Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Distanzsensor VL6180X - wie genau ist er?


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von Reiner M. (nokiland)


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Hallo und einen schönen Samstag wünschend,

Ich baue für meinen 445nm Diodenlaser eine kleine z-Achse. Jetzt möchte 
ich zusätzlich einen Entfernungssensor anbauen. Ich möchte einen Bereich 
von 5 bis max. 50mm abdecken.
Der VL6180X erscheint mir geeignet. Aber wie genau ist er? Kann ich die 
Entfernung nur in 1mm-Schritten ermitteln, oder auch 0.5 oder 0.2mm? Das 
Material, auf das der Laser trifft, ist entweder schwarzes Acrylglas 
oder Sperrholz.

Ich fand heute im Internet leider keine zuverlässigen Angaben dazu. 
Liegt aber auch daran, dass ich kein Englisch kann.

Wer von euch hat Erfahrungen mit dem VL6180X oder weiß etwas Genaueres 
über die "Auflösung"?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Reiner M. schrieb:
> oder weiß etwas Genaueres über die "Auflösung"?
Hast du mal das Datenblatt angeschaut? Und darin besonders die "Figure 
6. Typical ranging performance"

> Kann ich die Entfernung nur in 1mm-Schritten ermitteln, oder auch 0.5
> oder 0.2mm?
Wenn du dir die Abbildung dann angesehen hast, erkennst du die Antwort: 
keine der 3 Zahlen deiner Frage kann garantiert werden.

von Wolfgang (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Wenn du dir die Abbildung dann angesehen hast, erkennst du die Antwort:
> keine der 3 Zahlen deiner Frage kann garantiert werden.

Diese kommentarlos - sorry - hingerotzte Figure 6 sagt überhaupt nichts 
über die Auflösung. Die dort dargestellten Kurven sind einfach nur 
verrauscht.

Ob die Auflösung für die Messaufgabe reichen würde, hängt von der 
erforderlichen Zeitauflösung ab. Mittelung hilft gegen Rauschen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Wolfgang schrieb:
> Diese kommentarlos - sorry - hingerotzte Figure 6 sagt überhaupt nichts
> über die Auflösung.
Für mich zeigt diese Abbildung, dass die Antwort auf die Frage 
"Geeignet?" tendenziell "Nein!" lautet.
Und wenn ich weiterblättere und die Tabelle 18 sehe, dann bin ich mir 
vollends sicher, dass das der falsche Sensor für die Aufgabe ist.

Wolfgang schrieb:
> Mittelung hilft gegen Rauschen.
Nur, wenn das Rauschen normalverteilt ist.

: Bearbeitet durch Moderator
von Harald (Gast)


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VL6180, VL53L0X, VL53L1X oder auch der ganz Neue (Name gerade 
entfallen):
Falls man plant, diese Dinger zur Distanzmessing einzusetzen überrascht 
im ersten Moment die Genauigkeit, auf den zweiten Blick ist das aber 
alles nicht so richtig reproduzierbar und genau. Wenn es dagegen nicht 
auf den letzten Prozent Genauigkeit ankommt sind die schon sehr 
brauchbar!

von Wolfgang (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Für mich zeigt diese Abbildung, dass die Antwort auf die Frage
> "Geeignet?" tendenziell "Nein!" lautet.

Woher weißt du, welche Bandbreite (i.e. Messfrequenz) erforderlich ist. 
Bei normalverteiltem Rauschen sinkt das Rauschen ds Mittelwert mit der 
Wurzel aus der Anzahl der Messungen.

von Reiner M. (nokiland)


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Also ist das "Ding" nicht geeignet, um mir eine Entfernung von 0.5 mm zu 
bestätigen?
Aber könnte ich eine Entfernung von 1mm wenigstens sicher detektieren? 
Das würde mir schon genügen bei meinem Laser-Modul.

Und wenn der VL6180X unbrauchbar ist um Entfernungen von 0.5mm sicher zu 
detektieren - welche Möglichkeiten habe ich dann? Welche Sensoren kommen 
in Betracht?
Ich will ja nicht unbedingt 0.1mm auflösen. Aber "sichere" 1mm wären 
schon gut. Denn der Fokus dieser China-Laser optimiert sich im 
Millimeter-Bereich. 1 Millimeter entscheidet oft darüber, ob der 
Laserstrahl überhaupt in einen Durchgang  durch das Material kommt.

von Harald (Gast)


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Reiner M. schrieb:
> Also ist das "Ding" nicht geeignet, um mir eine Entfernung von 0.5
> mm zu bestätigen?

Wenn ich mich recht entsinne kann man aus dem internen Register eh nur 
in 1mm Steps auslesen.

> Aber könnte ich eine Entfernung von 1mm wenigstens sicher detektieren?

Meiner Meinung nach nein, zumindest nicht reproduzierbar. Ausgewiesene 
Hauptanwendung ist die Gestendetektion.

> Welche Sensoren kommen in Betracht?

Gute Frage, mit Auflösung im Submillimeterbereicb kenne ich nur 
spezielle Laser-Abstandssensoren (richtig teuer). Aber gerade bei 
schwarzem Acrylglas wird es speziell. Nehme mal einen handelsüblichen 
„Baumarkt-Laser“ und messe mehrmals gegen schwarze glänzende Flächen. 
Eine überraschende Erkenntnis, mehrere Millimeter Abweichung sind kein 
Problem. Nur wenige Fabrikate beherrschen diese Disziplin mit 1..2mm 
reproduzierbar.

Beitrag #6468167 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Wolfgang (Gast)


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Reiner M. schrieb:
> Aber könnte ich eine Entfernung von 1mm wenigstens sicher detektieren?

Nein, das Problem ist aber nicht die bislang diskutierte Auflösung, 
sondern die Genauigkeit und der Nahbereich bis 10mm. Soweit man das aus 
Fig. 6 herauslesen kann, ist der Sensor IMHO unterhalb von 10mm 
unbrauchbar, aber s.u.

Für eine Absolutbestimmung des Abstandes sind in der Tat die in Tab.18 
genannten Unsicherheiten durch Drift, wie sie für einen Time-of-Flight 
Sensor (ToF) nun mal typisch sind, das k.O.-Kriterium.

Für so kurze Entfernungen ist ein Triangulationssensor (IR 
Triangulation) eher geeignet. Fertigsensoren, wie z.B. FT 10-RLA o.ä. 
kommen auf Wiederholgenauigkeiten von deutlich besser als 0.1mm (Kosten: 
k.A.)
https://www.crautomation.com/imgsensoren/opto_FT_10_RLA.pdf
Die 10mm Mindestabstand lassen sich immer durch passende Montage 
erreichen, d.h. man braucht keinen Sensor der eine absolute Entfernung 
von 1mm sicher detektiert.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Wolfgang schrieb:
> Soweit man das aus Fig. 6 herauslesen kann, ist der Sensor IMHO
> unterhalb von 10mm unbrauchbar
Das wäre ja nicht so "schlimm", denn man müsste den Sensor dann einfach 
10mm weiter weg setzen.

> aber s.u.
Ganz meine Worte zu dem Bild und der Tabelle.

Wolfgang schrieb:
> Woher weißt du, welche Bandbreite (i.e. Messfrequenz) erforderlich ist.
Ich habe geraten anhand der Aussage, die
Reiner M. schrieb:
>>>> eine kleine z-Achse. Jetzt möchte ich zusätzlich einen
>>>> Entfernungssensor anbauen.
Es wird damit also eine Z-Achse positioniert und soll evtl. später sogar 
auf Position geregelt werden. Da kann man nicht über zig Sekunden hinweg 
Werte "ausmitteln".

Harald schrieb:
> Gute Frage, mit Auflösung im Submillimeterbereicb kenne ich nur
> spezielle Laser-Abstandssensoren (richtig teuer).
Diese Ultraschallsensoren könnten das für die schmalere Kasse und sind 
in allen Belangen besser als diese TOF-Dinger:
https://www.microsonic.de/de/abstandssensoren/zylindrisch/micplus/standardsensoren/standardsensoren/micplus25iutc.htm

: Bearbeitet durch Moderator
von Harald (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Diese Ultraschallsensoren könnten das für die schmalere Kasse und sind
> in allen Belangen besser als diese TOF-Dinger:

Die Produkte der Fa. Microsonic kenne ich recht gut aus der Anwendung. 
Microsonic ist schon absolute Spitze in Sachen Ultraschall-Anwendungen 
aber für die geforderte Genauigkeit sehe ich den mic25 nicht. In 
Einzelstückzahl kostet der auch schon einiges.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Harald schrieb:
> Die Produkte der Fa. Microsonic kenne ich recht gut aus der Anwendung.
Ich kenne nur die mit größerer Reichweite, die vermessen Brettbreiten im 
mm Bereich.
Aber auch da kommt es dann zu Abweichungen, wenn im Winter das Tor für 
den Stapler hochfährt und ein kurzer Schwall kalte Luft durch die Halle 
bläst.

Die (Laser)Triangulationssensoren versagen gern bei reflektierenden 
Oberflächen, die den Lichtstrahl einfach "wegspiegeln". Und auch bei 
richtig schwarzen Oberflächen haben sie so ihre Mühe, weil der 
Lichtpunkt einfach "verschluckt" wird.
Ich wäre auf das Ergebnis bei schwarzen, spiegelnden Oberflächen 
gespannt.... 😁

von Johannes S. (jojos)


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Lothar M. schrieb:
> Ich wäre auf das Ergebnis bei schwarzen, spiegelnden Oberflächen
> gespannt.... 😁

na und genau diesen idealen Verhältnisse hat der TO doch sofort genannt:

Reiner M. schrieb:
> auf das der Laser trifft, ist entweder schwarzes Acrylglas
> oder Sperrholz.

Aber auch bei einem guten Reflektor rauschen diese Sensoren zu viel für 
diese Aufgabe, die sind als Näherungssensor deklariert und nicht als 
Präzisons Wegmesser.

von Harald (Gast)


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Habe gestern auch nochmal etwas gegoogelt, Suchworte waren: „distance 
sensor sub millimeter“. In der Tat scheint es schwierig zu sein, viel 
Diskussion aber keine Lösungen. Gerade bei reflektierenden Oberflächen.

von Wolfgang (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Die (Laser)Triangulationssensoren versagen gern bei reflektierenden
> Oberflächen, die den Lichtstrahl einfach "wegspiegeln". Und auch bei
> richtig schwarzen Oberflächen haben sie so ihre Mühe, weil der
> Lichtpunkt einfach "verschluckt" wird.

Solchen Problemen kann man oft mit Hilfe einer aufgeklebte Folie aus dem 
Weg gehen. Dafür müsste man allerdings mehr über die Anwendung wissen.

von Reiner M. (nokiland)


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Lothar M. schrieb:
> Das wäre ja nicht so "schlimm", denn man müsste den Sensor dann einfach
> 10mm weiter weg setzen.

Prima, danke Lothar! Direkt am Laserkopf unten kann ich ihn eh nicht 
montieren, ich muss es "irgendwo" auf dem Schlitten positionieren - und 
der .... ist ja eh "meilenweit". Mir ist im Grunde Wurst, in welcher 
Höhe der Sensor angebracht ist, kann der Arduino ja heraus rechnen.
Bleibt die Frage, in WELCHEM Distanzbereich arbeitet der Sensor am 
zuverlässigsten?

Lothar M. schrieb:
> Es wird damit also eine Z-Achse positioniert und soll evtl. später sogar
> auf Position geregelt werden. Da kann man nicht über zig Sekunden hinweg
> Werte "ausmitteln".

@Lothar M., ich habe ja keine Ahnung, aber "zig Sekunden" ist doch 
zugespitzt?

-----------

: Bearbeitet durch User
von Johannes S. (jojos)


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Die Z-Achse wird doch durch einen Schrittmotor verfahren und ein Taster 
für die Referenzposition ist auch vorhanden. Der SM mit Ansteuerung muss 
natürlich so dimensioniert sein das keine Schrittverluste auftreten, 
damit ist eine zusätzliche absolute Messung doch ziemlich überflüssig.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Reiner M. schrieb:
> ich habe ja keine Ahnung, aber "zig Sekunden" ist doch zugespitzt?
Wenn ich eine Wandlungszeit von min. 10ms (Bild 20 + Tabelle 11) und 
eine Mittelwertbildung über 100 Messwerte machen muss, um max. 2mm 
Abweichung zu bekommen (Tabelle 18), bin ich im Bereich von Sekunden, 
wenn ich mit Mittelwertbildung(**) noch genauer werden will.

Wie schnell fährt denn deine Achse?

(**) und die funktioniert eben nur bei gaußverteiltem Rauschen. Das muss 
hier nicht unbedingt der Fall sein.

Reiner M. schrieb:
> in WELCHEM Distanzbereich arbeitet der Sensor am zuverlässigsten?
Sieh dir im Datenblatt das Kapitel 3 an: in keinem Distanzbereich 
arbeitet er so gut, wie du es willst oder gar brauchst.
Man "kann" jetzt natürlich herummurksen, es ausprobieren und sich das 
Ding irgendwie schönsaufen, aber man "muss" dann auch mit den 
Konsequenzen leben.

von Maxe (Gast)


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Vielleicht kann der TE ja die Reflektion nutzen und sich selbst was 
basteln. So wie ich es verstehe, benötigt er ja nur genau einen Abstand.

Eine LED im Winkel anordnen und per Kanal ausrichten. In 
Reflektionsrichtung einen Empfänger, der ebenfalls kanalisiert ist. Nur 
wenn der Abstand stimmt, wird die volle Amplitude empfangen. Mit einer 
zweiten solchen Anordnung liese sich noch ein gewisser Linearbereich und 
eine Richtungserkennung erreichen.
Sender   Empfänger
   U         U
    \       /
     \     /
      \   /
       \ /
------------------- Oberfläche

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Maxe schrieb:
> Eine LED im Winkel anordnen und per Kanal ausrichten. In
> Reflektionsrichtung einen Empfänger, der ebenfalls kanalisiert ist.
Also die klassische bereits erwähnte Triangulation.

> Nur wenn der Abstand stimmt, wird die volle Amplitude empfangen.
Blöd an so einer "Maximumssuche" ist, dass man zur sicheren Bestimmung 
des Maximums auf jeden Fall "übers Ziel hinaus" fahren muss. Das kann 
man natürlich mit einem "voreilenden" zweiten Empfänger abfangen, aber 
zudem  fallen einem da recht schnell noch ein paar unschöne Effekte wie 
Störlicht (Sonnenlicht oder gepulst aus LED-Lampen oder 
Leuchtstoffröhren) oder andere unangenehme Störeinflüsse (Oberfäche, 
Staub, usw) ein.

> der ebenfalls kanalisiert ist.
Ja, die Optik für sowas sollte nicht unterschätzt werden. Im Besonderen 
für die geforderte Genauigkeit.

> Vielleicht kann der TE ja die Reflektion nutzen und sich selbst was
> basteln.
Der Ansatz krankt genau an dem, woran sich so viele so arg verschätzen: 
nur, weil es etwas schon gibt, das nicht mal arg kompliziert aussieht 
und nicht mal allzuviel kostet, muss der Weg dahin nicht unbedingt 
einfach gewesen sein. Er könnte sogar viele Ingenieursmannjahre gekostet 
haben.

: Bearbeitet durch Moderator
von Wolfgang (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Maxe schrieb:
>> Eine LED im Winkel anordnen und per Kanal ausrichten. In
>> Reflektionsrichtung einen Empfänger, der ebenfalls kanalisiert ist.
> Also die klassische bereits erwähnte Triangulation.

Die Triangulation nutzt normalerweise nur den Versatz der optischen 
Achsen von Laser und Detektor, nicht aber den reflektierten Strahl.
Bei der in der Skizze gezeigte Anordnung geht auch die Neigung der 
Oberfläche ein.

von Reiner M. (nokiland)


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Johannes S. schrieb:
> damit ist eine zusätzliche absolute Messung doch ziemlich überflüssig.

Grundsätzlich richtig. Hatte aber die Idee, auch schon beim 
unterschieben des Material - je nach Dicke - den Laserkopf in Z-Richtung 
zu positionieren.

Lothar M. schrieb:
> Man "kann" jetzt natürlich herummurksen, es ausprobieren und sich das
> Ding irgendwie schönsaufen, aber man "muss" dann auch mit den
> Konsequenzen leben.

Danke, ich vertraue da lieber denen, die Ahnung von der Materie haben, 
lach. Also ist der VL6180 für mich erstmal gestorben.....

Wie schaut es bei den Sharp Sensoren aus?

Maxe schrieb:
> Vielleicht kann der TE ja die Reflektion nutzen und sich selbst was
> basteln. So wie ich es verstehe, benötigt er ja nur genau einen Abstand.

Ich habe noch eine nagelneue Reflexionslichtschranke MRL601 in meiner 
Wühlkiste liegen. Wäre sie zu gebrauchen?
https://www.voelkner.de/products/28630/Reflex-Reflexions-Lichtschranke-MRL-601-MRL-601-1St..html

Leider bin ich kein brauchbarer Elektroniker und fing erst vor kurzem an 
mich mit dem Thema Arduino zu befassen. KÖNNTE ich die MRL601 ohne 
weiteres an ein Arduino anschließen und in Betrieb nehmen?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Wolfgang schrieb:
> Die Triangulation nutzt normalerweise nur den Versatz der optischen
> Achsen von Laser und Detektor, nicht aber den reflektierten Strahl.
Ist im Grunde egal, wie man das Dreieck zwischen Sender, Empfänger und 
Messobjekt(Lichtpunkt) aufspannt.

> Bei der in der Skizze gezeigte Anordnung geht auch die Neigung der
> Oberfläche ein.
Nicht, wenn die Oberfläche in alle Richtungen streuend reflektiert.
Und wenn sie spiegelt, dann versagt die Triangulation sowieso. Auch 
mit teuren Lasertastköpfen. Denn dann wird der Lichtpunkt einfach 
"weggespiegelt" und kommt nie zum Empfänger zurück. Der meint dann 
lapidar: kein Objekt im Messbereich.

Aber generell denke ich schon, dass hier ein Lasertriangulationssensor 
am ehesten zum Ziel führen könnte:
https://www.micro-epsilon.de/service/glossar/Laser-Triangulation.html
Könnte allerdings den Kostenrahmen sprengen:
https://www.baumer.com/de/de/messgenauigkeiten-im-submikrometerbereich---om70-high-performance-laserdistanzsensoren/n/OM70-Laser-distance-sensors
https://www.bannerengineering.com/de/de/products/part.91681.html
Nur, um mal eine Ahnung zu bekommen, wo das Ganze hingehen soll.

Reiner M. schrieb:
> Wie schaut es bei den Sharp Sensoren aus?
Wenn du die meinst, die ich meine, dann sind die optimal zur Erkennung 
von Händen am Waschbecken und funktionieren dort auch oft ziemlich gut.

> KÖNNTE ich die MRL601 ohne weiteres an ein Arduino anschließen und in
> Betrieb nehmen?
KÖNNTEST du schon. Aber ich wiederhole mich: sieh dir das Datenblatt an. 
Dort ist ein Bild mit der Kennlinie. Die Bereiche 1 und 2 sind für die 
Abstandsmessung unbrauchbar (einfach mal drüber nachdenken, welche 
Position du z.B. bei 60% vom relativen Fotostrom hast). Und der Bereich 
3 ist nur geeignet für "großflächige gute Reflektoren".
Sprich: bei schwarzen, spiegelnden Oberflächen hast du maximales Pech...

: Bearbeitet durch Moderator
von Maxe (Gast)


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Reiner M. schrieb:
> Maxe schrieb:
>> Vielleicht kann der TE ja die Reflektion nutzen und sich selbst was
>> basteln. So wie ich es verstehe, benötigt er ja nur genau einen Abstand.
> Ich habe noch eine nagelneue Reflexionslichtschranke MRL601 in meiner
> Wühlkiste liegen. Wäre sie zu gebrauchen?
Ich hab sowas ja auch nochnicht gemacht, war nur eine Überlegung. Eine 
Reflexlichtschranke hiielte ich aber für untauglich. Empfänger und 
Sender daraus auszuschlachten wäre wohl unsinn.

Lothar M. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Bei der in der Skizze gezeigte Anordnung geht auch die Neigung der
>> Oberfläche ein.
> Nicht, wenn die Oberfläche in alle Richtungen streuend reflektiert.
> Und wenn sie spiegelt, dann versagt die Triangulation sowieso.
Ich hab das schon so gemeint, dass man die Spiegelung nutzt und nicht 
trianguliert. D.h. der Oberflächenwinkel hätte durchaus einen Einfluss. 
In der Anwendung mit Plattenmaterial, dürfte das aber nicht die große 
Rolle spielen.

Bei Nutzung der Spiegelung sind auch eher Flache Winkel nötig, um auf 
eine gute "Schärfe", d.h. Genauigkeit zu kommen. Rein von der Überlegung 
her :-)

von Reiner M. (nokiland)


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Habe mir den VL6180 zum testen gekauft. für Entfernungsmessungen scheint 
das wirklich nichts zu sein.

Hier mal ein paar Messewerte.
ANMERKUNG: Der Sensor BEWEGT SICH NICHT.


Bei 12mm
17:12:36.065 -> Range: 30
17:12:36.201 -> Range: 31
17:12:36.336 -> Range: 30
17:12:36.438 -> Range: 30
17:12:36.574 -> Range: 29
17:12:36.709 -> Range: 31
17:12:36.811 -> Range: 28
17:12:36.947 -> Range: 29
Range 28 bis 31
Differenz zur realen Entfernung: 16 - 19 mm


bei 24mm
17:00:17.066 -> Range: 30
17:00:17.169 -> Range: 29
17:00:17.304 -> Range: 29
17:00:17.440 -> Range: 29
17:00:17.542 -> Range: 29
17:00:17.678 -> Range: 30
17:00:17.814 -> Range: 32
17:00:17.916 -> Range: 31
Range 29 bis 32
Differenz zur realen Entfernung: 5 - 8 mm


Bei 60mm:
17:07:30.042 -> Range: 75
17:07:30.144 -> Range: 76
17:07:30.280 -> Range: 76
17:07:30.414 -> Range: 76
17:07:30.516 -> Range: 77
17:07:30.652 -> Range: 75
17:07:30.788 -> Range: 78
17:07:30.890 -> Range: 75
Range 75 bis 78
Differenz zur realen Entfernung: 15 - 18 mm

Bei 120mm:
17:04:47.066 -> Range: 131
17:04:47.203 -> Range: 133
17:04:47.339 -> Range: 134
17:04:47.441 -> Range: 133
17:04:47.577 -> Range: 132
17:04:47.713 -> Range: 133
17:04:47.815 -> Range: 133
17:04:47.951 -> Range: 132
Range 132 bis 134
Differenz zur realen Entfernung: 12 - 14 mm

Man könnte einen Mittelwert errechnen und den Wert um irgendeinen Faktor 
"bereinigen, aber  ... naja ....

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