Mittenbestimmung im Zylinder

Hallo!

Folgendes Problem:

Ich möchte mit einem Robbie einen Aufsatz durch eni Rohr fahren. Dieser muss für die Aktionen die er ausführt (welche ist erstmal egal) genau mittig im Rohr sitzen.

Folgender Plan:

Ich dachte mir 3 Entfernungssensoren um 120° Versetzt im Kreis anzubringen. Diese messen dann die Entfernung zur Rohrwand und per Vekoraddition finde ich dann heraus wo ich mich im Rohr befinde bzw wohin ich korrigieren muss um zentriert zu sitzen.

Ich brauche mal eure Hilfe. Welche Sensoren nehme ich da am besten und wie baue ich das entsprechende Controllerboard auf, das mir bestenfallseinfach nur 1 mal pro Sekunde per USB oder RS232 alle sensorwerte an den PC überträgt.

Ich hoffe mein Problem ist verständlich. Vielleicht kann mir ja jemand helfen und bei der Sensor und Hardware auswahl zur Hand gehen oder besser noch nen Schaltplan aufmalen.
Noch idealer wäre es natürlich wenn es für sowas eine fertige Lösung gäbe. Ein Stecker, der mir alle drei Sensorwerte ausspuckt.

Danke!

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

... und per Vekoraddition finde ich dann heraus ... mein Problem ist verständlich ...

---

Na ja, die Aufgabenstellung ist verständlich. Aber Vektoraddition ! ? ! ? Bei rotationssymmetrischer Anordnung der Sensoren musst Du nur auf Gleichheit der drei Werte achten . . . .

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

... Noch idealer wäre es natürlich wenn es für sowas eine fertige Lösung gäbe. Ein Stecker, der mir alle drei Sensorwerte ausspuckt ...

---

Vermutlich für 0,002 Euro ? Gibts für etwas mehr Moos vermutlich schon. Sick oder so.

Jaja ist klar aber ich muss mir ja ausrechnen können in welche Richtung ich gegensteuern muss.

Alte Herren sind manchmal etwas begriffstützig:

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

...mit einem Robbie einen Aufsatz durch eni Rohr fahren...

---

Also, mir ist die Aufgabenstellung nicht klar.

Der Robbie soll durch ein waagrecht liegendes Rohr fahren ?
Oder der Robbie hat einen Aufsatz (?), den er durch ein Rohr fährt (schiebt?)
oder der Robbie hat etwas drauf (aufsatz), und mit dem soll er durch das Rohr fahren ?

Der letzte Ansatz ist richtig der Robbie hat einen Ansatz dran. Wie und wo das ganze aussieht ist erstmal egal.

Das was vorn dran hängt muss im Rohr zentriert werden. Das wollte ich mit einem x-y-Tisch realisieren. Damit ich aber weiß in welche Richtung und wie weit ich den Versatz korrigieren muss, brauch ich die aktuelle Positon im Rohrquerschnitt.

Auf dem Positioniertisch sollen also de drei Sensoren befestigt werden und nach außen zur Rohrwand schauen und Messen wie die Abstände sind.

Zitat:

---

Zitat von PicNick

Alte Herren sind manchmal etwas begriffstützig ...

---

Das war ich schon in jungen Jahren. Hatte zu zahlreichen, ziemlich ergiebigen Fragen geführt. Aber - die Aufgabenstellung ist schon klar. Nicht klar ist, ob die dem Fragesteller in allen Konsequenzen klar ist.

Ich setze mal voraus, dass es hier um einen Robotermolch geht und dass das betreffende Rohr kreiszylindrisch ist. Ob das Rohr waagrecht oder senkrecht oder windschief in der Galaxis hängt ist egal. Da der Robby einen Aufsatz hat, der hoffentlich fest montiert ist, könnte man (kann ich) rechnen, wo sich der Aufsatz relativ zum Robby befindet. Damit kann ich nach einer Positionsbestimmung des Molchs bezüglich der Rohrachse den Roboter und/oder den Aufsatz >> in einem geraden Kreiszylinder << mittig fahren lassen. Es sind zwei Gruppen zu je drei rotationssymmetrisch angebrachter Sensoren erforderlich. Die Sensoren sind exakt lotrecht zur Roboterachse anzubringen. Die beiden Gruppen sollten einen möglichst großen, axialen Abstand haben. Dumm wirds, wenn der Kreiszylinder abschnittsweise eine krummlinige Achse hat. Dann ist aufwendigere Sensorik angesagt. Es muss nicht mal ein Kreiszylinder sein, evtl. sind bei abweichendem Querschnitt ebenfalls zusätzliche Sensoren erforderlich.

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

... aber ich muss mir ja ausrechnen können in welche Richtung ich gegensteuern muss ...

---

Genau das scheint Dein Problem zu sein.

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

... kann mir ja jemand helfen ... idealer wäre ... eine fertige Lösung ...

---

Genau.

Das aurechnen und co ist kein Problem... vorerst.

Es handelt sich um ideale, nichtgekrümmte Rohre und es wird davon ausgegangen das der Aufsatz im Lot zur Rohrlängsachse befestigt ist.
Ich komme zu euch oder bitte um hilfe nicht weil ich zu blöde bin, sondern um Zeit und Aufwand zu ersparen.

Es hätte ja sein können ihr kennt eine Möglichkeit bzw. Schaltung oder auch ein Tutorial wie ich aus drei Entfernungssensoren die Werte als Paket auf eine serielle Schnittstelle geschickt bekomme ohne großartige Controllerboards entwerfen zu müssen oder Atmels zu programmieren.

Es wird schon weiterer Informationen bedürfen, so zum Beispiel
wie groß die maximalen Schwankungen schätzungsweise sind und und.

Ansatz:
Ich würde vier Infrarot-Sensoren nehmen, da sich Winkel
immer sehr schlecht "einstellen" lassen (von Wärmedehnung
etc noch nicht gesprochen). Diese kreuzförmig nahe der Rohr-
innenwand angeordnet. z.B. die hier GP2Y0AH01K0F
kostengünstig, allerdings ist der Messbereich mit 1.5mm sehr klein.
-> Ich stelle mir vor, dass man das "extern" in einer Beispielröhre mal kalibriert.

Gruß,
S.

Naja, drei Sensoren zu bedienen und die Werte über eine serielle weiterzugeben ist schon eine typische Beschäftigung für einen µC.
Ich weiss nicht, was für dich ein "grossartiges" Controllerboard ist.
Was für die ob. Aufgabe nötig ist, wär auch auf einem Steckboard aufzubauen.
Da es für dich reichen könnte, nicht die entfernung zu messen, sondern nur die Abweichung festzustellen, wäre imho auch eine analoge Lösung denkbar. Also eine Schaltung, die aus 3 werten zwei ausrechnet (X/Y)

OK also das ich um einen µC nicht herumkommen werde dachte ich mir schon und ie Hoffnung, dass es dafür eine Fertiglösung gibt.

Könnt ihr mir einen µC empfehlen der drei Analogwerte einlesen kann... umrechnen und einen ergebniswert ausgibt? Ich würde gern die drei/vier Sensoren dran betreiben, diese am µC umrechnen und das Ergebnis an die RS232 schicken. Ist das möglich? Wenn ja Schaltplan bitte.

Hab schon bissel Erfahrung mit dem AVR Studio gesammelt durch meine Nibobee.

Danke.

Also, für einen Controller, der programmiert werden kann und Daten über die Serielle schicken (und empfangen) kann, gibt es Grundschaltungen:
http://www.rn-wissen.de/index.php/AV...C3.BCbertragen
Ist zwar ein Atmega32, aber das sieht mit kleineren µC's, die für dich wohl auch reichen würden, auch nicht viel anders aus.

Gibt's auch fertig, z.B. RN-Minicontrol
http://www.rn-wissen.de/index.php/RN-MiniControl

Da du aber die Steuerung der Rohr-Position ja auch irgendwie machen musst, solltest du überlegen oder definitiv ausschliessen, ob da nicht auch Arbeit für einen Controller anfällt (+ ev. Motor-Treiber).
das sollt' man dann auch bei der Auswahl berücksichtigen.

Bei dem Part, der sie Sensoren betrifft, ist erstmal die Frage, welche Art Sensoren für dein Problem geeignet sind.
Da es dann doch um Details geht (wie gross ist der Robbie und das Rohr, etc) ist hier eine Übersicht, was es denn so alles gibt.
http://www.rn-wissen.de/index.php/Kategorie:Sensoren

Ich denk', da sollte man sich ein paar Meinungen und Argumente mal anhören.

Ein solches Gerät sitzt einfach mittig im Rohr, es ist Sensor und Aktor in einem.

Zwei davon, an den Stielen gekoppelt, sind dann auch an der Rohrachse ausgerichtet.

Das Controllerboard zur Vekoraddition kann an den Stielen befestigt werden,
es benötigt bei dieser Ausführung keine Stromversorgung.

Bild hier  


Wenn wir wissen warum es nicht geht, dann wissen wir mehr über die Aufgabe.

Zitat:

---

Zitat von Manf

Ein solches Gerät sitzt einfach mittig im Rohr, das ist Sensor und Aktor in einem ...

---

Bravo! Ein selbstzentrierendes Dings hätte ich auch gern noch vorgeschlagen - aber da scheue ich die Arbeit, eine Zeichnung zu machen. Eine solche Lösung ist nämlich wirklich griffig und sehr einfach möglich. Ideeprojekte sollten aber eher vom Initiator beigestellt werden - und an dessen Grobskizze hatte ich mich gehalten. Ob meine Arbeit dann dafürstünde? Meine Bemerkung mit zwei Sensorebenen fruchtet ja auch nicht wirklich. Und ich will auch nix aufdrängen.

Moin moin. Das (nicht öffentliche) Pflichtenheft ist irgendwie zu schwammig. Max/Min Rohrdurchmesser, Kunstoff, Metall, Keramik Rohre? US sollte zu viele Ruflektionen verursachen, IR Abstandssensoren möglich oder bei Metallrohre Induktive Abstands Sensoren, letztendlich Kapazitive Sensoren.

Wenn das Gerät Kabel gebunden arbeitet, kann des (Analog Signal) entsprechend verstärkt auch gleich zum PC übertragen und dort ausgewertet werden.

Oder man nimmt 4 Sensoren Oben/Unten...rechts/Links und verschaltet die zu einer voll Brücke die die reckt 2 Stellmotore steuert, dann geht das ganz autonom. :-)

Gruß Richard

Da habe ich doch oben US geschrieben sollte natürlich IR heißen.
Danke für die Korrektur Richard ;-)

Zitat:

---

Zitat von avr_mcu

Da habe ich doch oben US geschrieben sollte natürlich IR heißen.
Danke für die Korrektur Richard ;-)

---

Bitte. :-) IR MUSS auch nicht klappen kommt auf der Oberfläche an. Es fehlen einfach zu viel Informationen von dem Geheim Projekt. :-)Aber mit (welchen auch immer) Analog Sensoren und Analogen P,I ,D Regler sollte sich eine X/Y Lageregelung auch ganz ohne µC Power realisieren lassen welche selbständig die Mitten Position einhält. :-)

Kommt natürlich auch mit darauf an wie µm genau das jetzt am Ende sein muss?

Es gibt hier im Forum ja Menschen welche kleine Roboter durchaus erfolgreich ohne µC nur Analog zum Leben erwecken und erstaunlich schön agieren lassen. :-)

Gruß Richard

Bezog sich auch darauf, dass du US und IR erwähnt hattest, nicht
ob es klappt oder nicht ;-) Vielleicht hat chro-nos ja auch für die Aktoren
einen Antriebsregler mit eigener SPS/AD-Eingängen (also ohne zusätzliche müC-Power) am Start und verrät es uns (siehe Seite 3) ?
Grüße,
S.

So dann will ich mich mal äußern... selbst zentrierend ist das Fahrgestell im Rohr durch ein Scherensystem:

Bild hier  

Eine gewisse Zentrierung ist also vorhanden. Da ich dem System aber nicht zu 100% vertrauen kann und sicherlich Montagetoleranzen auftreten will ich mit den drei/vier Sensoren einfach sicher gehen ob der Messaufsatz zentriert ist.

Die Rohre sind von metallischer Beschaffenheit, nicht spiegelnd und im Durchmesser ca. 35 cm. Ich denke der Durchmesser ist aber eher zweitrangig, die Sensoren sollten eben einen Messbereich con ca. 2cm haben.

Mehr werde ich auch nicht ausgleichen müssen, es wird sich um Versätze im µm Bereich handeln. Die entsprechende Positionskorrekturhardware (x-y-Tisch) wird von einem externen Controller ansgesprochen und gesteuert. Deswegen benötige ich das gefragte Sensor-Controller-Board nur zum einlesen der 3/4 Sensor- bzw. Abstandswerte, für die Umrechnung des Versatzes und der Ausgabe der benötigten Korrekturkoordinaten für den x-y-Tisch.

Achso, die Stromversorgung erfolg erstmal mit einem Netzgerät zum testen, die übermittlung der errechneten Korrekturwerte soll seriell an den PC erfolgen.

Dass es ein Molch ist, hatte ich ja schon vermutet.

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

... es wird sich um Versätze im µm Bereich handeln ...

---

Das ist mit den hier diskutierten Sensoren nicht machbar. Dazu bräuchte man eine Lasermessung. Auch induktive Sensoren würde ich dann nicht nehmen, da wird jede Gefügeänderung, besonders Schweißnähte, s..mäßig stören.

Wenn eine Genauigkeit im Bereich von Zehntel reicht, dann wäre hier der Sharp GP2D120 als Sensor angebracht. Wenn der Molch nicht durch die Rohre rauscht - denn der Sharp hat eine Messfrequenz von "nur" 25 Hz, das heißt es sind rund 10 Hz sicher auswertbar. Die Genauigkeit ist für Deine Ansprüche vermutlich ausreichend, wenn Du dafür sorgst, dass der Abstand des Sensors zum Rohr etwa 80 mm ist. Dann kannst Du mit der digitalen Auflösung eines 10-bittigen ADC gute Messergebnisse erwarten - siehe hier (klick). In diesem Diagramm ist gezeigt, dass im Bereich zwischen 50 und 100 mm relativ viel Ticks-pro-Millimeter erreicht werden. Näher als 60 mm würde ich nicht gehen, da ist die Reproduzierbarkeit des Sharp - nach meinen Erfahrungen - nicht so gut.

............Bild hier  

Warum meine ich, dass ZWEI Messebenen, also zwei mal drei Sensoren in gewissem Abstand auf der Roboterachse sinnvoll sind? Weil ja die Möglichkeit besteht, dass der Hund - ähhhh - der Molch - windschief im Rohr steckt. Deshalb müsste die Zentrizität "vorne" und "hinten" gemessen und entsprechend geregelt werden.

Nachtrag: der GP2D120 braucht als analoger Sensor eine sehr saubere Versorgungsspannung - und auch eine Entstörung direkt am Sensor, siehe hier, am besten den ganzen Thread lesen. Auch beim Controller muss eine gute Referenzspannung gewählt bzw. bereitgestellt werden - evtl. eine sehr sauber stehende Versorgungsspannung.

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

Mehr werde ich auch nicht ausgleichen müssen, es wird sich um Versätze im µm Bereich handeln.

---

http://www.melsensor.de/optische-abs...llrounder.html

Die sind schon recht genau und haben auch gleich passende Schnittstellen. :-) Nach Preise habe ich jetzt besser nicht geschaut.....Immerhin eine Fertig Lösung, braucht nur noch eingebaut werden, das spart Zeit und Zeit kostet auch.

Gruß Richard

Zitat:

---

Zitat von oberallgeier

...

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

... es wird sich um Versätze im µm Bereich handeln ...

---

Das ist mit den hier diskutierten Sensoren nicht machbar.
...

---

So isses.

Fragen wir mal anders: Warum ist die Zentrierung nochmal so wichtig
und muss "derart" genau sein (Schätzwerte oder woher kommen die
Randbedingungen) ?

Grüße,
S.

was spricht den eigentlich gegen eine mechanische Zentrierung, die einfacher umzusetzen und vieleicht sogar genauer wäre?

Bevor jetzt die Diskussion über die µ-stische Genauigkeit zu massiv aufflammt: Es ist mit Sicherheit eher eine gewünschte Genauigkeit - allenfalls noch von einem fachlich deutlich unterqualifizierten Geschäftsführer (ich nehme mal an, dass das nicht der Threadersteller ist - und wenn - was solls) aufgestellt.

Zitat:

---

Zitat von chro-nos

... es wird sich um Versätze im µm Bereich handeln ...

---

Ein Stahlrohr, selbst ein nahtlos gewalztes, wie es das im Bild zu sein scheint, ist bei Ø 350 mm mit 9 mm (oder sinds 10?) Wandstärke nie so steif, dass seine Kreisform auf eine µ-Genauigkeit exakt bleibt. Das wird einfach eine der bekannten Verformungen annehmen, selbst wenn es innen unter einem entsprechenden Überdruck stehen sollte - aber beim Molchen ist ja kein Überdruck drauf !? Daher habe ich trotz der erwähnten Genauigkeitsforderung (m)einen Vorschlag mit den IR-Sensoren zur Diskussion gestellt. Auch die im Bild gezeigen Reibrollen, auf denen der Roboter läuft, haben sicher eine so elastische Lauffläche, dass die gewünschte Zentrizität nicht so ohne weiteres erreicht werden kann. Na ja, mit genauer und schneller Sensorik könnte man etwaige Laufrollenungenauigkeiten ausgleichen.

Natürlich sind weitere Verbesserungen bzw. Erleichterungen zur Führungsgenauigkeit und -konstanz möglich.

Zitat:

---

Zitat von oberallgeier

Bevor jetzt die Diskussion über die µ-stische Genauigkeit zu massiv aufflammt:

---

Ich kann es mir auch nicht wirklich vorstellen das solche Rohre mit µm Toleranz gefertigt werden können und wenn ja dann zu einem enormen Preis. Außerdem müssten die Rohre dann auch im einer Klimatisierten Umgebung liegen...... Normaler Weise ist die Fertigungs- Toleranz von der Bauteile Große abhängig und diese ist wiederum Genormt. ICH suche das jetzt aber nicht heraus. :-)

Irgendwie Unrealistisch. Der von mir verlinkte Laser Abstandssensor kann 0,006 mm Auflösen OK weit unter der geforderten µm, dafür hat der gleich mehrere Schnittstellen on Board. :-) Die Dinger gibt es auch mit µm Auflösung...

Irgendwie fühle ich mich bei solchen Anforderungen in einem Hobby Bereich Forum auch "leicht" verscheissert merkt man auch weil die wenigen echten "Harten" Profis auf solche Postings nicht Antworten.

Gruß Richard

Zitat:

---

Zitat von Richard

... Irgendwie fühle ich mich bei solchen Anforderungen in einem Hobby Bereich Forum auch "leicht" verscheissert ...

---

Du hast natürlich recht. Immerhin ist der Fragesteller nicht sooo der harte Profi. Merkt man ja auch daran, was er weglässt . . . . (Und Du merkst sicher auch was ich weglasse . . . .)

... wenn es dem Fragesteller nur um die Montagetoleranzen gehen würde (die sich im Betrieb nicht verändern sollten), dann würde er das Ding auf eine Koordinatenmessmaschine packen und messen.

Statt dessen wird viel Entropie erzeugt und das "Warum" ist irgendwo
im StillePost-Spielen untergegangen. Vielleicht habe ich aber auch den
Thread nicht aufmerksam genug gelesen .... sorry.

Bin zwar Elektroniker und favorisiere elektronische Lösungen, in diesem
Falle wäre die mechanische Lösung jedoch nicht verkehrt. Bei geo-
physikalischen Messonden werden sogenannte Zentriliser eingesetzt,
sehen ähnlich aus, wie abgebildeter Schneebesen. VG Micha

Wenn du den Aufsatz derart genau im Rohr zentrieren willst/musst,
brauchst du extrem präzise und dementsprechend verdammt teure Messtechnik.

Ich habe jeden Tag beruflich mit solchen Systemen zu tun,
denn wir produzieren Sensoren die tatsächlich so genau messen können (<1µm).
Und eins kannst du mir glauben: wieviel die kosten willst du nicht wirklich wissen :shock:

Zwar sind unsere Sensoren eher für kleine Innendurchmesser ausgelegt (z.B. zur exakten Vermessung von Bohrungen),
aber ich sehe ja was dafür an Technik notwendig ist. Und das wird auch bei großen Innendurchmessern nicht wirklich einfacher.


Daher mein Vorschlag:
Schau erstmal wie präzise das Ding wirklich zentriert werden muss, und wieviel du dafür ausgeben kannst.