Зачем нужен сканирующий дальномер?
На сегодняшний день в робототехнике не так уж и много методов навигации внутри помещений. Определение положения робота в пространстве с использованием лазерного сканера — один из них. Важное достоинство этого метода — он не требует установки в помещении каких-либо маяков.
В отличие от систем, использующих распознавание изображения с камер, обработка данных с дальномера не так ресурсоемка. Но есть и недостаток — сложность, и соответственно, цена дальномера.
Традиционно в робототехнике используются лазерные сканеры, использующие фазовый или времяпролетный принцип для измерения расстояния до объектов.
Реализация этих принципов требует довольно сложной схемотехники и дорогих деталей, хотя и характеристики при этом получаются приличные — используя эти принципы, можно добиться высокой скорости сканирования и большой дальности измерения расстояния. Но для домашних экспериментов в робототехнике такие сканеры мало подходят — цена на них начинаются от 1000$.
На помощь приходят дальномеры, использующие триангуляционный принцип измерения расстояния. Дальномер такого типа впервые появился в роботах-пылесосах Neato:
Довольно быстро любители расшифровали протокол этого дальномера, и начали использовать его в своих проектах. Сами дальномеры в качестве запчастей появились на ebay в небольших количествах по цене около 100$.
Через несколько лет китайская компания смогла выпустить сканирующий дальномер RPLIDAR, который поставлялся как полноценный прибор, а не запчасть. Только цена этих дальномеров оказалась достаточно высокой — 400$.
Самодельный дальномер
Как только я узнал о дальномерах Neato, мне захотелось собрать самому аналогичный. В конце концов, мне это удалось, и процесс сборки я описал на Робофоруме. Первая версия дальномера:
Позже я сделал еще одну версию дальномера, более пригодную для использования на реальном роботе, но и ее качество работы не полностью устроило меня. Настало время третьей версии дальномера, и именно она будет описана далее.
Устройство сканирующего триангуляционного лазерного дальномера
Принцип измерения расстояния до объекта основан на измерении угла между лазерным лучом, попадающим на объект, и объективом дальномера. Зная расстояние лазер-объектив (h) и измеренный угол, можно вычислить расстояние до объекта — чем меньше угол, тем больше расстояние. Принцип хорошо иллюстрирует картинка из статьи:
Таким образом, ключевые оптические компоненты такого дальномера — лазер, объектив и фотоприемная линейка. Так как дальномер сканирующий, то все эти детали, а так же управляющая электроника устанавливаются на вращающейся головке.
Тут может возникнуть вопрос — зачем нужно вращать оптику и электронику, ведь можно установить вращающееся зеркало? Проблема в том, что точность дальномера зависит от расстояния между объективом и лазером (базового расстояния), так что оно должно быть достаточно большим.
Соответственно, для кругового сканирования понадобится зеркало диаметром, большим базового расстояния. Дальномер с таким зеркалом получается достаточно громоздким. Сканирующая головка дальномера при помощи подшипника закрепляется на неподвижном основании. На нем же закрепляется двигатель, вращающий головку.
Также в состав дальномера должен входить энкодер, предназначенный для получения информации о положении головки.
Как видно, дальномеры Neato, RPLIDAR и мои самодельные сделаны именно по этой схеме.
Самое сложное в самодельном дальномере — изготовление механической части. Именно ее работа вызывала у меня больше всего нареканий в ранних версиях дальномера. Сложность заключается в изготовлении сканирующей головки, которая должна быть прочно закреплена на подшипнике, вращаться без биений и при этом не нее нужно каким-то образом передавать электрические сигналы.
Во второй версии дальномера первые две проблемы я решил, использовав части старого HDD — сам диск использовался как основание сканирующей головки, а двигатель, на котором он закреплен, уже содержал качественные подшипники. В то же время, при этом возникла третья проблема — электрические линии можно было провести только через небольшое отверстие в оси двигателя.
Мне удалось сделать самодельный щеточный узел на 3 линии, закрепленный в этом отверстии, но получившаяся конструкция получилась шумной и ненадежной. При этом возникла еще одна проблема — линии, чтобы пробросить сигнал энкодера, не было, и датчик энкодера в такой конструкции должен быть установлен на головке, а диск энкодера с метками — на неподвижном основании.
Диск энкодера получился не жестким, и это часто вызывало проблемы.
Фотография второй версии дальномера:
Еще один недостаток получившегося дальномера — низкая скорость сканирования и сильное падение точности на расстояниях больше 3м. Именно эти недостатки я решил устранить в третьей версии дальномера.
Электроника
В принципе, электронная часть триангуляционного дальномера достаточно проста и содержит всего два ключевых компонента -светочувствительную линейку и микроконтроллер. Если с выбором контроллера проблем нет, то с линейкой все значительно сложнее.
Светочувствительная линейка, используемая в подобном дальномере, должна одновременно иметь достаточно высокую световую чувствительность, позволять считывать сигнал с высокой скоростью и иметь маленькие габариты. Различные CCD линейки, применяемые в бытовых сканерах, обычно довольно длинные.
Линейки, используемые в сканерах штрихкодов — тоже не самые короткие и быстрые. В первой и второй версии дальномера я использовал линейки TSL1401 и ее аналог iC-LF1401. Эти линейки хорошо подходят по размеру, они дешевые, но содержат всего 128 пикселей.
Для точного измерения расстояния до 3 метров этого мало, и спасает только возможность субпискельного анализа изображения.
В третьей версии дальномера я решил использовать линейку ELIS-1024:
Однако купить ее оказалось непросто. У основных поставщиков электроники этих линеек просто нет. Первая линейка, которую я смог купить на Taobao, оказалась нерабочей. Второю я купил на Aliexpress (за 18$), она оказалась рабочей.
Обе линейки выглядели паянными — обе имели облуженные контакты и, судя по маркировке, были изготовлены в 2007 году. Причем даже на фотографиях у большинства китайских продавцов линейки именно такие. Похоже, что действительно новую линейку ELIS-1024 можно купить только напрямую у производителя.
Светочувствительная линейка ELIS-1024, как следует из названия, содержит 1024 пикселя. Она имеет аналоговый выход, и достаточно просто управляется.
Еще более хорошими характеристиками обладает линейка DLIS-2K. При сходных размерах, она содержит 2048 пикселей и имеет цифровой выход. Насколько мне известно, именно она используется в дальномере Neato, и возможно, в RPLIDAR. Однако, найти ее в свободной продаже очень сложно, даже в китайских магазинах она появляется не часто и дорого стоит — более 50$.
Так как я решил использовать линейку с аналоговым выходом сигнала, то микроконтроллер дальномера должен содержать достаточно быстрый АЦП. Поэтому я решил использовать серию контроллеров — STM32F303, которые, при относительно небольшой стоимости, имеют несколько быстрых АЦП, способных работать одновременно. В результате у меня получилась такая схема:
Сигнал с линейки (вывод 10) имеет достаточно высокий уровень постоянной составляющей, и ее приходится отфильтровывать при помощи разделительного конденсатора. Далее сигнал нужно усилить — для этого используется операционный усилитель AD8061. Далеко расположенные объекты дают достаточно слабый сигнал, так что пришлось установить коэффициент усиления равным 100.
Как оказалось в результате экспериментов, даже при отсутствии сигнала, на выходе выбранного ОУ по какой-то причине постоянно присутствует напряжение около 1.5В, что мешает обработке результатов и ухудшает точность измерения амплитуды сигнала. Для того, чтобы избавится от этого смещения, мне пришлось подать дополнительное напряжение на инвертирующий вход ОУ.
Плату разводил двухстороннюю, сделать такую плату в домашних условиях качественно довольно сложно, так что заказал изготовление плат в Китае (пришлось заказать сразу 10 штук):
В этом дальномере я использовал дешевый объектив с резьбой M12, имеющий фокусное расстояние 16мм. Объектив закреплен на печатной плате при помощи готового держателя объектива (такие используются в различных камерах).
Лазер в данном дальномере — инфракрасный (780 нм) лазерный модуль, мощностью 3.5 мВт.
Изначально я предполагал, что излучение лазера нужно будет модулировать, но позже оказалось, что с используемой линейкой в этом нет смысла, и поэтому сейчас лазер включен постоянно.
Для проверки работоспособности электроники была собрана вот такая конструкция, имитирующая сканирующую головку дальномера:
Уже в таком виде можно было проверить, какую точность измерения расстояния позволяет обеспечить дальномер. Для анализа сигнала, формируемого линейкой, были написаны тестовые программы для микроконтроллера и ПК.
Пример вида сигнала с линейки (объект на расстоянии 3 м).
Изначально схема была не совсем такая, как приведена выше. В ходе экспериментов мне пришлось частично переделать изначальную схему, так что, как видно из фотографий, некоторые детали пришлось установить навесным монтажом.
Механическая часть
После того, как электроника была отлажена, настало время изготовить механическую часть. В этот раз я не стал связываться с механикой из HDD, и решил изготовить механические детали из жидкого пластика, заливаемого в силиконовую форму.
Эта технология подробно описана в Интернете, в том числе и на Гиктаймс. Уже после того, как я изготовил детали, стало понятно, что изготовить детали на 3D принтере было бы проще, они могли выйти тверже, и возможно, можно было бы сделать одну деталь вместо двух.
Доступа к 3D принтеру у меня нет, так что пришлось бы заказывать изготовление детали в какой-либо компании.
Фото одной из деталей сканирующей головки дальномера:
Эта деталь является основой головки. Она состоит из втулки, на которую позже надевается подшипник, и диска. Диск предназначен для крепления второй детали башни, кроме того, на него снизу наклеивается диск энкодера.
Втулка и диск содержат сквозное отверстие, в которое вставляется покупной щеточный узел на 6 линий — его видно на фотографии. Именно те провода, что видны на фотографии, могут вращаться относительно корпуса этого узла.
Для повышения стабильности работы для передачи сигналов GND и UART TX используется 2 пары линий щеток. Оставшиеся 2 линии используются для передачи напряжения питания и сигнала энкодера.
Силиконовая форма для отливки этой детали:
Вторая деталь сканирующей головки была изготовлена тем же способом. Она предназначена для крепления печатной платы и лазера к диску. К сожалению, фотографий изготовления этой детали у меня не сохранилось, так что ее можно увидеть только в составе дальномера.
Для крепления сканирующей головки к основанию дальномера используется шариковый подшипник. Я использовал дешевый китайский подшипник 6806ZZ.
Честно говоря, качество подшипника мне не понравилось — ось его внутренней втулки могла отклонятся относительно оси внешней на небольшой угол, из-за чего головка дальномера тоже немного наклоняется.
Крепление подшипника к детали с диском и основанию будет показано ниже.
Основание я сделал из прозрачного оргстекла толщиной 5 мм. К основанию крепится подшипник, датчик энкодера, двигатель дальномера и маленькая печатная плата. Само основание устанавливается на любую подходящую поверхность при помощи стоек. Вот так выглядит основание дальномера снизу:
Печатная плата содержит регулируемый линейный стабилизатор напряжения для питания двигателя, и площадки для подключения проводов узла щеток. Сюда же подводится питание дальномера. Как и в других дальномерах, двигатель вращает сканирующую головку при помощи пассика. Для того, чтобы он не сваливался с втулки, на ней имеется специальное углубление.
Как видно из фотографии, подшипник закреплен в основании при помощи трех винтов. На сканирующей головке подшипник удерживается за счет выступа на втулке и прижимается к ней другими винтами, одновременно удерживающими щеточный узел.
Энкодер состоит из бумажного диска с напечатанными рисками и оптопары с фототранзистором, работающей на отражение. Оптопара закреплена при помощи стойки на основании так, что плоскость диска оказывается рядом с ней:
Сигнал от оптопары через щетки передается на вход компаратора микроконтроллера. В качестве источника опорного напряжения для компаратора выступает ЦАП микроконтроллера. Для того, чтобы дальномер мог определить положение нулевого угла, на диск энкодера нанесена длинная риска, отмечающая нулевое положение головки (она видна справа на фотографии выше).
- Вот так выглядит собранный дальномер: Вид сверху:
- Для балансировки сканирующей головки на нее спереди устанавливается крупная гайка — она практически полностью устраняет вибрацию при вращении головки.
Разъем сзади дальномера используется для прошивки микроконтроллера.
Собранный дальномер нужно отюстировать — установить лазер в такое положение, чтобы отраженный от объектов свет попадал на фотоприемную линейку. Обе пластмассовые детали содержат соосные отверстия, располагающиеся под пазом лазера.
В отверстия вворачиваются регулировочные винты, упирающиеся в корпус лазера. Поворачивая эти винты, можно изменять наклон лазера.
Наблюдая в программе на компьютере форму и амплитуду принятого сигнала и изменяя наклон лазера, нужно добиться максимальной амплитуды сигнала.
Также триангуляционные дальномеры требуют проведения калибровки, о чем я писал ранее:
Для того, чтобы при помощи датчика можно было измерять расстояние, нужно произвести его калибровку, т.е. определить закон, связывающий результат, возвращаемый датчиком, и реальное расстояние. Сам процесс калибровки представляет собой серию измерений, в результате которых формируется набор расстояний от датчика до некоторого объекта, и соответствующих им результатов.
В данном случае калибровка представляла собой серию измерений расстояний до различных объектов самодельным дальномером и лазерной рулеткой, после чего по полученным парам измерений выполняется регрессионный анализ и составляется математическое выражение.
Получившийся дальномер имеет существенный недостаток — из-за отсутствия модуляции излучения лазера он некорректно работает при любой сильной засветке.
Обычное комнатное освещение (даже при использовании мощной люстры) не влияет на работу дальномера, но вот расстояние до поверхностей, прямо освещенных Солнцем, дальномер измеряет неправильно.
Для решения этой проблемы в состав дальномера нужно включить интерференционный светофильтр, пропускающий световое излучение только определенной длины волны — в данном случае 780 нм.
Эволюция самодельных дальномеров:
Габаритные размеры получившегося дальномера: Размер основания: 88×110 мм. Общая высота дальномера: 65 мм (может быть уменьшена до 55 при уменьшении высоты стоек).
Диаметр сканирующей головки: 80 мм (как у mini-CD диска).
Как и у любого другого триангуляционного дальномера, точность измерения расстояния этого дальномера резко падает с ростом расстояния. При измерениях расстояния до объекта с коэффициентом отражения около 0.7 у меня получились примерно такие точностные характеристики:
| 1 м |
Лазерный уровень своими руками: схема, устройство
Лазерные уровни используются в промышленном и бытовом строительстве. Устройство удобнее применять, чем пузырьковый или водяной, так как световой луч проявляет себя на больших расстояниях. Качество измерений высокое, расчеты по лазерным указкам не составляют труда.
Описание и устройство лазерного уровня
Точечный лазерный уровень
Прибор показывает горизонтальность или вертикальность поверхности с помощью светодиодных индикаторов. Датчики дают яркую красную или зеленую линию, которая отражается на стене. Портативные лазерные указки облегчают работу строителям и рабочим-отделочникам, они экономят время для разметки, при этом с работой успешно справляется 1 человек.
Разновидности уровней с лазерным индикатором:
- Точечный. Простой вариант предусматривает один направленный луч, который не вращается, и дает изображение на поверхности в виде точки. Модели передают луч на плоскости пола, стен, его используют на больших площадях.
- Линейный. Самый популярный тип измерителя передает на поверхность одну или две параллельных черты яркого цвета. Некоторые модели выдают крестообразные линии под углом 90°. Дальность пробивки — до 30 м, такое расстояние вполне приемлемо для монтажа, отделки, ремонта.
- Ротационный тип. Приспособление относят к сложным приборам, которые имеют расширенную функциональность и работают по принципу нивелира. Вращающийся луч координирует область на все 360°, проводит круговую линию на расстоянии до 0,4 км. На больших дистанциях нужен приемник луча.
Ротационный прибор определяет высоты, погрешности отметок. Стоимость этих моделей высока, поэтому их применяют на крупных объектах при ответственном строительстве.
Не требует специальных деталейВозможность регулировки по заданным параметрам, высокая точностьВысокая скорость приема и передачи отметокУниверсальность примененияВозможность корректировки точностиНебольшой радиус лучевой разверткиВнешний вид уступает покупным приборам
Способы изготовления уровня своими руками
Для изготовления уровня понадобится тренога, корпус, нивелирующее приспособление. Лазерные приборы с направленным лучом нужно купить или взять из старого модуля.
Увеличивают время работы приспособления подключением к внешнему питающему устройству. Для этого убирают батарейки, аккумуляторы, а контакты подсоединяют к источнику напряжения с показателем не меньше 4,5 В. Нормативное значение может меняться в зависимости от модели.
При покупке указки с лазерным лучом учитывают мощность. Оптимально приобретать устройство со световым пучком зеленого цвета, чтобы увеличить визуального восприятия, сделать его безопасным для зрения.
Если брать в работу два и более излучателя, можно получить на изучаемой поверхности параллельные или крестообразные линии. Для этого лазерные приспособления размещают в разных плоскостях.
Из лазерной указки
Уровень из лазерной указки
Помимо прибора, понадобятся другие материалы и приспособления:
- деревянный брусок толщиной и шириной по 2,5 см, длиной 50 см;
- строительный шнурок из шелка, синтетики;
- стержень из металла или дерева для опоры уровня;
- электрическая дрель;
- трубка по длине и сечению указки;
- простой моторчик от детского автомобиля;
- аккумулятор «крона»;
- клеммная колодка;
- выключатель;
- зеркало от бытовой косметики.
В рейке с двух боков сверлят отверстия, одно из которых нужно для фиксации излучающего устройства, второе — для веревки. Лазер крепят на одном торце, а в отверстие второго продевают шнурок так, чтобы он свободно перемещался сквозь отвор.
Опорную палку берут из любого материала. Это может быть специализированный оцинкованный профиль, деревянная рейка, черенок, метлы, лопаты, граблей. Главным условием является возможность жесткой фиксации.
Чтобы четко видеть лазерные линии на стене или потолке, уменьшают освещение в комнате. Ставят прибор по центру, а точность регулируют с применением опорной палки, где нанесена шкала.
Из пенопласта и емкости с водой
Опорой для лазерного нивелира вполне может служить кусок пенопласта, помещенного в емкость с водой. Центр тяжести и выталкивающие силы сбалансируются, поэтому предмет будет находиться в равновесии. В водной среде пенопласт с указкой поворачивается в разные стороны, луч будет рисовать линию по всем вертикальным поверхностям помещения.
Понадобится:
- лазерный прибор;
- обрезок пенопласта;
- изолента, пластилин для крепления;
- сосуд, наполненный водой до краев.
Условием правильной работы является ровность верхней стороны пенопласта и жесткое крепление лазера на поверхности. Можно использовать кусок пенополистирола, он также будет показывать горизонталь при погружении в воду.
Отметки передают на стены, поворачивая кусок в разные стороны. Для точности измерений ждут, пока поверхность воды успокоится, а пенопласт станет неподвижным. Полученные точки на вертикальных плоскостях в комнате соединяют с помощью правила.
Крестовой уровень
Самодельный нивелир из старого жесткого диска
Такую самодельную разновидность применяют в разных ситуациях. Особенно хорошо метод работает при навеске мебели на стены, или в других случаях, когда нужно найти горизонталь и определить вертикальные линии. Таим методом легко проверить вертикальность при установке дверей, окон, штукатурных маяков, кладке стен из кирпича. Устройство заменяет собой привычный отвес.
Для изготовления модуля готовят предметы:
- лазерные приборы (указки) 4 штуки;
- штатив (можно от видеокамеры, фотоаппарата, старого нивелира или теодолита);
- компакт-диски — 3 шт.;
- привод от компьютера, плеера;
- изолента, скотч или пластырь для фиксации.
Штатив нужен для максимально ровной установки указки по горизонту, с его помощью легко перемещать модуль по вертикали, вращать его так, чтобы ранее установленные параметры не сбивались. Привод от компьютера жестко крепят к штативу, а диски склеивают между собой. На поверхности кругов крепят указку, после этого установка готова к измерениям.
Устройство с маятником
Собственноручно делают устройства, приближенные по характеристикам к заводским. К такой категории относят приборы с применением системы маятников. В этом случае нужна не лазерная указка, а модуль с лазером и призмами, которые проецируют линии по вертикали и горизонтали. Для движения потребуются четыре пальчиковых батарейки, которые садят в аналогичный отсек от детской игрушки.
Схема лазерного уровня с маятником:
- находят маятник от старого джойстика, или берут другое подобное устройство;
- лазерный прибор фиксируют на нижней части маятника, для этого просверливают отверстие по диаметру толщины модуля;
- делают грузила для настройки прибора — в стволе маятника проделывают щели в горизонтальном и вертикальном направлении для монтажа резьбовых шпилек, на них накручиваю гайки.
Отсек с батарейками и собранную конструкцию ставят в корпус, например, пластиковую трубу с прорезанными окошками для лучей. Горизонталь настраивают с помощью водяного уровня, передавая отметки на стену. Вертикаль проверяют отвесом.
Уровень на треноге
Сложным является создание правильной раздачи лазерного луча. Облегчают функцию с помощью установки модуля на штатив или треногу и крепления к нему. Между прибором и поверхностью устанавливают обрезок жесткого пенопласта или резины. Прокладку фиксируют резинками или хомутами. При отсутствии профессиональной треноги используют ручку от лопаты, метлы, ровный брусок, кусок трубы.
Изготовление лазерного уровня на треноге:
- палку фиксируют к доске, плите ДСП вертикально, стараясь обеспечить устойчивость с помощью распорок;
- угол между штангой и опорой контролируют плотничным угольником или строительным уровнем;
- вверху штанги крепят кронштейн с указкой.
Приспособление будет более точным, если используют не одну, а несколько лазерных указок. На кронштейне устанавливают обычный пузырьковый уровень, чтобы контролировать горизонтальность. Брусок делают поворотным для удобства использования в разных направлениях. Для работы кронштейн выставляют по уровню, а оси лазерных лучей совмещают.
Проверка работоспособности самодельного уровня
Процесс изготовления заканчивается калибровкой. Используют водный уровень, которым передают на вертикальную поверхность две отметки. Если луч лазера совпадает с ними, корректировать работу модуля не нужно.
Вторым способом является использование зеркала. Его крепят после первой установки лазера на месте проецирования луча. Строительным уровнем выравнивают вертикаль кусочка отражателя. Затем включают лазерный модуль. Луч, идущий от нивелира и тот, что отражается от зеркала, должны совпадать.
Вам также может понравиться
Лазерный нивелир своими руками: пять идей для изготовления
Лазерный уровень, или нивелир – популярный высокоточный измерительный инструмент, с помощью которого можно быстро построить горизонтальную, вертикальную, наклонную плоскости.
Работы с нивелиром проводят внутри и снаружи помещений, применяя его для заливки стяжки, выравнивания стен, потолков, установки проводки и множества других задач. Цена заводских изделий довольно высока, но есть несколько способов, как сделать лазерный уровень самостоятельно.
Использование лазерного нивелира в работе
Способ №1
Для изготовления простого прибора нужно заранее подготовить все составляющие и инструменты:
- брусок деревянный 8х3х2 см;
- батарейку «крона» или аналог на 9В с коннектором под контактный разъем;
- модуль лазерный на 3-5 В с красным лучом;
- 2 батарейки CR2032 с пластиковым держателем с клеммами;
- половинку круглого зеркальца;
- небольшой двигатель постоянного тока (5-12В);
- паяльник и припой;
- медную проволоку;
- ножовку по металлу;
- пистолет для термоклея со стержнем;
- линейку;
- маркер;
- изоленту.
Порядок действий
Вначале отделяют от бруска кусок указанного размера, который послужит основой нивелира. С помощью нескольких отрезов проволоки стыкуют пластиковый держатель с клеммами и модуль, учитывая полярность. Аналогичным образом поступают с коннектором батарейки и двигателем.
Далее зеркальце проклеивают изолентой, чтобы не допустить повреждения поверхности. С тыльной стороны с помощью линейки находят середину, помечают маркером и по отметке приклеивают вал движка термоклеем.
Затем этим же клеем фиксируют «крону» на конце бруска, а двигатель с зеркалом – с торца. Вал двигателя нужно расположить за пределами бруска, иначе зеркало не сможет двигаться вокруг оси.
Важно! Лазерный модуль с держателем батарейки наклеивают последним, причем действуют как можно аккуратнее, ведь от ровности будет зависеть точность линий луча на разных поверхностях.
После снимают изоленту с зеркала, вставляют 2 батарейки CR2032 в отсек для них. Для работы с нивелиром нужно подключить питание, направить луч на стену или потолок и оценить результат.
При закреплении нивелира на пузырьковом уровне и регулировки его положения относительно базы можно получить отлично различимую отметку. Работать с таким прибором можно по гипсокартону, плитке, ламинату и другим основаниям.
Способ №2
Еще один метод изготовления лазерного нивелира предполагает применение обычной лазерной указки, которую можно раздобыть в любом магазине детских игрушек. Также нужно подготовить:
- уровень пузырьковый;
- колышек из дерева 1-1,3 метра диаметром 5-6 см;
- кусок резины;
- лист доски или фанеры по длине пузырькового уровня;
- хомуты;
- саморезы.
Сборка лазерного нивелира
Подготавливают указку: для увеличения яркости луча разбивают стекло в насадке, предварительно заклеив кончик картоном. С помощью хомутов закрепляют на пузырьковом уровне указку, а для облегчения регулировки направления луча под указку подкладывают кусочек резины.
Далее делают подставку:
- Один конец колышка или бруска затачивают для удобства закрепления в грунте.
- Прикручивают лист фанеры ко второму концу бруска саморезами, расположив строго перпендикулярно (это позволит сохранить точность измерений).
- Если предполагается ставить нивелир на твердые поверхности (например, на бетон), ко второму концу колышка тоже прикручивают лист фанеры.
Перед использованием нивелира подставку вбивают или ставят на землю, ее положение выравнивают пузырьковым уровнем (пузырек при этом стоит строго по центру). Указку включают, появившуюся точку на стене отмечают карандашом.
Подставку осторожно вращают по оси в горизонтальной плоскости до следующей пометки, после чего две точки соединяют между собой. Такой уровень удобнее всего применять для ровного монтажа электропроводки.
Способ №3
Для еще одного варианта изготовления лазерного нивелира потребуется таз с водой. Дело в том, что горизонтальная водная плоскость может служить базой для настройки лазерного луча.
Действуют таким образом:
- Наливают в таз или широкое ведро воду под край.
- Берут кусок пенопласта, строго посередине фиксируют лазерную указку.
- Пенопласт кладут на воду, включают указку.
- Емкость ставят на уровне будущей линии на стене, которую надо наметить.
- Поворачивают лазер в нужную сторону и отмечают карандашом точки на стене.
Важно! Если для создания лазерного нивелира выбран этот метод, нужно учесть, что при неправильном центровании указки и наличии перекоса в одну сторону горизонтальность луча нарушится. Отметки будут выставлены неверно.
Способ №4
Изготовление крестового нивелира потребует более ответственного подхода. Понадобятся:
- две лазерные указки;
- тренога видеокамеры;
- компакт-диски;
- вращающийся электропривод (например, от ненужного плеера).
Уровень сложности создания данного прибора выше, зато он идеально подходит для стройки и ремонта, меблировки помещений, особенно для сбора кухонных шкафов.
Ход работы будет следующим:
- Два компакт-диска склеивают между собой, чтобы увеличить их общую толщину и предотвратить зацепку указки при вращении.
- К дискам присоединяют обе лазерные указки изолентой или скотчем.
- Плеер ставят на треногу, которая должна свободно подниматься по вертикали и горизонтали.
- Диски с указками ставят в плеер и вращают по оси.
- Линии, которые появляются на стене, отмечают с помощью бруска и карандаша.
Способ №5
Для изготовления лазерного нивелира по такой методике нужно подготовить:
- лазерную указку высокой мощности;
- брусок из дерева длиной 50 см и толщиной 25х25 мм;
- шнур строительный;
- опору или обычную палку;
- дрель.
Лазерная указка большой мощности
Брусок просверливают с двух сторон так, чтобы получилось два параллельных друг другу отверстия. В одном отверстии надежно закрепляют указку, во второе вставляют и фиксируют с обратной стороны шнурок.
Важно! Строительный шнур позволит устанавливать нивелир над поверхностью пола. Дырка под него должна быть такого размера, чтобы он свободно перемещался при движении.
Опору закрепляют на поверхности пола, иначе работа нивелира будет неточной. Готовое устройство подвешивают в центре помещения, указку направляют в нужную сторону и отмечают линии по проектируемому лучу.
При необходимости нивелир направляют в любую сторону, меняют положение палки. При этом делают соответствующие пометки, а затем соединяют их по линейке.
При помощи простых и не затратных методов можно самостоятельно изготовить лазерный нивелир, который будет работать не хуже магазинных приборов. Это позволит быстрее начать строительный или отделочный процесс и снизить общую себестоимость работ.
Лазерная линейка своими руками
Для изготовления нашей линейки нам потребуются лазерный диод, батарейка, резинка, отрезок изо ленты , и 5 минут свободного времени.
Диод подойдет самый дешевый, например вот этот, я его заказывал на алиэкспрессе , стоит чуть больше 1 $ .
Диод в разобранном виде
Также и батарейка подойдет любая, у меня на 3.7 вольт аккумулятор и фонаря.
При сборке не ошибитесь с полярностью, красный провод идет к плюсу.При сборке не ошибитесь с полярностью, красный провод идет к плюсу.вид в сборе
Энергии диод потребляет совсем мало, заряда аккумулятора хватает на несколько часов.
Получается идеально ровная линия. При всей своей игрушности , не стоит направлять луч в глаза. Берегите себя. удачи вам!
Читайте еще мои статьиКак выбрать двигатель для самоделки.Циркулярка незаменимый станок в домашнем хозяйстве.Береза почему столяры ненавидят еёКак намертво сколачивать доскиПочему известковая штукатурка исчезла из обычного строительства и стала уделом элитного жильяКак скупому не заплатить дважды: покупка дешёвого электроинструментаРучной бур своими рукамиПечь для сжигания мусора.
Лазерный уровень своими руками: пошаговое руководство, как сделать самодельный уровень в домашних условиях
Лазерный уровень очень удобный инструмент, использующийся в строительстве и ремонте. Его применяют при выравнивании поверхностей, поклейке обоев, на укладке кафеля и.т.д. Точность показаний значительно превосходит аналоги. Минусом является высокая стоимость, заставляющая искать обходные варианты.
Умельцы научились собирать лазерный уровень своими руками, предложив несколько способов кустарного изготовления. Особой сложностью они не отличаются и в результате сильно сокращают расходы.
В плане удобства использования, прибор не отличается от заводских экземпляров, с той же точностью проецируя линии для разметки. Важно, что владелец при этом, может и не обладать специальными навыками. В то же время, когда применяются другие виды уровней, они требуют определенной квалификации.
Сборка лазерного уровня займет немного времени, обеспечивая ряд преимуществ. Связаны они с:
- экономией денег за счет низкой стоимости изделия;
- точностью разметки;
- простотой эксплуатации;
- линейной проекцией;
- самоустанавливающейся конструкцией.
В процессе работы оператору необязательно поддерживать уровень. Прибор стоит на полу, отражая линии на стене, и руки у человека оказываются полностью свободными. Самодельные механизмы не лишены недостатков. Их увязывают с отсутствием магнитной подставки, сравнительно небольшим диапазоном лучей, кустарным видом изделия.
На практике все минусы выглядят несущественно, сглаживаясь уверенной работой и отсутствием затрат. Большинство владельцев пользуются лазерными уровнями эпизодически. Тратить большие деньги на его покупку нецелесообразно.
Собственноручное изготовление уровня
Существует несколько способов производства уровней. Каждый из них предполагает определенное количество и вариант комплектующих. Это определяет общую стоимость готового прибора, а также время, затраченное на его изготовление. В частности выделяют:
- уровень из лазерной указки;
- прибор, изготовленный с использованием емкости и пенопласта;
- крестовой излучатель.
Чаще всего используется лазерная указка. Ее крепят к подставке, детским игрушкам или другим комплектующим. В структуру также входит электродвигатель и батарейки. В других случаях базовым элементом, также остается указка, но для баланса идет емкость с водой. Как вариант указок может быть две, что даст большую точность.
Способы не отличаются сложностью, но во избежание ошибок необходимо пошаговое руководство.
Уровень из лазерной указки
Простейшая методика согласно которой производится самодельный лазерный уровень, связана с использованием указки. Соответственно перед началом, ее необходимо приобрести.
Все остальное: 2 деревянных бруска 30х30 мм и 50 см, дрель, строительный шнур, деревянную подставку, обычно уже есть в арсенале.
Ключевой момент заключается в креплении указки, обеспечивающее ей свободное осевое вращение.
Производственная инструкция предусматривает следующую последовательность действий:
- В бруске высверливаются 2 отверстия. Одно предназначено для указки, второе для веревки;
- Указка и веревка вставляются, каждая со своей стороны, после чего конструкция подвешивается над полом;
- Снизу устанавливается фиксирующая опора (палка, брус).
После того как все манипуляции выполнены, полученную конструкцию тестируют на работоспособность. На веревке ее поднимают в центре помещения, поворачивают в нужную сторону и фиксируют снизу. Лазерную линию на стене отмечают при помощи длинного бруса (50 см).
Указанным способом легко проставить отметки в любой проекции, не затрачивая лишних денег. Гораздо выгоднее сделать уровень своими руками. В конце, отдельные части разметки соединяются строительным шнуром, по которому мастер прочерчивает окончательную линию.
Емкость и пенопласт
Интересный способ, построенный на естественной балансировке изделия в водной массе. Для изготовления понадобится сама указка, кусок пенопласта, двусторонний скотч или пластырь. Процедура включает следующие этапы:
- Емкость (чаще всего тазик или ведро с широкими краями) заполняется водой. Также подойдет старая кастрюля, бадья и.т.д.;
- Лазерную указку закрепляют на куске пенопласта. Ключевым условием является ровная фиксация, от этого зависит уровень погрешности при измерениях. Прибор крепится посредством двустороннего скотча, хомута или проволоки. В крайнем случае, можно воспользоваться пластилином или жевательной резинкой;
- Емкость с водой устанавливают на нужном уровне. Для этого используется стул, стол, строительная лестница или другие опоры;
- Пенопласт опускают в воду, поворачивают в нужном направлении и включают указку;
- В процессе его поворачивают по оси, отмечая все точки на поверхности. Все отметки будут находиться в одной плоскости.
Это простейшая методика, которая дает превосходный результат. Точность лазерного уровня из лазерной указки очень высока, обеспечивая быстрое и качественное решение задач.
Крестовый излучатель
Еще один распространенный вариант изготовления. Он используется реже предыдущих способов, требуя большего количества комплектующих. В частности на изготовление идут две лазурные указки. Кроме этого потребуются: компакт диски, тренога от видеокамеры, вращающийся электропривод. Последний можно получить из старого плеера. Разбирать ничего не нужно, достаточно обычного вращения.
Излучатель отлично подходит для меблировки помещений, в частности при сборке стенок и монтаже кухонных гарнитуров. Нередко такой уровень берут в строительство, поскольку точность перекрестного механизма очень высока.
Непосредственная процедура производится по следующему алгоритму:
- Два компакт диска склеиваются между собой. Это необходимо для высоты, чтобы при вращении указки не задевали за выпирающие углы плеера;
- На склеенные диски фиксируют лазерные указки. Как и в предыдущем случае делается это посредством двустороннего скотча, пластилина, изоленты, жевательной резинки;
- Плеер устанавливают на треногу от видеокамеры. Важно, чтобы она могла подниматься вверх по вертикали, обеспечивая отметки на нужной высоте;
- Компакт-диски с указками устанавливают в плеер, вращая по оси.
Как и в предыдущих случаях, настенные линии, отмечаются с помощью бруса или палки. Перекрестная конструкция создает на поверхности сразу две точки. В пользу прибора говорит и тренога, где обычно присутствует подъемный механизм. Достаточно простой настройки, чтобы в будущем свободно пользоваться уровнем без дополнительных усилий.
Заводской уровень или кустарная разработка
Если сравнивать уровень, изготовленный собственными руками и заводской нивелир, то по рабочим характеристикам, последний естественно обходит кустарный аналог.
Преимущества, прежде всего, связаны с точностью и длиной линии. На этом они практически и исчерпываются. Самодельному прибору вполне по силам отметить на поверхности несколько точек.
После чего оператору останется провести по ним линию.
Показатели уровней, выполненных из лазерных указок, превосходят водные аналоги. Само собой они лучше и точнее традиционного отвеса. Полученных параметров с избытком хватает для выполнения бытовых операций. При этом владелец экономит несколько тысяч рублей. К плюсам кустарных изделий, также относятся:
- Высокая скорость работы оператора;
- Сравнительно большая длина луча;
- Функциональность и простота применения.
Лазерные указки универсальны. Их применяют для разметки настенной, напольной, потолочной поверхности. Лучи проецируются как по горизонтали, так и в вертикальной проекции.
Способы изготовления уровней, представленный выше, обеспечивают широкий простор для маневра.
В одном случае потребуется дрель и деревянные брусья, в другом старый привод от плеера, самый простой вариант предполагает указку, кусок пенопласта и бадью с водой.
Ответ на вопрос покупать или не покупать зависит от целей и объема работы. Если разметка ведется эпизодически, тратить лишние деньги не нужно. Если же прибор нужен для профессиональной деятельности, его лучше купить, тем более что на кону и реноме исполнителя.
Резюмируя, каждый человек может сделать лазерный уровень и в домашних условиях . Для этого потребуется указка, минимум компонентов и лишний час времени.
Загрузка...
