Geschwindigkeitsmessung von kleinen Stahlkugeln

Franz Müller schrieb:
> Ich möchte gerne die Geschwindigkeit der Kugeln am Ende der Strecke
> messen, ...
Hier fragst du nach der Momentangeschwindigkeit am Ende der Stecke


> Als Möglichkeit würde ich eine Lichtschranke am Streckenanfang und eine
> am Streckenende installieren.
Damit bestimmst du die Durchschnittsgeschwindigkeit

Auf der Schiefen Ebene werden die Kugeln sicher beschleunigen. Du mußt 
dich also erstmal entscheiden und dann kann man über die Meßmethode 
nachdenken.

> Meine Frage ist ob es problematisch ist, wenn viele Kugeln knapp
> hintereinander die Lichtschranken durchqueren.
Dann hilft eventuell ne schnelle Kamera

MAn könnte auch noch den Aufprallpunkt der Kügelchen ermitteln, sofern 
es dafür geeignete Sensoren gibt. Mit etwas Rechnerei hat man dann die 
Geschwindigkeit am Ende der Rampe.

Geh mal davon aus, dass 'ne normale Lichtschranke schneller als Deine 
Kugeln ist. Klebe zwei direkt aufeinander, dann hast Du einen konstanten 
Abstand und Du brauchst nur eine Befestigung.
Asymmetrien durch Reflektionen auf der Kugeloberfläche sind auch kein 
Problem. Lichtschranken werden unterbrochen. Wohin das Licht reflektiert 
wird ist dabei unwichtig. Alle anderen Effekte sollten Symmetrisch sein.

Franz Müller schrieb:
> Meine Frage ist ob es problematisch ist, wenn viele Kugeln knapp
> hintereinander die Lichtschranken durchqueren.

Wenn die Möglichkeit besteht, dass welche nebeneinanderlaufen, so dass 
sich ihre Schatten überdecken, geht mit Lichtschranken prinzipiell 
nichts mehr. Dann müsste man eine Kamera von oben mit Bildverarbeitung 
einsetzen.

BTW, warum nimmst du eigentlich an, dass die Kugeln unterschiedliche 
Geschwindigkeit haben?

Gruss Reinhard

Udo Schmitt schrieb:
> Voraussetzung ist auf jeden Fall eine halbwegs schnelle Fotodiode

Wie schnell die sein muss, hängt von der Länge der 
Beschleunigungsstrecke, dem Neigungswinkel der Ebene, von der 
geforderten Meßgenauigkeit und von der Größe der Kugeln ab. Außerdem 
wäre es praktisch zu wissen, wie der ganze Aufbau aussehen soll, 
insbesondere die Geometrie der Messstrecke (Breite).

Ich Vergaß. Natürlich geht mein Vorschlag nur, wenn eine Kugel nach der 
anderen kommt und wenn der Abstand mindestens dem des 
Licht-/Laserstrahldurchmesser entspricht. Die absolute Geschwindigkeit 
hängt von der Leistungsfähigkeit deiner Auswertung ab. Innerhalb der von 
mir vorgeschlagenen Lichtschranken können sich ruhig 2 Kugeln befinden.
Sollten obige Bedingungen nicht erfüllbar sein, so kommst Du 
wahrscheinlich um eine optische Erfassung nicht herum. Da geht’s dann 
aber um ausgewachsene Bildverarbeitung und abhängig von Geschwindigkeit 
und Anzahl der zu erfassenden Kugeln, geht’s auch Taktmäßig richtig zur 
Sache.

Reinhard Kern schrieb:
> Wenn die Möglichkeit besteht, dass welche nebeneinanderlaufen, so dass
> sich ihre Schatten überdecken, geht mit Lichtschranken prinzipiell
> nichts mehr. Dann müsste man eine Kamera von oben mit Bildverarbeitung
> einsetzen.

Rein theoretisch gäbe es auch bei zwei direkt an einander liegenden 
Kugeln eine Lücke ober- und unterhalb der Mittelachse. Die Kugeln 
berühren sich ja nur an einem kleinen Punkt.

Allerdings bezweifel ich, dass man das bei 1mm Kugeln ausnutzen kann.

Ich hatte die Frage so verstanden, die Kugeln nacheinander (nicht 
nebeneinander) rollen.

Ich sehe da kein problem. Selbst wenn sich mehrere Kugeln (nacheinander 
mit erkennbarem Abstand) gleichzeitig in der Meßstrecke befinden.

Man muss das halt in der Software berücksichtigen. Es kann vorkommen, 
dass mehrere Kugeln gleichzeitig in der Meß-Strecke sind, also braucht 
man eine Fifo Liste für die Zeitpunkte der ersten Lichtschranke.

Immer wenn eine Kugel die zweite Lichtschranke passiert, subtrahiert man 
den Zeitpunkt vom ersten Eintrag der Fifo Liste (und nimmt ihn aus der 
Liste heraus).

Es wäre nett, wenn der, der die erste Kugel in's Rollen gebracht hat mal 
eine der vielen Fragen beantworten würde.
Andernfalls wird's ein Spekulationstheater.

Zwei Lichtschrankenpaare geben Dir die Möglichkeit die Geschwindigkeit 
an zwei Stellen zu messen. So die zugehörigen Bedingungen erfüllt 
werden. In diesem Falle kommt noch hinzu, dass die Kugel, die als Nummer 
X durch das oberste Lichtschrankenpaar geflutscht ist auch als Nummer X 
durch das zweite Paar rauscht. Überholen verboten!

Magnetfeldmessung!

zwei große Luft-Spulen (Durchmesser 20-30cm) in definierten Abstand.

Beide unter definierten Strom setzen und beim Durchflug eines Metalls 
ändert sich die Induktion. An der Versorgungsseite kann man dann einen 
Impuls messen. Einer für Start den anderen für Stop...

Franz Müller schrieb:
> Die Kugeln sollen einzeln hintereinander aber auch als Agglomerat von
> mehreren Kugeln (hinter- und nebeneinander) bzw. in Reihe rollen.

Auch wenn du das immer wieder verlangst, nebeneinander geht eben mit 
Lichtschranken nicht. Falls dir die Vorstellungskraft dafür fehlt, nimm 
den Extremfall, dass die Kugeln dicht an dicht herangerollt kommen, dann 
ist es für die Lichtschranke immerwährend dunkel und es gibt einfach 
nichts zu messen. Weder Zahl noch Geschwindigkeit.

Physik ist kein Wunschkonzert, einfach was wollen reicht nicht.

Gruss Reinhard

>Die Kugeln sollen einzeln hintereinander aber auch als Agglomerat von
>mehreren Kugeln (hinter- und nebeneinander) bzw. in Reihe rollen. Ein
>hoher Freiheitsgrad ist gewünscht.

Eine solche Forderung ist wahrscheinlich nur mittels optischer 
Überwachung zu erreichen. Sind mehrere Kugeln gleichzeitig auf der Bahn, 
so kommt es zu Kollisionen und Überholvorgängen. Das wiederum bedeutet, 
dass Du die Bahn jeder Kugel, einzeln auf der Schräge verfolgen musst. 
Um so kleine Teile (1mm) auf einer Strecke von 20 cm zu erfassen 
braucht’s jede Menge Pixel und je nach tatsächlicher Geschwindigkeit 
auch jede Menge Frames. Hinzu kommen auch noch massig Mips.