Danas je nabavljen laserski nivelir posebno dizajniran za određivanje pravilnog (konstantnog) nagiba cijevi prilikom postavljanja različitih podzemnih ili nadzemnih cjevovoda, odnosno za određivanje smjera i nagiba prilikom kopanja rovova ili kanala te sličnih građevinskih radova. Laserski uređaj je proizvod švicarske tvrtke Ammann Lasertechnik AG iz 1991. godine.
Natpisna pločica na donjoj strani kućišta lasera je vrlo pohabana te se nazire samo oznaka tipa AS 6 i godina proiozvodnje 1991.
Tvrtka Ammann Lasertechnik AG osnovana je 1980. godine i bavila se proizvodnjom i prodajom mjernih, kontrolnih, nivelirajućih i sličnih laserskih uređaja primarno namijenjenima za građevinsku industriju. Tvrtka je likvidirana 2014. godine nakon čega je jedan od osnivača, Thomas Ammann, osnovao novu tvrtku naziva Ammann Baulasertechnik GmbH koja je usko surađivala sa tvrtkom Leica Geosystems. Tijekom 2021. godine tvrtku Ammann Baulasertechnik GmbH preuzela je švicarska korporacija GEOINFO.
Na koferu je također naljepnica njemačkog dobavljača i servisera različite građevinske mjerne tehnike Köhler Vermessungstechnik GmbH. Ova tvrtka i danas prodaje cijevne laserske nivelire proizvođača Leica, Topcon i Quante.
Mjerni laseri za postavljanje cjevovoda najčešće se prodaju pod komercijalnim nazivom “pipe laser” te svi izgledaju i rade na vrlo sličan način. To su samonivelirajući laseri smješteni u valjkasto kućište tako da se lako umeću u cijev cjevovoda. Na početak cjevovoda postavi se laser sa podešenim željenim kutom nagiba (pada), a na kraj cijevi koju upravo postavljamo stavlja se pločica sa mjernom metom. Cijev se poravna tako da laser pogađa središte mete.
Naš laserski nivelir za postavljanje cjevovoda AS 6 je jedan od prvih uređaja te vrste. Opremljen je osnovnim kontrolama za vertikalni i horizontalni pomak (offset) te LED displejom za grafički i numerički prikaz namještenog pomaka (nagiba). U kompletu je daljinski upravljač na žici, tri seta različitih duljina nožica kojima se laser prilagođava promjeru cijevi, mjerne mete sa nosačima i libelama te kabel za napajanje vanjskom baterijom.
Promjer laserskog nivelira AS 6 je 140 mm. Na njemu su nožice/odstojnici dužine 5 mm te je kao takav pripremljen za postavljanje u cijevi promjera 150 mm. U kompletu su još nožice duljina 30, 55 i 80 mm za cijevi promjera 200, 250 i 300 mm. Nožice omogućavaju postavljanje nivelira unutar cijevi ukoliko se radi o podzemnim cjevovodima koji se odmah zatrpavaju, no također omogućavaju i postavljanje na vanjski rub cijevi, u kanal i slično gdje se onda pomoću podesivih meta namjesti centar laserske točke.
U opremi smo dobili i dvije mjerne mete sa nosačima opremljenim libelama. Manja meta je namijenjena za umetanje u cijevi do 300 mm, a veća meta je za veće cijevi i druge upotrebe.
Sklopka za daljinsko upravljanje preko žice i kabel za akumulatorsko napajanje uređaja.
S obzirom da kabel za napajanje ima na svom kraju akumulatorske kleme možemo pretpostaviti da se napaja istosmjernim naponom od 12 ili 24 V. Postepenim podizanjem napona uočili smo da sve funkcije prorade negdje na 10 V (paljenje LED displeja, rad-servo motora za samoniveliranje i paljenje lasera) tako da je nominalni napon napajanja vjerojatno 12 V. Ipak, na 12 V nismo uspjeli dobiti funkciju ručne kontrole upravljanja nagibom lasera ni preko tipaka ni preko daljinske sklopke. Možda je potreban veći napon (24 V) no to nećemo isprobavati napamet jer se moguće radi i o nekoj unutrašnjoj neispravnosti sklopova uređaja. Radije ćemo ukloniti kućište te pregledom komponenti za napajanje utvrditi nominalni napon napajanja.
Moderni uređaji ovog tipa imaju naravno bežične daljinske upravljače (IR ili radio), ugrađene interne punjive baterije i obično intuitivne grafičke LCD displeje koji osim osnovnih vrijednosti pomaka u grafičkom i numeričkom obliku mogu prikazivati i neke druge izračune ili indikacije rada uređaja. Također, moguće je da neki bolji moderni uređaji imaju i bržu mehaniku za stabilizaciju i pomak laserske zrake, možda i veću točnost, veći maksimalni kut stabilizacije i pomaka i tako dalje, no to ne možemo provjeriti jer za ovaj naš uređaj nemamo apsolutno nikakve tvorničke podatke.
Recimo još samo da su ovakvi uređaji obično opremljeni poluvodičkim (diodnim) laserom snage do najviše 5 mW (klasa 3R) koji može projicirati lasersku točku upotrebljive vidljivosti do daljina cca 150-300 metara (ovisno o tipu uređaja i uvjetima njegove upotrebe). Točnost projiciranja laserske točke obično kreće u rangu ±5 mm na duljini od 100 m. U svakom slučaju laserski niveliri za cjevovode su vrlo robusno napravljeni uređaji otporni na vanjske utjecaje (posebno vodu i prljavštinu) što se primarno i traži od svakog građevinskog instrumenta za terensku upotrebu.
Pa započnimo sa rastavljanjem…
Na prednjoj ploči uz tipkovnicu postavljene su dvije tiskane pločice. Na jednoj je mikroprocesor sa pripadajućim vanjskim memorijama i driverima, odnosno sučeljima (interface) za upravljanje vanjskim sklopovima te logički krugovi za ulazno izlazne kontrole. Na drugoj pločici su LED displeji i pripadajući driveri.
Evo popisa integriranih krugova na prvoj pločici:
- MC68B02CP (Motorola): 8-bitni mikroprocesor
- NMC27C32Q (National Semiconductor): 32 kB EPROM memorija
- 93C06 (STMicroelectronics/SGS/Thomson): 265 Bit EEPROM memorija
- HD6321P (Hitachi): PIA sučelje između mikroprocesora i vanjskih sklopova
- TLE4201A1 (Siemens): driver za DC motor
- CA3130E (Harris/Intersil): BiMOS operacijsko pojačalo sa MOSFET ulazima i CMOS izlazom
- CD4013 (Harris/Intersil): dvostruki D flip-flop
- PC74HC14P (Philips): šest invertera
- CD74HC132E (Harris/Intersil): četiri NAND vrata
- CD74HC139E (RCA): dekoder/demultiplekser
Zanimljivo je da se koriste dvije vrste ROM memorije: EPROM i EEPROM. EPROM memorija se briše osvjetljavanjem čipa UV zrakama preko transparentnog prozorčića na gornjoj strani kućišta dok se EEPROM memorija briše elektronički (električnim impulsima) dakle jednako kako se i programira. Prozorčić EPROM memorije se nakon programiranja obično prekrije nekom neprozirnom naljepnicom kako bi se spriječilo eventulano djelovanje okolnog svjetlosnog zračenja na površinu memorijskog čipa. EEPROM memorija je u 1990-tim godinama počela sve više zamjenjivati EPROM memorijske čipove upravo zbog jednostavnijeg i bržeg načina brisanja sadržaja memorije prije novog programiranja. Naš uređaj je primjer te prijelazne tehnologije gdje uz ugrađen novi EEPROM nalazimo i jedan EPROM koji je odabran vjerojatno zbog jeftinih zaliha ili niže cijene po količini ugrađene memorije.
Na drugoj pločici su montirani samo driver čipovi za LED displeje:
- MM5486N (National Semiconductor): LED 7-segment displej driver
- LM3914N (National Semiconductor): LED bar-graf driver
Na vrpčastom (flat) kablu pronašli smo naljepnicu sa datumom proizvodnje.
Slijedeće slike prikazuju laser sa pripadajućim optičkim, električnim i mehaničkim komponentama za generiranje, stabilizaciju i kontrolu pomaka laserske zrake.
Kao što vidimo riječ je o preciznoj i kompleksnoj kombinaciji optike, mehanike i elektronike te raznovrsnih senzora, servo-motora i mikrosklopki te se svakako nećemo upuštati u rastavljanje ovog složenog stroja. Postoje velike šanse da nakon rastavljanja nikad više nećemo uspjeti vratiti sve na svoje mjesto jer elemente nije dovoljno samo sklopiti nego ih je potrebno i međusobno precizno podesiti. Što se tiče optike vrlo lako je zaprljati ili oštetiti osjetljive optičke elemente, a time je onda praktično uništena i funkcija čitavog uređaja.
Prvo što odmah primjećujemo to je ugrađeni helij-neonski (He-Ne) tip lasera oznake LT2RB, proizvod švicarske tvrtke Medilas. Ova tvrtka je osnovana 1982. godine i bavi se proizvodnjom lasera primarno namijenjenih za medicinske uređaje, aparate i laboratorije. Nigdje nismo pronašli tvorničke podatke za ovu konkretnu lasersku cijev no s obzirom na dimenzije od cca 180 x 30 mm vjerojatno nema snagu veću od 1,5 mW. Daje intenzivno crveno svjetlo. Osim u laserske nivelire ova laserska cijev ugrađivala se i u druge građevinske i geodetske mjerače i instrumente, zatim u industrijske (stolne) čitače bar-kodova, holografske aparature i slično.
Na laseru i njegovom DC/DC pretvaraču nalaze se i kontakt podaci tvrtke Aerotech, kako sjedišta u SAD-u tako i podružnice u Njemačkoj. Ova tvrtka osnovana je 1970. godine i bavi se proizvodnjom uređaja koji uključuju automatiku i preciznu kontrolu gibanja, pozicioniranja i mjerenja.
Desno na slici vidi se pločica kontrolera sklopova za pozicioniranje izlaznog kuta laserske zrake. Sadrži slijedeće integrirane krugove:
- TL494IN (Texas Instruments): PWM kontroler
- CA258E (RCA): dvostruko operacijsko pojačalo
- LM2903N (National Semiconductor): dvostruki naponski komparator
- L272M (STMicroelectronics/SGS/Thomson): dvostruko operacijsko pojačalo
- HEF4093BT (Philips): četiri NAND vrata
- HEF4066BT (Philips): četiri bilateralne analogne sklopke
- HEF4047BT (Philips): monostabilni/astabilni multivibrator
- PC74HC14T (Philips): šest invertera
Prvi He-Ne laseri konstruirani su početkom 1960-tih godina i bili su među prvim široko korištenim tipovima laserima. Kao laserski medij koristi se mješavina plinova helija i neona koji se pobuđuju pomoću visokonaponskog izvora, a laserski efekt se postiže pomoću optičkog rezonatora. He-Ne laser najefikasnije radi u crvenom dijelu vidljivog spektra, no moguće je postići zračenje i na drugim valnim duljinama koje daju zeleno, žuto i narančasto svjetlo, kao i u IC području. Snaga ovih lasera kreće se u rasponu 0,5 do 50 mW, a očekivani vijek trajanja može biti čak i do 50 000 sati, sve ovisno o veličini laserske cijevi.
He-Ne laser sposoban je izravno emitirati kvalitetnu zraku u vidljivom djelu spektra koja ostaje fokusirana i na velikim udaljenostima. Svojevremeno je bio jeftin i jednostavan za proizvodnju, lako dostupan i kompaktan tip lasera koji je zahtijevao relativno jednostavno napajanje i u radu se nije jako zagrijavao. Najveći nedostatak He-Ne lasera je što su maksimalne snage koje se mogu njima postići relativno male (do 50 mW) no unatoč tome je pronašao široku upotrebu u industrijskim čitačima bar-kodova, uređajima za mjerenje udaljenosti i položaja, uređajima za niveliranje, za čitanje optičkih diskova, za lasersko printanje, zatim u holografiji, metrologiji, velocimetriji, vibrometriji, interferometriji, mikroskopiji te za razne optičke pokuse.
U sredini se ističe HP-ov optički enkoder brzine za servo motor oznake HEDS-5310. Ovakve optičke enkodere za mjerenje brzine elektromotora danas možemo vidjeti u gotovo svim računalnim pisačima. Desno vidimo pločicu napajanja He-Ne lasera. Radi se o DC/DC pretvaraču koji istosmjerni napon 10-15 V pretvara u istosmjerni napon 1200-2000 V potreban za rad laserske cijevi. Međutim, ovo je samo radni napon koji je potreban za održavanje ionizacije dok je napon paljenja laserske cijevi nekoliko puta veći (oko 6000 V). Taj visoki napon potrebno je osigurati samo za početno paljenje cijevi (proboj električne iskre kroz plin) koje traje djelić sekunde. Nakon toga je za održavanje iskre dovoljan napon nešto veći od 1000 V. Za male He-Ne lasere poput našeg potrošnja struje je 3-5 mA dok za veće lasere ona može iznositi do 20 mA.
Osim DC/DC pretvarača na pločici se nalazi Siemensov fototranzistorski opto-par SFH 610-4 preko kojeg se vjerojatno vrši upravljanje paljenjem lasera.
Gore je još nekoliko slika elektromotora i njihovih mehaničkih prijenosa/reduktora, sve u službi automatske nivelacije i namještanje željenog kuta otklona izlazne laserske zrake promjenom kuta zrcala i drugih optičkih elemenata kroz koje prolazi laserska zraka.
Početkom 1990-tih godina He-Ne laseri bili su vrlo rašireni no u to vrijeme također nastupa i sve veći razvoj poluvodičkih diodnih lasera koji su ubrzo istisnuli He-Ne lasere iz mnogih komercijalnih laserskih uređaja i aparata. Sjećam se da je u prvom broju domaćeg časopisa za elektroniku ERWO iz 1992. godine bila opisana samogradnja generatora svjetlosnog efekta sa He-Ne laserom. He-Ne lasere je tada proizvodila i slovenska Iskra (npr. model PL-9 snage 1 mW). Ipak, osobno si tada nisam mogao priuštiti ni lasersku cijev ni komponente za napajanje, a do kraja 1990-tih godina diodni laseri su već potpuno zamijenili He-Ne lasere. Stoga me posebno veseli što sam eto 20-tak godina kasnije slučajno došao u posjed jednog uređaja sa tim neprežaljenim He-Ne laserom.
Laserska cijev je u našem uređaju potpuno funkcionalna no čini se da postoje neki problemi sa upravljačkom elektronikom, odnosno programiranom upravljačkom logikom. Naime, automatika uređaja ne uspijeva do kraja provesti rutinu samonivelacije te mehanizam za skretanje zrake ostane pozicioniran na maksimalnom gornjem otklonu. Nakon toga više nisu u funkciji ni ručne kontrole za određivanje izlaznog kuta laserske zrake.
Svaki put kad u rukama imamo uređaj sa starim EPROM memorijama treba biti svjestan činjenice da jednom upisani podaci ipak imaju neki ograničeni rok trajanja (kao i podaci upisani na bilo koji drugi memorijski medij). Za EPROM memorije je zajamčeno čuvanje podataka u prosjeku minimalno 10-20 godina, no sve naravno ovisi o nizu faktora, od same proizvodne kvalitete memorijskog čipa do uvjeta njegove upotrebe kroz naredne godine i desetljeća. Vrlo je moguće da su podaci upisani u naše EPROM i EEPROM memorije prije više od 30 godina sada već djelomično oštećeni te neke programirane funkcije uređaja više ne rade ili ne rade na ispravan način. Originalni programski podaci za naš uređaj se vrlo vjerojatno više nigdje ne čuvaju, a istini za volju danas više nema ni previše smisla popravljati ovakav uređaj.
Sačuvati ćemo stoga ovaj He-Ne laserski uređaj kao pokazni eksponat za buduće generacije ili za nekog dobrog programera koji ima ambicije, volje i vremena možda modernizirati ovaj uređaj kakvom novom upravljačkom logikom preko nekog suvremenog mikrokontrolera 🙂