Merkmale auf homogener Oberfläche

[burgi3001]

Hallo!

Ich habe ein Projekt an der Uni, bei dem es darum geht irgendwie optische Merkmale auf einer homogen Oberfläche zu schaffen. Laser kommen dafür auf jeden Fall in Frage. Die Merkmale müssen sich nur in einem kleinen Bereich befinden und werden von einer 3D Kamera betrachtet. Diese Kamera kann auch infrarot licht "sehen".

Wichtig ist: Der Laser muss Laserklasse I erfüllen. Er sollte an einem Netzteil betrieben werden. Der laser selber sollt maximal 50 € kosten. Am liebsten hätte ich ein flächiges Muster (z.B. Gittermuster). Die Lichtleistung ist dabei nicht so wichtig.

Ich hatte bisher keine Ahnung von lasern, aber ich hab ein bisschen nachgeforscht und herausgefunden, dass es es paar Möglichkeiten gibt. Ich hab ein paar fragen dazu:

- Laser Effektgitter: Klingt sehr vielversprechend. Soweit ich das verstanden habe heißt dass, das eine diffraktive Optik den Strahl aufteilt. Muss man einen laser kaufen und zusätzlich eine Optik an ihm befestigen?Ich habe hier einen gefunden der vielversprechend aussah, aber der kostet über 500 €. Wie kommt denn so ein hoher preis zustande? Was gibt es denn in dem Bereich für Hobby Produkte und wie viel kosten sie?

- Theoretisch kann ich auch mehrere billige linienlaser auf einer platte montieren. Wäre das Sinnvoll?

- Scannerspiegel: Das klingt aufwendig. Ist das teurer/aufwendiger als ein Effekt-Gitter?

Gibt es noch mehr Möglichkeiten? Was haltet ihr denn für sinnvollste Lösung?

[undineSpektrum]

Hallo burgi3001,

Vielen Dank für Deine Anmeldung hier & Dein Interesse. Herzlich Willkommen hier erstmal.

Nachdem was ich in Deiner Anfrage lese halte ich für ein solches Projekt einen Laser für das falsche Mittel der Wahl, denn es sollen ja laut Deinen Angaben folgende Punkt erfüllt sein :

Zitat anfang:

Der Laser muss Laserklasse I erfüllen. Er sollte an einem Netzteil betrieben werden. Der laser selber sollt maximal 50 € kosten. Am liebsten hätte ich ein flächiges Muster (z.B. Gittermuster).

Zitat Ende...

Ich persönlich rate bei diesem Budget zu einer ( eventuell auch IR -) LED-Anwendung.
Sicher lässt sich sowas auch mit sichtbarem Licht aus Lasern der Schutzklasse II realisieren ( Leistung bis ein Milliwatt )... interessant ist dabei generell auch welcher Hintergrund wie beleuchtet werden soll.
Du fragst:
Zitat anfang

Laser Effektgitter: Klingt sehr vielversprechend. Soweit ich das verstanden habe heißt dass, das eine diffraktive Optik den Strahl aufteilt.

Zitat ende...
Richtig... und da gibt es viele Möglichkeiten solche Projekte zu realisieren und das mit relativ wenig Lichtleistung...ob mit einem Laser ( in Frage kommt da nur ein Diodenlaser der Schutzklasse II ) oder einer LED ( die braucht eine Zusatzoptik, die einen möglichst kleinen und scharfen Lichtfleck auf der belechteten Oberfläche erzeugt - da genügt vielleicht schon ein gebrauchtes Fotoobjektiv ...
Diffraktive Optiken sind eigentlich nichts anderes als Beugungsgitter oder kleine HOE´s ... dazu gibt es hier bereits auch schon einen Beitrag was diese Gitter zulassen mit Hilfe einer fokussierten Lampe / LED auf einer Fläche abzubilden... Schon mal ein bisschen quer durch´s Forum gelesen?
Hier der Hinweis zu den diffraktiven Optiken aus diesem Forum :
Gitter:
http://www.laserfreak.net/forum/viewtop ... 42&t=55183
Und ein Programm zur Erstellung solcher diffraktiven Optiken :
http://rsb.info.nih.gov/ij/
Das geht überigens im nahen IR-Bereich ( 800 - 950 nm Wellenlängen z.B. ) genauso gut - ist dann eben nur in der Kamera zu sehen.
Weiterhin willst Du noch wissen:
Zitat anfang:

- Theoretisch kann ich auch mehrere billige linienlaser auf einer platte montieren. Wäre das Sinnvoll?

Zitat ende...
Rein technisch geht das natürlich auch - überschreitet aber bei mehreren Linien in jeder Richtung bestimmt das Budget von 50 € erheblich ...

Des weiteren fragst Du noch:
Zitat anfang:

- Scannerspiegel: Das klingt aufwendig. Ist das teurer/aufwendiger als ein Effekt-Gitter?

Gibt es noch mehr Möglichkeiten? Was haltet ihr denn für sinnvollste Lösung?

Zitat ende:

Das ist eine sehr weitschweifige Frage, für Die Du hier dann vielleicht doch zu wenig Informationen zu Deinem Projekt gibst um es sinnvoll zu beantworten oder zu kommentieren ... Ein ausführlicher ausgefülltes Profil und Angaben zu Deinem Studiengang / Fachrichtung sowie Deinen (Laser-) technischen Vorkenntnissen sind für beide Seiten immer sehr hilfreich... Sonst werden Dir hier ggf. Sachen geschrieben die Dir nicht nützen oder Die Du vielleicht schon kennst und auch so vielleicht nicht helfen...

Da Du ja studierst ein guter Rat: Lesen bildet ja grundsätzlich immer - einige Möglichkeiten zu den von Dir geschilderten Anwendungen findest Du in dem Buch "Helium-Neon-Laserpraxis" von Horst Bauch und Ulf Silzner ... die beantworten auch welche einfachen Möglichkeiten bestehen einen kleinen "Scanner" zu bauen. Denke Dir den He-Ne-Laser dabei durch einen Diodenlaser / kleinen Laserpointer mit der maximalen Strahlungsleistung von 1 mW ersetzt...

Andernfalls verweise ich Dich noch auf die folgenden Beispiele:
IR-Markierungen mit LED-Array:
http://johnnylee.net/projects/wii/
Diodenlaser Klasse II / 1mW :
http://www.bax-shop.de/brennenstuhl-eco ... serpointer
Gitter:
http://www.laserfreak.net/forum/viewtop ... 42&t=55183

Ausserdem verstehe ich von den Projektoren und Scannern selber weniger - ich denke Da werden bestimmt auch noch Antworten der Scanner-Experten hier kommen ... ich habe das allerdings als eher teure Projekte von Mitlesen hier in Erinnerung...
Alles das hier soll selbstverständlich eine kleine Hilfe sein und keine Werbung - und es zeigt auch das manchmal das querlesen über so ein Forum über längere Zeit viele Fragen beantwortet oder sie verändert... Ich weiss, das ist einfacher als in der Realität oft und liest sich dann häufig auch als "neunmalklug" ...

Grüße und viel Erfolg,

Undine

[burgi3001]

Vielen Dank für deine ausführliche Antwort Undine!

Ganz konkret geht es um meine Bachlorarbeit im Maschinenbau.
Der "Hintergrund" der bei mir beleuchtet werden soll ist eine unlakierte Autotür, d.h. eine Aluminium-Oberfläche. Das ganze sollte im Idealfall in einer Industriehalle funktionieren, also in einem hellem Raum. Wenn es sein muss kann das Experiment auch in einen kleinen geschlossenem Raum wandern, wo ich die Lichtverhältnisse kontrollieren kann, aber das wäre sub-optimal.

Der Laser darf höchstens Klasse 1M haben. Mehr ist nicht mehr ok. Die Lichtleistung muss aber echt nicht hoch sein. Glaubst du, dass es unmöglich ist das ganze mit einem so schwachem Laser zu realisieren?

Das mit dem Infrarot hätte ich nicht erwähnen müssen. Es ist wahrscheinlich leichter daran zu arbeiten wenn ich das Licht auch sehen kann.

Über das Budget kann ich mit meinem Betreuer noch sprechen. Was würde denn in deinem Augen ein Klasse 1 Laser mit Effektgitter kosten?

Diffraktive Optiken sind eigentlich nichts anderes als Beugungsgitter oder kleine HOE´s

Was sind HOE's?


NACHTRAG:
Ich habe vergessen zu erwähnen dass natürlich nicht die ganze Autotüre beleuchtet werden muss sondern nur ein Ausschnitt von ca. 10x10 cm. Die Entfernung zur Oberfläche steht noch nicht fest. Sie könnte in einem bereich von 0,5 bis 1,5 m liegen.

[VDX]

... versuch's mal mit leistungsstarken 405nm-LED's - die gibts von ein paar mW bis zu einigen Watt Leistung ...

Viktor

[undineSpektrum]

Hallo zusammen,

@ burgi3001:

HOE - steht für "Holographisch optisches Element" - diese Gitter sind ja nichts anderes als kleine Hologramme. Diese werden durchleuchtet und formen den Lichtstrahl so, wie er auf der Beobachtungsfläche - in Deinem Fall ist das dann die Autotür - erscheinen soll.

Die von Viktor sowie mir empfohlenen LED´s unterschiedlicher Wellenlänge müssen allerdings noch mit einer Optik sauber auf die Fläche abgebildet werden - dann klappt das genauso wie mit einem schwachen Laser - die Intensität ist teilweise sogar größer.

Die Leistungsangaben bei LED´s beziehen sich allgemein auf die elektrische Leistung - in vielen Datenblättern steht aber auch die Gesamtstrahlungsleistung drin...

Grüße,

Undine

[VDX]

... ja, bei den Leistungsangaben von LED's mußt du etwas vorsichtig sein - hier habe ich mal ein paar Bilder von UV-LED's gepostet:
http://laserfreak.net/forum/viewtopic.p ... ed#p238124

Die "1W-Power-LED" mit 380nm hat 1W elektrisch, aber nur etwa 300mW optisch!

Demgegenüber hat das darüber abgebildete wassergekühlte 405nm-LED-Array 9 Watt optisch bei etwa 21 Ampere Strom

Ich hatte mal ein paar Test mit DLP-Beamern gemacht, bei denen ich diese UV-LED's als Lichtquellen fürs 3D-Drucken nehmen wollte.

Du kannst satt eines Lasers und eines holografischen Gitters auch sehr gut einen Beamer nehmen, der dir ein beliebiges, computergeneriertes Raster auf die Oberfläche projiziert ...

Viktor

[burgi3001]

Danke für deine Antwort Viktor!

Gibt es einen Grund warum du Violette/fast UV LEDs empfiehlst? Was spricht denn gegen andere Wellenlängen?

Kann man an einer LED auch eine diffraktive Optik anbringen? Und eine Punktemuster oder ein anderes Muster erzeugen?

[undineSpektrum]

Hi,

Du fragst:

Zitat anfang

Kann man an einer LED auch eine diffraktive Optik anbringen? Und eine Punktemuster oder ein anderes Muster erzeugen?

Zitat ende...

Ja, mit Hilfe einer Zusatzoptik ( Linse / kleines Objektiv o.ä. ) geht das ... das kannst Du ja auch in dem von mir zitierten Diskussionsbeitrag deutlich sehen - es wurde ja eine "weiße" LED verwendet...
Das geht auch mit 405 nm Wellenlänge. Günstige Optiken haben da aber eine andere Brennweite als angegeben -> chromatische Abberation.
Das könnte beispielsweise eine Kombination aus einem kurzbrennweitigen Linse zur Strahlkollimation und einer Linse mit größerer Brennweite zur erzeugung eines scharfen Abbildes auf der Oberfläche der Autotür sein. Direkt hinter die Linse kommt dann das Beugungsgitter... Die gibt´s auch schon aus Glas sehr günstig zu kaufen. Das entspräche einem kleinen Projektor oder Beamer wie in Viktor beschrieben hat... ich selber habe sogar so etwas irgendwo hier rumliegen - allerdings mit roter LED...
Zur Frage :
Zitat anfang

Gibt es einen Grund warum du Violette/fast UV LEDs empfiehlst? Was spricht denn gegen andere Wellenlängen?

Zitat ende...
Ich würde die verhältnismäßig hohe Quantenenergie dieser Wellenlänge hier als Grund ansehen - in einem Hintergrund aus mehr oder weniger thermischem Licht bei kleinen Strahlungsleistungen für den lichtempfindlichen Sensor gut zu entdecken.

@ Viktor :
Meintest Du das vielleicht? - Andere Gründe interessieren mich auch ... Ich war mal so frei hier zu antworten ...

Grüße an alle,

Undine

[undineSpektrum]

Nachtrag:

Manchmal sagen ein paar Bilder einfach viel mehr als ein Gebirge von Worten - die ich ja regelmmässig produziere(!) - also hier ein paar Fotos von dem LED - Projektor mit der beschriebenen Optik und einem Kreuzgitter als diffraktives Element aus Glas.

Hier vielleicht erstmal der "Projektor" und die optischen Bauteile:

LED-Projektor.jpg

Das Gehäuse gibt´s für nicht mal 5 Euronen bei im 1-Euro-Shop - ist quasi ein "Wegwerfartikel" ... für den Zweck hervorragend geeignet...
Die 1-Watt-LED ( 1 Watt elektrische Leistung (!) ) ist da drinnen auf einem Kühlkörper für Leistungstransistoren montiert.
Die Linse besteht aus einer Kollimationslinse kurzer Brennweite ( ausgebaut aus altem Fadenzähler aus dem Biologiebedarf ) und einer langbrennweitigen Linse in das Gehäuse eines Anamorphoten... Durch Herausziehen der Optik kann das Bild der LED "scharfgestellt" werden ...:

LinseProjektor.jpg

Naja, und das Beugungsbild der leuchtenden Fläche der LED durch das Kreuzgitter sieht dann nach der Gitterformel für die Verteilung der optischen Strahlungsleistung Leistung P[0]*(sin(N[x](g[x}/Wellenlänge)*x)/sin((g[x]/Wellenlänge)*x)*sin(N[y](g[y]/Wellenlänge)*y)/sin((g[y]/Wellenlänge)*y)) auf der Wand ( oder auf der besagten Oberfläche der Autotür ) zur "Markierung" so aus:

Gitterbeugung1.jpg

Etwas dichter dran... :

GitterbeugungLED2.jpg

Das erinnert doch schon sehr an einen kleinen Unterrichtslaser im Physikpraktikum oder der Schule ... auch wenn´s keiner ist : Ganz klar zu erkennen an der hier deutlich sichtbaren "Faltung" mit dem scharfen Bild der aktiven Zone der LED und vor allem keine erkennbaren Speckles...

Aber viel wichtiger : Gut zu erkennen... Oder?
@ burgi3001: Damit hast Du auch die Formel zur Gitterbeugung ... aber vielleicht nochmal genau nachlesen, was g, N usw. bedeuten und wie diese Formel entsteht...

Grüße,

Undine

[VDX]

... die 'violetten' LED's habe ich ins Gespräch gebracht, weil ich:
- mit denen mal was in Richtung Belichtung von UV-empfindlichen Harzen fürs 3D-Drucken gemacht hatte
- meine Kameras hier auch ziemlich empfindlich reagiert haben
- sie doch noch recht gut zu sehen sind (gegenüber IR-LED's oder -Laserdioden)
- und sie in Leistungen von ein paar Watt zu bekommen sind ...

... allerdings habe ich aus den zerlegten/modifizierten [C...o]-Beamern irgendwo auch noch die etwa 3W 'starken' roten LED's mit der passenden Vorsatz-Optik, um sie homogen über den DLP-Chip leuchten zu lassen ...

Viktor

[burgi3001]

Danke für euer Engagment Viktor und Undine!

Du kannst satt eines Lasers und eines holografischen Gitters auch sehr gut einen Beamer nehmen, der dir ein beliebiges, computergeneriertes Raster auf die Oberfläche projiziert ...

Meine Aufgabe ist es mir mehrere Konzepte zu überlegen und diese dann qualitativ zu bewerten und zu vergleichen. Das erfolgsversprechendste Konzept werde ich dann implementieren. Also ein DLP Beamer oder ein LED Beamer kommen natürlich auch in Frage, sind aber wahrscheinlich teuerer als eine Lösung per Laser oder LED.

Ich weiß das hier ist ein Forum für Laser und nicht für LEDs, aber ich will trotzdem ein paar Fragen stellen. Wenn das nicht hier her gehört dann soll es halt gelöscht werden.

Unter einer LED hab ich mir immer sowas vorgestellt:

Und so ein Ding strahlt ja in alle Richtungen.
@viktor: du hast links zu bildern von "batwing LEDs" und LEDs mit "5x5mm Abstrahlfläche" gepostet. Also LEDs bei der eine Fläche strahlt. Gibt es einen namen für diese bauarten? Also damit ich speziell danach suchen kann.

@undine: ich hab mal versucht deinen vorschlag mit MS paint zu visualiseren.

LED kunstwerk.jpg

Meinst du das ungefähr so? Oder habe ich das ganz falsch verstanden?

[VDX]

@viktor: du hast links zu bildern von "batwing LEDs" und LEDs mit "5x5mm Abstrahlfläche" gepostet. Also LEDs bei der eine Fläche strahlt. Gibt es einen namen für diese bauarten? Also damit ich speziell danach suchen kann.

... such einfach mal nach 'high-power LED' - da gibts diverse Typen und Bauformen hier z.B. eine simple 'Topf'-Form:
http://www.roithner-laser.com/datasheet ... 405-sd.pdf

... oder eine weiße "5Watt"-LED -- achtung! - elektrischer Leistungsaufnahme, nicht Abstrahleistung!:
http://www.highlight-led.de/5_Watt_LED_Chips_c1036.htm

Viktor

[undineSpektrum]

Hallo nochmal,

Du ( burgi3001) hast geschrieben / gefragt:

Zitat anfang

@undine: ich hab mal versucht deinen vorschlag mit MS paint zu visualiseren.

LED kunstwerk.jpg
Muster auf homogener Oberfläche


Meinst du das ungefähr so?

Zitat Ende...

exakt...! Du hast es richtig verstanden... so dachte ich das ... nix mehr hinzuzufügen.
Es ergibt dann das Punktefeld, welches Du gesehen hast.
Wegen günstiger Gitter musst Du mal schauen. Gibt diverse Hersteller für Gitter auf Glas oder Folie für ein Paar Euronen...
Ich denke auch LED-Debatten sind grundsätzlich in Ordnung, weil Laserdiode und LED ja teilweise ineinander übergehen... und manchmal ist die Empfehlung einer "Lampe"=LED sinnvoller als eine Laseranwendung... darauf sollte hingewiesen werden wenn´s so ist...

Die von Dir gezeigten LED´s sind nur die kleinerer elektrischer Leistungsklasse... alles andere hat Dir Viktor ja schon geschrieben und verlinkt.
Bei LED-Anwendungen für solche Sachen kann ich auch den Hersteller Roschwege aus meiner Region empfehlen - die bieten teilweise schon komplettlösungen für wissenschaftliche und messtechnische Anwendungen nach Kundenwunsch an und Beraten ggf. auch - allerdings sind deren Produkte auch etwas teuerer...

http://www.roschwege.de/?content=impressum

Das war´s vielleicht erstmal von mir dazu...

Grüße,

Undine

[undineSpektrum]

Nachtrag II :

Wie schon von Viktor vorgeschlagen gibt´s dann noch die "inkohärente" Alternative - die Projektions eines Dias oder einer kleinen Transparentes mit einer Leistungsstarken Lichtquelle - es ist dabei weitgehend egal ob es ein Laser, eine LED oder eine "stinknormale" Lampe ist...

Das würde dann vom Strahlengang her im Prinzip so ausschauen:

Strahlengangskizze1.jpg

Da käme dann das abzubildende Transparent vor das abbildende Objektiv, dessen Brennweite ruhig etwas kleiner sein kann als bei der wellenoptischen Lösung, weil hier ja "nur" eine größeres Abbild des Transparentes projeziert wird ( heisst das wirlich projeziert oder projiziert oder wie... ? Rechtschreibung.... ach ja... )
Auch das kann noch relativ lichtstark sein, wenn ein Fotografisches Dia oder ähnliches auf eine Fläche mit den Seitenlängen 10 cm mal 10 cm in einigen Metern entfernung abgebildet wird.
Hier mal realisiert mit einer Quecksilberdampf-Höchstdruckleuchte (1992) die Lampe ist eine HBO CS 52/2 mit einer elektrischen Leistung von 50 Watt... dasselbe ginge aber auch mit den bereits empfohlenen LED´s und steht in der Qualität und Helligkeit um nichts nach.... das Objekt ist ein gebrauchtes Teleobjektiv ... gibt´s auch heute bei ebay immer wieder sehr günstig...

Gitterprojektion1.jpg

Gitterbild auf der Wand / Autotür:

Gitterbild.jpg

Wenn mit dem Gitter Beispielsweise die Oberfläche vermessen werden soll das geht in der Tat, das Höhenprofil des Meßgerätes ist hier deutlich sichtbar...

Gitterbild2.jpg

Natürlich geht das ganze noch etwas präziser wenn das Kreuzgitter als Schwärzung auf Folie vorliegt und eine nicht zu kleine ( also gerade nicht direkt sichtbare ) Gitterkonstante aufweist und die Linse / das Objektiv dies noch auflösen kann - wie hier gezeigt:

Kreuzgitter1.jpg

Kreuzgitterprojektion.jpg

Für Meßtechnik kann damit mit einem zweiten, gleichen Kreuzgitter sogar ein relativ empfindliche Technologie mit Hilfe von Moiré - Streifen erzeugt werden... die Auflösung ist durch den Abbildungsmaßstab bestimmt.
Hier noch einige Links zur Moiré - Methode:
https://www.tu-ilmenau.de/fileadmin/med ... E_2010.pdf
sowie:
http://www.google.de/imgres?imgurl=http ... A&dur=5995

vielleicht führt das alles schon zu weit ...

Viel Spaß beim Experimentieren und dem Studienprojekt,

Undine