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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Distanzmessung (digitaler Sensor?)


Autor: Seb (Gast)
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Hallo Zusammen,


Ich habe mich nun schon ein paar Stunden durch das Forum gewühlt und bin 
immer noch nicht zu einer Lösung gekommen. Mein Problem gestaltet sich 
wie folgt:

Ein Bolzen, angetrieben durch einen Motor, bewegt sich auf einen Würfel 
aus Alu (gebürstet) zu. Nun soll der Abstand zwischen Bolzen und Würfel 
gemessen werden. Die Rahmenbedinungen sind diese:

1. Abstand soll zwischen 10 mm und 60 mm bei einer Auflösung von ca. 1 
mm detektierbar sein.

2. Die Messung findet ohne größeren Lichteinfall von außen statt.

3. Der Sensor sollte nach Möglichkeit ein digitales Signal ausgeben. Für 
analoge Alternativen bin ich jedoch offen.

4. Der Preis (jaja, das will jeder) sollte sich in einem humanen Rahmen 
bewegen. Außerdem sollte der Sensor kein Exot sein, bei dem lange 
Lieferzeiten angesagt sind. Eine gute Dokumentation (bei der digitalen 
Variante) wäre natürlich von Vorteil.


Ich danke euch schonmal für Ideen und Anregungen. Bei Fragen, fragen!



Grüße
Seb


PS: Eine zuverlässige mechanische Variante wäre auch durchaus denkbar.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Ein Bolzen, angetrieben durch einen Motor, bewegt sich auf einen Würfel
> aus Alu (gebürstet) zu.
Da will sich bei mir einfach kein (sinnvolles) Bild manifestieren. Hast 
du ein Foto oder eine Skizze, wo man auch die räumliche Ausdehnung 
erkennen/abschätzen kann.
Wieviel Platz hast du für den Einbau?
Welches Material ist für den Bolzen verwendet?
Wie schnell muß die Messung sein?

Autor: Klaus (Gast)
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Spontan fällt mir da der GP2D120 ein. Siehe Anhang!

Autor: Seb (Gast)
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Hallo Lothar,


Danke für die schnelle Antwort. Ich habe mal via Paint eine grobe Skizze 
angefertigt. Die Größenverhältnisse sind nicht korrekt, aber ich hoffe, 
dass du so eine Vorstellung von der Anordnung bekommst.
Der Bolzen kann vor und zurück gefahren werden.

Deine Frage nach dem Bolzenmaterial lässt darauf schließen, dass du den 
Sensor ggf. am Würfel unterbringen willst. Adhoc kann ich dir die Frage 
nicht genau beantworten. Die Farbe ist weiß, evtl. Aluminiumoxid.

Platz sollte ausreichend vorhanden sein (ca. 5 cm rechts/links vom 
Bolzen). Der Würfel ist 2 cm breit.

Die Frage wie schnell die Messung ablaufen muss, kann ich jetzt noch 
nicht pauschal beantworten. Aus der Hüfte geschossen wären weniger als 
50 ms nicht schlecht. Das soll an dieser Stelle aber erstmal kein harten 
Ausschlusskriterium sein.

Autor: Seb (Gast)
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@Klaus: Den hatte ich auch schonmal auf dem Schirm. Im Datenblatt wird 
als min. Distanz jedoch 40 mm angegeben. Das ist in meinem Fall leider 
etwas zu viel.

Autor: yalu (Gast)
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Kennt man denn den Abstand zwischen Bolzenantrieb und Würfel? Dann
bräuchte man nur noch die Bewegung des Bolzens zu messen, was genauer
und zuverlässiger geht als eine berührungslose Abstandsmessung zum
Würfel.

> Spontan fällt mir da der GP2D120 ein. Siehe Anhang!

So einen ähnlichen gibt es (oder gab es zumindest) auch in digital mit
einer SPI-ähnlichen Schnittstelle.

> @Klaus: Den hatte ich auch schonmal auf dem Schirm. Im Datenblatt wird
> als min. Distanz jedoch 40 mm angegeben. Das ist in meinem Fall leider
> etwas zu viel.

Du brauchst, wenn der Platz dazu da ist, den Sensor nur ein paar
Zentimeter weiter hinten zu montieren.

Autor: Seb (Gast)
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@Yalu:

Ja, der Abstand zwischen Würfel und Bolzenantrieb ist bekannt. Wie 
würdest du denn die Bewegung messen?

Der Sensor mit SPI ähnlicher Schnittstelle macht mich neugierig. Gibt es 
sowas im Sortiment vno Sharp?

Autor: yalu (Gast)
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> Ja, der Abstand zwischen Würfel und Bolzenantrieb ist bekannt. Wie
> würdest du denn die Bewegung messen?

Bspw. mit einem an der Motorwelle angebrachten Drehgeber. Arbeitet
dieser inkrementell, kann man allerdings zunächst nur Relativbewegungen
messen. Um Absolutwerte zu erhalten, muss beim Einschalten des Systems
der Bolzen erst in eine bekannte Position (z.B. an den Endanschlag)
gefahren und dort der Messwert auf Null gesetzt werden (Referenzierung).

Es gibt auch Inkrementalgeber zur Messung von Linearbewegungen (s. digi-
tale Schieblehre). Mit LVDT-Sensoren können absolute Linearbewegungen
gemessen werden.

Man könnte als Antrieb auch einfach einen Schrittmotor nehmen und dess
Schritte zählen. Auch hier ist natürlich eine Referenzierung erforder-
lich. So wird bspw. bei den Tintenstrahldruckern die Druckkopfbewegung
und der Papiertransport realisiert.

> Der Sensor mit SPI ähnlicher Schnittstelle macht mich neugierig. Gibt
> es sowas im Sortiment vno Sharp?

Hab's gerade nachgeschaut: Der Sensor hieß GP2D02, wird aber wohl nicht
mehr hergestellt. Es gab ihn auch nur mit einem Messbereich von 10-80cm,
so dass die Auflösung und die Genauigkeit wahrscheinlich schlechter sind
als bei den neueren Modellen mit 4-30cm, die es aber nur mit Analog-
oder Schaltausgang gibt.

Autor: yalu (Gast)
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Ach ja, so sah dieser Sensor übrigens aus:

  http://www.acroname.com/robotics/parts/R19-IR02.html

Unten auf der Seite gibt es auch einen Link auf das Datenblatt.

Autor: Seb (Gast)
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yalu schrieb:
> Es gibt auch Inkrementalgeber zur Messung von Linearbewegungen (s. digi-
> tale Schieblehre). Mit LVDT-Sensoren können absolute Linearbewegungen
> gemessen werden.

Bei mir handelt es sich in der Tat um eine lineare Bewegung. Fällt dir 
da spontan ein Hersteller ein, bei dem ich mich mal umsehen könnte? Ich 
google mich so lange mal durchs Netz.

LVDT-Sensoren gibt es bei Farnell ab 130 € aufwärts. Das sprengt leider 
meinen finanziellen Rahmen.

Gibt es vielleicht bei anderen Herstellen einen ähnlichen Sensor, wie 
ihn einst Sharp angeboten hat?

Autor: yalu (Gast)
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> Bei mir handelt es sich in der Tat um eine lineare Bewegung.

Heißt das, dass der Bolzen nicht von einen gewöhnlichen Motor über eine
Spindel oder Zahnstange angetrieben wird, sondern von einem Linearmotor,
einer Tauchspule o.ä, so dass keine rotierenden Wellen vorhanden sind,
an denen man die Bewegung abgreifen könnte?

An linearen Wegaufnehmern für deutlich weniger als 130€ fallen mir im
Moment nur Potentiometer und Anbaumessschieber (als Zubehör für Fräs-
maschinen) ein. Die Messschieber haben oft eine digitale Schnittstelle
für eine externe Anzeige, die auch für andere Zwecke genutzt werden
kann.

> Gibt es vielleicht bei anderen Herstellen einen ähnlichen Sensor, wie
> ihn einst Sharp angeboten hat?

Es gibt von mehreren Herstellern Sensoren, die nach dem gleichen Mess-
prinzip, der optischer Triangulation, arbeiten. Aber alle Produkte, die
ich kenne, sind für den Industrieeinsatz, also im massiven Gehäuse,
robust gegen elektrische Störungen und präzise. Oder kurz ausgedrückt:
teuer (deutlich >130€). Solche Sensoren kannst du bspw. bei Keyence
finden.

Aber was stört dich am Analogausgang der aktuellen Sharp-Sensoren? Dafür
gibt es schließlich A/D-Umsetzer.

Was du aber bei den Sharp-Sensoren auch noch beachten solltest: Sie
messen nicht sonderlich genau und haben große Exemplarstreuungen, müssen
also einzeln kalibriert werden. Wenn die von dir angegebene Auflösung
von 1mm auch in etwa die gewünschte Genauigkeit widerspiegelt, wird es
mit diesen Sensoren schon etwas knapp. Es könnte aber funktionieren,
weil du nur einen relativ kleinen Messbereich nutzt (im Nahbereich ist
die Genauigkeit am besten). Auf jeden Fall solltest das testen, bevor du
in Großserie gehst ;-)

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