Forum

Hallo allseits!

Mangels Fachkenntnis sind wir gezwungen, Eure Hilfe zu erbitten.

Während eines Zentrifugenversuches soll eine sich langsam bildende Setzungsmulde (max. 15x25cm) in regelmäßigen Abständen (ca. 5 Minuten) dreidimensional erfaßt werden. Rastermaß: 5x5 mm.

Wir benötigen also für die Auswertung x,y,z-Koordinaten.
In der Ebene könne X und Y einfach mittels zweier Schrittmotoren festgelegt werden. Doch es gebricht uns an der Kenntnis, wie man die Setzung (Z) auf +- 0,1mm genau erfassen kann.

Wir dachten, einen Laserpointer oder ähnliches so zu montieren, daß über die beiden Schrittmotoren jede Position angefahren werden kann. Dies ist uns technisch kein Problem.
Doch wie kann man die Distanz nach unten in die Sandmulde genau messen?

Wir bitten um hilfreichen Zuspruch.

mfg
Geo

Hallo

Vielleicht damit?

http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?products_id=133&osCsid=ebb48b21aef28b959fd334564911ec74

Wenn billig bleiben soll.

Theo

Hallo Geo,
also wenn ich das richtig verstehe, rotiert die Mulde und das profil wird abgetastet, durch die Drehung erhält man dann die 3. dimension.
Spontan denke ich an eine optische Auswertung, die Idee mit dem Laserpointer ist schon nicht schlecht. Ich würde mit 2 Laserpointern arbeiten. Beide Laserpoiter sind in definiertem Abstand zueinander schwenkbar montiert und strahlen auf den Sand. Die Laserpointer sind jetzt so zu justieren, daß sich die Strahlenkreuzen können. Man erhält so ein Dreieck mit der Strecke Pointer 1 nach Pointer 2 als Hypotenuse, die Strahlen bilden vom Drehpunkt des Pointers bis zum Kreuzpunkt der Strahlen die Katheten des Dreiecks. Die Anordnung befindet sich über dem Sand, die Hypotenuse oben, die Katheten nach unten gerichtet. Wenn man jetzt die Laserpointer so dreht, daß sich beide Laserstrahlen auf der Sandoberfläche genau treffen, läßt sich per Dreiecksberechnung der Schnittpunkt der Katheten in Bezug auf die Hypotenuse genau berechnen. Die Laserpointer müssen also "nur" im Winkel verstellt werden und "auf kleinsten Lichtpunkt" abgeglichen werden. (wenn man die Laser gegenphasig moduliert, kann das evtl. durch den Übergang von "Flackerlicht" in "Dauerlicht" erkannt werden.) Bei der Schlechten Reflektion von Sand sind wahrscheinlich ohnehin modulierte Laser erforderlich.
Das Verfahren ist übrigens alt - Wurde im WKII zur genauen Flughöhenbestimmung über Wasser eingesetzt (Angriffe auf Talsperren). Allerdings ohne Laserpointer
Grüße
Hartwig

Hallo,
an sowas hätte ich auch gedacht, dem steht aber wohl die Forderung der Auflösung von 5x5mm entgegen. Ähnlich schätze ich elektrische Verfahren (HF) ein.
Grüße
Hartwig

Denkbar wäre natürlich auch eine normale fokussierbare und schwenkbare Lichquelle - Die wird so fokussiert, das der kleinste Brennpunkt auf dem Sand entseht. Durch Die Fokuseinstellung ist die Enfernung bekannt - der Winkel bestimmt die Position.

Oder eine weitere Möglichkeit, wenn Dein Versuchsaufbau dies zuläßt: Wenn der Sand Grobkörnig sein kann, evtl. zwei grundsätzlich unterschiedliche gefärbte Sandarten mischen. Dann eine Videocamera über der Sandfläche anbringen. Mit Hilfe der Scharfstellung kann für jeden Bildpunkt die Entfernung ermittelt werden, ist eine Frage der Videosignalauswertung (sowas hat man früher sogar analog bzw. mit einer kleinen Hand voll digital-Ics gemacht) - das ginge dann auch mit Fadenkreuz am Bildschirm. Wichtig ist nur die Objektiveinstellung.
Hartwig

» Während eines Zentrifugenversuches soll eine sich langsam bildende
» Setzungsmulde (max. 15x25cm) in regelmäßigen Abständen (ca. 5 Minuten)
» dreidimensional erfaßt werden.

Da fehlt mir das mechanische Vorstellungsvermögen.
Zentrifuge, da denke ich an kleine Reagenzröhrchen, die auf einer Scheibe senkrecht nach unten hängen. Die Scheibe wird schnell gedreht, Röhrchen werden waagerecht nach aussen getrieben und auf dem Boden stzen sich die schwereren Stoffe ab ...

Aber hier scheint es anders zu sein?

Ultraschall im sub-mm Bereich geht nicht.

X-Y per Schrittmotor? Wie erkennt man, ob an der X-Y Potition Sediment ist? Optisch? mechanisch?

Und wenn man von der Seite guckt, sieht man auch wie hoch das Sediment steht.

hws

» Da fehlt mir das mechanische Vorstellungsvermögen.
» Zentrifuge, da denke ich an kleine Reagenzröhrchen, die auf einer Scheibe
» senkrecht nach unten hängen. Die Scheibe wird schnell gedreht, Röhrchen
» werden waagerecht nach aussen getrieben und auf dem Boden stzen sich die
» schwereren Stoffe ab ...
» Aber hier scheint es anders zu sein?
So ist es. Der Zentrifugendurchmesser beträgt 3m, mit massivem Stahlblech verkleidet und im Betrieb geschlossen. Auf einem Schwingarm wird ein Versuchskasten (ca. 60*60cm) angebracht, der je nach Fragestellung den Versuchsaufbau beinhaltet. Bei Kräften bis 12g (max. 20) muß die Mechanik entsprechend solide ausgeführt sein.

» Ultraschall im sub-mm Bereich geht nicht.
Dies haben wir bereits befürchtet.
»
» X-Y per Schrittmotor? Wie erkennt man, ob an der X-Y Potition Sediment
» ist? Optisch? mechanisch?
Man stelle sich eine ebene Sandfläche (im Versuchskasten) vor (Schüttungshöhe des Sandes z.B. 20cm). Im Sand eingegraben (überschüttet) ist beispielsweise ein Rohr mit definiertem Wandaufbau, der eine Tunnelwandung darstellen soll.
Der über diesem Rohr lagernde Sand wird durch die Zentrifugalkräfte auf das Rohr gedrückt und verformt sich bei entsprechender Belastung. Die Geschwindigkeit der Zentrifuge wird schrittweise erhöht, die Form der Einbruchsmulde ändert sich.
Diese Änderungen sollen 3D erfaßt werden.

Sichtbarkeit nach Innen ist im Betrieb nicht gegeben.

Da die Position des Rohres bekannt ist, kann durch 2 auf dem Versuchskasten abgebrachte übereinander liegende, jeweils in in X und Y-Richtung positionierbare Schlitten z.B. ein Laserpointer exakt positioniert werden (Mikrokontroller steuert Schrittmotoren), die Oberfläche wird in einem vorher definierten Bereich sozusagen gescannt.

Idealer Weise soll die Oberfläche aus einer Höhe von 10-20 cm über der Sandfläche senkrecht nach unten auf +- 0,1mm bestimmt werden. Die entstehende "Mulde" betrüge in der Tiefe ca. 5-6 cm.

But how? Eine Aufgabe für deutlich hellere Köpfe als wir sie vorweisen können.

Datenspeicherung / Steuerung: Entweder in einem achsnahe angebrachten Laptop oder über Schleifringe aus der Zentrifuge in einen 12m entfernten Rechner. Die Geschwindigkeit der Zentrifuge ist unter DOS per Basic und via COM direkt steuerbar.

mfg
Geo

» .. Zentrifugendurchmesser beträgt 3m, .. Kräften bis 12g (max. 20)

Und dass muss auch die Meßvorrichtung mitmachen und noch auf 0,1mm exakt sein? Oh.. Sch...

Ausser Triangulation optisch fällt mir spontan nix ein. Und de zugehörige Kamera fliegt bei 20g noch nicht auseinander?

hws

» » .. Zentrifugendurchmesser beträgt 3m, .. Kräften bis 12g (max. 20)
» Und dass muss auch die Meßvorrichtung mitmachen und noch auf 0,1mm exakt
» sein? Oh.. Sch...
d'accord , genau das.
Apropos genau: Die Genauigkeit ist eine Vorgabe unserer Obrigkeit, die in manchen Fällen von der Praxis ähnlich weit entfernt ist wie sonst Milchstraßen voneinander (was die angesprochene Autorität allerdings deutlich anders sieht).

» Und de zugehörige Kamera fliegt bei 20g noch nicht auseinander?
Nun, wir fahren "nur" bis 12g. Und die Hoffnung lebt. Aber als geprüfte Steuerzahler erwarten wir schon aus Gewohnheit das Schlimmste.

Übel ist auch, daß der zu verwendende "Normsand" schlecht reflektiert bzw. aufgrund der Einzelkornstruktur Licht stark streut etc.

» Ausser Triangulation optisch fällt mir spontan nix ein.
Wenn selbst DIR ..., versuchen wir es irgendwie mit Triangulation.

Merci,
Geo

HI,
hatte vor einigen Jahren einen Messebesuch auf der Elektronika.
Da gab es Laser / licht-Sensoren, mit denen der Abstand auf sehr enge Toleranz gemessen werden konnte.
Über eine maximale Distanz von 20mm sollte so ein Sensor funktionieren - Firma weis ich allerdings keine mehr. Die Funktion war aber mit hilfe von Randstrahlen und Fokusierungssignal.

Das bedeutet, daß in schlecht reflektierendem Material eine präzisionsmessung durchzuführen punktuell ist. (imho schlechte Ausgangslage).

Anderer Ansatz: Berührungslos, damit die Dellen nicht weiter verändert werden als Voraussetzung.

- Ein Linienlaser streift über die Oberfläche der Kiste und eine Kamera nimmt das Bild auf.
* Wenn der Laser senkrecht auf die Oberfläche auftrifft, dann nimmt die Kamera eine Linie auf. Streift aber der Laser unter einem 45Grad-Winkel über die Oberfläche, dann offenbahrt sich die Höhenauslenkung in einer äquidistanten Längenauslenkung - die Linie ist von der Normallinie umso weiter nach hinten entfernt, je Tiefer diese Stelle ist.
Achtung: stark unstetige Stellen (Löcher) können so nicht aufgenommen werden.
Da die Kiste rotiert, kann der Laser am Deckel angebracht werden und auf dem Rotationsarm die Kamera. Immer wenn der Laser über die Kiste streift, wird eine hochgeschwindigkeitssequenz aufgenommen. Aus den Abweichungen der Linienstruktur ergibt sich die Tiefe.

Oder es wird eine langsame Meßfahrt absolviert (mit anders angebrachter Kamera und Laser.)

CU
Stef

» ...Messebesuch auf der Elektronika.
» Da gab es Laser / licht-Sensoren, mit denen der Abstand auf sehr enge
» Toleranz gemessen werden konnte.
» Über eine maximale Distanz von 20mm sollte so ein Sensor funktionieren -
» Firma weis ich allerdings keine mehr.
Besten Dank für den Hinweis. Wir werden versuchen, diese / eine solche Firma ausfindig zu machen.

Dank an alle für die freundlichen Bemühungen.

mfg
Geo