Laserskanner

Laserskanner (argikeeles ka laserskänner) on seade, mis tekitab laserikiire ja mõjutab selle suunda.

Laserskanner koosneb laserdioodist, kontrollelektroonikast ja süsteemist, millega saab laserikiirt mõjutada, näiteks seda suunata ja fookuspunkti muuta. Laserskannerisse võib olla sisse ehitatud ka andureid, mis fikseerivad laserikiirte omadusi.

Näiteks kui mingist ruumist või objektist luuakse 3D-mudelit, siis laserskanner liigutab laserikiirt üle objekti. Kindlates punktides fikseeritakse, kui kaugel skannerist tabas laserikiir mingit objekti.

Laserskannereid kasutatakse paljudes erinevates seadmetes, näiteks 3D-printerites, graveerimismasinates, vöötkoodilugerites, tööstuslikus tootmises ja ajutise autopiloodi funktsionaalsusega autodes.

Tööpõhimõte

Kontrollsüsteem

Skanneri töö lihtsamaid tööülesandeid viib läbi spetsiaalne kontroller, mis ootab lihtsaid käske ja viib need täide. Näiteks kui tuleb käsk võtta kaugusmõõt mingil suunal, siis kontroller liigutab peeglite mootoreid kiire suunamiseks ja loeb kaugusandurist mõõtetulemuse. Kontrolleri külge ühendatakse kas tavaline arvuti, milles on vastav tarkvara, või skannerisse sisse ehitatud arvuti, mis saab täita keerulisemaid ülesandeid. Näiteks 3D-printimiseks tõlgendatakse prinditava eseme mudel vastavasse lihtsustatud failivormingusse, mille järgi saab printer eseme välja printida. Selles failis võib olla objekt kirjeldatud kihi või isegi käsu kaupa.

Peeglid

Laserskanneri peeglite moodul. Punane nool näitab laserikiire teekonda

Enamik laserskannereid kasutab laserikiirte suunamiseks peegleid. Peeglitega saab laserikiirt suunata ühe või kahe telje suhtes. Laserikiire suunamiseks kahe telje suhtes saab kasutada ühte peeglit, mida saab mõlema telje suunas pöörata, või kahte peeglit, mida saab pöörata ühe telje suhtes.

Servodega liigutatavate läätsede abil on ka võimalik muuta laseri fookuspunkti kaugust: nii on võimalik laserikiirt mõjutada kõigi kolme ruumi telje suhtes.

Pöörleva peegliga on võimalik tekitada perioodiline liikumine. Näiteks osad vöötkoodilugerid kasutavad pöörlevaid hulknurkpeegleid.

Lisaks elektrimootoritele ja servodele on võimalik peegleid liigutada, kasutades piesoelektrilisi või magnetvälja mõjul kuju muutvaid täitureid. Saavutatav peeglite liikumiskiirus on palju suurem, kuid kiire suunatavus on piiratum kui elektrimootorite või servode kasutamisel.

Prismad

Kahte prismat omavahel pöörates on võimalik laserikiirt suunata, selliseid seadmeid kasutatakse näiteks rakettide jälitamiseks. Kui kahte läätse või prismat liigutatakse või pööratakse, liigub laserikiir sarnaselt peeglitega suunamisele.

Eriomadustega materjalid

Osad laserskannerid kasutavad kiire suunamiseks materjale, mille optilisi omadusi saab muuta, näiteks helilainete või elektrivooluga. Sellised seadmed saavad skaneerida palju kiiremini kui peeglite või muude liikuvate osadega skannerid. Nende suurimaks puuduseks on tunduvalt suurem hind.

Rakendused

3D-skaneerimine

 Pikemalt artiklis 3D-skanner

Laserskannereid kasutatakse ruumidest ja esmetest 3D-mudelite loomisel.

Laserikiirt suunatakse kas pidevalt või valikuliselt eri suundadesse. Igas punktis salvestatakse laserikiire erinevaid omadusi, näiteks kui kaugel tabas laserikiir mingit objekti, tulemuseks XYZ koordinaadid. Need andmed salvestatakse või edastatakse ühendatud arvutitesse. Uuritavat eset võidakse korduvalt ja mitme erineva nurga alt skaneerida. Tulemuseks on punktipilvede hulk, mis liidetakse kokku üheks punktipilveks, mille põhjal loob tarkvara skaneeritud esemest mudeli.

3D-objekti skaneerimine kiirendab ja lihtsustab disainiprotsesse, võimaldades kiiremini ja lihtsamalt andmeid koguda. 3D-skaneerimist kasutatakse kaardistamiseks, arheoloogias ja muudes valdkondades, kus on vaja midagi mõõdistada.

Pildil Google'i isejuhtiv auto. Katusel näha 70 000 dollarit maksev Velodyne 64-beam LIDAR sensor

LIDAR-skanner Google'i isesõitvas autos

Google isesõitva auto kõige olulisem sensor on firma Velodyne loodud laserskanner. Tegemist on kõige töökindlama sensoriga, millega auto tuvastab ümbritsevas keskkonnas toimuvat. Google'i autos kasutatavas LIDAR tüüpi laserskanneris kasutatakse 64 laserikiirt, millega tehakse 1,3 miljonit mõõtmist sekundis. Sellel seadmel on 36-kraadine vaateväli ja suur täpsus kuni 100 meetri kaugusele.

Kolmemõõtmeline printimine

 Pikemalt artiklis Kolmemõõtmeline printer

Laserskannereid kasutatakse laialdaselt kolmemõõtmelises printimises.

Laserpaagutamisel kasutatakse võimsat laserit, millega sulatatakse algmaterjali pulber tahkeks materjaliks. Kihthaaval lisatakse pulber, mis vastavalt detaili läbilõikele sulatatakse terviklikuks detailiks. Tänapäeval on võimalik laserpaagutamist kasutades printida detaile plastmassist, keraamikast ja ka metallist.

Stereolitograafia on printimisprotsess, kus kasutatakse vedelat polümeeri, mis tahkub kindla lainepikkusega valguse käes. Selle protsessi juures on oluline, et kasutatav laserskanner suudaks mõjutada laserikiire fookuspunkti, kuna polümeer tahkub ainult laseri fookuspunktis.

Materjalitöötlus

Lasereid kasutatakse tootmisel paljudes erinevates protsessides, mille automatiseerimiseks on vaja laserile liikumis- ja suunamisvõime lisada. Laserskannereid saab kasutada graveerimiseks, lõikamiseks, keevitamiseks ja paljude muude tootmisprotsesside läbiviimiseks.

Laseri võimsusest sõltub selle mõju töödeldavale materjalile:

• Väikese võimsusega laser eemaldab materjali ainult osaliselt, selliseid lasereid kasutatakse pinna puhastamiseks ja graveerimiseks.
• Keskmise võimsusega laseriga saab erinevaid materjale sulatada ja keevitada.
• Suure võimsuse korral laserikiir lõikab materjali.

Meditsiin

Lasereid kasutatakse meditsiinis laialdaselt:

• vähi diagnoosimine ja ravi
• kirurgia
• silmaoperatsioonid
• karvade ja tätoveeringute eemaldamine

Täpset kontrolli vajavate protseduuride läbiviimiseks on laserskanneri kasutamine hädavajalik. Näiteks laserlõikusega silmanägemist korrigeerivad masinad korrigeerivad silmaläätse kuju mõne sekundi jooksul, samal ajal arvestades silma liikumisega. Koos ettevalmistusega võtab kogu protsess aega 5–10 minutit.

Vöötkoodiluger

 Pikemalt artiklis Vöötkoodiluger

Paljud vöötkoodilugerid kasutavad laserskannereid koodi lugemiseks. Pöörlevat prismat või mitmetahulist peeglit kasutades liigutatakse laserikiirt kiiresti üle loetava ala. Laserikiir võib liikuda erinevates suundades, et oleks võimalik mitme erineva nurga alt vöötkood tuvastada. Koodi tuvastamiseks jälgib luger pidevalt tagasi peegelduvas valguses mustreid, millest on võimalik kood välja lugeda. Keskkonnast tulenevate vigade vähendamiseks vilgutatakse laserit pidevalt, nii on võimalik kõrvaline valgus signaalist välja filtreerida.

Vaata ka

• Laser
• 3D-skanner