Spiegel mit 10.000 Umdrehungen pro Minute drehen

[jvm]

Hallo!

Ich habe fünf grüne Laserpointer (532nm) gekauft. Ich möchte die Laserstrahlen alle auf einmal mit einem flachen Spiegel ablenken. Der Spiegel sollte 10x60mm oder geringfügig größer sein und sich dabei möglichst schnell drehen, Größenordnung 10000 Umdrehungen pro Minute. Wie baue ich das mechanisch am kluegsten auf, woher bekomme ich einen passenden Spiegel/eine passende Spiegelhalterung? Ich habe nicht sehr viel Geld dafür zur Verfügung... Die Forumssuche hat mich auf Medialas gebracht, die Preisliste hab' ich mal angefordert - ich schätze aber, dass die mir keinen Spiegel in passender Größe anbieten können und recht teuer sein werden. Könnt ihr mir ein paar praktische Umsetzungstipps geben?

Vielen Dank
Julian

[klobobberle]

Hi jvm!

Es gibt Polygonscanner in dieser Größe. Diese bestehen aus einem bürstenlosen Motor mit einem 4- bis 8-seitigen verspiegelten regelmässigen n-Eck.

Über die Drehzahl kann ich Dir leider keine Auskunft geben...

Die Polygonscanner findest Du in Laserdruckern, welche mit einer Laserdiode und nicht per LED-Array belichten. Einfach mal auf dem örtlichen Recyclinghof schauen und dem dortigen Arbeiter ein Päckchen Kaffee mitbringen, dann lässt der einen ungestört im Elektro-Schrott wühlen...

Viele Grüße,
David

[juk]

10x600mm? SO GROß? Wirklich?

Was hast du denn damit vor?

10000 U/min? Das hört sich fast nach meinem verzweifelten Doktoranten und Betreuer an, der sich ausgerechnet hat, wie er einen Laserstrahl so schnell ablenken kann, das der gezeichnete Strahl in 1ns 10cm überstreicht... der wollte im zusammenhang mit einer echten high-Speed kamera Aufnahmen machen und das als Zeitskala nutzen...

Es lief auf über 50000U/min und sonstie kaum realisierbare bedingungen hinaus... Alleine der Motor mit dem präzise ausgewuchteten Spiegel hätte das Budget mehrfach gesprengt...

Ähnlich wird es auch bei dir werden... 10x600mm ist verdammt groß und das mit 10000//min zu bewegen erfordert äußerste präzession... das wird nicht billig...

[gento]

Hallo!

Der Spiegel sollte 10x600mm oder geringfügig größer sein und sich dabei möglichst schnell drehen, Größenordnung 10000 Umdrehungen pro Minute.
Julian

Selbst wenn der Spiegel auf 2 Achsen sitzt und ausgewuchtet ist würde der Dir in 1000 Stücke um die Ohren fliegen.Völliger Quatsch in ,meinen Augen.

Drum Kern der Gegenfrage :Was willst Du genau erreichen ?

Gento

[juk]

Tja, wollte ich auch gerade noch ergänzen, ich mag mir bei der Größe und der Geschwindigkeit die Fliehkräfte nicht vorstellen... Das läuft auch hochfeste Materialien hinaus... wenn es überhaupt ein geeignetes Material geben sollte, das das auhalten kann...

Also mehr input bitte, evtl, geht es einfacher...

[jvm]

Hallo!

Ich will fallende Wassertropfen damit beleuchten oder nicht beleuchten können. Über den drehbaren Spiegel möchte ich jeden Punkt auf der Linie beleuchten können.

Code: Alles auswählen

Laserstrahl
       |     o Wassertropfen
       |    /
       |   / 
       v /   o
drehbarer Spiegel

             o

Ein Mikroprozessor soll den Laserpointer zum richtigen Zeitpunkt an- und ausschalten.

[gento]

Foto .... Lichtschranke oder was genauer Bitte.

Gento

[turntabledj]

Nen paar Beispiele für Polygonscanner...
http://www.ak-webvision.de/laser/Polygo ... anner.html

Nur die von die benötigte Spiegelgröße ist etwas heftig.
ttdj.

[jvm]

Der Zeitpunkt, zu dem der Wassertropfen fällt wird über eine Lichtschranke bestimmt. Im Moment wird nicht über Laser beleuchtet, sondern mit Fluoreszenzmittel versehenes Wasser wird von UV-LEDs "angeblitzt". In einem neuen Aufbau sollen mehrere Wassertropfen parallel per Laser beleuchtet werden können.

[juk]

Und weshalb "meinst" du, das du 600mm Spiegel brauchst?

So schnell fallen die Tropfen ja auch wieder nicht, und um einen Laser abzulenken reichen winzige Spiegel aus!

Das der Strahl nicht mit Linearer Geschwindigkeit durchs Bild rauscht ist dir klar? Die Geometrie hast du schon mal durchgerechnet?

[jvm]

Ja. Die Erdbeschleunigung einzurechnen ist ja auch schon bei der momentanen Umsetzung notwendig.
Ich möchte in der nächsten Umsetzung mehrere Strahlen parallel haben, 5 Stück. Der Spiegel sollte deshalb 600mm breit sein, um die fünf Laserstrahlen auf einmal ablenken zu können.

Code: Alles auswählen

o  o  o  o  o Laser
|  |  |  |  |
|  |  |  |  |
v  v  v  v  v
_____________ Spiegel
<------------>
  600mm

[juk]

Dann lass die Laser doch nicht alle parallel auf den Spiegel fallen, sondern ordne sie so an, das sie unter einem Winkel alle auf einen gemeinsamen "Brennpunkt" auf dem Spiegel fallen. Danach werden sie ja wieder unter dem Einfallswinkel abgelenkt.

Die Tropfen kannst du ja so trotzdem Treffen!

Code: Alles auswählen

        L   L
         \ /
          X
         / \
        o    o

Prinzip klar?

L=Laser
o=Tropfen

[jvm]

Ich habe doch fünf "Tropfenlinien":

Code: Alles auswählen

  Tropfennr.
  ^
3 |  o  o  o  o  o
  |
2 |  o  o  o  o  o
  |
1 |  o  o  o  o  o
  +---------------> Lasernr.
     1  2  3  4  5

Ich möchte jeden der Tropfen in allen fünf Linien treffen können. Bei deinem Lösungsansatz würden die fünf entstehenden Laserstrahlen aber nicht parallel laufen, sondern jeweils schräg weglaufen.

[juk]

Ja sicher, du kannst das Prinzip auch mit 5 Lasern Anwenden, nur mit 2 Lasern war es einfach mit "ASCII Kunst" zu zeichnen. Einfach links/rechts erweitern...

Natürlich treffen die Strahlen dann schräg auf. Aber, frage dich, ob das wirklich so störend ist?

Außerdem, wenn du den Spiegel weit genug von den Tropflinien entfernst, dann ist das fast schon wieder parallel. Wenn du die theoretisch unendlich weit entfernst, dann laufen die Strahlen ja wieder Parallel... Je nach Entfernung wird der Auftreffwinkel also kleiner oder größer.

Große Entfernungen sind mit Lasern leicht zu überbrücken, Große Spiegel rotieren zu lassen weniger...

Das ist jedenfalls allemal einfacher, als einen Spiegel mit 600mm Breite so schnell rotieren zu lassen. So braucht der Spiegel nur 5-10mm breit zu sein.

Oder was spricht gegen 5 kleine, schmale Spiegelräder auf einer gemeinsamen Achse? Die kannst du wenigstens an mehr als 2 Punkten lagern...

[jvm]

Mehrere kleine Spiegel auf einer Achse sind gut. Sind 10000 Umdrehungen/Minute mit einem 10x5mm-Spiegel immer noch utopisch, oder langsam machbar?

[juk]

Ja, dann kommen wir in den bereich des realistisch und auch günstig machbaren.

Wie hier schon gesagt wurde, solche Spiegelräder kannst du aus alten Laserdruckern ausschlachten. Bedingung ist natürlich, das der wirklich nach dem Polygonscanner-Prinzip arbeitet und nicht mit einem LED-Array.

Einfach mal diverse ausschlachten... Die Frage ist, ob man die dann auch so ausgewuchtet von der alten Achse herunterbekommt und auf die neue Achse aufbringen kann.

DC-Gleichstrommotoren schaffen locker 10000U/min, manche Exemplare auch mehr, als 20000U/min.

Zu dem "Unter einem Winkel beleuchten" noch einmal:

Beobachtest du die Fallenden Tropfen mit einer zentral angebrachten Lamera? Dann schaut die die Tropfen am Bildrand ja auch unter einem Winkel an. Wen die Tropfen dann parallel beleuchtet weden, dann sind sie für die Kamera nicht optimal angeleuchtet, da währe die winklige anleuchtung besser...

[gento]

10000 U/Min = 83 Hz

Sollten das nicht Mot1 oder andere kleine SM im kleinen Winkelschaffen ?
Hallt ein Polygonscanner 8 Flächen braucht der nur auf max 21 U/Sek laufen.

Gento

[juk]

Stimmt, da sollten sogar billige, primitive Chinascanner mitkommen.

Ich frage den OP noch einmal: Was willst du genau damit machen?

Mir fallen so spontan 3 Szenarien ein, weshalb du "meinst", du müßtest so einen schnellen Spiegel haben.

1.) Du willst eine kontinuierliche Linie Scannen
2.) Du willst einen einzelnen Tropfen im fallen verfolgen
3.) Du willst Strobboskopartig die Tropfen beleuchten

Nich für alle Fälle brauchst du so einen schnell drehenden Spiegel, je nach konkreter Anwendung geht das auch anders/einfacher...

Also, sag mal, in welche Richtung das genau geht, bzw. welches Szenario deiner Anwendung am nächsten kommt...

[jvm]

Ich waehle...Nr 3! Ich will stroboskopartig beleuchten. Die Geschwindigkeit des Spiegels bestimmt die Aufloesung auf der y-Achse, umso schneller umso besser. In der geplanten Umsetzung werde ich exakt wissen, wo sich die Tropfen befinden, da ich sie selbst durch elektrostatische Felder erzeugen werde. Dann muss ich nicht mehr messen, wann sie denn tatsaechlich fallen.

[jvm]

Hallo!

Ein Freund von mir hat einen 2mm-breiten Polygonscanner aufgetrieben.
Ich möchte am Ende ja 5 parallele Laserstrahlen. Wie stelle ich das am klügsten an? Besorge ich mir 5 Polygonscanner und versuche, sie auf eine Achse zu bekommen? Ich könnte auch versuchen, nur einen Strahl abzulenken, und dannach mit Strahlteilern spielen. Hat jemand Umsetzungstipps?`Die Laserstrahlen sollen äquidistand, parallel und in einem Abstand von etwa 8 Millimetern laufen.

[juk]

Erst sprichst du von einem Meter Breite, und jetzt sollen die 5 Strahlen nur 8mm Abstand zueinander haben?

Wenn du so wie von mir vorgeschlagen aus z.B. 1m Entfernung auf einen Spiegel über kreuz leuchtest, dann sind die Strahlen bei dem Abstand quasi parallel... 5 Strahlen, jeweils 8mm Entfernt, macht 32mm vom aüßersten linken bis zum äußersten rechten Strahl. Die Abweichung von der Parallelen und somit den Fehlerwinkel bei einem Meter Abstand rechne selber aus...

Weshalb kommt denn dann kein Strobboskop/Blitzer mit Blende/Optik in Frage, wenn es nur um strobboskopartige Beleuchtung geht? Bei 32mm Breite kein Problem da mit einer einzigen Blitzröhre auszukommen.

Wenn ein Strobboskop nicht schnell genug Blitzen sollte, dann lass doch eine Laserdiode Blitzen, die kann bis in den GHz-Bereich blitzen! Normale LED'S immerhin bis in den oberen KHz Bereich hinein.

Aber irgendwie passt dein Posting mit dem einen Meter nicht zu den 8mm Abstand der Strahlen...

Mit Strahlteilern kannst du natürlich auch arbeiten, der optische aufwand wird naturlich steigen, besonders, wenn du wirklich auf parallele Strahlen bestehen solltest. Teildurchlässige Spiegel z.b. deren Spiegel/Durchlass verhalten entsprechend eingestellt ist... kosten aber wohl "Unsummen"

Einen einfachen Strahlteiler findest du in jedem CD-Laufwerk, dort ist eine "Glasplatte" drin, die aus einem Strahl einen Hauptstrahl und 2 oder mehr Nebenstrahlen macht. Leider hat der Hauptstrahl auch die meiste Helligkeit und die Nebenstrahlen fallen mit zunehmender Ordnung in der Helligkeit ab.

Noch etwas, einen Laserstrahl kannst du sehr leicht zu einer Linie aufweiten, stichwort Linienoptik, in jeder 5€ Baumarkt-Laserwasserwage enthalten.

Dazu noch die Laserdiode blitzen lassen, und du brauchst nichts bewegtes mehr... Wenn der oder die Tropfen floureszieren, dann siehst du auch nur den oder die Tropfen, der Hintergrund bleibt trotzdem dunkel...

[jvm]

Ah! Oben war's um eine Zehnerpotenz falsch (tut mir leid). Ich meinte durchgehend 6cm, nicht 60cm. Ich will jede Spalte einzelnd stroboskopen können, ein großer Blitzer genügt da nicht. Das Ganze soll auf eine Platte kleiner 400x400mm passen, Platz für 1m Abstand ist da nicht. Das mit den Helligkeitsunterschieden beim Strahlteiler ist ein berechtigtes Argument.
Ich will den Strahl nicht aufweiten - ich möchte, wenn mehrere Tropfen in einer Spalte sind, nur einen davon beleuchten können.

[juk]

Bei einem schnell rotierenden Spiegel beleuchtest du dann aber im vorbeifahren auch zwischendurch evtl. den falschen Tropfen... oder du mußt zusätzlich den Laser ausschalten. Von daher triffst du bei Aufweitung und rotierendem Spiegel trotzdem evtl. auch andere Tropfen.

Wenn du 5 synchrone Spiegel hast, wo ist dann der Unterschied zum großen Blitzer? Die Strahlen werden ja alle gleich abgelenkt und treffen gleichzeitig eine Ebene, da sehe ich auch keinen Unterschied zum Strobboskop. Ein Strobboskop (wie auch immer jetzt konkret realisiert) hätte auch den vorteil, das du keine Bewegungsunschärfe eines bewegten Strahles hättest...

Du willst vermutlich alle 5 Laser getrennt ansteuern und blitzen lassen? Blitzen lassen mußt du die ja, sonst überstreicht der Strahl ja zwangsläufig auch evtl. andere Tropfen und du wärst nicht weiter, als das Strobboskop mit aufgeweitetem Strahl.

Laserpointer, so wie du sie vermutlich gekauft hast sind aber nicht wirklich dafür gebaut, moduliert zu werden. Du müßtest dem einen anderen Treiber verpassen.

Ansonsten, ist eine Spiegelwalze mit 6cm natürlich auch noch kein so großes Problem... fragt sich nur, wo du die günstig herbekommen würdest. Einzelne Scheiben aus alten Druckern auszuschlachten ist günstiger.

[jvm]

Damit haben wir ja jetzt auch angefangen - 5 alte Laserdrucker aufzutreiben ist aber auch nicht so leicht, es bleibt auch die Frage, wie man die Einzelspiegel dann am besten auf eine Achse bringt.
Die Laser werden von einem Mikrocontroller gepulst.
Laserpointer sind dafür nicht geeignet? Wir würden das ja relativ langsam machen, also mit kleiner 500 Hz. Hast du einen Tipp oder mehr Informationen warum der typische Billig-Laserpointer-Treiber nicht passt, und was stattdessen verwendet werden sollte?

[mr. burns]

Hmm,

wenn Du den Laserstrahl mit konstanter Geschwindigkeit fährst, dann gehst Du ja von einem konstant gleich schnell fallenden Tropfen aus.
Der Wassertropfen hat doch eine Beschleunigung !

Von daher müßtest Du also einen Spiegel nehmen, der dem Tropfen sozusagen mit gleicher Geschwindigkeit nach unten "folgt".

Ich würde dann doch eher einen Scanner bevorzugen, der genau zu dem fallenden Tropfen auch gestartet wird. Durch die Blanking Steuerung des Lasers kannst Du den fallenden Wassertropfen dann zu jeder beliebigen Zeit erleuchten.

Zudem kanst Du aus einem Scanner zwei Strahlenfolger bauen.

Gruß
Frank

[jvm]

Die Beschleunigung wird von dem Prozessor, der die Laser pulst einberechnet.

[mr. burns]

Hi,

was nützt es Dir, wenn der Prozessor zwar den Zeitpunkt für das Blanking berechnen kann, der Spiegel aber nicht in dem Moment auf den Tropfen zeigt ?

Du mußt doch Spiegel und Blanking so synchronisieren, daß der Tropfen auch anvisiert werden kann !

Oder willst Du den Spiegel so schnell bewegen, daß er den Tropfen während der Fallzeit z. B 10 - 20 mal überholt ?

Gruß
Frank

[jvm]

Ja.
Der Polygonscanner, den wir aus einem Laserdrucker ausgebaut haben, hat 4 Ecken.
Um eine Auflösung von 0,3mm zu erreichen (Fallzeit für 0,3mm am Anfang: sqrt(2x/a)=7,8ms) müsste man nur mit 32 Hz drehen. Die 5-fache Geschwindigkeit dürfte auch noch knapp erreichbar sein, ohne all zu viel Aufwand zu betreiben, d. h. auch die Helligkeit sollte ausreichen, um etwas zu erkennen.

[juk]

Die Elektronik eines Laserpointers ist von der absolut primitivsten denkbaren Bauart, für Pulsen überhaupt nicht eingerichtet. Einige wenige Hz sind damit machbar, wenn überhaupt... sicher kaum mehr, als 10Hz

Außerdem wird die LD dabei wirklich komplett ausgeschaltet, das mag die überhaupt nicht, eine LD will möglichst stets mindestens mit einem Schwellstrom versorgt werden, von da aus kann man dann auf Arbeitsstrom umschalten. Macht man das nicht und schaltet die LD von "0 auf 100", so dankt sie einem das mit einer geringen Lebensdauer.

Einen gescheiten Triber zu bauen ist nicht ganz einfach, siehe der Thread hier im Board über den "blog-Treiber", wo ein Freak einen Treiber entwickelt hat, der sich als Diodenkiller erwiesen hat, weil er beim ein und auschalten eine Impulsspitze durch die Diode jagt.

Eine LD ist jedenfalls sehr empfindlich, für eine ns den maximalstrom überschritten (Einschalt-transiente) und das Ding ist müll...

Du wirst den vorhandenen Treiber komplett entfernen müßen und die Diode selber ansteuern müßen. Das einfachste ist, du nimmst ein LD-Treiber-IC und hälst dich streng an das Datenblatt.

Aber las deine Treiberkonstruktion nicht gleich auf die Grünen Pointer los... erst einen Dummy, dann aus DVD-Playern geschlachtete Dioden, und dann erst den Pointer betreiben... Das verhalten des Treibers dabei mit dem Oszi erst mal begutachten, ob da keine Transiente drin ist.

[juk]

Von wegen mehrfach beleuchten, tropfen treffen...

das geht auch mit einem aufgeweiteten Strahl und Strobboskop. Du wirst ja wissen wann der Tropfen ein etwa wo ist, und von Tropfen vorher und nachher einen gewissen Zeitlichen Abstand kennen.

Wenn du den Tropfen elektronisch auslöst, dann kannst du das mit dem Strobboskop synchronisieren und kennst aufgrund der Zeithistorie ja welcher Tropfen wo ist.

Wenn du nur einen Tropfen sehen willst, dann mußt du durch eine Blende den Bereich eben eingrenzen, der Beleuchtet wird.

Mit dem Scanner hast du das Problem, das der mechanisch sehr träge wird und du die Geschwindigkeit nur langsam ändern kannst. Außerdem mußt du Scanner, Tropfen und Laser synchronisieren.

Bei der Strobboskop-Lösung nur Tropfen und Laser... Dafür brauchst du etwas mehr Schmalz in der Software, um zu berechnen, welcher Tropfen welcher sein kann/ist...

[jvm]

Ich möchte den Scanner ja eigentlich konstant auf Vollgas betreiben? Synchronisiert werden die Laser auf die momentane Position des Scanners.
Damit dein Vorschlag funktioniert, bräuchte ich sehr viele einzelnd ansteuerbare Blitzer.

Code: Alles auswählen

  Höhe des Tropfens
  ^
3 |  o     o      
  |
2 |  o           o
  |
1 |  o     o      
  +---------------> Lasernr.
     1  2  3  4  5

Stell dir vor, ich möchte den Tropfen an der Position (1;2) und (3;3) "gleichzeitig" beleuchten, die anderen nicht. Dann bräuchte ich doch 5*Gesamthöhe/Minimaler Tropfenabstand einzelnd steuerbare Blitzer, oder nicht?!

[jvm]

Alternative wäre, nur 5 Blitzer zu verwenden, und als Mindestabstand der Tropfen die Gesamthöhe zu verwenden. Das dürfte jedoch zu größerem Flimmern führen. Würde aber dazu führen, dass wir keine Mechanik mehr bräuchten, sondern nur noch etwas Optik.

[juk]

Je nachdem, wie due die Tropfen beobachtest, braucht dich der Mindestabstand auch nicht zu stören. Wie gesagt, du brauchst dann etwas mehr Schmalz bei der Auswertung.

Ich nehme mal an, du hast eine schnelle Kamera und filmst das bzw. machst zu diskreten Zeitpunkten einzelbilder. Schwarz/weiß reicht ja völlig. Der Datenstrom ist dabei nicht so sonderlich hoch. (DAs geht auch per CCD-Zeile, siehe unten)

Da du den Zeitpunkt kennen wirst, wann du einen Tropfen auslöst, kannst du aus der Fallbeschleunigung dir ausrechnen, wo im Bild du welchen Tropfen wann erwarten kannst.

Jetzt kannst du meinetwegen die Tropfen, die dich nicht interessieren im Bild auslöschen oder auch einfach für die Auswertung ignorieren.

Oder soll das ein Show-Versuch werden, wo der Mensch sich das einfach nur aus freude an der Kunst betrachten soll? Dann brauchst du aber keine 0,3mm Auflösung... Also gehe ich davon aus, das es auf eine Auswertung per Kamera oder meinetwegen auch nur CCD-Zeile hinausläuft.

So eine CCD-Zeile kannst du übrigens auch einfach mit einem Microcontroller aufragen, so brauchst du nur eine einzelne Zeile betrachten. (Bei einer Kamera reicht es natürlich auch nur eine Spalte zu betrachten, der rest des Bildes hat ja keinen Informationswert)

Du würdest also mit einer CCD-Zeile von vorneherein den Datenstrom auf ein Maß reduzieren, das selbst ein C64 oder jeder beliebige 8-Bit-Controller verarbeiten kann...

[jvm]

Es geht um die "Freude an der Kunst". Die hohe Auflösung ist notwendig, um einen Tropfen so aussehen lassen zu können, als würde er flüssig seine Position verändern. Aber die Auflösung ist ja ohnehin nicht das Problem. Ich werde heute noch einmal mit meinem Freund darüber sprechen, ob wir evtl. 5 Blitzer verwenden und eine dementsprechend niedrigere Wiederholrate in Kauf nehmen.

[jvm]

Wie sollte die Elektronik zur Ansteuerung einer gruenen Laserdiode aus einem Laserpointer aussehen, wenn man mit etwa 10kHz pulsen moechte? Wo finde ich dazu Informationen?
(Wir haben jetzt übrigens einen Polygonscanner aus einem Laserdrucker ausgebaut, mit etwa 60.000 Spiegeln pro Minute )