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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Funktionsweise digitaler Messschieber


Autor: Hansi Weismann (hansii)
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Hallo!
Ich habe bereits die 2 Threads hier im Forum zur Funktionsweise gelesen, 
bin aber nun noch mehr verwirrt als zuvor. Und zwar möchte ich wissen, 
wie genau ein digitaler Messschieber funktioniert. Dazu habe ich schon 
sehr viel gegoogelt und bin unter anderem auf folgendes Bild gestoßen: 
http://www.yadro.de/pics/dro-interface-pcb.jpg . Ich kann mir jetzt aber 
nicht richtig vorstellen, wie die Auswertung funktioniert. Ich schildere 
mal meine "Vermutung":
-Der IC sendet ein hochfrequentes Signal zum Bauteil "2".
-Dieses Signal wird auf die roten "T"s ("6") gekoppelt
-Die einzelnen Pads ("3") befinden sich je nach Position des Schiebers 
über einem "T" oder eben nicht und bilden somit ggf. einen kleinen 
Kondensator durch Überlagerung Pad<->T
-Jede überlagerung gibt eine Kapazitätsänderung -> Registrierung und 
Umwandlung dieser Änderung im IC ->Spannungsimpulse -> Rückschluss auf 
Position

Was macht dann aber "7" ? Oder Ist das nicht-leitendes Material?

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen und die Vermutung ggf. berichtigen.

Autor: Winfried (Gast)
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Autor: Hansi Weismann (hansii)
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ja, diese Links hatte ich schon alle besucht :-(
Im Roboternetz hatte ich sogar auch bereits meine Frage gepostet. Im 
letzten Link steht konkret nur "Fragt mich jetzt aber bitte nicht, wie 
das genau funktioniert" und den Autor des ersten Links hatte ich per 
Email kontaktiert, er meinte jedoch, dass er das Prinzip auch nicht 
genau erklären kann (jedenfalls nicht so, dass die Teile aus dem von mir 
verlinkten Bild einen sinnvollen zusammenhang ergeben)

Autor: Jürgen Franz (unterstrom)
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Hallo,
das Prinzip, das im Messschieber verwendet heisst in der NC-Technik: 
Inductosyn; was einem abgewickelten Resolver entspricht.
Noch mehr Fremdwörter, aber google findet allerhand darüber.

http://www.kh-bock.de/techniker/wzm/zusammenfassung.pdf Seite 14, Abb b 
zeigt die Funktion eines Resolvers (der ist einfacher zu verstehen): Die 
Spule U1 wird mit sin-förmiger Spannung gespeist, die Spule U2 mit 
cos-förmiger. Je nach Drehlage der Messspule (rot) wird eine sin- oder 
cos-förmige Spannung induziert -> die Phasenlage der induzierten 
Spannung ist ein Mass für den Drehwinkel der roten Spule.
Das Inductosyn (Abb a) ist ein aufgeschnittener und flachgedrückter 
Resolver und arbeitet ähnlich: Spule U1 wird mit Wechselspannung 
gespeist und induziert in der kurzgeschlossenen grauen "Spule" eine 
Spannung. Die in U2 induzierte Spannung wird je nach Lage der grauen 
Spule eine Phasenverschiebung aufwiesen, die ein Mass für die 
Verschiebung darstellt -> der lineare Messschieber ist geboren. In 
dieser Version ist aber eine ständige Speisung der Spule U1 notwendig.
Anders gehts wenn der Masstab (die graue "Spule") ein magnetisiertes 
Band ist, ähnlich einem Tonband; die Spulen U1 und U2 wären die 
"Tonköpfe". Dann müssen nur die induzierten Spannungen der Spulen U1 und 
U2 ausgewertet werden.

Vielleicht hilft das weiter.

Jürgen

Autor: Gast (Gast)
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Hier nix mit Induktion, kapazitiv!

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>meine "Vermutung":

Fast richtig, nur andersherum.

Auf die Finger von 3 werden Rechtecksignale gelegt, 10 KHz 1.5Vpp, die 
Signale an den einzelnen Finger sind gegeneinander verschoben kodiert 
(siehe C0...C7 im YADRO Link Oszi Bild), jeder 8. Finger erhält das 
gleiche Signal.

3 koppelt kapazitiv in 6 und 7 ein, die 7 Finger sind untereinander 
kurzgeschlossen (wenn die YADRO Zeichnung stimmt), neutralisieren sich 
also untereinander (???),
nur die 6 Ts koppeln in 2 ein.

Über das Nonius Prinzip ist die in 2 eingekoppelt Signalstärke 
proportional der Anzahl der mit 6 überlappenden 3 Finger.

Durch die zeitliche Kodierung von 3 erhält man das im YADRO Link
http://www.yadro.de/pics/hp-logic-analizer.jpg
angegeben Analogsignal an 2.

Der Nulldurchgang des "Schwebungssignals" wird ausgewertet, dessen 
Verschiebung relativ zum Pattern an 3 ist ein Mass für die Verschiebung 
von 3 gegenüber 6/7

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Vielleicht als Hintergrundinfo auch noch interessant:

Capacitive Sensors for Noncontact Position and Displacement 
Measurements and Nano-Positioning 
http://www.chenyang-ism.com/CapaSensorPosi.htm

Autor: Jörg H. (idc-dragon)
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Ich habe auch so einen Meßschieber, günstiges Modell.
Interessanterweise scheint der Weggeber die Absolutposition messen zu 
können, er muß nicht laufend mitzählen. Ich kann das Ding nämlich 
ausgeschaltet lassen, irgendwohin schieben, einschalten und er zeigt die 
korrekte Position an.

Autor: asdf (Gast)
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>er muß nicht laufend mitzählen

Ach. Hast du es auch schon gemerkt?

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Ich kann das Ding nämlichausgeschaltet lassen, irgendwohin schieben,
> einschalten und er zeigt diekorrekte Position an.

Das kommt daher, das das Teil eigentlich nie richtig ausgeschaltet ist. 
Die Messmik läuft ständig.

MfG Spess

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>Das kommt daher, das das Teil eigentlich nie richtig ausgeschaltet

Ja, nimm einfach mal kurz die Batterie raus und das Ding hat Alzheimer.

Autor: Mike (Gast)
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Ich würde gerne diesen recht alten Beitrag noch einmal ausgraben.

Ist die Struktur aus 6 und 7 aus Kupfer realisiert?
Wäre es möglich diese Struktur auch aus einer Platine herzustellen?
Hat das einer von euch schon einmal versucht?

Mit Gruß

Mike

Autor: Kanudi Kasaki (Gast)
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>Wäre es möglich diese Struktur auch aus einer Platine herzustellen?

Rate mal, wie die Messschieber erzeugt werden.

Du hast drei Möglichkeiten zur Auswahl:

[ ] Wird aus gepresstem Kuhmist in Indien erzeugt
[ ] Wird aus alten Konservendosen handgeschnitzt
[ ] Wird aus FR4 mit Kupferauflage durch Fotoätzung erzeugt

Autor: Mike (Gast)
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Hallo,

ich persönlich würde ja auf den Kuhmist tippen, aber wahrscheinlich ist 
es doch wieder das FR4... schade.

Ich habe einen solchen Streifen leider noch nicht ausgebaut, daher ist 
mir das Trägermaterial unbekannt. Ich dachte eher an einen Folienträger.

Die Frage ist nun aber, wie kann man/ich so einen Streifen sinnvoll in 
beliebiger Länge selbst herstellen (0,5m maximal) oder als Band oder 
Platte fertig kaufen? Letzteres wäre der einfachere Weg, da die 
Toleranzen sehr gering ausfallen müssen.

Kennt einer von euch den Fachnamen für den Streifen im Messchieber mit 
den t-Strukturen? Gibt es dafür evtl.eine Bezugsquelle?


Mit Gruß

Mike

Autor: MiWi (Gast)
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Mike schrieb:
> Hallo,
>
> ich persönlich würde ja auf den Kuhmist tippen, aber wahrscheinlich ist
> es doch wieder das FR4... schade.
>
> Ich habe einen solchen Streifen leider noch nicht ausgebaut, daher ist
> mir das Trägermaterial unbekannt. Ich dachte eher an einen Folienträger.
>
> Die Frage ist nun aber, wie kann man/ich so einen Streifen sinnvoll in
> beliebiger Länge selbst herstellen (0,5m maximal) oder als Band oder
> Platte fertig kaufen?

Ja, wie immer "nur" eine Preisfrage. Selber geht vermutlich nicht genau 
genug.

> Letzteres wäre der einfachere Weg, da die
> Toleranzen sehr gering ausfallen müssen.

Was ist "sehr gering"? Ångström? nm? Anzahl an Badewannen pro Nordsee 
bei FLut? oder gar Fußballfellder pro durchschnittlich gefahrene 
Autobahnkilometer?

Und - Dir ist bekannt daß Platinen relativ problemlos (= günstig) mit 
0,1mm Strukturbreite hergestellt werden können? Allfällige Fehler lassen 
sich mit einem Referenzmaß wegkalibrieren. Bei geschickter Anordnung und 
kluger SW dahinter wird sich das ganze vermutlich auch aus Einzelstücken 
zusammenfügen lassen.

Dein Problem mit Platinen oder Folien bei 0,5m wird eher ein thermisches 
sein, da bewegt sich vermutlich schon was.

Grüße

MiWi

Autor: Ulrich (Gast)
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Selbst mit der thermischen Ausdehnung sollte FR4 nicht so schlecht sein, 
und zur Not muss halt irgendwo noch ein grobes Thermometer mit ran. 
Einen µC zur Auswertung wird man ja sowieso schon brauchen.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Mike schrieb:

> Die Frage ist nun aber, wie kann man/ich so einen Streifen sinnvoll in
> beliebiger Länge selbst herstellen (0,5m maximal) oder als Band oder
> Platte fertig kaufen?

Typischerweise werden solche Messysteme mit Glasmassstäben gebaut.
Der bekannteste Hersteller dafür ist die Firma Heidenhain. Warum
man bei Messschiebern ein anderes Prinzip verwendet, weiss ich auch
nicht. Vermutlich ist dieses bei der geringen geforderten Genauig-
keit billiger. Deshalb macht es wohl auch wenig Sinn, dieses System
für grössere Längen zu verwenden.
Gruss
Harald

Autor: Kanudi Kasaki (Gast)
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Messschieber mit kapazitiver Ablesung gibt's fertig bis mindestens einem 
Meter Länge zu kaufen, selber machen lohnt sich da nicht, bzw. ist mit 
den geforderten Toleranzen überhaupt nicht machbar. Ich habe an meiner 
Drehbank einen Messschieber mit 800 mm Länge verbaut und bin eigentlich 
ganz zufrieden damit.

Als Beispiel, es gibt natürlich mehrere Quellen im Netz:
https://www.wabeco-remscheid.de/index.php?cat=c700...

Es wäre natürlich zu sagen dass diese kapazitiv gelesenen Messschieber 
nur eine "poor man's version" darstellen, in China als Billigware 
produziert werden und mit den bereits erwähnten Glasmessstäben z.B. von 
Heidenhain nicht vergleichbar sind.

Die professionellen Glasmessstäbe kosten aber auch ein vielfaches der 
kapazitiven Messschieber.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Ulrich schrieb:
> Selbst mit der thermischen Ausdehnung sollte FR4 nicht so schlecht sein

Typische Werte für den thermischen Ausdehnungskoeffizient (CTE) in X- 
und Y-Richtung liegen bei 12..17ppm/K

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