Remote Laser Faults Injection During Pandemic | Ledger

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Această scurtă postare descrie câteva îmbunătățiri ale stației laser pe care le-am făcut pentru a putea rula experimentele noastre de la distanță.

Probleme de instalare

Platforma noastră de injecție cu defecțiuni laser este făcută dintr-un microscop folosit pentru a focaliza o sursă laser până la un dispozitiv testat. Este echipat cu o cameră în infraroșu pentru a observa arhitectura internă a cipului vizat și pentru a ajusta forma fasciculului laser. Din fericire, este echipat cu o treaptă motorizată care permite deplasarea fasciculului laser peste cip din aplicația software personalizată. Toate instrumentele pe care le-am dezvoltat rulează pe sistemul de operare Linux și, prin urmare, este posibil să le utilizați printr-o conexiune SSH, cu condiția să aveți o conexiune bună la internet. Ne-am confruntat cu unele probleme de latență legate de imaginea live a camerei microscopului, pe care le-am rezolvat rapid activând opțiunea de compresie SSH (-C) care nu este activat în mod implicit și reduce foarte mult lățimea de bandă de streaming necesară. Cu toate acestea, la momentul respectiv, unele elemente mai necesitau intervenție in situ:

Controlul sursei de lumină a camerei: un echipament dedicat oferă lumină infraroșie pentru a ilumina cipul pentru vizualizarea camerei.
Deschiderea sau închiderea obturatorului mecanic al camerei: acest obturator face parte din microscop și trebuie închis când se folosește laserul.
Schimbarea obiectivului microscopului: 4 obiective optice diferite sunt montate pe o turelă rotativă mecanică și permit măriri diferite ale microscopului.

Mai jos este detaliat cum ne-am personalizat bancul de testare pentru a controla de la distanță obturatorul și sursa de lumină. În special, am dorit să limităm costul acelor adaptări și să le punem la dispoziție cât mai curând posibil.

Controlul sursei de lumină

Substratul de siliciu al semiconductorilor este semi-transparent la lumina infraroșu și, cu o cameră în infraroșu, este, prin urmare, posibil să se observe structura internă a circuitelor. Pentru a face posibilă observarea, circuitul trebuie să fie iluminat cu o sursă de lumină în infraroșu. Microscopul nostru laser a fost livrat cu un echipament dedicat sursă de lumină, a Hayashi LA-150CE, care are un comutator de pornire și un buton pentru a regla intensitatea luminii, așa cum este prezentat mai jos. Când începe o campanie de testare cu laser, de obicei oprim sursa de lumină, deoarece poate interfera cu componentele, în special atunci când probele sunt subțiate.

Privind în spatele echipamentului, am găsit un comutator „la distanță” și un conector extern. Am înțeles că această sursă de lumină oferă capacitatea de control de la distanță prin intermediul unor conectori din ultimul mileniu. Puțină documentație poate fi găsită pe web, dar am identificat într-un catalog Hayashi că există un Unitate de control LAN compatibil cu această sursă de lumină. Cu toate acestea, acest produs este întrerupt. De asemenea, conectivitatea LAN nu este foarte convenabilă. În același catalog, am găsit specificația pentru conectorul sursei de lumină. Deși nu este foarte detaliat, a fost suficient să încerci asta.

Pinout telecomandă din catalogul de produse Hayashi:

Această interfață oferă două caracteristici principale interesante:

Pinii digitali 1 și 8 pot fi utilizați pentru a aprinde și stinge lampa prin scurtcircuitare sau nu. Pinul 8 este de fapt pământul, așa că doar pinul 1 este cu adevărat relevant.
Pinul analogic 2 controlează intensitatea luminii cu un semnal care variază de la 0 V (intensitate minimă) la 5 V (intensitate maximă). Când modul la distanță este activat, potențiometrul panoului frontal este ocolit și intensitatea luminii este controlată direct de acest pin.

Am decis să ne construim de la zero pe al nostru Telecomandă Hayashi Light folosind următoarele părți:

Un microcontroler STM32 pentru a găzdui codul aplicației încorporate,
Un convertor FT232 USB-la-serial pentru a permite controlul dongle-ului de la USB,
Un convertor digital-analogic AD5621B pentru generarea de semnal analogic de la 0 la 5V pentru a controla intensitatea luminii.

Am proiectat PCB-ul folosind KiCad. Sincer să fiu, acest design poate fi puțin supradimensionat: microcontrolerul este prea mare pentru nevoia actuală, iar FT232 poate fi eliminat deoarece dispozitivele STM32 au deja capabilități USB, cu prețul timpului de dezvoltare a software-ului. Scopul nostru a fost să îl facem rapid și murdar și să reutilizam unele dintre schemele noastre deja proiectate.

Pentru distracție și pentru că credem că acesta este un limbaj foarte promițător, am dezvoltat firmware-ul microcontrolerului în Rust.

În cele din urmă, am proiectat o carcasă simplă din plastic folosind FreeCAD, și l-am imprimat cu sculptand.

În mod neașteptat, cea mai dificilă parte a acestui proiect a fost identificarea conectorului (referința 5710140 de la Amphenol pentru partea masculină) și, de asemenea, achiziționarea acestuia deoarece este învechit și nu mai este vândut de mulți furnizori. Motorul de căutare a furnizorilor de piese Octopart poate ajuta.

Toate schemele și fișierele de proiectare sunt disponibile pe site-ul nostru GitHub depozit.

Controlul obturatorului camerei

La microscop, fasciculul laser și camera au aceeași cale optică. Când laserul filmează, o parte din lumină este reflectată de siliciu și va lovi camera. Pentru a preveni deteriorarea senzorului care poate rezulta pe termen lung în pixeli morți, un obturator mecanic optic din fața camerei poate fi închis. Obturatorul este manual și necesită puțină sau deloc forță pentru a fi acționat.

Pentru a face posibilă controlul de la distanță, am cumpărat un mic motor pas cu pas și un Controler de motor pas cu pas TIC T834 de la Polulu. Am dezvoltat și imprimat roți dințate 3D și un corp pentru a fi montat pe microscop, pentru a deplasa obturatorul cu motorul.

TIC T834 necesită o sursă de alimentare pentru a furniza energie motorului, dar deoarece motorul nostru nu consumă mult curent, am scurtcircuitat sursa de alimentare USB a lui T834 pentru a alimenta și motorul. Controlerele TIC sunt foarte ușor de configurat și de utilizat, sunt bine documentate și ne-a luat foarte puțin timp să controlăm motorul din instrumentele noastre software. Am dezvoltat o mică clasă de controler în Python, acum integrată în programul nostru pystages bibliotecă.

Controlerele motoarelor pas cu pas trebuie să afle poziția curentă a motorului atunci când este pornit. Acest lucru se face cu o procedură de inițializare în care motorul se va învârti până când un comutator de contact îi spune controlerului că motorul este în poziția zero. Am folosit un comutator simplu conectat direct la T834, care are această caracteristică încorporată.

Partea corpului 3D pe care am imprimat-o nu a fost foarte precisă și cele două angrenaje nu funcționau corect la prima dată. Folosind căldură, am putea îndoi ușor piesa de plastic pentru a corecta decalajul dintre angrenaje. După câteva ajustări, am putut deschide și închide perfect obturatorul camerei de la distanță!

Obturatorul în acțiune

Designul mecanic este disponibil pe site-ul nostru GitHub depozit.

Gânduri finale

Integrarea controlului sursei de lumină și a obturatorului camerei ne-a permis să derulăm multe campanii de testare laser de la distanță. De asemenea, este mai convenabil decât înainte, deoarece închiderea obturatorului și stingerea luminii se pot face acum automat atunci când laserul este pornit, în timp ce a necesitat intervenție fizică umană înainte și ar putea fi ușor uitat.

În ceea ce privește controlul turelei obiectivelor, există deja turele motorizate, dar, din păcate, sunt destul de scumpe și poate fi dificil de înlocuit. Pentru moment, nu am găsit nicio soluție simplă și ieftină. Rotirea turelei cu un motor extern este dificilă, mai ales pentru că există un arc care blochează turela pe loc atunci când obiectivul este aliniat la microscop. De asemenea, greutatea pe care o putem adăuga treptei motorizate este limitată. Aceasta este încă o problemă deschisă în acest moment, dar nu împiedică lucrul de la distanță, ne limităm doar la o mărire selectată.

În cele din urmă, înlocuirea probei atunci când este spartă necesită încă acces la laborator. Din fericire, nu se întâmplă prea des. În cele din urmă, putem multiplexa mai multe circuite pe o singură placă fiică, astfel încât să putem arde câteva dispozitive înainte de a avea nevoie de înlocuire fizică, dar nu am dezvoltat o astfel de soluție.