Laser Alignment (၁)

straight, flat နဲ႔ square အစရိွတဲ႔ ပံုသ႑န္ပိုင္းဆိုင္ရာ၊ အေနအထားေတြကို တိကၽစြာ ေဖာ္ထုတ္နိဳင္မွသာ မွန္ကန္တဲ႔ shaft alignment အၿဖစ္ရရိွနိဳင္မွာၿဖစ္ပါတယ္။ ေၿဖာင္႔တန္းမွဳ 'straightness' ခၽိန္ညွိရန္၊ tight wire ေတြကို ကိုးကားစရာ reference line အၿဖစ္ အသံုးၿပဳခဲ႔ဖူးပါတယ္။ tight wire ေတြရဲ႕ အေလးခၽိန္ weight ေႀကာင္႔၊ sag ဆိုတ႔ဲ 'အိကၽ' မွဳေတြ ေပါါေပါက္လာနိဳင္ၿပီး၊ ရွည္လၽွားေဝးကြာတဲ႔ over long distances ကို၊ တိုင္းတာရာမွာ အခက္အခဲေတြရိွသလို၊ တုန္ခါမွဳ vibrations ေတြေႀကာင္႔လည္း၊ တိကၽမွဳ accuracy မရရိွနိဳင္တာေတြ႔ရပါတယ္။

ညီညာမွဳ 'flatness' ခၽိန္ညွိရန္ straightedge သို႔မဟုတ္ ေပတံ ruler တို႔ကို၊ ကိုးကားစရာ reference line အၿဖစ္အသံုးၿပဳခဲ႔ဖူးပါတယ္။ ႀကီးမားကၽယ္္ၿပန္႔တဲ႔ ၿပင္ညီ over large horizontal areas ေတြရဲ႕ ညီညာမွဳကို ခၽိန္ညွိရာမွာ straightedge သို႔မဟုတ္ ေပတံ ruler ကို၊ အပိုင္းလိုက္ from part to part ေၿပာင္းလဲေနရာ ခၽကာ၊ ေဆာင္ရြက္ရပါတယ္။ degree of flatness ပမာဏကို တိုင္းတာရာမွာ၊ ဧရိယာတခုလံုး အတြက္ ေဖာ္ၿပနိဳင္ၿခင္း မရိွပဲ၊ သီးၿခား individual surface မၽက္နွာၿပင္အၿဖစ္သာ၊ ေဖာ္ၿပနိဳင္တာ ေတြ႔ရပါတယ္။

ၿပင္ညီ plane တခုနဲ႔ အၿခားၿပင္ညီ plane တခုတို႔ 90° angle အေနအထားၿဖင္႔ intersecting အေနနဲ႔ ကန္႔လန္႔ၿဖတ္ ကၽေရာက္ေနၿခင္းကို၊ ေထာင္႔မွန္ကၽၿခင္း 'squareness' လို႔ေခါါပါတယ္။ 90° angle ေထာင္႔မွန္ ကၽေအာင္ၿပဳလုပ္ထားတဲ႔ steel square ေတြအၿပင္၊ ေဒါင္လိုက္ single vertical reference line အၿဖစ္၊ plumb bob လို႔ေခါါတဲ႔ 'ခၽိန္သီး' ေတြကို အသံုးၿပဳခဲ႔ဖူးပါတယ္။ ႀကီးမားကၽယ္္ၿပန္႔တဲ႔ plane ေတြရဲ႕ 'squareness' ကို ခၽိန္ညွိရာမွာ၊ အပိုင္းလိုက္ from part to part ေၿပာင္းလဲေနရာ ခၽကာ၊ ေဆာင္ရြက္ရတဲ႔အတြက္၊ တိုင္းတာရာမွာ အခက္အခဲေတြရိွသလို၊ တိကၽမွဳ accuracy ကို မရရိွနိဳင္တာေတြ႔ရပါတယ္။ မွန္ကန္တဲ႔ shaft alignment ကို ထိေရာက္စြာခၽိန္ညွိေစနိဳင္ဖို႔ optical metrology နည္းပညာကို၊ အစားထိုးအသံုးၿပဳလာႀကၿပီး၊ "laser alignment" နည္းလမ္းလို႔ ေခါါဆိုႀကပါတယ္။

'optical metrology' နည္းပညာဟာ precise lines လို႔ေခါါတဲ႔ တိကၽတဲ႔ အလင္းတန္းေတြအသံုးၿပဳၿပီး၊ အလင္းတန္းထုတ္လြွင္႔ရာ ေနရာမွ၊ ဟင္းလင္းၿပင္ space တေနရာရိွ၊ မၽက္နွာၿပင္ plane သို႔ 'အကြာအေဝးတိုင္းတာၿခင္း' ၿဖစ္ပါတယ္။ တိကၽတဲ႔ precise lines ရရိွေစရန္ အလင္းတန္း ထုတ္လြွတ္ေပးမယ္႔ optical tooling အၿဖစ္၊ laser instrumentation ကရိယာေတြကို၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ position sensing targets တနည္းအားၿဖင္႔ sensing position ကို သိရိွရန္၊ precise lines ေတြ လိုအပ္သလို၊ precise reference lines နဲ႔ reference planes ေတြရိွမွသာ၊ တိကၽတဲ႔ accurate measurements တိုင္းတာမွဳကို၊ ေဆာင္ရြက္နိဳင္မွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ precise reference lines ဟာ precise lines တနည္းအားၿဖင္႔ 'LOS' လို႔ေခါါတဲ႔ ေၿဖာင္႔တန္းတဲ႔အလင္းတန္း 'line of sight' ၿဖစ္ရန္ လိုအပ္သလို၊ အလင္းတန္းကို လက္ခံရယူမယ္႔ reference planes ဟာလည္း၊ ထိေရာက္စြာတုန္႔ၿပန္မွဳေပးနိဳင္တဲ႔ 'position sensitive targets' ၿဖစ္ရန္၊ လိုအပ္ပါတယ္။

ဟိုးအရင္ကေတာ႔ 'optical micrometer' လို႔ေခါါတဲ႔ scale ေတြေထာင္ထားတဲ႔ ကားခၽပ္ေပါါမွာ၊ 'LOS' လို႔ေခါါတဲ႔ ေၿဖာင္႔တန္းတဲ႔ အလင္းတန္း 'line of sight' ကို လူမွတဆင္႔ interpreting အေနနဲ႔ ကၽေရာက္ေစၿပီး၊ alignment telescope မွဖတ္ယူကာ၊ 'alignment' ခၽိန္ညွိခဲ႔ႀကပါတယ္။ emitter မွ ထုတ္လြတ္လိုက္တဲ႔ emitted light တနည္းအားၿဖင္႔ precise lines ဟာ sensing object ဆိုတဲ႔ reference plane န႔ဲ ထိေတြ႔တဲ႔အခါ၊ interrupted သို႔မဟုတ္ reflected ၿဖစ္ေပါါၿပီး၊ light beam မွာ အေၿပာင္းအလဲၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ light changes ဆိုတဲ႔၊ light beam ရဲ႕ အေၿပာင္းအလဲကို receiver မွ လက္ခံရယူၿပီး၊ electrical output အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲကာ ခၽိန္ညွိၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Light source color and type

နည္းပညာေတြတိုးတက္လာတာနဲ႔အမၽွ၊ lines နဲ႔ planes ေတြအတြက္ laser ေရာင္ၿခည္ကို အသံုးၿပဳသလို၊ digital နည္းပညာေႀကာင္႔ interpreting ေတြမလိုအပ္ေတာ႔ပဲ၊ shaft alignment ကို ခၽိန္ညွိ လာႀကပါတယ္။ 'laser ေရာင္ၿခည္' ဆိုတာကေတာ႔ optical amplification ၿပဳလုပ္ရာမွ electromagnetic radiation ေႀကာင္႔ ရရိွလာတဲ႔ အနီေရာင္ အလင္းတန္းၿဖစ္ၿပီး၊ precise lines ရဲ႕ light source ၿဖစ္ပါတယ္။ 'laser ေရာင္ၿခည္' light beam ဟာ၊ ေလထု သို႔မဟုတ္ ေရအတြင္းမွ၊ ၿဖတ္သန္းသြားတဲ႔အခါ၊ straight line အေနနဲ႔ ေၿဖာင္႔တန္းစြာ ၿဖတ္သန္းသြားကာ၊ sensing object ဆိုတဲ႔ reference plane န႔ဲ ထိေတြ႔စဥ္မွာေတာ႔ light beam ရဲ႕အၿပင္ဖက္မွာ slit ၿဖစ္ေပါါလာၿပီး၊ 'rectilinear propagation' လို႔ေခါါပါတယ္။ ေဒါင္လိုက္ transverse နဲ႔ အလၽွားလိုက္အလင္းတန္း longitudinal wave ေတြမွာ ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ rectilinear propagation ကို sensor မွတဆင္႔ detect လုပ္ကာ၊ alignment ခၽိန္ညွိၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။

lasers and electronic targets ဆိုတဲ႔ laser instrumentation ကရိယာေတြ အသံုးၿပဳၿပီး alignment ခၽိန္ညိွရာမွာ၊ precise lines ဆိုတဲ႔ LOS ကို deciding အေနနဲ႔ ရွင္းလင္း ထိေရာက္စြာ၊ သက္ေရာက္ေစဖို႔ လိုအပ္ပါတယ္။ ေၿဖာင္႔တန္းမွဳ straightness ခၽိန္ညိွရာမွာ object နဲ႔ အနီးအေဝး near and far အၿပင္၊ ဘယ္ညာ left or right နဲ႔ အထက္ေအာက္ up or down အေနအထား တနည္းအားၿဖင္႔ two reference points အတြင္း LOS ထိေရာက္စြာ သက္ေရာက္ေစၿခင္းဟာ၊ အေရးႀကီးတာကို ေတြ႕ရပါတယ္။ အကယ္၍ ႀကီးမားတဲ႔ စက္ကရိယာ heavy machine tool ေတြရဲ႕ alignment ခၽိန္ညိွရာမွာ LOS ဟာ၊ located off အေနနဲ႔ အၿပင္ဖက္မွာ ကၽေရာက္ခဲ႔ၿခင္း ဒါမွမဟုတ္ စက္ကရိယာေရြွ႕လၽားသြားၿခင္းနဲ႔ ၿပင္ပမွ deflect အၿဖစ္ LOS ကို အေနွာက္အယွက္ ၿဖစ္ေပါါေစၿခင္းတို႔ ရိွေနခဲ႔လၽွင္၊ အမွားအယြင္း error ေတြေပါါေပါက္ နိဳင္ပါတယ္။

နဂိုမူလ original LOS နဲ႔ အၿပိဳင္ parallel သို႔မဟုတ္ perpendicular LOS ၿဖစ္ေပါါလာေစဖို႔အတြက္၊ 'pentaprism' ကို အသံုးၿပဳပါတယ္။ pentaprism ကို optical squares လို႔လည္းေခါါပါတယ္။ pentaprism ဟာ အလင္းတန္း ၿဖတ္သြားနိဳင္တဲ႔ transparent optical element ၿဖစ္ၿပီး၊ ေထာင္႔ခၽိဳး (၅) ခု ပါဝင္တဲ႔ အလင္းၿပန္ပဥၥဂံ five-sided reflecting prism ပံုသ႑န္ရိွပါတယ္။ ၿပန္လင္းတန္း reflected beam ကို deviate အေနနဲ႔ ေစာင္းကာ၊ အလင္းတန္းေသြဖီၿခင္း မၿဖစ္ေပါါရန္၊ pentaprism အတြင္းမွ ၿဖတ္သန္းေစၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

optical amplification ၿပဳလုပ္ရာမွ electromagnetic radiation ေႀကာင္႔ ရရိွလာတဲ႔ laser ေရာင္ၿခည္ေတြကို၊ အမၽိဳးအစား type အေနနဲ႔ gas lasers, chemical lasers, excimer lasers, solid-state lasers, fiber lasers, photonic crystal lasers, semiconductor lasers, dye lasers, free electron lasers, bio laser နဲ႔ exotic laser ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားနိဳင္ပါတယ္။ ပထမဆံုး first alignment laser systems အၿဖစ္၊ (၁၉၆၁) ခုနွစ္မွာ helium-neon (HeNe) laser ဆိုတဲ႔ 'gas lasers' ကို အသံုးၿပဳခဲ႔ပါတယ္။ helium-neon အမၽိဳးအစား laser ဟာ အလင္းတန္းကို၊ "CW" လို႔ေခါါတဲ႔ အဆက္မၿပတ္ continuous wave လိွဳင္းအေနနဲ႔ ထုတ္လြွတ္ေပးတဲ႔ စနစ္ၿဖစ္ပါတယ္။

helium-neon laser ဟာ အလင္းလိွဳင္းတည္ၿငိမ္မွဳ 'coherence' ဂုဏ္သတၱိၿမင္႔မားၿခင္းနဲ႔ အလင္းလိွဳင္း သိပ္သည္းမွဳ 'gaussian irradiance' ဂုဏ္သတၱိၿမင္႔မားၿခင္းတို႔ေႀကာင္႔ collimated light အေနနဲ႔ ေၿဖာင္႔တန္းကၽယ္ၿပန္႔စြာ၊ long distance အကြာအေဝး အထိ၊ ေရာက္ရိွနိဳင္ပါတယ္။ အခၽင္း 1 mm diameter ရိွတဲ႔ HeNe laser အလင္လိွဳင္းဟာ၊ သင္႔ေလၽွာ္တဲ႔ reasonable range အကြာအေဝးအတြင္း၊ အခၽင္း 6 ~ 12 mm diameter အထိ၊ ကၽယ္ၿပန္႔သြားနိဳင္တာ ေတြ႔ရပါတယ္။

laser alignment ခၽိန္ညိွရာမွာ၊ 'quadcell' လို႔ေခါါတဲ႔ 2D (two dimensional) position sensitive targets ေတြကို၊ (၁၉၇၀) ခုနွစ္မွာ electronic targets အၿဖစ္စတင္ အသံုးၿပဳခဲ႔ ပါတယ္။ စတုရန္းပံုသ႑န္ square photo-detectors (၄) ခုကို (၂) ခုစီ၊ အုပ္စုတစု ခြဲကာ၊ တတ္ဆင္ထားတဲ႔အတြက္ 'quadcell' လို႔ေခါါၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ 'quadcell' ကို အသံုးၿပဳၿပီး၊ ခၽိန္ညိွၿခင္းကို 'nulling method' လို႔လည္းေခါါပါတယ္။ target ရဲ႕ surface မၽက္နွာၿပင္ေပါါ၊ အလင္းတန္းကၽေရာက္ရာမွတဆင္႔ analog signal processing ၿဖစ္ေပါါလာၿပီး၊ အလင္းတန္းဟာ photo-detectors (၂) ခုရဲ႕ boundary ႀကားမွာ exactly straddled အေနနဲ႔ တိကၽစြာကၽေရာက္ရန္၊ လိုအပ္ပါတယ္။ photocells လို႔ေခါါတဲ႔ photoelectric detectors/ sensors ေတြမွာ အလင္းတန္း light beam ထုတ္ေပးမယ္႔ emitter နဲ႔ light beam ကိုလက္ခံမယ္႔ receiver တို႔ပါဝင္ပါတယ္။ photocells (၂) ခု ကို တခုနဲ႔တခု ဆန္႔ကၽင္ဖက္ opposite အေနအထားမွာ၊ တတ္ဆင္ထားၿပီး၊ photocells ေတြရဲ႕ မတူညီတဲ႔ electrical output မွတဆင္႔ ဖတ္ယူၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။

ဆက္ပါဦးမယ္။

Reference & image credit to : D C Williams, Optical Methods of Engineering Metrology (ISBN 0-412-39640-8) 477 pp Charles S Williams, Orville A. Becklund (1989)., J. D. Trolinger, Optical Inspection and Testing (ISBN 00-8194-1039-X) 284 pp/ 11 papers., Handbook of Optics, Discol, W., Ed., McGraw Hill, 1978., Lionel R Baker, Specification and Measurement of Optical Systems (ISBN 0-8194-0960-X) 250 pp/ 36 papers., Introduction to the Optical Transfer Function, Wiley-Interscience (ISBN: 0-471-94770-9) Yoder (1986) Opto-Mechanical System Design, New York, Dekker., Tatarskii, V. I., “The Effects of the Turbulent Atmosphere on Wave Propagation”, Moscow, 1959., Smith, F. “The Infrared and Electro-Optical Systems Handbook” Vol. 2, Atmospheric Propagation of Radiation, SPIE Press, 1993., Photoelectric sensor (၁), ၿမန္မာအင္ဂၽင္နီယာဖိုရမ္။ (၁၂၊ ၁၂၊ ၂၀၁၂။) , Photoelectric sensor (၁) (Wednesday, 14 December 2011.)

Remark : All publications and images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.