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SchwachSuper 

von Marc Panskus

Da ich jedes Jahr im Winter meinem Modellflughobby (Heli) nicht so richtig nachgehen kann, suche ich mir immer ein größeres Bastelprojekt, um so die langen Winterabende zu überbrücken. Meine Freundin hätte zwar lieber, dass ich die Abende mit Ihr „überbrücke“ aber nun ja, so sind die Frauen? Diesen Winter hatte ich mir durch Zufall das Projekt „Laserprojektor“ ausgesucht. Da ich in den 90ern jedes Wochenende in Discotheken abgehangen und gefeiert habe und dort die damals aufkommenden Lasershows sehr beeindruckend fand, hatte ich meinen ersten Bastel-Laserkontakt zu meiner Abi-Zeit 1993. Dort habe ich zum erstem mal auf meiner Abi Fete die damals zu halbwegs vernünftigen Preisen erhältliche ELV-HeNe Laserröhre (2mW) mit dem LPS-12 Power Supply aufgebaut.
Ich habe jedoch schnell gemerkt, dass man hier wesentlich mehr Power braucht, um den Strahl in größeren Räumen bei Nebel zu sehen. Da es damals nur unpraktische Laserröhren gab und die Preise für mehr Outputpower und Zubehör für den Privatnutzer exorbitant waren, ist mein Laserinteresse recht schnell wieder eingeschlafen. Ende letzten Jahres stieß ich jedoch durch Zufall beim Stöbern bei Ebay auf ein Lasereffektgerät, daß einen roten Diodenlaser mit 100mW und einen grünen DPSS Laser mit 50mW enthielt. Das Ganze für ca. 30 Euro incl. Versand. Unglaublich, oder? Und bestellt…
Ich hatte mich bis zum Eintreffen des Paketes bei www.Laserfreak.net sehr viel eingelesen, vor allem auch, was Lasersicherheit betrifft. Keinen Bock, den Rest meines Lebens mit drei Punkten aufm Arm rumzurennen…

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Ja, da sind wir eigentlich schon beim Wichtigsten an der ganzen Sache. Laser mit über 5mW Output Power sind gefährlich. Die Energiedichte, die beim stehenden Strahl ins Auge trifft, kann einen, je nach Leistung, ohne Probleme dauerhaft erblinden lassen! Dauerhafte „Pixelfehler“ im Auge sind da noch da kleinere Übel! Also sind solche Basteleien nur mit größter Vorsicht zu genießen. Vor allem, wenn ein Laser ins Spiel kommt, der schlecht sichtbar ist. Der wird schnell unterschätzt! Dies ist in meinem Projekt ein 405nm Blue-Ray Laser mit 100mW Output. Dieser liegt sehr nahe am Ultraviolettbereich, ist schlecht sichtbar, hat aber so viel Dampf einem Dauerhaft die Optik irreparabel zu schädigen…

Wie viel Power der Laser hat merkt man erst, wenn er auf etwas trifft, was fluoreszierende Stoffe beinhaltet (z.B. weißes T-Shirt). Da ist der Beam dann ultrahell zu sehen! Die anderen Laser in meinem Aufbau sind natürlich genauso gefährlich, jedoch besser sichtbar! Also Leute unterschätzt das bei euern Experimenten nicht.
Ich übernehme keine Haftung bei Schäden die beim Nachbau des Projektors auftreten!

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Aufbau

So, genug rumgelabert, jetzt zur Praxis…

Da ich alles komplett selber bauen wollte, endschied ich mich für den MOT-1 Scanner. Ein uraltes Projekt (2003) von Guido aus dem Laserfreak Forum, für mich aber ideal, da man von Grund auf alles selber machen kann und die Ergebnisse für Selbstbau recht anschaulich sind, wie ich finde. Bei Ebay habe ich mir dann 3 Stück MOT-1 Steppermotoren (Schrittwinkel 18Grad/Vollschritt, unipolarer Betrieb: Nennspannung 12V Nennstrom/Phase 0,08A; Widerstand/Phase 160 Ohm, Haltemoment 2,4 mNm, Induktivität/Wicklung 57 mH )ersteigert, welche für den X-Y Scanner die Grundvoraussetzung sind. Andere Stepper gehen wohl nicht, es gibt auch keine passenden Nachfolger. Die MOT-1 Stepper werden aber auch leider schon seit Jahren nicht mehr hergestellt, es sind nur noch Restbestände erhältlich. Die Motoren habe ich dann in zwei bearbeitete 23mm Satfeedhalterungen eingebaut, die ich dann um 90° versetzt montiert habe. Somit hatte ich dann schon mal die X-Y Ablenkeinheit. Sieht einfach aus, aber erst mal drauf kommen..;-)

Treiber

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Als nächstes waren die Laserdiodentreiber (Rot, Grün, Blau) an der Reihe. Laserdioden benötigen einen konstanten Strom. Bei meinem Diodentreiber kann man den Betriebsstrom als auch den Ruhestrom per Spindeltrimmer genau einstellen. Wichtig ist eine geregelte Spannungsquelle, da der eingestellte Strom von der Konstanz der Spannungsquelle abhängig ist. In meinem Fall verrichtet hier ein 5,4V / 1000mA Schaltnetzteil zufriedenstellend seinen Dienst. Der Treiber ist analog ansteuerbar, ich steuere ihn jedoch nur per TTL an.

Laser DAC

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Als nächstes war die größte Herausforderung an der Reihe. Was ich nie verstanden habe: Auch heute wird der MOT-1 Scanner vielfach nachgebaut, d.h. er ist, trotz seines Alters, keinenfalls tot. Dies liegt wahrscheinlich an der „komplett Selbstbau-Option“ (China Galvo Systeme kaufen kann ja jeder). Aber alle benutzen den original „Guido DAC“ von 2003/4/5. Auf polnischen Seiten gibt es echt helle Köpfe, die sich komplette Ablenksysteme, d.h. eine aufwendige Ansteuerung (closed Loop) und die eigentlichen Galvos selber bauen (á la ELM by Chan), aber diese dann mit der alten DAC-Platine ansteuern. Warum ist keiner auf die Idee gekommen, den DAC mal auf den heutigen Stand der Technik zu bringen und mal neu zu entwerfen? Hier die Lösung..:-)

Und die hat einen entscheidenden Vorteil. Ich habe die Firmware so programmiert, dass die wichtige SAFETY Funktion gegeben ist. D.h. steht, wie beim alten DAC, der Strahl aus einem der folgenden Gründe, werden die Laserdioden innerhalb von kürzester Zeit abgeschaltet. Das ist besser für die menschliche Optik, wie ich finde.

  1. Es kommen keine neuen Daten vom Parallelport
  2. Die Daten auf der X-Achse und Y-Achse sind über eine gewisse Zeit immer die Gleichen

Die Schaltung besteht im Kern aus einem ATMega32 mit 16Mhz Taktfrequenz. Der 8-Bit Datenport (für die Daten der X-Achse, Y-Achse, TTL-Ausgänge) vom Parallelport liegt über ein Widerstandsnetzwerk (LPT-Überstromschutz) am Prozessor an und die entsprechenden Daten (X,Y,TTL) werden dann jeweils per Pin-Interrupt (Pin 14, 16 und 17 vom Parallelport) eingelesen. Die Daten werden dann ausgewertet (s.o.) und dann per I2C-Bus an die 8-Bit I2C-D/A Wandler ausgegeben. Diese erzeugen dann aus 8-Bit (0-255) ein 0-5V Pegel. Von dort aus geht das X/Y-Signal weiter an die Operationsverstärker. Hier kann dann pro Achse die Offsetkompensation, der Offset und die Amplitude eingestellt werden. Aus 0V-5V werden dann max. -12V bis +12V für Anlenkung der MOT-1 Stepper.
Auf der Platine befinden sich noch die ISP-Schnittstelle des ATMega32, zwei Leuchtdioden, von der eine bei der aktuelle Firmware, nach der Datenauswertung die Abschaltung der Laserdioden signalisiert.
Die RxD und TxD Pins des Prozessors, sowie die Analog-Eingänge der I2C-IC‘s sind über Lötstifte für zukünftige Features herausgeführt. Die Empfindlichkeit von jeweils zwei Analog-Eingängen der I2C-IC’s sind per Poti einstellbar. So ist der DAC für zukünftige Features gerüstet.

Netzteil

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Nun zum Netzteil. Als Spannungsversorgung benutze ich zum einen das Originalnetzteil von Guido um den neuen DAC zu speisen, zum anderen kommt für die Laserdioden ein Schaltnetzteil mit 5,4V / 1000mA zum Einsatz. Das DAC-Netzteil habe ich ebenfalls neu geroutet, so dass es sehr kompakt ist, das Diodennetzteil ist ein fertiges China-Schaltnetzteil, welches ich in ein kleines Kunststoffgehäuse gebaut habe. Da ich in meinem Projektorgehäuse nicht viel Platz hatte, musste ich die verschiedenen Komponenten so klein wie möglich halten.

Laserbank

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Nachdem die Elektronik soweit fertig war, kam die nächste große Herausforderung. Es ging darum, die optische Bank aufzubauen. Das war mit Abstand das Schwierigste, da ich sämtliche mechanische Komponenten selber bauen wollte. Dabei ging es um die Diodenhalter, die Spiegelhalter und die entsprechende Montage auf der Grundplatte. Die Komponenten sollten in allen Achsen sehr genau verstellbar sein. Gut, dass ich bei der Mechanik so präzise war, da ich schnell gemerkt habe, wie schwierig es ist, alle drei Laserstrahlen übereinander zu bringen, um einen „weißen“ Strahl zu erzeugen. Klar, richtig weiß ist er aufgrund des „falschen“ Blautons (405nm) nicht, aber es kommt sehr nah ran.

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Es kommt auf dem Foto nicht richtig rüber, aber es sieht wirklich schon relativ weiß aus. Die zwei Strahlen, die nach vorne „beamen“ sind „Abfallstahlen“, da die Dichros halt nicht 100% Wirkungsgrad haben. Sieht trotzdem schon ziemlich geil aus, wie ich finde..:-) Der Scanner war zu diesem Zeitpunkt noch ohne Spiegel…
Hier der mechanische Aufbau mit den Dichros und Laserdioden. (siehe Bild, Rechts Grün, Mitte Rot, Links Blau) Die einzelnen Laserstrahlen setzen sich aus einem 100mw 650nm Diodenlaser Rot, einem 50mW 532nm DPSS Laser Grün und einem 100mW 405nm Diodenlaser Blau zusammen.

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Der rote und grüne Laser sind aus einem fertigen Projektor ausgebaut (s.o.), die blaue Diode stammt aus einem Xbox Laufwerk, welche in ein entsprechendes Kolimatorgehäuse eingebaut wurde. Die Scannereinheit habe ich, genau wie der 90° Ablenkung des grünen Strahls Aluoberflächenspiegel von einer alten Festplattenscheibe spendiert. Funktioniert übrigens wunderbar. Wie gesagt, es ging mir um den kompletten Selbstbau. Kaufen kann jeder, dafür sind die Ergebnisse natürlich 1000x besser, schon klar…Aber selber bauen macht dafür wesentlich mehr Spaß... ;-)

 

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Die Diodenhalter habe ich aus 5mm Aluminiumvollmaterial (Reste von der Bodenplatte) und M4 Schrauben gefertigt, die Spiegel- bzw. Dichrohalter sind aus bearbeiteten Baumarktwinkeln, ebenfalls 5mm Alu Vollmaterial, jeweils einer Hartgummidichtung zur Lagerung, M3 Schrauben und auch wieder M4 Schrauben zum Justieren der Achsen entstanden. Der eigentliche Scanner besteht, wie oben erwähnt, aus MOT-1 Steppermotoren in 23mm Satfeedhalterungen, justiert und fixiert auf der Grundplatte, auch hier, mit M4 Schrauben.


So, lange Rede, kurzer Sinn, hier nun der fertige Projektor:

Marc Panskus ´12

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Achtung! Achtung! Achtung!

Laser mit einer Leistung größer 1mW (max in Deutschland zugelassene Laserpointerleistung) sind kein Spielzeug. Die in dem Projektor verwendeten Laser haben eine Leistung von 100 bis fast 300mW und gehören somit in die Klasse 3B, das bedeutet das der stehende oder zu langsam bewegte Laserstrahl gefährlich für das Auge ist. Würde man in den stehenden Strahl des Lasers sehen hätte dies, schon nach dem Bruchteil einer Sekunde, schwerwiegende Augenschäden oder totales ERBLINDEN zur Folge. Dieser Projektor ist nur für Demonstration, Experimentier und nicht für Showzwecke geeignet. Für die Sicherheit der eigenen Person und Schäden jeglicher Art ist jeder der dieses Projekt nachbaut selbst verantwortlich.

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