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Basiswissen FAQ
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Laser
Das Wort stammt aus dem Englischen und ist eine Abkürzung für "Light Amplification by Stimulated Emissions of Radiation". Frei übersetzt heißt dies: "Lichtverstärkung durch erzwungene Strahlungsaussendung". Ein Laser ist ein Gerät, das kohärentes Licht erzeugt. Der Strahl wirft eine exakte, gerade Linie über große Entfernungen mit einer oder mehreren sehr intensiven Farben. Anfangs waren Linienlaser gewöhnlich mit Gas gefüllt, das unter Hochspannung gezündet wird. An den Enden der Röhre angebrachte Spiegel führen zur sogenannten "stimulierten Emission". Dabei bewegt sich der größte Teil des angeregten Lichts zwischen den beiden Spiegeln hin und her, wobei nur ca. 1% des Lichts an einem der Spiegel durchgelassen wird. Dieser Teil des Lichts ist der sichtbare Laserstrahl. Das benutzte Gas oder Resonanzmedium bestimmt die jeweilige Farbe des Laserlichts. Z-LASER bietet Helium-Neon- und Diodenlaser an.
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Watt bzw. Milliwatt
Maßeinheit für die Leistung. Die Einheit der Leistung wird nach dem Erfinder der Dampfmaschine James Watt (1736-1819) in Watt gemessen. Bei Lasern wird sie gewöhnlich auf die Ausgangsleistung des Lasers, besser gesagt des Laserstrahls bezogen.
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Wellenlänge
Die Wellenlänge bezeichnet bei elektromagnetischen Wellen den Abstand von einer Wellenspitze zur nächsten. Bei Lasern ist die Wellenlänge sehr wichtig, da es die Farbe des Lichts bestimmt. Sichtbares Licht ist eine Ansammlung von Wellenlängen im Bereich von ca. 430nm (violett) bis ca. 720nm (rot).
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Eine der Besonderheiten von Laserlicht ist seine intensive, reine Farbe. Laser erzeugen ein spezifisches Licht sehr exakter Wellenlänge, deren Farbe wir als sehr intensiv empfinden. Wissenschaftlich gesprochen ist die Farbe die wahrgenommene Wellenlänge des Lichts. Die verschiedenen Laser erzeugen je nach Lasermedium unterschiedliche Wellenlängen bzw. Lichtstrahlen.
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Divergenz
Die Divergenz ist ein objektives Maß, wie stark sich ein Laserstrahl nach dem Verlassen des Laserkopfes aufweitet.
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Kohärenz
Ein Laser erzeugt kohärentes Licht, herkömmliche Lichtquellen erzeugen inkohärentes Licht. Kohärente Lichtwellen schwingen alle in die gleiche Richtung, mit gleicher Frequenz und mit gleicher Phase. Dies ergibt einen sehr intensiven Strahl mit sehr reinem Licht, was charakteristisch ist für Laserlicht.
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Luminanz
Die Luminanz ist ein subjektives Maß, wie ein Laserstrahl vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Diese hängt nicht nur von der Helligkeit des Laserlichts ab, sondern auch von der Wellenlänge des Lichts. Zwei Laser können in ihrer Leuchtkraft gleich sein, aber ein grüner Strahl hat eine höhere Luminanz als ein roter, da das menschliche Auge empfänglicher für grünes Licht ist.
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Scanner
Scanner sind Motoren, die einen Strahl vor und zurück bewegen. Im Laser Bereich bezeichnet "Scanner" ein Galvanometer, der eine Welle um einen bestimmten Winkel vor und wieder zurück dreht, anstatt die Welle kontinuierlich in die selbe Richtung zu drehen. Ein kleiner Spiegel (ca. 5x8mm groß) ist auf der Welle befestigt. 2 Scanner sind notwendig, um eine Laser-Projektion zu zeichnen. Die Scanner sind so eingerichtet, daß der Strahl zuerst von dem einen Spiegel und dann auf den anderen reflektiert wird. Der erste Spiegel verschiebt den Strahl waagerecht (x-Achse), der zweite senkrecht (y-Achse), d.h. der Laserstrahl kann überall auf eine rechteckige Fläche projiziert werden. Indem einige Male derselbe Weg in hoher Geschwindigkeit wiederholt wird, entsteht die Illusion von einem einzelnen stehenden Bild. Wegen des Eigengewichts der Spiegel ist der Scanner in seiner Drehgeschwindigkeit auf einen bestimmten Wert begrenzt, bis zu dem er noch genau arbeitet. Komplexe Scannerverstärker werden eingesetzt, um die beste Darstellungsqualität zu erreichen.
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Bildwiederholfrequenz (drawing frequency)
Die Bildwiederholfrequenz eines Laserprojektors ist die Anzahl pro Sekunde, mit der dieselbe Abbildung immer wieder auf dieselbe Stelle projiziert wird. Das sich immer wiederholende Abbilden ist deshalb notwendig, weil der Scannerstrahl selbst nur ein Punkt ist und erst durch das wiederholte Ablaufen (ca. 25 mal in der Sekunde) eines Umrisses durch die Trägheit des menschlichen Auges der Eindruck eines stehenden Bildes entsteht. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit sieht nämlich das Auge den wandernden Punkt nicht mehr, sondern nur eine geschlossene Figur. Je höher die Frequenz, desto flackerfreier ist das Bild und desto perfekter die Illusion.
Die kleinen Motoren, die die Spiegel bewegen und dieselbe Figur x mal pro Sekunde wiederholen müssen, kommen bei einer Frequenz von 80Hz (d.h. 80 mal pro Sekunde durchwandert der Laserpunkt dieselbe Umrißlinie) von der Geschwindigkeit an ihre Leistungsgrenze und die Ungenauigkeit wird dann zu groß. Die Bildwiederholfrequenz muß z.B. bei größeren oder komplizierten Figuren heruntergesetzt werden, denn wenn der Laserstrahl große Strecken oder viele Richtungsänderungen abfahren muß, kann er das nicht so oft in der Sekunde tun.
Beim CPS gibt es zwei Parameter, mit denen man die Bildwiederholungsfrequenz beeinflussen kann: zum einen ist das "drawing frequency", die maximale Frequenz, mit der der Scanner die Bilder ausgibt. Mittels dem zweiten Parameter, die sog. "slow down length", kann die Software so konfiguriert werden, daß die Bildwiederholfrequenz automatisch an die Linienlänge (Größe der Figur) angepaßt wird. Aus beiden ergibt sich eine Kreuzfrequenz,die dann tatsächlich projiziert wird. Wiederum gilt: je kleiner die Linie und damit das Polygon, desto höher die Bildwiederholfrequenz, d.h. je weniger Strecke der Laserstrahl abfahren muß, desto öfters kann er diese dafür pro Sekunde wiederholen, und der Betrachter hat den Eindruck einer besseren Bildqualität.
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Eckpunktverstärkung (corner delay)
Das CPS erzeugt Bilder, indem der Laserpunkt häufig pro Sekunde eine Umrißlinie abfährt. Um eine hohe Bildqualität zu erreichen, muß der Laserpunkt möglichst schnell fahren. Beim schnellen Fahren werden aus Ecken allerdings Rundungen, d.h. um scharfe Ecken zu erlangen, muß man das Tempo kurz vor den Ecken drastisch verringern. Verringertes Tempo wirkt sich nun seinerseits wieder negativ aus auf die Bildwiederholungsfrequenz und damit auf die Bildqualität insgesamt. Daher muß man sagen, daß jedes CPS-Bild ein Kompromiß aus den scharfen Ecken (viel Zeit für corner delay, wenig Zeit für die Bildwiederholungsfrequenz) und der Länge der Linien/Größe des Polygons (wenig Zeit für corner delay, viel Zeit für eine Bildwiederholungsfrequenz) ist. Der Bediener oder Monteur entscheidet, wie er sich diesen Kompromiß für sich löst, d.h. wieviel Zeit er für diesen corner delay einstellt, damit sich ein schönes Bild ergibt.
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Lichtwellenleiter
Wenn mit starken magnetischen oder elektrischen Störfelder von außen zu rechnen ist, sollte man nicht das CPS mit normalen elektrischen Kabeln ansteuern, da diese die Störungen als Signale weiterleiten. Lichtwellenleiter unterliegen nicht diesen störenden Einflüssen und eignen sich daher hervorragend zur sicheren Signalübertragung bei starken elektronischen oder magnetischen Störfeldern. Die signalübertragung erfolgt nicht elektronisch sondern optisch durch einen Glasfaser.
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Protokoll
Das Protokoll ist die Norm der Handshake-Art, die zwischen externen Software, z.B. der CNC Maschine und unserem Scanner besteht. Handshake bezeichnet die Rück-Kommunikation von zwei Geräten, d.h. wenn man Geräte ohne Handshake betreibt, kann man Informationen immer nur in eine Richtung absenden, ohne zu wissen, ob der andere diese Informationen aufnehmen kann. Dieses Handshake gibt es in zwei verschiedenen Arten: Hardware-Shake mit einem separaten Kabel, das ein Signal sendet, wenn das Gerät z.B. nicht mehr Informationen aufnehmen kann. Die andere Art ist der Software-Handshake, bei dem das zweite Gerät über die normale Sprachleitung einen gewissen Code übermittelt, der aussagt: ich kann nichts mehr aufnehmen. Diese Handshake Arten sind genormt (Protokoll): sie heißen bei dem Software-Handshake "Xon/Xoff" und bei dem Hardware-Handshake "CTS/DTR".
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Retroreflektoren
Die neuen CPS werden alle nur noch mit Retroreflektoren ausgeliefert. Das sind zwei kleine Lichtreflektoren (Aufkleber), die die Eigenschaft haben, Licht in die gleiche Richtung zurückzuwerfen, aus der es gekommen ist. Wenn jetzt der Laserstrahl über so einen Retroreflektor fährt, leuchtet das Licht genau zu dem Gerät wieder zurück und der Scanner erkennt, an welcher Position sich der Laserstrahl gerade befindet. Diese Retroreflektoren haben die Vorteile, daß sie flach sind, wenig Platz (Æ10mm) und kein lästiges Kabel brauchen.
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