Lautsprecher als Scanner verwenden

[PeterL]

Hallo,

Ich wuerde gerne eine Idee fuer einen Scanner umsetzen, der den Scanspiegel nicht dreht, sondern orthogonal zur Spiegeloberflaeche verschiebt. Dazu wuerde ich gerne einen Lautsprechermembran verwenden und habe deswegen diese Frage auf http://www.hifi-forum.de/ gestellt, die mich aber hierher verwiesen haben

Die Idee ist, einen kleinen Spiegel (ca. 20-40 g Masse) an eine Lautsprechermembran zu kleben, mit dem Lautsprecher die Auslenkung des Spiegels zu bestimmen und dadurch einen auftreffenden Laserstrahl mehr oder weniger abzulenken. Hier zwei Bilder, wie ich mir das vorgestellt habe:


Aufbau:




Bewegung von Spiegel/Lautsprecher (schematisch, ungefaehr):




Meine ersten Fragen:

1. Ist es ueberhaupt moeglich, einen Lautsprecher so streng linear zu bewegen, oder hat der immer einen Haufen von Ueberschwingungen und Resonanzen in einem solchen Verlauf?

2. Was sind typische Auslenkungen von Lautsprechern? Kann man damit die von mir gewuenschten 0.1-0.3 mm erreichen?

3. Wenn es moeglich ist, einen Lautsprecher fuer so etwas zu verwenden, welche Art von Lautsprecher waere dafuer geeignet? Ich kenne mich leider nicht sehr aus Ein erster Ueberblick (http://de.wikipedia.org/wiki/Lautsprecher) hilft mir auch nicht extrem weiter, auch wenn es mir so scheint, dass Tauchspulenlautsprecher am sinnvollsten waeren.

4. Wichtig waere dann, dass der Lautsprecher so gebaut ist, dass ein kleiner aufgeklebter Spiegel ihn nicht voellig aus dem Konzept bringt


Ich bin auf jeden Fall ueber alle Hinweise, Links und Tipps dankbar!


Viele Gruesse,
Peter

[mikesupi]

Hi,

das haben wir schon vor über 20 Jahren so gemacht, weil Scanner damals unbezahlbar waren

Schau Dir mal die ELV Laserbank an: http://www.elv.de/8fach-Laserbank-Teil- ... tail_33935

Und hier der Akustik Modulator: http://www.elv.de/Lightshow-vom-Feinste ... tail_34846

Es gibt auch eine kommerzielle Piezo Version.

Irgendwo bekommst Du die Beiträge sicher noch, ohne dafür zu zahlen.
Hier ist auch noch ein Beitrag: http://laser.curlsystems.de/

LG
Mike


...

[PeterL]

Hm, wenn ich es richtig verstehe (http://laserfreak.net/forum/viewtopic.php?t=37018), ist der Spiegel auf Federn aufgehaengt, die durch akustische Signale (oder ein Spannungssignal) in Schwingungen versetzt werden. Ich moechte dagegen keine Schwingungen, sondern Auslenkungen. Und ich glaube nicht, dass ich damit den Spiegel so schnell und sauber auslenken kann, wie ich gerne moechte.

Allerdings kann ich leider nicht auf die von dir verlinkten pdfs zugreifen, und meine Kreditkarte wird auch nicht akzeptiert, wenn ich fuer den Zugang zu zahlen versuche

[guido]

Da wird was wackeln, aber nie etwas mit annähernd linearem Verhalten zu tun haben...
Abgesehen davon verhält sich dein 30g Spiegel zu unseren Scannerspiegeln wie ein Leopard II zum Trabbi..

Beschreib mal die Anwendung, vielleicht hat jemand einen anderen Ansatz..

[PeterL]

Hallo Guido,

Die Anwendung ist im Wesentlich ein Laserscanningmikroskop. Durch die Aenderung der axialen Position des Spiegels will ich die Divergenz des Strahls leicht veraendern und dadurch im Endeffekt den Fokus des Lasers im Bild leicht verschieben. Ich brauche also etwas, was den Spiegel einfach nur schnell, linear, reproduzierbar und genau verschiebt Im Endeffekt koennte ich einen kommerziellen Piezo dafuer verwenden, aber die meisten Piezos haben eher geringere Auslenkungen oder sind zu langsam fuer meine Zwecke.

Peter

[Dr. Burne]

Hi,

Die Masseträgheit deines Süiegels wird das eh zunichte machen, da kommt nur Müll bei rum und vieeell zu langsam.

Schau mal in der Bucht nach open Loop Galvo, die sind billig und durch drehen mit Umlenkung mschbar.
Galvos ala GS120 sind open loop und sehr linear und schnell, closed Loop Galvos aka China sind auch brauchbar, wenn man sie langsam betreibt.

[guido]

Denke beim benötigtem linearem Verstellweg fällt Galvo flach.
Würde Richtung Kugelumlaufspindel und Schrittmotorantrieb mit Microschrittbetrieb gehen.

[VDX]

... was für einen Winkel mußt du in welcher Zeit überstreichen?

Ich habe bei einer Galvo-Scanner-Applikation (typisch 10-20m/s über einen Schwenkbereich von etwa 20°) die Galvos durch Servos ersetzt, weil ich sehr schwere Spiegel verwende, um hohe CW-Laserleistungen zu transportieren - damit schaffe ich immerhin etwa 5% der Geschwindigkeit der Galvos

Ich habe noch irgendwo einen Greifer mit Piezo-Aktor, der über eine Festkörpergelenk-Kinematik einen Öffnungsweg von etwa 0.3mm mit 1MHz mechanischer Bandbreite linear 'abfahren' kann.

Aus einem anderen Projekt habe ich noch zwei Muster eines 'magnetostriktiven' Materials (NiMnGa-Makrokristalle), die ähnlich wie Piezos funktionieren, aber statt mit Hochspannung eben durch ein starkes Magnetfeld aktiviert werden - die bekommen etwa 5% Längenänderung (20mm-Block wird bei 1T Magnetfeldstärke um 1mm länger!) mit 1kHz mechanischer Bandbreite hin.

Ansonsten gäb's noch voice-coil-Aktoren mit deutlich größeren Spulen als bei Galvos und linearem verhalten ... siehe z.B. Festplatten-Köpfe ...

Viktor

[neodym]

Denke da wird schon das radiale Spiel innerhalb der Spule zur Membranführung viel zu ungenau sein.
Daher wird die Abbildung eher eine Schlangenlinie oder ein Oval werden, zumal das Ding gnadenlos und unkontrollierbar überschwingen wird. Da das entsprechende Feedback fehlt

Was benötigst du an Auflösung?

Entweder solche Schlittenmodule mit Schrittmotor selber bauen, Führungen gibt es je nach größe bei Standa, Edmund Optics, Thorlabs, Misumi oder THK

oder fertig bei Edmund Optics oder Thorlabs gucken

https://www.thorlabs.de/newgrouppage9.c ... up_id=2163

Wenn es genauer sein soll, google mal nach Piezzo Linearantrieb das geht runter nm Schritte

Grüße

[lightwave]

@Dr. Burne: G120er sind closed loop. Du meintest whl GM20?

[mikesupi]

G120 = Open Loop
G120D = Closed Loop
G120DT = Closed Loop Temperaturkompensiert


...

[Dr. Burne]

Hi,

Aufbau mit Galvo wäre Möglich den Zoom Punkt zu verschieben.

Ich dachte da an einen Strahlteiler und Hohlspiegel, der nur einseitig abgefahren wird.

Das Galvo würde dann im Fokuspunkt des Hohlspiegels liegen, aber er hätte auch einen seitlichen Versatz,
wie beim Bild das er gepostet hatte.

Prinzipiell ginge auch den Strahl vorm Galvo durch Linse zu fokussieren und danach einfach umzulenken, je Flacher der Umlenkwinkel desto mehr Versatz,
allerdings bräuchter er hier ziemlich dicke Paddel und nen Großen Umlenkspiegel wie z.B. aus nem Beamer.

[VDX]

Prinzipiell ginge auch den Strahl vorm Galvo durch Linse zu fokussieren und danach einfach umzulenken, je Flacher der Umlenkwinkel desto mehr Versatz,
allerdings bräuchter er hier ziemlich dicke Paddel und nen Großen Umlenkspiegel wie z.B. aus nem Beamer.

... das habe ich bei mir gemacht - Linse mit 200mm Fokusabstand vor den Spiegeln und 40x40x5mm-Spiegel drauf.

Hab' sogar schon angedacht, die Linse auf eine kleine schnelle Linearachse draufzusetzen, um die Fokus-Ebene als Z-Achsen-Korrektur nachjustieren zu können ... allerdings noch keine Zeit gehabt, das umzusetzen

Viktor

[PeterL]

Prinzipiell ginge auch den Strahl vorm Galvo durch Linse zu fokussieren und danach einfach umzulenken, je Flacher der Umlenkwinkel desto mehr Versatz,
allerdings bräuchter er hier ziemlich dicke Paddel und nen Großen Umlenkspiegel wie z.B. aus nem Beamer.

... das habe ich bei mir gemacht - Linse mit 200mm Fokusabstand vor den Spiegeln und 40x40x5mm-Spiegel drauf.

Viktor

Ich verstehe nicht, was das in meinem Fall bringen wuerde. Mit dem Galvo haette man ja eben einen seitlichen Versatz des Strahles, und keinen axialen Versatz in z (den man eben braeuchte, um den Fokus zu veraendern, wie oben beschrieben). Ein Linearverschiebemotor waere genau das, was ich suche, aber motorisierte Mikropositioner (wie die verlinkten von Thorlabs) sind zu langsam; Piezos waeren eine Moeglichkeit, aber die haben in der Regel entweder zu geringe Auslenkungen oder sind zu langsam.

Edit: Die Aufloesung, die ich benoetige, ist so ca 0.1-0.2 um ...

Peter

[Dr. Burne]

Hi,

wenn du nach dem Galvo um 60-90° Umlenkst hast du je nach Abstand Versatz von milimetern bis zu Zentimetern.

Bei deinem Aufbau mit Membran hast du Z Achse und X oder Y Achse asuch Versatz,
nur wenn du 180° auf den Spiegel von der Membran gehst wäre es ohne Versatz, der Spiegel darf aber nicht kippen,
der Aufbau bräuchte dann auch einen Strahlteiler, weil sonst der Strahl zurück in den laser gehen würde.
45° auf Spiegel macht bei -Z Verschiebung einen längeren Strahlweg und Versatz.


Ohne Versatz geht nur, wenn du eine Fokussierlinse verschiebst oder der Strahl genau auf dem selben weg zurück kommt wie er auf den Spiegel gefallen ist,
Vorteil der Linse ist, dass du keinen Strahlteiler mit 50% Verlust einbauen musst.

[PeterL]

nur wenn du 180° auf den Spiegel von der Membran gehst wäre es ohne Versatz, der Spiegel darf aber nicht kippen,

Genau das war mein Plan ... entschuldige, dass das Bild oben eher irrefuehrend war. Ein Strahlteiler ist in meinem Fall ok, weil der Laserstrahl bei mir linear polarisiert ist - mit einem polarisierenden Strahlteiler und einer zwischengebauten lambda/4-Wellenplatte kann ich das verlustfrei betreiben

Peter

[Dr. Burne]

Hi,

ja hier musst du aber etwas verbauen, was definitiv nicht kippt.
Da kommt nur Piezo oder nen Schienensystem mit extrem geringen Toleranzen in Frage.

Was mir so einfällt wäre etwas aus ner Mischung von DVD Schlitten und nem sehr schnellen Schrittmotor aufzubauen.
Das wichtigste dabei ist ein geringes Gewicht und kaum Reibung, damit es schnell genug wird.

[tschosef]

Laser2.jpg

hai hai...

ohne jetzt den ganzen Thread, sondern nur die Überschrift gelesen zu haben.

Lautsprecher als Scanner verwenden

ja, hab ich mal gemacht... dürfte etwa .... um oder kurz vor 2000 gewesen sein, siehe bild:

[tschosef]

und so war es gemacht

[tschosef]

sowas kam dabei heraus


das Witzige dabei... als ich dieses Bild damals ins Web stellte, rief mich kurz danach ein "junger österreichischer Laserfreak" (Das Forum gabs da noch nicht, glaub ich) an, und meldete sich am Telefon mit den Worten "Verkauf mir bitte deinen blauen Laser"

Mittlerweile ist Phil ein seeehr fleissiger Laserist gut gemacht Phill

viele Grüße
Erich

[fesix]

Ach ja an die Bilder kann ich mich auch noch erinnern, da hatte mich das erste mal das Bastelfieber gepackt
Schön auf dem Bild zu sehen: Grüner HeNe Laser, damals wie heute rarität und teuer.

[tschosef]

der grüne HeNe war, wie der ArgonIonenlaser auch, ne Leihgabe privat hatte ich auch nur nen roten HeNe....
den grünen gibts hier in der Vorlesungsvorbereitung immer noch...

es gibt nur einen geileren HeNe... der is ORANGE (612nm)!!!.. wie die goldgelbe Sonne..... den "durfte" ich einmal verwenden...

viele Grüße
ERich

[PeterL]

Danke fuer die Bilder, Erich! Sieht wirklich sehr interessant aus

Wenn ich die Bilder richtig lese, sind die Lautsprecher ziemlich klein, oder? Hast du dafuer einfach den erstbesten Lautsprecher zerlegt, oder einen bestimmten mit Bedacht ausgesucht?


Peter

[tschosef]

hai hai...

naja... is ja ne weile her. Ich hab von denen sogar noch welche von den Speakern.... is n Visaton Lautsprecher
müsste so einer sein... glaub ich (hab ihn nicht hier... liegt im Bastelschrank auf Arbeit)
http://www.conrad.de/ce/de/product/3289 ... view1&rb=1

Ich dachte es währe "wichtig" dass er relatiev viel Hub macht... also weich aufgehängt ist...
Man kann sich viele Gedanken machen... allgemein glaub ich, dass die Resonanz des lautsprechers halbwegs weit oberhalb der gewünschten Nutzfrequenz liegen sollte, denn dann ist die Auslenkung der Membrane mehr oder weniger Linear zum anliegenden Strom.... bei der Resonanzfrequenz ist die Auslenkund überhöht... oberhalb der Resonanzfrequenz geht die Auslenkung dann gegen null..... Daher wählte ich eher ein Mittel oder Hochtöner, der trotzdem halbwegs hub macht.

naja, was halt so ne "Bastelei"

viele Grüße
erich

PS ... einmal is tatsächlich die "LagerLitze" gerissen... nach einigen zig Stunden aber erst.
Besser als Lissajous mit Motoren sind die lautsprecher allemal.... MOT1 is aber besser als die lautsprecher

[PeterL]

Mittlerweile habe ich die Lautsprecher mal ausprobiert ... war ok eigentlich auch einfacher als gedacht, aber ich haette es gern ein bisschen praeziser gehabt

Das Prinzip der Lautsprecher (Magnet + stromdurchflossene Spule, eines von beiden bewegt sich bei Aenderungen des Stromes) hat mich aber ueberzeugt, und so habe ich mich ein wenig umgeschaut, ob diese Methode nicht auch anderswo - ohne die Lautsprechermembran - verbaut wird.

Das ist tatsaechlich der Fall und nennt sich Schwingspulenmotor / voice coil motor / moving coil motor. Wie zum Beispiel auf den Seiten dieses Herstellers: http://www.moticont.com/index.htm

Es kommt zwar mittlerweile ein bisschen vom Weg ab, aber kennt sich zufaellig jemand mit solchen Motoren aus und koennte mir ein paar Fragen dazu beantworten? Das ist zwar eher unwahrscheinlich, weil man sich als Bastler wahrscheinlich nicht so ein industrielles Ding kaufen wuerde Aber ich dachte, ich versuch's mal ...

Viele Gruesse,
Peter

[tschosef]

hallo Peter,

diese Antriebe (Ringmagnet um Spule) kannte ich so noch garnicht.
hmm... ich glaub die Tücke ist die, dass bei den Dingern ganz schön viel Masse bewegt wird... Schnell müssen die ja nicht sein, was aber für Scanning schon gut währe...

[VDX]

... Festplatten haben oft diese 'voice-coil-aktoren' für die Positionierung der Leseköpfe drin ... davor waren das hochauflösende Schrittmotoren ...

Viktor