Posistion von Probenröhrchen ermitteln

[Tommes (tommes_fischer)]

Hallo Forum,
ich habe folgendes Projekt und hoffe ihr habt ein paar Ideen / 
Denkanstöße: wir haben einen Bioreaktor (ausgemusterter 210L 
Edelstahl-Druckbehälter) in welchem drei mal täglich zur Probennahme 
eine Sonde (8mm Durchmesser, 20cm Lang) eingeführt wird.
Nun ist es für die spätere Auswertung relevant wo sich die Sonde bei der 
Probennahme befand und welchen Weg sie genommen hat (Ziel des 
Forschungsprojektes ist die Bestimmung des Aufenthaltsortes bestimmter 
Mikroorganismen in verschiedenen Zonen des Behälters). Bisher haben wir 
das relativ aufwändig manuelle gelöst (messen von zwei Winkel + 
Eindringtiefe + Geschwindigkeit), da sich nun aber die Zahl der 
Reaktoren erhöhen soll würde ich die Probennahme gerne elektronisch 
mitloggen. Zur Verdeutlichung habe ich quick and dirty ind Blender ein 
Modell erstellt.
In einem ersten Versuch habe ich ein Gyrometer auf die Sonde gesetzt, in 
der Hoffnung darüber den Weg nachzuverfolgen. Leider war das Ergebnis 
nicht genau genug.
Der äußere Teil des Behälters kann beliebig verändert werden, das Innere 
nicht.
Könnt ihr mir helfen?
Euer Tommes

[Rüdiger B. (rbruns)]

Wie wird die Sonde bewegt ?

[Harald W. (wilhelms)]

Tommes schrieb:

> Der äußere Teil des Behälters kann beliebig verändert werden,
> das Innere nicht.

Kann man die Farbe des Deckels verändern? Dann liesse sich der
Platz des Behälters mit einem Farbsensor leicht detektieren.

[Tommes (tommes_fischer)]

Woow vielen Dank für die schnelle Antworten - ich hätte eher geantwortet 
aber leider habe ich ein Limit von 30 Minuten.
Der Sensor wird händisch bewegt, meist von unterschiedlichen Personen da 
Probennahme alle 8h erfolgt.
Die Farbe des Deckels kann geändert werden, wie genau stellst du dir die 
Messung vor? Ich kann es mir leider nicht ganz herleiten.
Als Ergänzung: die Sonde wird nach jeder Probennahme autoklaviert, wobei 
man etwaige Sensoren natürlich abnehmbar designen kann.

[Operator S. (smkr)]

Es steht nichts zur Genauigkeit, daher mal ein Versuch:
Wenn die Probe mit Ringen versehen werden darf, kann an der 
Einstichstelle der Probe ein Zähler montiert werden. Je nach Anzahl der 
Ringe, kannst du die Eindringtiefe ermitteln.
Mit einem Winkelsensor kann dann noch die Höhe berechnet werden. Der 
Sensor kann am Anfang, oder auch am Ende der Probe angebracht werden, so 
dass er gar nie in den Kessel rein muss.

Jetzt da ich es so formuliere, man könnte auch die Eindringtiefe mit 
einem Lasermessgerät von hinten der Probe messen. Dann misst man die 
Distanz bis zum Kessel und weiss, je näher man dran ist, desto tiefer 
sitzt die Probe.

[R. L. (roland123)]

ich würde mit etwas Abstand eine Platte mit Löchern an bringen. Je 
nachdem durch welches Loch die Sonde gesteckt wird, liegt die Richtung 
schon mal fest.
Ein Maßstab auf der Sonde ode4 ein paar Markierungen zeigen die 
Einstecktiefe.
Dann musst du nichts messen, sondern kannst die Sonde gezielt an die 
gewünschte Position bringen

[Max (max_u)]

Getto Lösung: Wiimote ans Ende der Stange kleben, Sensorbar irgendwohin 
legen.

[Henrik V. (henrik_v)]

Drei Seilzugsensoren vom hinteren Ende der Sonde zu drei geeigneten 
Stellen am Bottich . Die drei Längenwerte aufzeichnen. Aus Einstichort 
und Sondenlänge und Position der Sensoren/Seile am Bottich ist dann der 
Weg (und Geschwindigkeit) durch das Medium berechenbar.

Je nach Qualität sind die nicht gerade günstig, aber wenn die Sensoren 
am Probenrohr fixiert werden und an den Bottichen je drei (farbig 
markierte) Fixierungen (Magnet?) sind, braucht man nur drei.

Je nach Geometrie und Spiel muss man halt schauen, ob der Fehlerschlauch 
passt.

[Rainer W. (rawi)]

Tommes schrieb:
> In einem ersten Versuch habe ich ein Gyrometer auf die Sonde gesetzt, in
> der Hoffnung darüber den Weg nachzuverfolgen. Leider war das Ergebnis
> nicht genau genug.

Probiere es einmal mit einem 3D-Beschleunigungssensor für die Richtung 
und einem Wegsensor für die Einstecktiefe.
Wie genau muss die Position denn bestimmt werden?

[Crazy Harry (crazy_h)]

Aussen eine Art analoger Joystick (Rohr durch den der Sensor gesteckt 
wird) anbauen dessen X- und Y-Lage über z.b. Potis bestimmbar ist. Wenn 
der Sensor immer nur waagerecht eingeführt wird, reicht eine Achse.
Die Einstecktiefe könnte man über ein mitlaufendes Reibrad bestimmen.

[Thomas S. (thommi)]

Muss die Probe von der Seite entnommen werden, oder geht es auch von 
oben?
Wäre einfacher, wenn man von oben (ein ebener Deckel vorausgesetzt) da 
reinkommen könnte.

Da könnte man einen einer Kugelmaus entsprechenden Winkelgeber 
draufsetzen. Loch durch die Kugel, in das die Sensorlanze passt, und du 
kannst den Sensor beliebig auf x und y bewegen und erfasst die 
Kugelbewegungen, wie bei einer alten IBM-Maus über optische 
Drehsensoren. Die Z-Achse kannst du dann eventuell mit Markierungen 
optisch inkrementiell an der Lanze auch abfragen, die müssen dann aber 
eingraviert oder gelasert sein, wenn du die nach jeder Probenentnahme 
autoklavieren musst. Nur mal so als Gedankenanstoss.

Wäre auch vom Handling her besser als eine Probenentnahme von der Seite, 
weil da dann nichts herauslaufen kann. Ich unterstelle dir ja jetzt mal 
nicht, dass du da tödliche Mikroben züchtest :-)

Spass.

[Michael B. (laberkopp)]

Tommes schrieb:
> messen von zwei Winkel + Eindringtiefe + Geschwindigkeit), da sich nun
> aber die Zahl der Reaktoren erhöhen soll würde ich die Probennahme gerne
> elektronisch mitloggen

Na ja, du kannst doch die Winkel und Eindringtiefe auch elektronisch 
erfassen.

Da gibt es eine Vielzahl von fertigen Lösungen je nach Genauigkeit und 
Anbaumoglichkeiten.

Die werden natürlich aussen angebracht  an einem Führungsröhrchen für 
die Sonde, damit sie nicht dem Druck und Dreck ausgesetzt werden.

[Tommes (tommes_fischer)]

Herzlichen Dank für die rege Diskussion, wir haben uns heute Mittag 
zusammengesetzt und die Vorschläge durchgesprochen. Vorher möchte ich 
aber noch die aufgetretenen Fragen beantworten
- Genauigkeit, es reicht +-1cm auf jeder Achse
- Die Entnahme ist leider nur durch eine der Öffnungen möglich (kurzer 
Exkurs: bei ersten Tests hatten wir tatsächlich von oben entnommen, 
dabei traten aber zum einen Probleme mit der Sonde auf – diese musste 
nun deutlich länger sein – zum anderen kam es zu einer unerwünschten 
Durchmischung)
- Die Sonde muss frei beweglich sein da die Sonde immer erst zur Hälfte 
horizontal eingeführt werden muss und dann erst in den relevanten 
Bereich geführt werden kann, ebenfalls ein Problem der Durchmischung.
Wie erwähnt haben wir heute Mittag über die Lösungsvorschläge diskutiert 
und werden nun zum einen Versuche mit einem 3d Beschleunigungssensor 
durchführen zum anderen klang die Idee mit einem „analogen Joystick“ 
bzw. das elektronische Erfassen von Winkel und Eindringtiefe.
Wir haben uns mal ein paar Analoge Joysticks angeschaut, so wie wir es 
uns vorstellen könnten, wäre den Joystick in der Mitte auszubohren und 
stattdessen eine Hülse einzusetzen durch welche dann die Probensonde 
geführt wird bevor sie in den Probenbehälter eindringt. Was wir nicht 
gefunden haben sind Joysticks mit einem ausreichend großen 
Innendurchmesser um die 8mm Sonde+Hülse durchzubekommen. Evtl. wäre auch 
eine 18mm Öffnung gut dann könnten wir ihn direkt über die Dichtung 
führen.
Interessant wäre hier natürlich auch mögliche Fertiglösungen.

[Thomas F. (thf)]

Ich könnte mir vorstellen, dass das Ziel mit einer Art "passivem" 
Roboterarm erreichbar sein sollte, der die Trajektorie über den Verlauf 
der Gelenkwinkel abbildet.

So wie hier (nur einfacher, da Du vermutlich durch die Blende weniger 
Freiheitsgrade brauchst);
https://www.mdpi.com/1424-8220/23/5/2450

Oder im 3d-Druck:
https://www.youtube.com/watch?v=diVXbuRislM

[Tommes (tommes_fischer)]

wir hatten für ein anderes Projekt einen Messarm von Faro: wirklich 
hervorragendes Gerät und interessante Technik allerdings viel zu genau 
(und damit zu teuer) sowie klobig für dieses Projekt hier