Рисунки для лазера своими руками

Лазерное шоу своими руками. Часть 1

Рисующий луч: прошлое, настоящее и будущее.

Это вводная статья о истории развития и принципах работы технологий векторного отображения информации.
Не обижайтесь, на то, что тут всё слишком «википедично», просто мне надоели глупые вопросы.
Те, кто в теме, возможно найдут для себя интересным почитать конец статьи и могут смело переходить ко второй её части по ссылке в конце.

Немножко истории.

Всё началось с того, что некий немец Фердинанд Браун попытался применить на практике так называемые катодные лучи (cathode rays) — пучок ускоренных в электрическом поле электронов, и изобрёл самую первую электронно-лучевую трубку (CRT, ЭЛТ) в 1897 году. Это была трубка с холодным катодом, электромагнитной отклоняющей системой по одной из осей (по второй оси это было вращающееся зеркало) и экраном, покрытым люминофором. В ходе дальнейших усовершенствований другими учёными (Борис Розинг, Джон Б. Джонсон, Гарри Вайнер, и изобретатель телевидения Владимир Зворыкин) в неё были добавлены катод с подогревом, отклоняющая система по второй оси и модулятор интенсивности пучка для управления яркостью свечения точки на экране. Так родилась современная электронно-лучевая трубка.

Электронный луч в ней изменяет свою траекторию в электрическом поле пластин вертикального и горизонтального отклонения (на рисунке показаны жёлтым) и попадает на люминофор экрана, вызывая его свечение. Координаты точки свечения в такой системе задаются напряжением на отклоняющих пластинах. Приблизительно такие ЭЛТ устанавливались в аналоговые осциллоскопы. Кроме электростатической, существует магнитная система отклонения луча — пучок электронов пролетает через магнитное поле, образованное катушками, и меняет свою траекторию в зависимости от силы тока в катушках.

Используя инерционность человеческого зрения и послесвечение люминофора, стало возможно создавать на экране рисунки и появился новый способ отображения информации, которым воспользовались инженеры из Массачусетского технологического института (MIT), создав первую ЭВМ Whirlwind-I (1950 год) с новейшим по тем временам устройством вывода — векторным сканирующим дисплеем. Так было положено начало развитию дисплеев с векторной развёрткой (с произвольным сканированием луча).

Во всем известном растровом способе формирования изображения (на рисунке слева) луч, скользя по строкам, формирует изображение из дискретных элементов — пикселей, образующих картинку; в векторном же способе (на рисунке справа) луч скользит позаданным векторами графическим примитивам — прямой, прямоугольнику, окружности или кривой, образуя изображение.
Широкое распространение дисплеи в векторной развёрткой получили с конца 60х годов прошлого века, и уже тогда, в отличие от растровых, могли похвастаться разрешением до 4096×4096 точек.

До недавнего времени такие дисплеи активно применялись (кое-где до сих пор применяются) в тестовом оборудовании:

как устройства отображения на радиолокационных станциях и в авиадиспетчерских:

и, конечно же, в осциллоскопах:

Многие как старые, так и современные осциллоскопы имеют возможность работы в режиме аналогового векторного дисплея. Для этого необходимо переключить осциллоскоп в режим развёртки X/Y и использовать X-вход для управления положением луча по горизонтали (у некоторых моделей также есть Z-вход, управляющий яркостью луча). Однако на современных цифровых осциллоскопах без функции «цифровой фосфор» векторная картинка теряет всю свою привлекательность и выглядит лишь простым набором образующих векторы точек.

Настоящее

На смену лампам пришли лазеры, а с удешевлением памяти и развитием устройств с растровой развёрткой векторная развёртка применяется только в определённых нишах (и в основном в авионике и с недавнего времени в автомобилестроении — HUD-системы вывода изображения на фоне внешней среды, а также в лазерной гравировке и лазерных шоу).

Поскольку последующие статьи будут о лазерном проекторе — рассмотрим, каким образом он отклоняет рисующий луч.

В настоящее время популярностью пользуются два способа управления лазерным лучом, и у каждого есть свои недостатки и преимущества:

1. Акустооптический дефлектор (АОД)

— Преимущества: высокая скорость отклонения луча.
— Недостатки: низкое разрешение, малое угловое поле сканирования (угол отклонения луча), сложность работы с лазерными лучами большой мощности, дорогая высокочастотная система управления.

АОД работает следующим образом. В оптически-активном кристалле(например ТеО₂) возбуждается акустическая волна с частотами в десятки-сотни мегагерц; при прохождении лазерного луча через такой кристалл, за счёт явлений дифракции или рефракции, меняется направление луча. В дифракционном АОД угол отклонения дифрагированного луча управляется изменением частоты акустической волны. В рефракционном АОД отклонение происходит вследствие искривления пути луча при прохождении через среду кристалла с неоднородной деформацией, которая возникает под воздействием бегущей акустической волны.

2. Механическая система развёртки на гальванометрах

— Преимущества: возможность работы с лазерными лучами любых мощностей, которые способны выдержать зеркала, высокое разрешение и точность позиционирования, небольшая цена.
— Недостатки: низкая скорость развёртки из-за применения в системе механических деталей.

Такая система построена на основе гальванометров — устройств, состоящих из электромагнита и постоянного магнита, закреплённого на одной оси с зеркалом.
При изменении тока в катушке постоянный магнит, взаимодействуя с полем катушки, поворачивает ось с зеркалом на угол, пропорциональный проходящему через катушку току. При объединении двух таких гальванометров становится возможным управление положением луча на плоскости, как показано на рисунке ниже.

Будущее

Летом 2012 года случилось одно интересное событие, которое мало кто заметил.
Sumitomo Electric и Sony представили первый в мире миниатюрный непосредственно излучающий зелёный лазер. Диоды, непосредственно излучающие красный и синий свет, уже были представлены на рынке пикопроекторов, и только непосредственно излучающие зелёные лазерные диоды всё ещё не были коммерциализованы. Вместо них использовались синтетичекие методы удвоения частоты лазерных диодов, генерирующих излучение, близкое к инфракрасному. Именно отсутствие на рынке непосредственно излучающих зелёных лазеров ограничивало характеристики видимости, цену и массовые (мобильные и автомобильные) применения лазерных технологий.

Изобретение зелёного лазерного диода даёт новый толчок в развитии коммерчески доступных технологий HUD и HMD (Head mounted display), а также мобильных пикопроекторов.

Одним из самых перспективных решений в области HUD являются лазерные сканирующие МЭМС технологии, которые могут обеспечить всегда сфокусированное, высокочёткое виртуальное изображение высокой яркости, а также низкое потребление, размер, вес и цену устройства.

Лазерная сканирующая технология в чём-то похожа на систему развёртки на гальванометрах и основана на применении(для формирования полного набора цветов) комбинаций трёх базовых цветов — красного, зелёного и синего — от лазерных диодов соответствующего цвета. Скомбинированный лазерный луч, попадая на выполненное по МЭМС технологии микроминиатюрное зеркало, отклоняется на угол, задаваемый электронной системой развёртки. За счёт миниатюрности зеркала скорость сканирования позволяет таким системам работать как в векторном, так и в растровом режиме. Разрешение сканирования может в несколько раз превышать современное Full HD.

Первый в мире коммерческий лазерный сканирующий МЭМС-блок HUD, проецирущий на ветровое стекло автомобиля информацию дополненной реальности посредством непосредственно излучающих лазеров (в том числе и нового зелёного), в недавнем времени появился в Японии. Копорация Pioneer выпустила первую в мире автомобильнуюнавигационную систему GPS на основе технологии MicroVision с дополненной реальностью — Poineer CyberNavi.

Проекторный модуль AR-HUD системы устанавливается в положение противосолнечного козырька сбоку от сиденья водителя, HUD дисплей представляет собой лист прозрачного пластика, который крепится в поле зрения водителя напротив лобового стекла, а 37-дюймовый виртуальный дисплей находится на расстоянии порядка 3 м от глаз водителя. Виртуальные элементы HUD формируются посредством сканирующих МЭМС-зеркал проектора, проецирующих лазерные лучи трёх базовых цветов пространства RGB, дающие полноцветное изображение с высоким уровнем контрастности.

Лазерные сканирующие технологии в скором времени будут повсеместно использоваться в очках дополненной реальности (например в Google Glass), для отображения информации на лобовом стекле автомобилей, в мотоциклетных шлемах и как мобильные проекторы в сотовых телефонах.

В следующей части я подробнее расскажу вам о том, как устроен лазерный проектор для световых шоу, и выдам готовую схему высокоскоростного ЦАП. А в качестве бонуса — расскажу как вывести видео на осциллограф при помощи трёх проводков и разъёмчика.

Источник

Сборка оригинальных рисунков для ЧПУ лазера

Применение лазерных станков с каждым годом приобретает все больше поклонников. В статье представлена сборка разнообразных рисунков, скачать бесплатно.

Современные компьютерные технологии если и не полностью избавили от необходимости применять ручной труд, то свели ее к минимуму точно. Применение лазерных станков тоже с каждым годом приобретает все больше поклонников.

Лазерными станками с ЧПУ называют целый комплекс приспособлений, предназначенных для обработки различных поверхностей. Управление осуществляется при помощи компьютерных программ.

Уважаемые станкостроители, для Вас мы подобрали большое количество моделей в формате dxf, скачать бесплатно можно ЗДЕСЬ.

Какие материалы можно обрабатывать?

Аппарат применяется для обработки, создания рисунков на многих видах поверхностей:

И это далеко не полный список возможностей применения резки с ЧПУ. Применение бесконтактных технологий позволит обработать даже материалы небольшой толщины. Недавно автоматизация такой работы считалась в принципе невозможной. Как и простое создание рисунков для ЧПУ лазера.

Принцип работы прибора

В настоящее время любое лазерное оборудование отличается приемлемым уровнем цен. Потому оно набирает популярность, используется не только в крупном, но и в мелком бизнесе. Незаменимыми помощниками станут и рисунки с шаблонами, представленные в настоящем разделе. При этом качественная работа и высокая продуктивность характерны даже для самых бюджетных моделей.

Чтобы правильно использовать рисунки с помощью резки, надо понять, из чего состоит станок:

Цельная станина.
Стол, расположенный в горизонтальной плоскости.
Передвижной портал. Его оснащают специальной головкой, излучающей лазерный луч.

Шаговой электромотор позволяет привести оборудование в движение. Числовая программная схема организует регулировку всех параметров. Приспособление с Числовым Программным Управлением устанавливает на определенных позициях лазер вместе с другими устройствами, исполняющими рабочие операции.

У узла оптики агрегатов тоже несколько компонентов.

Трубки с лазером.
Излучатель в виде головки.
Отражающие устройства с формой зеркал.
Фокусировочный механизм.
Линза фокусировки.

Оборудование с возможностями

У данного оборудования основной рабочий инструмент – с лазерной основой. Его отличает высокий показатель мощности. Благодаря чему и становится доступной обработка материалов, наделенных параметрами разного типа.
Благодаря таким технологиям можно получать детали с различными характеристиками, габаритами.

Возможности установок на лазере стоит рассмотреть подробнее, чтобы правильно использовать рисунки с шаблонами.

Это доступный вариант технологии, хотя и не самый эффективный. Лазерный резак потребляет меньшее количество энергии, чем плазменный аналог при выполнении такой же работы. Даже при применении термической обработки. Преимущество данной разновидности резки – точность краев, возможность сохранить оптические показатели.

Резку делают сквозную, либо несквозную. Применение второго варианта актуально в случае изготовления сувенирной продукции. Обработка лазера способствует быстрому снятию верхнего слоя у пластика. Это позволяет сформировать рисунок на поверхности второго слоя. Такая ювелирная работу под силу только станкам с лазером и ЧПУ.

Это решение имеет свой принцип работы. Тонкие насквозные резы наносятся аккуратно, шаг за шагом. После этого составляется линия, имеющая необходимые габариты. Не важно, насколько сложное изображение, насколько толстый материал. Основное преимущество гравировки лазером – сохранение высокой скорости.

В каких направлениях используется оборудование?

Это важный момент для тех, кто только собрался приобретать станки.

Создание сувенирной продукции.

В производстве сувенирной продукции именно лазерные станки показали высокую эффективность. Уже говорилось о том, что бесконтактная обработка делает возможным создание рисунков на деталях с любыми параметрами. Что облегчает весь рабочий процесс. Даже ручки и USB-брелоки обрабатываются при помощи данной технологии.

Информационная, наградная продукция.

Лазерные станки удобно использовать для изготовления табличек с какой-либо информацией. Дипломы из двухслойного пластика, наградные сертификаты – и в этой сфере лазерным станкам практически нет равных. Главное – подобрать правильные чертежи.

Особенно оборудование актуально при создании интерьерных и наружных элементов. Удачно после применения станков смотрятся поверхности из акрила, оргстекла – у них появляется глянцевый торец, радиусов от фрезы не остается. Чем мельче элемент – тем проще его будет вырезать, когда применяются плазморезы.

При оформлении интерьеров технология лазерной резки получила широкое применение. Речь идет об изготовлении накладных элементов, декорировании мебели, создании радиаторных и вентиляционных решеток. Обычно речь идет об элементах с небольшой толщиной, хрупких.

На фрезерах изготовить такие детали практически невозможно, потому как сложно избежать появления сколов и трещин, других подобных дефектов. Детские игрушки конструкторы и отдельные элементы интерьера так же могут быть изготовлены с применением данной режущей технологии.

Для данного направления характерно и активное применение лазерной резки шпона. Особенно, когда речь идет о производстве маркетри, инкрустации. В Эрмитаже многие предметы созданы с использованием данной технологии.

Упаковочные работы, изменение структуры поролона и пластиковых изделий.

Уже мало кого удивишь упаковкой, изготовленной с применением именно лазерных станков. Оборудование удобно тем, что его можно легко и быстро запрограммировать в любой момент. Не надо привязываться к определенному тиражу, настраивать сложные линии для подачи материалов. Поверхность избавлена от заломов при бесконтактной обработке. Поверхность рисунка выглядит красивой.

Дополнительные советы по работе

Следующие факторы должны быть учтены при эксплуатации.

Лазерную гравировку можно использовать, не создавая печатные формы, клише и матрицы. Соответственно, не нужно приобретать дополнительное оборудование, привлекать к обработке больше людей.

Большинство операций легко выполняются в домашних условиях. Как и сама подготовка рисунков. Резать их не составит труда.

Благодаря этому экономится и время, которое тратится на допечатную обработку. Производственный процесс ускоряется, производительность любой установки становится лучше.

Лазерные технологии известны тем, что не требуют применения большого количества материалов.

Без самого лазера гравировка не выполняется. А установка работает на питании от обычной электроэнергии. Одного лазера должно хватать примерно на 20 тысяч часов непрерывной работы. Интенсивная эксплуатация одного устройства может длиться до 7 лет. Даже если резка проводится постоянно.

Один оператор вполне справляется с обслуживанием установки. Главное требование – умение работать с графическими программами.
Изделия можно изготавливать как малыми, так и единичными партиями. Для оформления рисунков и их непосредственного производства создаются рабочие файлы, в специальной программе.
Итог любой работы – получение долговечных изображений, устойчивых к воздействию любых внешних факторов. Чертеж можно сохранить на будущее.

Лазерная гравировка: подробнее о технологии

При использовании данной технологии предполагается, что методом сублимации материал удаляется с поверхности заготовок. Результат достигается благодаря воздействию на поверхность материала сфокусированного лазерного пучка. Мощность при работе резкой для него сохраняется максимальная.
Главное – правильно управлять параметрами установки, чтобы добиться желаемого результата. Лазерная гравировка во многом работает по таким же принципам, что и принтер. Оборудование максимально удобно благодаря тому, что практически ни один этап не осуществляется вручную. Это требуется только при подготовке рисунков. А в готовом виде изображение прослужит максимально долго, без каких-либо повреждений.