mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ultraschall Verstärker/Empfänger


Autor: Aron (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen,

ich weiß, dass es nicht die feine Art ist, sich neu in einem Forum 
anzumelden und dann direkt mit einer Fragestellung anzukommen, ich machs 
jetzt trotzdem mal. Vielleicht hat am Wochenende jemand Muße sich mir 
anzunehmen...

Konkret geht es um die Entfernungsmessung an einem Kran, wobei die 
Ausladung bestimmt werden soll, also der waagrechte Abstand der 
Auslegerspitze zur Fahrzeugaußenkante. Dieser Abstand wird aktuell 
mittels Schnur, Senkel und Maßband ermittelt. Durch Windeinflüsse wird 
diese Messung jedoch gestört und man benötigt zwei Personen, eine zum 
Ablesen des Messwertes und eine zur Bedienung des Krans.

Mein Gedanke war nun, über einen Ultraschall Sender an der Spitze des 
Krans und zwei oder drei Empfänger am Boden diesen Abstand zu 
triangulieren.

Hierfür möchte ich einen Arduino nutzen, welcher mir das Ultraschall 
Signal generieren kann (5V, 25mA Ausgangsleistung) und entsprechende 
Impulse ausgibt. Über die Laufzeitunterschiede zu den Empfängern wird 
dann die Entfernung ermittelt.

Jetzt kommt die Krux an der Sache: Die direkte Entfernung vom Empfänger 
zum Sender beträgt 30-70m.

Glaubt ihr, dass das machbar ist?
Kann mir jemand einen Vorschlag für eine Sender/Empfängerschaltung 
machen?

Ich habe leider irgendwann mal Maschinenbau studiert und meine 
elektrischen Kenntnisse reichen nicht weit über das Löten nach fertigen 
Schaltplänen hinaus...

Vielen Dank schonmal!
Grüße Aron

Autor: Christian Müller (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Du hast Dich schon auf eine Lösung versteift. Hier werden die 
unterschiedlichsten Lösungen kommen. Zum Teil sehr einfache, an die Du 
gar nicht gedacht hast! Sei offen dafür!

Hier meine Idee: Markierungen mit Zahlen am Ausleger, wo man sieht, wo 
die Katze ist...

Gruss Chregu

Beitrag #5015325 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron schrieb:
> Die direkte Entfernung vom Empfänger
> zum Sender beträgt 30-70m.

Vergiss es. Das ist viel zu weit, um da einigermassen verlässlich 
irgendwelche US-Signale zu übertragen (Wind und Umgebungslärm tun da ein 
übriges). Je nach Kran Typ ist es besser, entweder die Seilrolle oder 
den Winkel des Kranauslegers mit einem industriellen Drehgeber zu 
messen.
Ich hatte ein ähnliches Projekt, bei dem wir die aktuelle Belastung des 
40t Krans aus Seilzugfeder und Winkel errechnen mussten, um ihn nicht zu 
überlasten und haben dort zwei absolute Drehgeber (Heidenhain und Sick 
Stegmann mit SSI Interface) montiert. Die Rechnerei übernimmt ein Mega 
mit LC Display und Alarmgeber.

: Bearbeitet durch User
Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Chregu und Matthias,

danke für die Antwort.
Leider geht es um Mobilkrane und nicht um Baukrane, es ist also keine 
Katze vorhanden.

Außerdem unterliegen Kranausleger unter Last enormen Durchbiegungen von 
z.T. mehreren Metern. Eine Ermittlung über Auslegerlänge und Winkel ist 
daher auch nicht in der gewünschten Gneauigkeit (+-10cm) möglich.

Gruß Aron

: Bearbeitet durch User
Autor: Michael K. (tschoeatsch)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Probier doch mal, ob du deine Kranspitze mit einem 
Laserentfernungsmesser anpeilen und messen kannst. Statt mit USchall 
halt mit Licht arbeiten.

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Michael,

Eine Lasermessung haben wir auch schon versucht, durch Schwankungen des 
Auslegers bei Wind ist es jedoch auf die große Entfernung quasi 
unmöglich einen Punkt zu fixieren.

Viele Grüße,
Aron

Autor: Michael K. (tschoeatsch)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron A. schrieb:
> Hallo Michael,
>
> Eine Lasermessung haben wir auch schon versucht, durch Schwankungen des
> Auslegers bei Wind ist es jedoch auf die große Entfernung quasi
> unmöglich einen Punkt zu fixieren.
>
> Viele Grüße,
> Aron

Und wenn du die Messung vom Kran aus machst? ZB von der Kanine aus oder 
vom Mast aus, und dann mit dem Winkel vom Messstrahl zur waagrechten die 
Ausladung berechnest.

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei Mobilkranen befindet sich die Kabine am Boden und nicht auf 
derselben Höhe wie die Katze, wie bei Turmdrehkranen.

Und vielen ist es nicht bewusst, aber auch Turmdrehkrane verbiegen sich 
stark, auch der senkrechte Turm bewegt sich in Kipprichtung...

Trotzdem danke!

Autor: N. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielleicht ist RADAR eine Option, sieh mal hier:
https://www.symeo.com/de/anwendungen/distanzmessun...

Autor: MiWi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron schrieb:


>
> Glaubt ihr, dass das machbar ist?
> Kann mir jemand einen Vorschlag für eine Sender/Empfängerschaltung
> machen?

Wenn Du nicht mit kW pulst und damit alle Ohren in der näheren Umgebung 
beschädigst - nein. BTDT und nach ca. 12m (Signalstrecke) war Schluß mit 
sinnvollen Ergebnissen mit den üblichen günstigen 
Sender/Empfängerkapseln.

Systemaufbau

Sender: Die Kapseln wurden mit max. zulässiger Spannung @ Kapselfrequenz 
angesteuert.

Empfänger: 1. Verstärker, relativ humanes Filter (nicht sehr steil wg. 
ein/Ausschwingen), VCA (der mit einem Signal, das der Laufzeit 
entspricht angesteuert wurde), einfacher Diodengleichrichter, ADC - 
Software.

Schaltplan etc stehen nicht zur Verfügung.

Bedenke, daß Du wenn Du nicht reflektierst eine verhältnismäßig gute 
Synchronisation zw. Sender und Empfänger brauchst, damit der Empfänger 
weiß wann das Signal losgeflogen ist.


Was funktioniert ist eine Kamerauswertung, Basis-SW dazu ist frei 
verfügbar. Wenn Deine Kameras den Ausleger von 2 definierten Punkten 
"sehen" kann die SW relativ kommod triangulieren. Nur ist das nix, was 
en passant auf einem Adurino läuft.

MiWi

Autor: 6a66 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> Konkret geht es um die Entfernungsmessung an einem Kran, wobei die
> Ausladung bestimmt werden soll, also der waagrechte Abstand der
> Auslegerspitze zur Fahrzeugaußenkante.


Hallo Aron,

Bedenke folgendes: Was passiert, wenn Deine Messung oder dein Messsystem 
einen Falschwert liefert und versagt, der Ausleger dann überbelastet 
wird und Ausleger oder Kran abknickt. In diesem Fall können eine oder 
mehrere Personen schwer verletzt werden oder zu Tode kommen. Aus diesem 
Grunde gibt es eine Maschinenrichtlinie. Demnach würde ich Dein System 
mit dem Sicherheitsintegritätslevel SIL3 nach IEC61508 einstufen. Die 
von Dir gewählten Messmethoden (Ultraschall, Infrarot/Laser) dürften 
nicht so einfach diese Sicherheitsanforderungen erfüllen können.
Die gewählte Methode mit Seil kann bei entsprechender Auslegung das 
erfüllen, darüber haben sich die Entwickler Gedanken gemacht.

Basteln: Gerne :)
Aber für einen Einsatz an der Maschine bitte unbedingt nochmal 
nachdenken :)

rgds

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es geht um einen reinen Versuchsaufbau im Werk, es ist nicht 
beabsichtigt in Serie die Ausladung in dieser Genauigkeit zu messen.

Es kann also ohne weiteres ein Kabel an die Kranspitze gelegt werden 
(zur Syncronisierung)

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
N. schrieb:
> Vielleicht ist RADAR eine Option, sieh mal hier:
> https://www.symeo.com/de/anwendungen/distanzmessun...

Das sieht doch perfekt aus.

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja die fertigen Radarsysteme sind wirklich genial und wären für die 
Anwendung ideal.

Leider ist mein Chef nicht bereit einen hohen 4 stelligen oder sogar 5 
stelligen Betrag dafür bereitzustellen...

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron schrieb:
> Glaubt ihr, dass das machbar ist?

Nein.

Ultraschall hängt von der Schallgeschwindigkeit ab, und die ist erstens 
vom Wind überlagert und zweitens stark temperaturabhängig.

Die Genauigkeit ist schlechter als 10%.

Autor: 6a66 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron A. schrieb:
> es ist nicht
> beabsichtigt in Serie die Ausladung in dieser Genauigkeit zu messen.

Beim Thema Sicherheit geht es nicht allein um Genaugkeit sondern auch um 
Fehlertoleranz. Was hilft es Dir eine Machbarkeit mit einem Arduino 
nachzuweisen wenn Dein reales System dann doch komplexer werden muss?

Ja ich kann mit einem Ersatzrad auch auf der Autobahn für 3min 130km/h 
fahren, auf Dauer geht es aber nur mit 50km/h.

rgds

Autor: MiWi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron A. schrieb:
> Ja die fertigen Radarsysteme sind wirklich genial und wären für die
> Anwendung ideal.
>
> Leider ist mein Chef nicht bereit einen hohen 4 stelligen oder sogar 5
> stelligen Betrag dafür bereitzustellen...

Das alte Problem der Maschinenbauer und - benutzer: Wo man nicht mit dem 
Hammer draufhauen kann und dann geht es kann nix sein und darf daher nix 
kosten.

Wenn Cheffe das haben will soll er sich Angebote legen lassen.


MiWi

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo 6a66,

Es geht bei unseren Messungen darum, den Kran in eine exakte Position zu 
bewegen und an dieser Stelle andere Größen aufzunehmen.

Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Differential GPS

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron A. schrieb:
> Leider ist mein Chef nicht bereit einen hohen 4 stelligen oder sogar 5
> stelligen Betrag dafür bereitzustellen...

Kinners, wenn ihr damit eure Mäuse verdient und die ganze Sache auch nur 
ein wenig sicherheitsrelevant ist, kommt nur eine geprüfte und für gut 
befundene Lösung in Frage. Das hat auch keinen Sinn, wenn du da tage- 
oder wochenlang runmbastelst und sich zum Schluss herausstellt, das es 
zwar bei gutem Wetter und in der Halle funktioniert, aber beim ersten 
Einsatz draussen versagt. Das kostet am Ende mehr Geld als die bewährte 
industrielle Lösung.

Nur in Sonderfällen lohnt es sich manchmal (wie bei mir mit dem o.a. 
alten Ostkran) da ein paar Stunden zu investieren, um was auf die Beine 
zu stellen, wenn es keine fertige Lösung gibt.

Autor: Michael K. (tschoeatsch)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn ein Lot mit Schnur bei Wind versagt, häng oben den Laser an ein 
fettes Gewicht pendelnd auf, das vom Wind nicht so einfach verblasen 
wird und suche am Boden dann den Leuchtpunkt, den du dann mit Massband 
vermessen kannst.

Autor: triangs (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron A. schrieb:
> Es geht um einen reinen Versuchsaufbau im Werk, es ist nicht
> beabsichtigt in Serie die Ausladung in dieser Genauigkeit zu messen.
Drei Schnüre von drei unterschiedlichen Punkten der Decke, Boden oder 
sonstigen Hilfskonstruktion zum Ausleger führen und deren Länge z.B. 
mittels Drehgeber bestimmen.

Autor: Wolfgang (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael B. schrieb:
> Ultraschall hängt von der Schallgeschwindigkeit ab, und die ist erstens
> vom Wind überlagert und zweitens stark temperaturabhängig.
>
> Die Genauigkeit ist schlechter als 10%.

Wer Fehler 0-ter Ordnung im System belässt, hat selber Schuld.

Zur Kompensation der Windgeschwindigkeit misst man separat die Laufzeit 
für Hin- und Rückweg. Die Lufttemperatur sollte mit einem simplen 
Thermometer messbar sein ;-)

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
triangs schrieb:
> Drei Schnüre von drei unterschiedlichen Punkten der Decke, Boden oder
> sonstigen Hilfskonstruktion zum Ausleger führen und deren Länge z.B.
> mittels Drehgeber bestimmen

Es ist definitiv nicht praktikabel Schnüre zu spannen.

Autor: Ralf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn eine Genauigkeit von 1 Meter ausreichen würde, reichen vielleicht 
auch zwei GPS-Empfänger. Einer am Drehpunkt (Referenzpunkt) und der 
andere an der Kranauslegerspitze? Die Auswertung kann dann trotzdem mit 
einem Arduino erfolgen.

Autor: Der Andere (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es gibt selbstnivellierende Kreuzlinienlaser, die auch einen Lotpunkt 
liefern können.
Den oben am Ausleger anbringen, dann musst du nur noch unten den Abstand 
des Lotpunks vom Fahrzeug messen.
Keine Schnur, kein Windeinfluss, kein 2. Mann, nur 3-stelliger Betrag 
und nach den Tests könnt ihr das teil weiterverkaufen oder daheim damit 
eine gerade Holzdecke oder einen sauberen FLiessenspiegel anbringen.

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Ralf,

Eine selbstbau DGPS Lösung wird vermutlich nicht die gewünschte 
Genauigkeit (+-10cm) liefern...

Durch die Dynamik des Auslegers muss sich der Linienlaser ständig 
nachregulieren, was er nicht schnell genug schafft. Über die große 
Entfernung wird das Ergebnis schnell ungenau...

: Bearbeitet durch User
Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich frage mich eher, wohin denn die Last am Kran gehen soll, was nicht 
mit dem Aufstellwinkel des Arms und der Senkrechtheit der Kranplattform 
berechnet werden kann.
Die Last am Kran hängt doch immer lotrecht runter (plus Windeinflüsse, 
aber die schwanken eh).
Also ein Winkelgeber am Kranarm und ein Lot auf der Kranplattform reicht 
doch wohl (und daraus kann man berechnen, wie hoch die Last vor dem 
Umkippen sein darf).

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich fürchte Ihr unterschätzt alle die Dynamik des Kranarms, die 
Durchbiegung und die Windeinflüsse.

Mein Ziel ist es, die Ausladung der Kranspitze zu bestimmen und nicht 
die Position der Last.

Autor: Michael K. (tschoeatsch)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron A. schrieb:
> Ich fürchte Ihr unterschätzt alle die Dynamik des Kranarms, die
> Durchbiegung und die Windeinflüsse.
>
> Mein Ziel ist es, die Ausladung der Kranspitze zu bestimmen und nicht
> die Position der Last.

In Echtzeit oder nur einen aktuellen Lastfall?

Es wäre auch evtl möglich von der Seite ein Foto zu machen und mit Hilfe 
von vorher angebrachten 'Messlatten' als Kalibrierung den Kran zu 
vermessen.
Die 'Messlatten' könnten auch ausgemessene Segmente des Kranes sein.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hp M. (nachtmix)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron A. schrieb:
> Eine selbstbau DGPS Lösung wird vermutlich nicht die gewünschte
> Genauigkeit (+-10cm) liefern...

Und in der Halle schon gar nicht. Dafür ist GPS nicht gemacht.

Vielleicht wäre Wägezellen in den Auflagepunkten des Krans eine 
Möglichkeit.
Die sollten, unabhängig von Schräglage und Deformation, melden können, 
wann der Kran droht die Hinterhufe hochzunehmen.

Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Messungen finden im Freien statt.
Wir haben leider keine Halle die groß genug ist um die Krane komplett 
aufzurichten. Sonst wäre die Messung mit senkel auch kein Problem.

Und es geht bei den Messungen nicht um die Standsicherheit sonder 
wirklich rein um die Position der Kranspitze.

: Bearbeitet durch User
Autor: Josef Gerstenberg (Firma: jhg) (jhg2)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Geodäten machen so etwas mit einem Tachymeter, einem 
L1/L2-GNSS-Empfänger oder einem Laserscanner. Solche Geräte kann man 
auch leihen.
Gruß Josef

Autor: Patrick J. (ho-bit-hun-ter)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi

Aron A. schrieb:
> nd es geht bei den Messungen nicht um die Standsicherheit sonder
> wirklich rein um die Position der Kranspitze.

Diese kann aber doch auch 'nur' um den theoretischen Punkt 'trudeln'.
Dadurch dürfte sich die Last über Grund kaum ändern (je steiler der 
Kranarm, desto größer die Änderung des Abstand zum Kran).

Wenn sowohl die Auslegerlänge wie der Winkel bekannt sind, ist doch auch 
der 'Endpunkt' bekannt.

Ich verstehe noch nicht, was hier genau vermessen werden soll und wofür 
Das gebraucht wird.
Eine Gewichtsbegrenzung je nach Entfernung der Senkrechten der Last zum 
Kran kann's dann auch nicht werden, da hier der Wind an der Last, so 
denke ich, deutlich mehr Auswirkungen hat, als der Ausleger selber.

MfG

PS: Ich gehe davon aus, daß der Kran 'handelsüblich' ist, also eh alle 
Sicherheits-Bestimmungen erfüllt und diese Messung eine Art 
'nice-2-have' ist - oder zumindest die Sicherheit in keiner Weise 
beeinträchtigt

: Bearbeitet durch User
Autor: Aron Adelmann (aron91)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Patrick J. schrieb:
> Wenn sowohl die Auslegerlänge wie der Winkel bekannt sind, ist doch auch
> der 'Endpunkt' bekannt.

Das reicht eben nicht aus, da die Durchbiegung nicht bekannt ist. Die 
Durchbiegung aus einer bekannten Last lässt sich noch einigermaßen 
voraussagen, die aus Wind resultierende Biegung überhaupt nicht. Daher 
führt kein Weg an der Positionsbestimmung vorbei.

Es geht in diesem Test darum, die reale Belastung des Auslegers mit der 
im PC simulieren Belastung unter der gleichen Lastannahme zu 
vergleichen. Und dazu ist es unbedingt notwendig, die exakt gleiche 
geometrische Position des Auslegers in Realität und Simulation 
abzubilden.

Über weitere Vorschläge zur Entfernungsmessung im Freien freue ich mich!

Autor: Patrick J. (ho-bit-hun-ter)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi

Die Auslegerarm-Spitze 'beleuchten' und dieses Licht 'anpeilen'.
Nachführung der Sensoren (wobei Einer pro Achse reichen dürfte) und 
daraus die relativen Winkel erfassen.
Etwas Trigonometrie und der Punkt ist berechnet.

Schwierigkeit könnte hier die Auflösung der Nachführung sein, wobei hier 
ja durchaus Getriebemotoren (statt Modell-Servor, wegen der Auflösung) 
verwendet werden könnten.

Quasi eine 'Navigation per Baken'
http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=IR-bake_f...

MfG

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Aron A. schrieb:
> Es geht in diesem Test darum, die reale Belastung des Auslegers mit der
> im PC simulieren Belastung unter der gleichen Lastannahme zu
> vergleichen.

Dazu wäre eine hochgenaue Messung erforderlich. Vergiss Ultraschall, 
nimm 2 Laserentfernungsmesser.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.