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Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB
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Seite 1 von 3

Autor:  PureLust [ 25.10.2009 06:01 ]
Betreff des Beitrags:  Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

Hi zusammen, ...
ich suche eine Möglichkeit auf optischem Wege eine Geschwindigkeits- oder auch Streckenmessung zu machen.
Um zu erklären worum's dabei genau geht, hier mal einige Hintergrundinformationen dazu:

Wir stellen bei uns in der Firma Luftpolsterfolie her (Ihr wisst schon - diese *PENG*-Folie).
Das Problem was ich versuche zu lösen ist die Ungenauigkeit bei der Längenmessung an den Produktionsmaschinen.

Bei der Produktion läuft die Folie über diverse Walzen. Die Ermittlung der produzierten Länge erfolgt momentan durch Redkontakte an diesen Walzen, wodurch die Umdrehungen dieser Walzen gemessen werden kann. Die von den Maschinen ermittelte Länge berechnet sich also aus "Anzahl der Umdrehungen * Umfang der Walze").
Dadurch dass unterschiedliche Folien jedoch verschiedene Eigenschaften aufweisen sowie durch Schlupf (geringes Durchrutschen der Walzen) haben wir je nach produzierter Folie Längenunterschiede zwischen der tatsächlichen Folienlänge und der von der Maschine durch die Walzenumdrehung berechneten Länge von bis zu 5%.
Eine Toleranz von 5% ist natürlich ein nicht wirklich akzeptabler Wert und so wird bislang in bestimmten Zeitabständen die tatsächlich produzierte Länge mit viel Aufwand "manuell" überprüft und mit der von der Maschine berechneten Länge abgeglichen.

Wenn es nun gelänge die tatsächlich produzierte Länge über einen optischen Weg direkt von der Folie zu ermitteln, so würden die Messtoleranzen durch die oben genannten Fehlerquellen (unterschiedliche Folieneigenschaften sowie Schlupf) eliminiert und die aufwendigen Nachkontrollen könnten entfallen.

Meine Idee dazu wäre nun, die Folie an einer geeigneten Stelle von einer Kamera ober einem anderen optischen Sensor (z.B. Laser) abtasten zu lassen und so die exakte Geschwindigkeit bzw. Länge zu ermitteln.

Unter (http://www.lupo-king.de/Pictures/) sind mal einige Aufnahmen von Luftpolsterfolien (im unteren Bereich "Oberflächenmuster") - wodurch man vielleicht einen Eindruck davon bekommen könnte mit was für einem Material bzw mit was für einer Oberfläche man es hier zu tun hätte.
Bild Bild Bild
Bei diesen Aufnahmen muss man natürlich bedenken das sie von einem Fotografen im Studio gemacht wurden. Aufnahmen per Kamera direkt an den Produktionsmaschinen würden natürlich etwas anders aussehen.

Wie gesagt - mir stellt sich die Frage, wie man an diese Sache am besten ran gehen sollte.

So könnte man z.B. permanent Bilder durch eine Kamera erstellen und die Bewegung innerhalb des Bildes durch eine Mustererkennung auswerten - wobei hier aber wohl folgende Faktoren noch zu beachten wären:
- Die kleinste Noppengröße (also der kleinste Durchmesser) beträgt 10mm (es gibt auch noch 20mm und 30mm Noppen). Durch die Anordnung der Noppen ergibt sich in etwa alle 15mm eine wiederkehrende Struktur.
- Die Produktionsgeschwindigkeit beträgt bis zu 60m/Min. - also maximal rund 1m/Sec.
- Bei einer üblichen Abtastung mit 30Bildern/Sek würde sich die Folie also rund 33mm je Bild weiterbewegen.
- Dadurch dass man jedoch alle 15mm eine wiederkehrende Struktur vorfindet dürfte man (zumindest meinem Verständnis nach) bei einer Bewegung von 33mm/Bild mit einer Mustererkennung nicht weit kommen.

Die einzige Möglichkeit hierfür doch eine Mustererkennung ein zu setzen läge wohl in der enorme Erhöhung der Bilderanzahl pro Sek. - z.B. auf >= 200. Bei z.B. 200 Bildern/Sek. hätte man dann nur eine Verschiebung von 5mm/Bild wodurch dann auch die Bewegung einer 15mm großen Struktur zuverlässig zu ermitteln wäre.
Hierbei stellt sich dann halt die Frage welche Kamera für so etwas geeignet wäre - eine normale Webcam wohl kaum noch. Hätte da vielleicht jemand von Euch 'nen Vorschlag?
Oder hat evtl. jemand von Euch schon mal Erfahrung mit den High-Speed Kameras von Casio gemacht (http://de.exilim.eu/de/exilimhighspeed/ ... deo/#movie) und weiß, ob deren 1000Bilder/Sekunde auch permanent über USB abgreifbar wären?


Ein andere Ansatz wäre - statt komplexe Bilder mit einer Kamera zu machen - ein auf die Folie gerichteter Laserstrahl.
Durch die Unebenheiten in der Folienoberfläche wird das Laserlicht nun unterschiedlich reflektiert - wobei man diese Unterschiede wiederum messen könnte.
Wenn man nun also zwei dieser Laserstrahlen in geringem Abstand exakt hintereinander platziert und mit hoher Frequenz deren Reflektion misst, so erhält man zwei Reflektionskurven.
Dadurch dass beide Laserstrahlen exakt hintereinander liegen und somit früher oder später auch auf die gleichen Stellen der Folien treffen sollten die beide Reflektionskurven nahezu identisch sein - nur eben zeitlich versetzt. Durch diesen zeitlichen Versatz sollte sich dann wiederum die Geschwindigkeit bzw. die zurückgelegte Strecke ermitteln lassen.

Naja - viele "Wenn"s und viele "Aber"s .... und ob DER ideale Lösungsansatz dabei war weiß ich nun ach nicht wirklich.
Aber vielleicht hat ja auch der Ein oder Andere von Euch Lust sich da mal seine Gedanken zu zu machen oder auch den einen oder anderen Kommentar zu meinen Ansätzen. Oder vielleicht hat ja auch jemand eine geniale andere Idee wie man am besten solch eine optische Geschwindigkeits- bzw. Streckenermittlung durchführen könnte?

Ich wäre auf jeden Fall für jeglichen Lösungsansätze und Vorschläge dankbar. :allright:

Schon mal vielen Dank und Gruß, PL.


PS an die Moderatoren:
Da es sich ja hierbei im Grunde um eine Kombination aus Hardware (Kamera oder anderes optisches Gerät) und Software handelt, habe ich das mal im "Hardware & Elektronik" Bereich geposted.
Wenn Ihr der Meinung seit, dass es doch besser in ein anderes Forum passt - bitte kurz verschieben. ;)

Autor:  H.Brill [ 25.10.2009 09:00 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

Vorrausgesetzt, die Produktionsmaschine
läuft immer gleich schnell, könnte evtl.
auch über eine Lichtschranke nachgedacht
werden.
Da ja auch Elektronik mit im Spiel ist, denke
ich, daß hier ein Microcontroller evtl. das
Problem lösen könnte. Die zusätzl. Bauteile
bekommt man ja für relativ wenig Geld.
Schau mal hier :
Dort könnte man evtl. auch Ideen herbekommen.

http://www.mikrocontroller.net/
http://www.Roboternetz.de/
http://www.roboter-teile.de/
http://robotikhardware.de/


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Andesdaf

Autor:  Waldixxl [ 25.10.2009 09:28 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

@PureLust
5% sind in Zahlen sehr viel, können aber Absolut klein sein.
Was ich meine ist, in welchen Bereich im Millimeter pro Stück sich die Toleranz befindet, da dies auf
tech. Ausrüstung sehr großen Einfluss hat.
Walter

Autor:  Kaeru Gaman [ 25.10.2009 10:24 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

relativ einfach und kostengünstig auszuprobieren:
installiere eine optische Maus über der Folienausgabe und ermittel mit einer frequenz von sagen wir 240 LpS die DeltaX.
das ist ganz fix gemacht, mit deinem eigenen Laptop, und du kannst testen, ob es überhaupt funktioneren würde.
wenn das geht, kannst du über ein paar Tage das korrekte Verhältnis Mauskoordinate/Folienlänge ermitteln.

Autor:  walter741 [ 25.10.2009 12:00 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

Hallo

Wie wäre es, wenn man ein Messrad direkt auf der Folie mitlaufen läst.
Auch hier könnte man Impulse abnehmen. Diese mit einem 8-Bit TTL-Zähler zählen
und per LPT mit PB auswerten.
Der Zähler sollte, zB alle 10-50 Impulse, durch PB ausgelesen werden, damit keine
Impulse verloren gehen. Wenn Windows eine Pause macht, kann das errechnet werden.
Habe selbst LPT bereits 200.000 x pro Sekunde abgetastet. (Logikanalyser).

Aber solche Längenmesssysteme gibt es auch fix und fertig mit Rad und Anzeige. => RS-Components

Wie hoch ist die Foliengeschwindigkeit? (Habe es bereits gefunden und gelesen)

lg Walter

Autor:  kswb73 [ 25.10.2009 12:17 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

@Walter
Bei deiner Lösung könnte die Folie auch wieder verrutschen. Dann ist es eigentlich eine Frage wo die Folie weniger Verrutscht. Und Druck darfst du auf die Folie nicht ausübern, da sie sonst kaputt geht.

Autor:  Crawler [ 25.10.2009 12:23 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

walter741 hat geschrieben:
Wie wäre es, wenn man ein Messrad direkt auf der Folie mitlaufen läst.

Das Messrad würde vermutlich dem selben oder gar stärkeren Schlupf unterliegen wie die Transportwalzen, würde ich meinen. Das mit der optischen Maus klingt interessant, ich würde es eher nach dem Lichtschrankenprinzip aufbauen und versuchen, die Struktur rauszu"triggern". Also versuchen, einen Schwellenwert bei der Durchleuchtbarkeit der Folie auszumachen, wo der Wechsel Luftblase-Zwischenraum stattfindet. Diese Impuls könnte man mit einem Mikrocontroller zählen und beispielsweise über die serielle Schnittstelle an einen PC weiterreichen.

Autor:  Kaeru Gaman [ 25.10.2009 12:35 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

eine Lichtschranke war auch meine erste Idee.
allerdings wäre die Funktionalität davon abhängig, dass die seitliche Bewegung der Folie wesentlich
geringer als 10mm (Blasengröße) ist, da stellt sich die Frage, inwieweit das gewährleistet werden kann.

Autor:  walter741 [ 25.10.2009 12:53 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

Hallo

Wir messen mit diesem System Draht mit einer
Geschwindigkeit von bis zu 10m/s und Fehler <1%

Schlupf haben wir keinen.

Aber wenn kein Druck aufgewendet werden darf, dann oben beschriebene Systeme mit Lichtschranke
und Luftblasen zählen.

lg Walter

Autor:  PureLust [ 27.10.2009 03:14 ]
Betreff des Beitrags:  Re: Optische Geschwindigkeitsmessung mit PB

Hi zusammen, ...
und schon mal vielen Dank für die vielen Ideen. :D

Ich versuche mal drauf zu Antworten:
H.Brill hat geschrieben:
Vorrausgesetzt, die Produktionsmaschine läuft immer gleich schnell, könnte evtl. auch über eine Lichtschranke nachgedacht werden.
-Auf Grund der verschiedenen Rohstoffe die wir verwenden (HDPE, LDPE, PP, ...) und auch den diversen Folienstärken von (30µm-400µm) laufen die Maschinen nicht immer gleich schnell. So variiert die Produktionsgeschwindigkeit je nach Folie zwischen ~10-60 Meter/Minute.
- Eine "einfache" Lichtschranke kommt leider auch nicht in Betracht, da wir u.A. auch Folien produzieren die komplett lichtundurchlässig sind (z.B. Folien die mit Aluminium oder auch Kraftpapier kaschiert werden (siehe z.B. das rechte Bild in meinem ersten Post- hier ist eine Seite mit Kraftpapier kaschiert)).
Da also eine "einfache" Lichtschranke hier nicht weiter helfen kann bin ich ja (wie in meinem ersten Post beschrieben) auf die Idee mit der Refelktionsmessung von Laserstrahlen gekommen (also im Grunde einer etwas abgewandelten Form der Lichtschranke)- diese dürfte auch bei nicht lichtdurchlässigen Materialien zuverlässig funktionieren.

Waldixxl hat geschrieben:
@PureLust
5% sind in Zahlen sehr viel, können aber Absolut klein sein.
5% sind bei einer ProduktMENGE (was ja unserem Fall die LÄNGE ist) eigentlich immer recht viel - und auf uns bezogen eigentlich zu viel.
Stell Dir vor, Du als Kunde bestellt eine 100m Rolle LuPo-Folie und bekommst aber nur 95 Meter geliefert.
Mal ein kleines Beispiel, was ein Längenunterschied von 5% für Auswirkungen haben kann:
Wir stellen z.B auch LuPo-Kleinstrollen her, die Ihr in den diverse Baumärkte oder auch vor kurzem z.B bei Aldi kaufen konntet. Diese haben z.B. eine Länge von 5m (bei 50cm Breite). 5% bei 5m sind da mal eben 25cm mögliche Toleranz. Und gerade im Endkundenbereich gibt es genug Leute die die Folie tatsächlich abrollen und dies nachmessen - und wehe es fehlen ein paar Zentimeter - dann können schon mal einige komplette LKW-Ladungen wegen ein paar fehlenden Zentimetern zurück gehen.

walter741 hat geschrieben:
Wie wäre es, wenn man ein Messrad direkt auf der Folie mitlaufen läst.
Auch hier könnte man Impulse abnehmen. Diese mit einem 8-Bit TTL-Zähler zählen und per LPT mit PB auswerten.
Wie kswb73 und Crawler ja schon bemerkt haben wird ein Messrad in unserem Fall vermutlich keine Besserung bringen, da auch hier wiederum der Schlupf das große Problem sein dürfte (vor allem bei den Folien denen Gleitmittel beigefügt wird). Auch dürfte ein Messrad Schwierigkeiten bei großnoppigen Folien haben, bei denen die Noppen 30mm groß und ca 2.5cm hoch sind - hier würde das Messrad auf Grund der sehr unebenen Oberfläche wohl arge Probleme bekommen.

Kaeru Gaman hat geschrieben:
relativ einfach und kostengünstig auszuprobieren:
installiere eine optische Maus über der Folienausgabe und ermittel mit einer frequenz von sagen wir 240 LpS die DeltaX.
Wau - wirklich eine super Idee, vor allem weil man das ja auch "mal eben schnell" ohne großen Zeit- und Kostenaufwand mit dem Laptop, einer Maus und 'nem mini PB-Programm direkt an der Maschine ausprobieren kann ob's funktioniert.
Statt mit einer optischen Maus werde ich es jedoch wohl eher mit einer Laser-Maus versuchen, da Laser-Mäuse bekannter Maßen mit wesentlich mehr Untergründen zurecht kommen als "normale" optische Mäuse.
In so einer Laser-Maus steckt ja im Grunde schon die komplette Technik um durch die Reflektion eines Lasers eine Bewegung zu ermitteln - also genau das wonach ich gesucht hatte. Machmal hält man die (vermeintliche) Lösung bereits in den Händen und weiss es noch garnicht. :mrgreen:

Zwei Dinge machen mir bei einer "einfachen" Computermaus jedoch noch Sorgen:
1. befürchte ich, das unsere maximale Produktionsgeschwindigkeit von ~1m/Sek. zu schnell sein könnte (denn welche Maus ist schon für solche Geschwindigkeiten konzipiert)
2. schätze ich, dass die Sensorik in den Mäusen auch nicht gerade zu den präzisesten gehören werden. Es wird zwar immer mit 1200 DPI (oder Ähnlichem) geworben - von einer Toleranz ist aber nie die Rede. Wozu auch - ob man nun einmal für eine Mausbewegung von 1000 Pixeln die Maus um 20cm bewegen muss und beim nächsten mal um 25cm, das merkt ein User ja nicht wirklich - Hauptsache ist bei Mäusen ja, dass sich der Mauszeiger überhaupt bewegt. ;)

Klarheit wird da aber wohl nur ein Versuch bringen - ich werde das mal testen. :allright:

Nochmals vielen Dank an Euch für die ganzen tollen Ideen - ich werde Euch berichten wie's mit der Laser-Maus geklappt hat. ;)
Grüße, PL.

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