aluminium-Stück? Oder wie wird mit dem Filter die nötige Leistung definiert? Die Filter lassen ja nur einen gewissen %-Teil durch. Geht das nach dem try-and-error-Prinzip?

Ausserdem habe ich bei keinem Projektor eine Blende gesehen, ist die intern oder extern?.