Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Defekter Claas Laser Sensor für Mähdrescher


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von P. S. (sandl)



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Hi zusammen,

ein Bekannter hat mich gebeten mal einen Blick auf seinen defekten Claas 
Laser Sensor zu werfen - er hat ihn schon mal zur Reparatur 
eingeschickt, wurde aber abgelehnt mit der Begründung der Schaden sei 
irreparabel. Nun, ich hab ihn mal geöffnet und dank der Korrosion innen 
kann ich das jetzt auch nachvollziehen :'-)

Hab gedacht ich stell die Bilder vom Innenleben aber trotzdem mal hier 
rein - einerseits, weil da doch viel interessante Technik drinsteckt, 
und andererseits weil vielleicht doch noch jemand eine Idee bekommt was 
man da mal testen könnte.

Hersteller der PCB ist laut Aufdruck Leuze electronic aus dem 
Stuttgarter Umfeld.

Danke und Grüße
Philipp

von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


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Sieht doch gut aus. Die elektronik it unauffällig, sieht vercoated aus, 
da ist nichts korrodiert. Die Fresnel-Linse sieht beschlagen aus, 
vielleicht mal reinigen...

von Lu (oszi45)


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Putzen könnte schon die Justierung beeinflussen. Wie sagte schon Erich 
Kästner: Das Meiste geht beim Putzen kaputt, nicht beim Gebrauch".
Von der Statistik her könnte natürlich auch der Laser sein Alter 
erreicht haben? Kann man zum z.B. mit dem Fotoapparat den Strahl sehen?
Mal Hersteller angerufen? https://www.leuze.com/de-de

von Gerald B. (gerald_b)


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Wenn der Laser durch Verschmutzung seine Strahlung nicht los wird, 
sondern diese durch Reflexion wieder zurückkommt, kann der Laser auch 
überhitzen und sich selbst zerstören.

von Gernot E. (noti)


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Relativ zu den Schrauben schaut der PCB fantastisch aus, einzig im Bild 
142313 ist eine Leiterbahn seltsam - kann aber auch die Perspektive 
sein.
Nachdem aber die gesamte Mechanik wild korrodiert ist, wäre mein heißer 
Tipp die Steckverbinder. Hast du diese schon angeschaut?

von Reiner S. (mooncake)


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Der schwarze Tantal auf 20240606_142105.jpg hat doch einen crack, oder?

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


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Reiner S. schrieb:
> Der Tantal auf 20240606_142105.jpg hat doch einen crack, oder?

Heißkleberfaden.

von Flip B. (frickelfreak)


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Im bereich der Schaltregler sind einige vias korrodiert, der rest schaut 
gut aus. Reinigen, vias reparieren und das ding läuft wieder.

von H. H. (hhinz)


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Flip B. schrieb:
> Im bereich der Schaltregler sind einige vias korrodiert, der rest
> schaut
> gut aus. Reinigen, vias reparieren und das ding läuft wieder.

Sieht nach 6-lagig aus, aber man kanns natürlich mal versuchen.

von Carypt C. (carypt)


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Mein Mp3-player, auf dem Kopfhörer spritzwassergeschützt getragen, hat 
letztens bei starker Umgebungsfeuchtigkeit gesponnen, ich habe dann die 
Flußmittelreste zwischen den Kontakten rausgekratzt. Da geht er wieder.

Mit Feuchtigkeit kann man auch bei totalverkapselten Gehäusen Probleme 
haben, weil bei Temperaturänderung das Vakuum Flüssigkeit einzieht.

ich vermute der Laser ist für die Scheidwerkhöhenerkennung und hat eine 
Licht-laufzeitmessung.

von Gerald B. (gerald_b)


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Carypt C. schrieb:
> ich vermute der Laser ist für die Scheidwerkhöhenerkennung und hat eine
> Licht-laufzeitmessung.

Das halte ich für (zu) sportlich. Da wäre man im ps Bereich. Ich habe in 
den 80ern mit dem Laserentfernungsmessgerät vom "Russen-Leo" zu tun 
gehabt, da wurde ebenfalls die Laufzeit eines Laserblitzes gemessen - 
kleineste Auflösung 10 Meter (zwischen 700 und 4000m), dort wurde mit 
Standard-TTL Zählern gezählt. Das sind hier eher nicht die 
Größenordnungen ;-)
Ich vermute eher, das nicht die Laufzeit, sondern Original- und 
reflektierter Strahl übereinandergelegt und durch ein Beugungsgitter 
geschickt werden. je nachdem, wie sich die Phasenlage beider Strahlen 
zueinander ändert, kanns du Entfernungen bis im nm Bereich messen. Du 
brauchst bei Änderungen dann nur noch mitzählen, wie oft sich die 
Phasenlage ändert.

von Carypt C. (carypt)


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ok, Danke

von Michael B. (laberkopp)


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Gerald B. schrieb:
> Ich vermute eher, das nicht die Laufzeit, sondern Original- und
> reflektierter Strahl übereinandergelegt und durch ein Beugungsgitter
> geschickt werden

Blöderweise fehlt dafür die Optik.

Es sind deutlich 2 getrennte optische Wege.

Scheinbar können die Linsen motorisch verschoben werden.

Und auf der Rückseite noch ein Kalibrierkreuz.

Aber über den Einsatzzweck wurde ja auch nichts gesagt.

: Bearbeitet durch User
von Dieter S. (ds1)


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Zur Anwendung dieses Systems: das ist ein CLAAS Laser Pilot, es geht um 
die Erkennung der Schnittkante und entsprechende Lenkkorrektur.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Gerald B. schrieb:
> Ich vermute eher, das nicht die Laufzeit, sondern Original- und
> reflektierter Strahl übereinandergelegt und durch ein Beugungsgitter
> geschickt werden.

Jetzt machste mich neugierig:
Ich habe einen 13€-Laserentfernungsmesser von Lidl.
Da drin ist ein rotes Standard-Lasermodul (so ein Messingröhrchen) und 
eine andere Optik.
Der Laser ist wichtig für die Messung, nicht nur ein Zeiger: wenn ich 
ihn mit einem Stück Pappe abdecke, wird nichts mehr gemessen.
Außerdem flackert er mit geschätzt einigen zig Hertz.
Es besteht keine optische Kopplung zwischen Laser und dem anderen Dings.
Wie funktioniert die Messung??? Das muss doch Laufzeit sein, gemessen 
vom Einschaltsignal bis zum "ich seh was". Die Startverzögerung (sofern 
so ein Diodenlaser eine hat) kann man vmtl. im Werk rauskalibrieren.

Michael B. schrieb:
> Und auf der Rückseite noch ein Kalibrierkreuz.

Sicher, dass das nicht ein LED-Display ist für den Fahrer, damit er 
sieht wie gut er in der Spur ist?

von Vanye R. (vanye_rijan)


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> Wie funktioniert die Messung??? Das muss doch Laufzeit sein, gemessen
> vom Einschaltsignal bis zum "ich seh was". Die Startverzögerung (sofern
> so ein Diodenlaser eine hat) kann man vmtl. im Werk rauskalibrieren.

Ich hab zwar auch so meine Zweifel ob man das schon bei Lidl
erwarten kann, aber es gibt ja noch FMCW:

https://www.all-electronics.de/automotive-transportation/warum-fmcw-lidar-besser-ist-als-tof-lidar-nicht-nur-bei-automatisiertes-fahren-103.html

Vanye

von Jens M. (schuchkleisser)


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Der Chirp sweept dann die Blinkfrequenz?
Kann ich mir nicht vorstellen, wenn ich das flackern sehen kann können 
das nur wenige zig oder vielleicht hundert Hertz sein.
Oder wird die Farbe geändert? Bei Radar-FMCW wird ja die HF selbst 
gesweept, oder?

So wie ich das verstehe nutzt man dann den Effekt, das der Empfänger 
einen "alten Ton" hört und weiß wie lange es her ist das er den 
ausgesendet hat, was ja zur Entfernung proportional ist.
Geht das mit <1cm Auflösung auf max. 20m Reichweite, wenn der Sweep 
sagen wir mal um 100Hz blinkt?
In Laser/Licht/Elektronikzeiträumen würde ich sagen nee, das ist eine 
Folge aus An/Aus, und damit letztendlich wieder Flugzeitmessung.

Sollte der Träger (also die Lichtfarbe) moduliert werden: es gibt keine 
Rückkopplung zwischen Laser und Restelektronik oder -optik.
Wie geht das dann?

von Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)


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> ein Bekannter hat mich gebeten mal einen Blick auf seinen defekten Claas
> Laser Sensor zu werfen -
>
> Hab gedacht ich stell die Bilder vom Innenleben aber trotzdem mal hier
> rein - einerseits, weil da doch viel interessante Technik drinsteckt,
> und andererseits weil vielleicht doch noch jemand eine Idee bekommt was
> man da mal testen könnte.

Dazu bräuchte man eine informativere Fehlermeldung als "ist defekt".

Da ist ein älterer FPGA (Xilinx-FPGA) und in der Nähe unbestückte Pads 
auf den eventuell ein Programmier-Interface (JTAG) drauf passt.

Daneben schein ein 60MSPS 8 bit AD-Wandler 
(https://www.analog.com/en/products/ad9057.html) zu hocken.

: Bearbeitet durch User
von Rainer W. (rawi)


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Carypt C. schrieb:
> Mit Feuchtigkeit kann man auch bei totalverkapselten Gehäusen Probleme
> haben, weil bei Temperaturänderung das Vakuum Flüssigkeit einzieht.

Vakuum zieht bei Temperaturänderung nicht mehr Flüssigkeit als ohne.

: Bearbeitet durch User
von Jens M. (schuchkleisser)


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Rainer W. schrieb:
> Vakuum ändert sein Volumen bei Temperaturänderung nicht.

Lies "der bei Abkühlung entstehende Unterdruck im bei Normaldruck und 
-temperatur in der Fabrik versiegelten Gehäuse"...

von Dieter S. (ds1)


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Jens M. schrieb:
>
> Es besteht keine optische Kopplung zwischen Laser und dem anderen Dings.

Das ist für die Messung der Phasenlage (falls es das Messprinzip des 
Geräts sein sollte) auch nicht nötig, siehe z.B. hier:

https://github.com/iliasam/Laser_tape_reverse_engineering/wiki

https://github.com/iliasam/Laser_tape_reverse_engineering

Der Link zum ursprünglichen Artikel (im Zweifelsfall übersetzen lassen):

https://habr.com/post/327642/

von F. M. (foxmulder)


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https://www.youtube.com/watch?v=KcwLtD58VWs

Bei 2:45 sieht man, der Scanner bewegt die beiden Optiken mechanisch hin 
und her.

Bei 20240606_141936.jpg sieht man auch ein Kugellager und eine 
Exzentrische Bohrung, dh. die Bewegung wird mit einer Exzenterscheibe 
realisiert.

https://www.youtube.com/watch?v=P39tt04oQnQ

0:20 "aus der geringen Zeitdifferenz..."

Also wird doch die Laufzeit gemessen.

von Stephan R. (Firma: FHK) (nautosteer)


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von Dieter S. (ds1)


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Zum Messprinzip des CLAAS Laser Pilot (eingeführt 1998): In den Bildern 
kann man einen AD9057 erkennen, vermutlich mit 60 MSPS (das ist schwer 
zu erkennen, der 60 MHz Oszillator würde dafür sprechen), der ADC ist an 
einen Xilinx FPGA angebunden. Die ICs in 20240606_142313.jpg könnten 
eventuell AD8051/AD8052 OpAmps sein, aber das ist noch schwieriger zu 
erkennen.

Das würde wohl eher für eine Messung der Phasenlage sprechen als für 
eine Messung der Signallaufzeit.

Leider ist die Beschriftung des Mikrocontroller nicht zu erkennen.

von Rolf M. (rmagnus)


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Carypt C. schrieb:
> Mit Feuchtigkeit kann man auch bei totalverkapselten Gehäusen Probleme
> haben, weil bei Temperaturänderung das Vakuum Flüssigkeit einzieht.

Alleine der Kapillareffekt sorgt schon dafür, dass durch jeden auch noch 
so kleinen Spalt das Wasser reingezogen wird.

von Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)


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Dieter S. schrieb:
> Zum Messprinzip des CLAAS Laser Pilot (eingeführt 1998):

> der ADC ist an
> einen Xilinx FPGA angebunden.


Wahrscheinlich nicht nur der ADC.
Der FPGA scheint wohl ein Spartan "ohne Nummer" zu sein, die 
Beschriftung ist nicht gut erkennbar aber das Einführungsjahr 1998 
spricht gegen Spartan 2 oder neueres. Damit wären es sehr wenig interne 
RAM-bits, je nach Tyb 3k2 bit bis 25kbit, man müsste sich mal das PCB 
genauer anschauen ob evtl. externe SRAM vorhanden ist. 60 MHz sind für 
diesen FPGA kein Problem, interne PLL o.ä. gibt es in dieser Familie 
nicht.

Ein Flash der Firma Silicon storage technology SST ist noch drauf.

>Leider ist die Beschriftung des Mikrocontroller nicht zu erkennen.
Zu der Zeit könnte es auch ein DSP gewesen sein, TI TMS320x oder so.

: Bearbeitet durch User
von Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)


Angehängte Dateien:

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Lu schrieb:

> Kann man zum z.B. mit dem Fotoapparat den Strahl sehen?

Laser an sich und als Gefährdungspotential ist hier noch gar nicht 
angesprochen wurden. Je nach leistung und Sichtbarkeit (Wellenlänge) 
sind Schutzmassnahmen zu treffen wie das Tragen von Laserschutzbrillen. 
Manche Laserstrahlen sieht man nicht weil sie im nichtsichtbaren Bereich 
liegen, dafür gibt es Indikatorkärtchen die das Laserlicht in was 
sichtbares wandeln: 
https://www.lasercomponents.com/de/produkt/wandlerkarten/

Also vielleicht den Lasergang bei Versuchen abdecken und dir vom 
Bekannten sagen lassen, was er diesbezüglich weiss. Vielleicht ist es ja 
völlig ungefährlich. Strahlengang abdecken könnte schon mal ne gute Idee 
sein.

Das Schnipsel anbei ist aus 
https://www.claas.de/blueprint/servlet/resource/blob/945348/8ac7982e074405a30eaa47fd82db428a/prospekt_lexion-700er-data.pdf. 
Nur der TO kann sagen, ob dies hier zutrifft. IMHO eher eine einfache 
"Spurhalte-" Applikation, kein Präzision Entfernungsmesser.

Ansonsten kann man klassisch vorgehen, mit Scope/Multimeter schauen, ob 
alle Komponenten sauber aus einem Reset hochfahren, ob der Sender 
richtig angesteuert wird, ob  Rx was ankommt, ob ab dort die Signalkette 
(ver5stärker, filter, wandler,..) läuft etc. pp.-

: Bearbeitet durch User
von Carypt C. (carypt)


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Danke für den Prospekt.
im geöffeten Gerät (20240606_141919.jpg) sehe ich, daß die Empfangslinse 
in einen Glasstab fokussiert. Es wird also nur ein kleiner Bildpunkt des 
bestrahlten Objektfeldes erfasst. Man kann Licht-echos vom Boden, von 
der Schnittebene und von der Pflanzengestalt zurückbekommen. Wenn sich 
die Signatur des Echos ändert wird reagiert, so meine Vermutung.

von Dieter S. (ds1)


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Carypt C. schrieb:
> im geöffeten Gerät (20240606_141919.jpg) sehe ich, daß die Empfangslinse
> in einen Glasstab fokussiert.

Links ist der Laser, rechts der Empfänger.

von F. M. (foxmulder)


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Carypt C. schrieb:
> ehe ich, daß die Empfangslinse
> in einen Glasstab fokussiert. Es wird also nur ein kleiner Bildpunkt des

Nein
Links ist der Laser, rechts die Fotodiode (?)

Man sieht in 20240606_141919.jpg auch deutlich das Schirmhaus für das 
LowNoise frontend und dahinter den Footprint für ein weiteres, 
unbestücktes Schirmhaus mit den Spannungsreglern für das Frontend.

von Norbert S. (norproz)


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der AD9057 deutet aber eher auf eine bildverarbeitung hin. ich würde so 
ein sensor eher nicht mit einem teuren lidar aufbauen sondern mit einer 
laserlinienprojektion und einem bildsensor. unterschiedlich hohe levels 
(geschnittenes/ungeschnittenes getreide würde durch einen "knick" in der 
linie angezeigt, was ausreichend genau ist und sich betreffend 
auswertlogik auch sehr im rahmen hält.

von Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)


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Rechts scheint der Weg kürzer zum AD Wandler, vielleicht steckt ja unter 
dem Blech der Lichtsensor, vielleicht ein Zeilensensor.

Mir scheinen hier die begriffe Schnittebene und Schnittkante 
unterschiedlich gebraucht. Die Schnittkante ist wohl beim Laserpilot 
nicht der Bereich bei dem der Halm getrennt/geschnitten wird, sondern 
die re. o. li. Begrenzung der Fahr-(Schnitt-)spur des Mähdreschers mit 
Schneidwerkzeug.

"Das System schickte für das menschliche Auge unsichtbare und 
unschädliche Laserstrahlen in einem 12°-Winkel von der linken Seite des 
Schneidwerks mehrere Meter leicht nach unten geneigt voraus. Diese 
Messimpulse wurden reflektiert und dann von der Software ausgewertet. 
Das ist möglich, weil sich die Laufzeiten der optischen Echos zwischen 
Stoppelfeld und Bestandsfläche minimal unterscheiden. Aus dieser 
Differenz errechnete das System ein Korrektursignal, das wiederum mit 
den Lenksignalen des Mähdreschers abgeglichen wurde. Letztlich 
generierte die Elektronik also aus den verschiedenen Daten die perfekte 
Spur und führte die Maschine präzise an der Bestandskante entlang." aus 
https://www.claas.de/unternehmen/historie/news_stories/auf-kante-geerntet/2292916


Interessant wäre vielleicht die Farbe/Wellenlänge des Lasers, da nimmt 
man ja gerne Komplementärfarben (bspw. grün/magenta).

: Bearbeitet durch User
von Dieter S. (ds1)


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Das ist ziemlich sicher keine Bildverarbeitung.

Für die Erkennung der Schnittkante reicht es wenn ein Unterschied bei 
der Entfernungsmessung erkannt wird. Die Größenordnung beträgt etwa 20 
Meter Abstand, der Unterschied im Abstand etwa einen Meter. Das ist kein 
allzu großes Problem, Leuze baut schon lange entsprechende Geräte.

Laut der Doku zu dem OMS 1 von Leuze (ähnliches Jahr, ca. 2002) liegt 
die Modulationsfrequenz im Bereich 1.5 MHz bis fast 50 MHz bei sehr 
kleinen Abständen. Das würde gut zur Bandbreite des ADC passen, 
zumindest dann wenn die Phasenlage direkt ohne Mischer ermittelt wird.

von Michael B. (laberkopp)


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Dieter S. schrieb:
> der Unterschied im Abstand etwa einen Meter.

Klingt, als ob der Mähdrescher bei einem durch Starkwetter teilweise 
plattgewalzten oder wegen Schädlingen / mangelnden Nährstoffen kurz 
gebliebenem Korn die Spur verliert.

Quasi noch dümmer als ein Rasenmäherroboter.

von F. M. (foxmulder)


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Michael B. schrieb:
> Dieter S. schrieb:
>> der Unterschied im Abstand etwa einen Meter.
>
> Klingt, als ob der Mähdrescher bei einem durch Starkwetter teilweise
> plattgewalzten oder wegen Schädlingen / mangelnden Nährstoffen kurz
> gebliebenem Korn die Spur verliert.
>
> Quasi noch dümmer als ein Rasenmäherroboter.

Das ist ja auch nur ein Assistent, aus 1998...

von Dieter S. (ds1)


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Als Vergleich ein Laserscanner von Leuze (RS4-4, eingeführt vermutlich 
um 2000), der auf der Messung der Signallaufzeit basiert:

https://github.com/iliasam/Leuze_RS4_reverse_engineering

Und der Artikel dazu (das ist die selbe Person die auch den weiter oben 
verlinken Laser-Entfernungsmesser analysiert hat):

https://habr.com/post/396357/

Die Messung erfolgt mit einem TDC (Time-to-Digital Converter) von 
acam-messelectronic.

Der dort verbaute Mikrocontroller (Infineon C167) könnte eventuell zu 
dem Mikrocontroller in dem CLAAS Auto Pilot passen bzw. in diese 
Richtung gehen.

: Bearbeitet durch User
von Christian M. (likeme)


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Aus den Erfahrungen in der Automobilindustrie muss ich sagen, wer hat 
das gebaut? ... dass Kondenswasser oder nur Wasser eine Baugruppe so 
zerfressen kann. Das Teil käme nicht durch keine einzige 
Umweltqualifikation. Wahnsinn!

: Bearbeitet durch User
von Carypt C. (carypt)


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Dann kommt also der Laserstrahl aus dem Glasstäbchen, dessen Ende 
zerstreuend in die Austrittslinsenfläche einstrahlt. Die Austrittslinse 
verhindert den direkten Laserstrahl, und fokussiert ihn ins Feld. Die 
Abbildung des Feldes wird dann mittels Sensor erfasst. Mich erinnert das 
an die Laserhöhenverstellung im CD-Laufwerk.

Der Boden und die Pflanze müßten recht verschiedene 
infrarotabsorptionsspektren haben, störend dabei gibt es starke 
Wärmestrahlung am Tage. Darüber hinaus verschiebt sich der Fokuspunkt im 
Getreide gegenüber dem Boden. immer noch etwas rätselhaft für mich.

: Bearbeitet durch User
von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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Christian M. schrieb:
> Aus den Erfahrungen in der Automobilindustrie muss ich sagen, wer hat
> das gebaut? ... dass Kondenswasser oder nur Wasser eine Baugruppe so
> zerfressen kann. Das Teil käme nicht durch keine einzige
> Umweltqualifikation. Wahnsinn!

Die Kiste ist wasserdicht.
so dicht, dass eingedrungenes Wasser nicht wieder raus kommt.
Ist doch der Sinn davon.

aber mal wat anderes:

Wat wüllt ji in'n Juni mi'm Maidöscher?

von Carypt C. (carypt)


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weer to gang brengen, du Oos, fut geit dat weer los

: Bearbeitet durch User
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