Віддалена лазерна ін'єкція несправностей під час пандемії | Леджер

У цій короткій публікації описано деякі вдосконалення лазерної станції, які ми зробили, щоб мати можливість проводити наші експерименти віддалено.

Проблеми з налаштуванням

Наша платформа лазерної ін’єкції несправностей складається з мікроскопа, який використовується для фокусування лазерного джерела на пристрої, що тестується. Він оснащений інфрачервоною камерою для спостереження за внутрішньою архітектурою цільового чіпа та коригування форми лазерного променя. На щастя, він оснащений моторизованим столиком, який дозволяє переміщати лазерний промінь по чіпу з нашого спеціального програмного забезпечення. Усі інструменти, які ми розробили, працюють на операційній системі Linux, тому їх можна використовувати через з’єднання SSH за умови хорошого підключення до Інтернету. Ми зіткнулися з деякими проблемами затримки під час роботи з живим зображенням камери мікроскопа, які ми швидко вирішили, увімкнувши опцію стиснення SSH (-C), який не ввімкнено за замовчуванням і значно зменшує необхідну пропускну здатність потокового передавання. Тим не менш, на той час деякі елементи все ще вимагали втручання на місці:

• Керування джерелом світла камери: спеціальне обладнання забезпечує інфрачервоне світло для освітлення чіпа для візуалізації камери.
• Відкривання або закривання механічного затвора камери: цей затвор є частиною мікроскопа і повинен бути закритий під час використання лазера.
• Зміна об’єктива мікроскопа: 4 різні оптичні об’єктиви встановлені на механічній обертовій турелі та дозволяють змінювати збільшення мікроскопа.

Нижче описано, як ми налаштували наш тестовий стенд для дистанційного керування затвором і джерелом світла. Зокрема, ми хотіли обмежити вартість цих адаптацій і зробити їх доступними якомога швидше.

Керування джерелом світла

Кремнієва підкладка напівпровідників є напівпрозорою для інфрачервоного світла, тому за допомогою інфрачервоної камери можна спостерігати внутрішню структуру схем. Щоб зробити спостереження можливим, контур повинен бути освітлений джерелом інфрачервоного світла. Наш лазерний мікроскоп було надіслано зі спеціальним джерелом світла, a Hayashi LA-150CE, який має перемикач живлення та ручку для регулювання інтенсивності світла, як показано нижче. Коли починається кампанія лазерного тестування, ми зазвичай вимикаємо джерело світла, оскільки воно може заважати компонентам, особливо коли зразки розріджені.

Дивлячись на задню частину обладнання, ми виявили «дистанційний» перемикач і зовнішній роз’єм. Ми зрозуміли, що це джерело світла пропонує можливість дистанційного керування через роз’єм минулого тисячоліття. В Інтернеті можна знайти небагато документів, але ми визначили в каталозі Hayashi, що існує a Блок керування локальною мережею сумісний із цим джерелом світла. Однак цей продукт припинено. Крім того, підключення до локальної мережі не дуже зручно. У цьому ж каталозі ми знайшли специфікацію роз’єму джерела світла. Хоча це не дуже детально, цього було достатньо, щоб спробувати це.

Розпіновка пульта дистанційного керування з каталогу продукції Hayashi:

Цей інтерфейс надає дві основні цікаві функції:

• Цифрові контакти 1 і 8 можна використовувати для вмикання та вимикання лампи, замикаючи їх чи ні. Вивід 8 насправді є заземленням, тому лише висновок 1 справді актуальний.
• Аналоговий висновок 2 контролює інтенсивність світла за допомогою сигналу в діапазоні від 0 В (мінімальна інтенсивність) до 5 В (максимальна інтенсивність). Коли дистанційний режим увімкнено, потенціометр передньої панелі обходиться, і інтенсивність світла безпосередньо контролюється цим контактом.

Ми вирішили будувати з нуля власний Пульт дистанційного керування Hayashi Light використовуючи наступні частини:

• Мікроконтролер STM32 для розміщення коду вбудованої програми,
• Перетворювач USB-послідовний FT232 для керування ключем через USB,
• Цифро-аналоговий перетворювач AD5621B для генерації аналогового сигналу від 0 до 5 В для керування інтенсивністю світла.

Ми розробили друковану плату за допомогою KiCad. Чесно кажучи, ця конструкція може бути трохи завеликою: мікроконтролер завеликий для поточних потреб, і FT232 можна видалити, оскільки пристрої STM32 уже мають можливості USB, ціною часу на розробку програмного забезпечення. Наша мета полягала в тому, щоб зробити це швидким і брудним і повторно використати деякі з наших уже розроблених схем.

Для розваги та оскільки ми вважаємо, що це дуже перспективна мова, ми розробили мікропрограму мікроконтролера на Rust.

Нарешті ми розробили простий пластиковий корпус, використовуючи FreeCAD, і надрукував його за допомогою Скульптео.

Несподівано найскладнішою частиною цього проекту виявилася ідентифікація роз’єму (референтний номер 5710140 від Amphenol для чоловічого боку), а також його придбання, оскільки він застарів і більше не продається багатьма постачальниками. Пошукова система постачальників запчастин Октопартія може допомогти.

Усі файли схем і проектів доступні на нашому сайті GitHub сховище.

Керування затвором камери

У мікроскопі лазерний промінь і камера мають однаковий оптичний шлях. Коли лазер знімає, частка світла відбивається кремнієм і потрапляє на камеру. Щоб запобігти пошкодженню сенсора, яке може призвести до втрати пікселів, можна закрити оптико-механічний затвор перед камерою. Затвор працює вручну, і для приведення в дію не потрібно докладати жодних зусиль.

Щоб зробити дистанційне керування можливим, ми придбали маленький кроковий двигун і a Контролер крокового двигуна TIC T834 від Polulu. Ми розробили та надрукували 3D-шестерні та корпус, який буде встановлено на мікроскопі, щоб рухати затвор разом із двигуном.

Для живлення двигуна TIC T834 потрібне джерело живлення, але оскільки наш двигун не споживає багато струму, ми закоротили блок живлення USB T834, щоб також живити двигун. Контролери TIC дуже прості в налаштуванні та використанні, вони добре задокументовані, і нам знадобилося дуже мало часу, щоб керувати двигуном за допомогою наших програмних засобів. Ми розробили невеликий клас контролера на Python, який тепер інтегрований у наш пістагії бібліотека

Контролери крокових двигунів повинні з’ясувати поточне положення двигуна, коли він увімкнено. Це робиться за допомогою процедури ініціалізації, коли двигун обертатиметься, доки контактний перемикач не повідомить контролеру, що двигун знаходиться в нульовому положенні. Ми використовували простий перемикач, безпосередньо підключений до T834, який має цю функцію.

3D-частина тіла, яку ми надрукували, була не дуже точною, і дві шестерні спочатку не працювали належним чином. За допомогою тепла ми могли трохи зігнути пластикову частину, щоб виправити зазор між шестернями. Після кількох налаштувань ми змогли дистанційно відкривати та закривати затвор камери ідеально!

Механічна конструкція доступна на нашому сайті GitHub сховище.

Заключні думки

Інтеграція керування джерелом світла та затвором камери дозволила нам проводити багато кампаній тестування лазера віддалено. Крім того, це зручніше, ніж раніше, оскільки тепер закриття затвора та вимикання світла можуть здійснюватися автоматично при включенні лазера, тоді як раніше це вимагало фізичного втручання людини, і про це можна було легко забути.

Щодо управління вежею цілей, то вже існують моторизовані вежі, але, на жаль, вони досить дорогі, і їх може бути складно замінити. На даний момент ми не знайшли жодного простого і недорогого рішення. Обертати турель за допомогою зовнішнього двигуна важко, особливо тому, що є пружина, яка фіксує турель на місці, коли об’єктив вирівняний щодо мікроскопа. Крім того, вага, яку ми можемо додати до моторизованої сцени, обмежена. На даний момент це все ще відкрите питання, але це не заважає працювати віддалено, ми лише обмежені вибраним збільшенням.

Нарешті, для заміни зразка, якщо він зламаний, все одно потрібен доступ до лабораторії. На щастя, це трапляється не надто часто. Згодом ми можемо мультиплексувати багато схем на одній дочірній платі, щоб спалити кілька пристроїв, перш ніж потребуватиме фізичної заміни, але ми не розробили такого рішення.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• Купуйте та продавайте акції компаній, які вийшли на IPO, за допомогою PREIPO®. Доступ тут.
• джерело: https://www.ledger.com/blog/laser-improvements