産業用途におけるシングルラインレーザーの性能指標をご存知ですか?

単語を検索するラインレーザーネットワーク上では、さまざまなメーカーや写真が眩しく、非常に豊富であると言えますが、マシンビジョン機器製造分野の多くの技術者は依然として頭を痛めることがよくあります。なぜでしょうか。

すべては線であり、その直線的な外観は非常に「言葉」であることがわかります。それでは、なぜ人々を悩ませるのでしょうか？ 以下を参照してください。

最初の種類のトラブル:は均一性インジケーターの謎です。問題を見つけるには上の図を参照してください。次のことがわかります。

両端が明るい、中央が明るい、厚みムラ、明るさムラ

端が壊れていますが、真ん中は大丈夫です

背景の迷光が多くなります

2 番目の種類のトラブル:壊れやすい、使用すると暗くなります、レーザーはまだ生きていますが、きらめくだけです

インストールと試運転はある日はうまくいきますが、次の日にはダメになります

クライアント側に置くと数日で壊れます

時間が経つにつれて、徐々に変化していきます。

3 番目の種類のトラブル:赤、緑、青、紫、価格は数万円から数万円までありますが、どうやって選べばいいのでしょうか？

ブルーライトが良いと言われるのはなぜですか? ブルーライトを使用する必要がありますか?

なぜ片方は8～9千元、場合によっては数万元もするのに、もう片方はたったの300元なのでしょうか？

産業用マシンビジョンレーザーの開発経験を一つずつ共有し、豆知識として皆様のお役にたてれば幸いです。

【基礎】ラインレーザーはどのように発生するのですか？

ワンラインレーザーを生成できるデバイスとしては、コラムミラー/ウェーブミラー、パウエルプリズム、DOE回折素子などが一般的です。 デバイスの材質はプラスチックとガラスです。 このうち、最初の 2 つの方法は幾何光学の内容に属し、DOE は回折光学の技術に属し、それぞれ長所と短所があります。 当社は、パウエルプリズムベースのラインレーザーや、ライン製品を生成するその他の方法に焦点を当てており、特に 3D 測定の分野での産業用マシンビジョンの使用を推奨したり、反対したりすることはありません。

パウエルプリズムをオンラインで循環させてビームラインの原理図を実現すると、パウエルプリズムが湾曲したリッジを持っていることがわかります。リッジカーブの加工品質がラインレーザーの品質を決定します。 Zemax に精通している場合は、リッジ カーブの分布関数をシミュレートし、それをコラム ミラーと比較して違いを理解してください。 慣れていなくても問題ありません。3 つの方法ではパウエル プリズムが王様であり、パウエル プリズムを選択することが心配しないための第一歩であることを覚えておいてください。

第一種の問題解決

第 1 種の問題の核心は、最初のラインを生成するデバイスの品質の不一致です。たとえば、カラム ミラーの自然な特性はエッジが徐々に暗くなることであり、ウェーブ ミラーはエッジの暗まりの度合いを改善するために複数のカラム ミラーが接続されていると理解できますが、依然として不均一です。 したがって、このようなデバイスはワードラインを生成し、その均一性指数は85パーセント以上に達するのが難しく、破線の両端に現れやすいなどですが、ライン誘導などの直線表示やその他のシーンでのこのような製品は、ユーザーのニーズを満たすのに十分で、大量の安価と相まって、見てうれしい、最も一般的なクラスのファーストラインレーザーです。

DOE タイプのラインは、非常に細く、安価であるという利点がありますが、中心にゼロ光点が発生しやすく、暗いオブジェクトの離散ブレークポイントに現れやすいため、このようなデバイスは光源を示すものでもあり、インジケーターライトとして使用できることを示しますが、マシンビジョン 3D 測定情報光源としては使用できません。

パウエルプリズムによって生成されるファーストラインレーザーは、ハイエンド産業のニーズを満たす唯一の選択肢ですが、明暗の両端にも現れることになります。 パウエルプリズムの処理品質は設計要件を満たしており、ある種のビームへのガウスビーム整形の均一性が 95% 以上達成でき、最良の場合では均一性指数が 99% を達成できます。

上記問題の原因は、パウエルプリズムの設計パラメータと入射ビームのパラメータとの一致度に依存する。 簡単に言うと、パウエルプリズム設計の入射光スポット直径が D{{0}} mm であると仮定すると、実際の入射光ビーム直径が R= 3.2mm の場合、両端は暗くなり、実際の入射光スポットが 2.8mm の場合、両端は明るくなり、偏差が大きいほど、不均一の度合いは大きくなります。 下の図は、デバッグ時に、D と R の間の 0.1 mm の差が明らかな不均一性を区別できることを示しています。

2 番目の種類のトラブルはパズルを解くことです

これは面倒ですが、理由は非常に単純です。しきい値を超える電流により LD が破壊されたり、LD が仕様の Max 上限値で長時間動作したりするためです。 インターネット上の多くの駆動回路図を使用できますが、悪魔は細部に隠されています。

これは、回路の設計が間違っていたり、ESD 保護がなかったり、不適切なコンデンサが使用されたりした場合に発生する可能性があります。 LD レーザー ダイオードは静電気に敏感なデバイスであり、非常に壊れやすく、静電気の危険性があります。 多くの定電流源設計回路が分析され、PWM 信号レギュレーションがあり、オーバーシュート電流があり、瞬間ピーク電流スパイク、外部電流リーク、その他の問題があり、A プラント LD の一部のドライブ ボードでも非常に安定していますが、B プラント LD は問題が発生しやすいです。 これらの問題のある回路が、外部制御カードなしでメーカーによって完成品として封印されている場合、問題を暴露するのは簡単ではありませんが、マシンビジョンの分野では、カメラと同期するために常に外部制御カードが必要であり、そのような製品の限界が露呈することになります。

このようなことを解決し、回避するにはどうすればよいでしょうか? 設置および試運転の問題を避けるために、設置および試運転環境は十分に接地され、担当者は ESD リングを着用し、静電気放電装置を追加する必要があります。 同時に、合理的な設計の選択も非常に重要です。中核となるのはデバイスの標準であり、業界標準のコンポーネントを使用する必要があります。標準に達していない小型デバイスの品質は、設計品質の低下につながります。 検出に関しては、レーザーモジュールがESD4KV静電試験と電圧サージ検出に合格することが非常に重要であり、これにはメーカーの設計と組み立てプロセスの共同研削が必要であり、設計能力の欠如ではこのような問題を根本から解決することはできません。

このような事態に遭遇した場合、ユーザーの観点からは、メーカーを変更するか、産業用マシンビジョンレーザーの専門メーカーを選択するかに細心の注意を払うしかありません。 メーカーの観点からは、設計の見直しと隠れた危険性のテストに細心の注意を払い、回路や構造を含む高強度のテストと検証を通じて設計の欠陥を見つけ出す必要があります。 ユーザー シナリオが奇妙であるため、経験を蓄積し、迅速に反復して品質を向上させるしかありません。

3種類目のトラブルパズル

このようなことは全くの未経験ですが、これを読んで少しでも知識があれば解決できると思います。 波長の選択はアプリケーションのシナリオによって異なります。赤色光はプラスチックなどの非金属材料の表面で良好に認識され、多くのカメラの応答曲線は赤色帯域の方が優れています。 そのため、赤色光を使用するマシン ビジョン プロジェクトが数多く見られることになります。 青色光は金属素材の表面でよりよく認識されます。 緑色の光の波長は赤と青の間にあり、人間の目は最も強い知覚であり、出力は非常に小さい緑色の光です。人間の目の知覚は明るさを非常に高く感じます。人間の目が強いシーンを認識することを望んでいます。もちろん、緑色の光が第一選択ですが、人間の目にシーンを知覚させたくない場合は、不可視レーザーなどの800〜940 nmを選択してください。 したがって、中心となる要素はアプリケーション シナリオとカメラ構成であり、この 2 つの要素によってレーザーの波長を選択する必要があります。

価格が煩わしいかどうかについては、人によって意見が異なります。 10、000元レーザーが市場に受け入れられる理由は、線幅が10〜100μmと非常に細く、一貫性が非常に高く、数千の指標の偏差が5パーセント以内に維持でき、均一性が95パーセント以上、真直度が1000分の1以下で、さらにブランドプレミアムです。本質は、安心を買うためにお金を費やし、製品の競争力を高めるために他社の強みを利用してお金を使うことです。 ブランドプレミアムである千元レーザーは別として、その性能指標は間違いなく数百のレーザーよりもはるかに高いため、価格を議論するための性能指標のうち、それがトラブルの原因です。 解決策は、第 1 種と第 2 種の問題に立ち戻って注意深く検討し、理由と技術原理を理解した上で適切な製品を選択し、指標に従って適切な予算を立てれば、当然価格に悩まされることはありません。

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