Abstandsmessung "Pins" in Matrixanordnung

[Christian B. (bastlerbire)]

Hallo zusammen,

ich habe eine allgemeine Frage zu folgender Applikation (bitte beachtet 
beiliegendes Bild mit der schematischen Darstellung): In einer 
Grundplatte sind in einer Matrix mit minimalem Abstand verschiebliche 
-federrückgestellte- Pins verbaut. Eine Gegenplatte soll als "Messebene" 
dienen. Das Ganze ist später noch in einem Gehäuse drin. Der Aufbau soll 
wie diese Nadelbretter, bzw. Pin Art-Bilder eine gewisse Oberfläche 
"abformen". Nun suche ich nach einer Methode, wie man am Besten die 
Abstände der einzelnen Pins erfassen kann.

Die einfachste, warscheinlich aber auch teuerste ist einfach in 
minimalem Abstand Abstandssensoren (induktiv, tastend, resisitiv, 
optisch?...) zu verbauen. Das ist aber wie gesagt, sehr teuer und geht 
auch aufgrund der Anforderungen an die Pindurchmesser (ideal <1mm) 
vermutlich nicht.

Jetzt kam die Idee auf, das Ganze als "Funktionsintegrierte" Einheit 
auszulegen, z.B. die obere Platte als Messebene zu nutzen und hier den 
Abstand zu erfassen. Nun bin ich auf der Suche nach einem geeigneten 
Messprinzip mit dem ich das umsetzen kann.

Leider bin ich nicht so tief in der Elektronik drin, wenn mir jedoch der 
Eine oder Andere einen ersten Denkanstoß geben könnte, werde ich das 
denke ich hoffentlich hinbekommen.

Um gleich einmal einen ersten Impuls für die Diskussion zu liefern, wäre 
es denkbar, dass man das kapazitive Messprinzip verwendet? Das wäre das 
erste, was mir einfällt, da der mechanische Aufbau doch an einen 
Kondensator erinnert? Wenn ja, wären dann die einzelnen Pins einfach 
meine Messelektroden? Oder wäre das zu einfach?

Es wäre super, wenn Ihr mir wie gesagt ein paar Denkanstöße hättet, dann 
kann ich mir die Details selbst anschauen, bzw. aneignen. Vielleicht 
kennt Ihr auch ähnliche/verwandte Anwednungen, die ich mir anschauen und 
evtl. adaptieren könnte.

Wenn Ihr Rückfragen habt, meldet Euch einfach.

Vielen Dank schon einmal für Eure Zeit und Eure Mühen.

Grüsse

Christian

[Denis (Gast)]

würde die Gegenplatte sensitiv so auslegen das jeder pin detektiert 
werden kann, zb. Kontakterkennung, dann nur noch die Gegenplatte 
definiert verfahren und pin/kontakt/weg auswerten ...

[Christian B. (bastlerbire)]

Hallo Denis,

vielen Dank für Deine schnelle Antwort, wozu ich gleich noch eine 
Nachfrage habe: Was meinst Du mit Kontakt? So etwa:

1. Schritt: Kontakt Pin (mit Gegenplatte) detektieren
2. Dann diesen Zustand "einfrieren"
3. Den Abstand messen?

Bisher war die Idee, dass die Gegenplatte fix ist und sich die (in der 
Abbildung rot markierten) Abstände zwischen Gegenplatte "oberen Pinende" 
ändern. Diese hätte ich gemessen. Verstehst Du, was ich meine?

Wie würdest Du dann den Weg erfassen? Irgendein Messprinzip benötige ich 
ja.

Vielen Dank Dir und Grüße

Christian

[Max G. (l0wside)]

Aus dem Bauch heraus zwei Varianten:
* Kapazitiv. Über jeden Pin oben eine Hülse drüberschieben und die 
Kapazität zwischen Pin und Hülse messen. Nachteil: du musst den Pin 
kontaktieren. Vorteil: Kapazitätsmessung ist beliebig billig und genau.
* Induktiv. LDC1614 und Co können sehr fein messen (Auflösung im 
µm-Bereich). Um nicht endlos viele der teuren Bausteine verbauen zu 
müssen, kannst du die Messspulen sozusagen als Matrix anordnen, immer 
nur eine Spule über Analogschalter aktivieren und dann einen Scan über 
die Matrix machen.

[Christian B. (bastlerbire)]

Hallo Max,

freut mich von Dir zu hören. Ich hatte schon gar nicht mehr mit einer 
Reaktion gerechnet. Vielen Dank!

Ich habe auch gleich noch Rückfragen zum kapazitiven Ansatz:

1. Hardware:
Wie muss ich das mit der Hülse verstehen? Eine feststehende Hülse, in 
die der Pin ja nach abgeformter Geometrie "eintaucht", so wie in der 
Skizze? Ich baue dann quasi einen Kondensator, oder? Wo kann ich dann 
die Kapazität messen, bzw. was entspricht meinem Abstand zwischen den 
Kondensatorplatten? Auch so wie inder Skizze, oder habe ich das falsch 
verstanden?

2. Software:
Geht das unter https://www.arduino.cc/en/Tutorial/CapacitanceMeter in 
die richtige Richtung?

Wäre super, wenn Du noch einmal Zeit für mich hättest. Bitte 
entschuldige meine vielleicht blöden Fragen, aber ich bin Maschinenbauer 
und habe es eher mit Mechanik...

Vielen Dank Dir noch einmal

Grüße

Christian

[georg (Gast)]

Christian B. schrieb:
> eine gewisse Oberfläche
> "abformen". Nun suche ich nach einer Methode, wie man am Besten die
> Abstände der einzelnen Pins erfassen kann.

Meiner Meinung nach sind alle parallelen Varianten unmöglich und wenn 
doch unbezahlbar. Ich würde die Oberfläche seriell abtasten, dann 
brauchst du einen Messarm, der in 3 Dimensionen verfahrbar ist, und 
selbst das Nagelbrett ist überflüssig. Natürlich dauert das etwas 
länger.

Nebenbei bemerkt gibt es sowas als Rasterelektronenmikroskop mit 
nm-Auflösung.

Georg

[Wolfgang (Gast)]

Christian B. schrieb:
> ich habe eine allgemeine Frage zu folgender Applikation (bitte beachtet
> beiliegendes Bild mit der schematischen Darstellung): In einer
> Grundplatte sind in einer Matrix mit minimalem Abstand verschiebliche
> -federrückgestellte- Pins verbaut. Eine Gegenplatte soll als "Messebene"
> dienen. Das Ganze ist später noch in einem Gehäuse drin. Der Aufbau soll
> wie diese Nadelbretter, bzw. Pin Art-Bilder eine gewisse Oberfläche
> "abformen". Nun suche ich nach einer Methode, wie man am Besten die
> Abstände der einzelnen Pins erfassen kann.

Vielleicht erzählst du erst einmal unabhängig von deinem Lösungsansatz, 
worum es eigentlich geht. Geht es einzig um das Vermessen der 
Messebene oder haben die Pins auch noch andere Funktionen? Welche Orts- 
und Tiefenauflösung brauchst du, wie groß sind die Dimensionen 
(Abmessung der Messebene, maximaler Unterschied der Δx?

[Max G. (l0wside)]

Hallo Christian,

deine Prinzpiskizze passt schon ganz gut. In welchem Umfang kannst denn 
Einfluss auf deine Pins nehmen?
Wenn du es schaffst, dass
- die beweglichen Teile irgendwie kontaktiert werden können (Federpin?)
- der Abstand zwischen beweglichem Teil und den Hülsen konstant ist

und du metallische Hülsen verwendest, sollte eine kapazitive Messung 
eigentlich kein grundlegendes Problem sein. Der Arduino-Link geht da 
schon in die richtige Richtung. Das größere Problem wird werden, die 
vielen Pins a) zu fertigen b) zu vermessen - schon eine Matrix mit 20x20 
Pins hat 400 Pins, d.h. du musst dir etwas überlegen.

Stelle dir das Ding als Matrix vor. Wenn du nun alle Hülsen einer Reihe 
verbindest und alle Stifte einer Zeile verbindest, kannst du in obigem 
Beispiel mit 40 Pins auskommen. Zwischen allen Paaren musst du dann die 
Kapazität messen. In der Theorie kein Problem, praktisch bleibt zu 
sehen, wie viel parasitäre Kapazitäten dir Probleme machen.


Wolfgangs Frage ist trotzdem berechtigt - was gibt das, wenn es fertig 
ist? Und wie genau muss es sein?

[Michael B. (laberkopp)]

Christian B. schrieb:
> Die einfachste, warscheinlich aber auch teuerste ist einfach in
> minimalem Abstand Abstandssensoren (induktiv, tastend, resisitiv,
> optisch?...) zu verbauen.

Am einfachsten für viele Messpunkte sind Sensoren die viele Messpunkte 
auf ein Mal erfassen: Kameras. Es wird einfach die Position der 
Rückseite der Pins über eine Kamera erfasst, alle gleichzeitig, in dem 
die Kamera schräg guckt (45 Grad) und die Lage der Pins im Bild 
ermittelt wird. Kameraauflösung durch Optik der Messauflösung 
entsprechend. Und wenn dann noch die Oberfläche der Gegenplatte ok ist, 
kann man die ganzen Messpins gleich weglassen, und die Oberfläche direkt 
erfassen. Entweder per draufgeworfenem Laserpattern, oder wenn die 
Abmessungen entsprechend gross sind per TOF Kamera.

[Christian B. (bastlerbire)]

Guten Morgen zusammen,

zunächst einmal Danke an alle, die hier mit diskutieren! Nachdem einige 
Nachfragen gekommen sind, möchte ich versuchen, die Applikation noch 
einmal näher zu beschreiben. Bitte schaut Euch dazu einmal folgenden 
Link an:

https://www.matrix-innovations.com/de/Produktwelt/MINI-CLAMP/

Prinzipiell suche ich hierfür eine Lösung: Die Pins sollen eine 
Oberfläche (zunächst einmal 2D, z.B. eine Platte mit Bohrungen, oder 
auch komplexere Sachen, wie in dem Bild) abformen können und diese quasi 
"digitalisieren". Das geht sicherlich mit optischer Messtechnik - da 
gibt es ja schon Lösungen, auch im Inline-Verfahren. Wir suchen aber 
eine kostengünstige Lösung, bei gleichzeitig kleinem Bauraum. Das ganze 
soll vorwiegend für Reparaturen eingesetzt werden, z.B. um nicht 
aufwändig eingebaute Teile vermessen zu müssen, sondern um folgendes zu 
können:
1. "Gerät" draufdrücken, 2. Werte der Pin-Matrix messen 3. Speichern 4. 
Geometrie ableiten. Das Ganze hat natürlich, wie Ihr auch schon 
geschrieben habt, eine Grenze (minimaler Pin-Durchmesser).

Ich hoffe, es wird jetzt klarer. Der kapazitive Ansatz gefällt mir gut, 
meint Ihr, das könnte -vor dem Hitergrund der jetzt gegebenen weiteren 
Infos- zielführend sein?

Ich freue mich auch Eure Rückmeldungen

Grüße

Christian

[Max G. (l0wside)]

So langsam wird es klarer, was du vorhast.

Wenn du kein optisches Verfahren anwenden willst, sollte die kapazitive 
Messung der beste Ansatz sein. Wie groß die gegenseitige Beeinflussung 
beim Auslesen in einer Matrix ist, lässt sich vermutlich nur durch einen 
Versuch herausfinden. Wäre doch eine schöne Diplom^HBachelorarbeit :)