Linearachsen mit Fischertechnik

[atzensepp]

In der letzten Woche habe ich mir weitere Gedanken zur Weglängenmessung gemacht. Eine Möglichkeit ist ein Seilzugweglängenmesser.
Dabei bewegt ein Seil beim Auszug eine Winde, die an einem Rückstellfedermechanismus befestigt, deren Achse wiederum einen Drehgeber antreibt.

Als Rückstell-Mechanismus eignet sich ein Ausweis-Rollo und als Drehgeber ein 10-Gang-Potentiometer.
Meine Ausweis-Rollos (Siemens ) machen genau 10 Umdrehungen der Spule bei 70 cm Auszugslänge.
Leider kann das Ausweis-Rollo nicht einfach mit einer Achse versehen werden, da die Achse fest mit dem Gehäuse verbunden ist, um die Feder festzuhalten und die obere Seite der Spule in der Mtite offen ist, und so keine Achse angedockt werden kann. Nach etwas Tüfteln bin ich auf eine erste 3D-Druck-Lösung gekommen: Das Spulenrad des Rollos mit der Aufzugsfeder wird wieder verwendet und in ein 3D gedrucktes Gehäuse gesteckt. Die offene Seite der Spule wird mit einer Platte mit einer mittig positionierten Achse abgedeckt, die in einem Kugellager läuft. Auf der anderen Seite der Achse ist eine Muffe, die die Achse mit dem Zehngang-Poti verbindet. Die Sache ist Work in Progress funktioniert aber schon recht passabel.

Seilzugwegmessung mit Spule von einem Ausweis-Rollo und 10-Gang-Poti

WLM1.JPG (653.98 KiB) 19632 mal betrachtet

Und hier in einem Achs-Modell:

Seilzugwegmesser in einer Linearachse

WLM2.JPG (1.43 MiB) 19632 mal betrachtet

Vorteile:
- Absolute Wegmessung
- keine Justage notwendig
- Mess-Seil kann durch Rollen in beliebige Richtungen geführt werden.
- einfache Spannungsmessung

Nachteile:
- Zugkraft wächst etwas mit Auszugslänge; Motor muss gegen Zugkraft wirken
- Aufbau recht groß
- Zehngangpotentiometer evtl. nicht für große Zyklenzahl ausgelegt
- Weglänge hängt vom Spulendurchmesser ab

Herausforderungen:
- 3D gedruckte zentrale Halterung für die Aufzugfeder bricht aufgrund der relativ großen Kräfte nach einer Weile ab. Daher geschlitzte 5mm-Achse aus Aluminium (lässt sich sehr einfach bearbeiten)
- Spulenfaden tendiert dazu, unter die Federspule zu gelangen. Abhilfe schafft ein exakt vertieftes Bett, in dem die Spule so tief läuft, dass die Seitenflächen der Spule bündig mit dem Bettrand abschließen
- Haken der beweglichen 3D-Druck-Teile am Gehäuse. Ausprobieren der richtigen Toleranzen (hängt vermutlich vom 3D-Drucker ab). Daher die 0.5mm dicken Beilagscheiben temporär als Spacer

Ich habe mir auch Gedanken gemacht, wie man so etwas mit Standard-Fischertechnik machen könnte. Was fehlt ist ein klassisches Aufzugs-Federhaus, (Spieluhr) mit dem man mehrere Umdrehungen aufziehen kann. So ein Teil wäre auch für Uhr-Modelle gut geeingnet. Ich habe mal was mit Gummis probiert, Da habe ich aber nur 3 Umdrehungen geschafft. Vielleicht hat da jemand schon eine Lösung gefunden.

[atzensepp]

Hier mein Versuch mit einem Gummi-betriebenen Seilzug-Sensor. Zwar schafft das Rad nur 2 Umdrehungen, aber durch das große Rad erreicht man ein paar zig cm Weglänge. Mir kommt der Mechanismus noch ein bisschen träge vor (Daher mehr Vorspannung) und das Bauvolumen ist auch recht groß. Aber vielleicht taugt es für das ein oder andere Modell.

Seilzugsensor" mit Gummi-Rückstellung

Dingens3.JPG (1.34 MiB) 19609 mal betrachtet

PS: Möglicherweise ist ein Ansatz mit einem verdrillten Gummi wie bei einem Gumipropeller-Flugzeug zielführender. Aber der Aufbau wird dann noch länger.

[atzensepp]

Mein Fail of the Week: Eine Idee, deren Umsetzung nicht so Recht gelingen will: Um die nutzbare Weglänge einer Schraubenfeder für eine Rückstellung für die Seilstraffung zu verlängern, kann man auch einen Flaschenzug mit mehreren Rollen verwenden. Einfache Rückstellung funktioniert. Sobald man aber ein Potentiometer an die Umlenkrolle dran baut, das einen mechanischen Widerstand hat, passiert Folgendes: Beim Ausziehen klappt es noch normal, weil da hohe Zugspannung am Seil herrscht, so dass die Umschlingung sich festzieht. Beim "Entspannen" fällt die Zugraft weg, und da der Flaschenzug die Federkraft erwartungsgemäß reduziert, lockert sich die Umschlingung und das Seil rutscht über die Umlenkrolle. Es nützt auch nix, das Seil für die Spannung und das Auszugsseil zu entkoppeln und fest an die Rolle zu befestigen.
Mit einem "idealen" Potentiometer ohne mechanischen Widerstand würde es klappen. Oder man nimmt wieder einen magnetischen Encoder, was den "Absolutheitsanspruch" zu nichte macht. Dann kann man gleich wieder Impulse zählen.

Bildschirmfoto vom 2024-10-13 11-24-45.png (424.28 KiB) 19530 mal betrachtet

PS: Oder das Poti kommt an die Antriebsachse. Das wird das Einfachste sein. Wobei dann wieder Veränderungen in der Seillänge und Schlupf des Antriebsseils nicht mehr ausgeglichen werden. There is no free beer.
Das hier ist eine kleine "Detour", um zu sehen, wie weit man hier mit möglichst viel Standard-Ft kommen kann. Und ich sage nicht, dass es nicht geht. Dieses Puzzle ist nur noch nicht gelöst.

[Lars]

Guten Tag,

die Idee mit dem Potentiometer hätte ich auch nicht weiterverfolgt. Am attraktivsten fand ich die Idee mit der Lichtschranke mit dem Fotowiderstand, weil verschleißfrei.

Aber vielleicht sollte ft auch einen Inkrementalgeber außerhalb der Encodermotore anbieten. Auch diese haben praktisch keinen mechanischen Widerstand. Bei den Potentiometern stellt sich auch die Frage der Genauigkeit und Dauerhaftigkeit

Mit freundlichen Grüßen
Lars

[atzensepp]

Hallo,

die STL-Files und das Design vom Seilzug-Wegmesser sind nun auf Thingiverse:
https://www.thingiverse.com/thing:6797793

Seilzug-Sensor.png (313.84 KiB) 19380 mal betrachtet

[Harald]

Die Wegmessung sollte auch optisch machbar sein. Optische Mäuse sind genau dafür gemacht. Der Faden vom Ausweisrollo ist vielleicht zu dünn, aber ein Streifen Papier täte es ja auch.
Dumm nur: man braucht einen USB-Host, um die Daten zu lesen. Für den Arduino gibts den als Shield. Bei den anderen Controllern weiß ich's nicht.

Gruß
Harald

[atzensepp]

Die Wegmessung sollte auch optisch machbar sein. Optische Mäuse sind genau dafür gemacht. Der Faden vom Ausweisrollo ist vielleicht zu dünn, aber ein Streifen Papier täte es ja auch.
Dumm nur: man braucht einen USB-Host, um die Daten zu lesen. Für den Arduino gibts den als Shield. Bei den anderen Controllern weiß ich's nicht.

Gruß
Harald

Hallo Harald,

Danke für den guten Vorschlag! Eine Wegmessung mit einer optischen Maus habe ich auch schon in Erwägung gezogen. Grundsätzlich wäre es einfacher, die Messung gegenüber der Lauffläche anstatt des Fadens zu machen.

Es gibt auch noch PS/2-Mäuse oder Maus-Sensoren, bei deren Anschluss an einen Arduino man sich leichter tut.
Verwendet man einen Raspberry-Pi wäre USB sowieso kein Problem.

• https://homofaciens.de/technics-base-ci ... use_ge.htm

• https://forum.arduino.cc/t/using-avago-adns9800/292172

Zur Wiederholgenauigkeit hat Norbert (HomoFaciens) ein paar Experimente gemacht:

• https://www.youtube.com/watch?v=CIRKRzw54Zs

Dort zeigt er, dass die Messungen mit der Maus eine kleine Drift aufweisen, was aber evtl. für Fischertechnikmodelle akzeptabel ist.
Ich denke, ich sollte Deinen Vorschlag mal ausprobieren.

PS: Man sollte allerdings berücksichtigen, dass die Messung mit einer Maus eine relative Messung ist. D.h. man braucht eine Referenzfahrt um vor Beginn die Nullposition zu bestimmen. Wie gut, dass jede Maus Tasten hat, die man dazu nutzen kann! Und ganz kühn könnte man ja von Zeit zu Zeit die Pixeldaten auslesen um ein bestimmtes Muster in der abgetasteten Lauffläche als Referezsignal zu erkennen und damit den Wegzähler zu synchronisieren.

PS 2: Für den Weg der Messung mit Blende habe ich einen Sensor mit eingebauter Umgebungslicht-Unterdrückung gefunden:
ICH IC-LQNP TO18 Lichtsensor, TO-18/4L, 4,5 ... 13,2 V

[juh]

Hallo Florian,

ich habe jetzt nicht jedes Detail nachvollzogenen, aber ich frage mich warum du in Betracht ziehst mit viel Aufwand und Overhead eine Maus-Hardware passend zu machen, und nicht einfach einen dieser Ansätze adaptierst?

viewtopic.php?f=15&t=7872&start=40

vg
Jan

[atzensepp]

Hallo Jan,

... warum du in Betracht ziehst mit viel Aufwand und Overhead eine Maus-Hardware passend zu machen...

Neben dem Fun-Faktor weil ich es noch nicht gemacht habe und es immer schon mal ausprobieren wollte. (Dann kann ich endlich meine Maus-Sammlung rechtfertigen ) Der elektronische und der SW-Aufwand sind gering. Gebe zu, dass die mechanische Integration eine Herausforderung ist.
Und dann noch die Optionen, die man noch probieren könnte: doch Seilabtastung und Absolutmessung durch Auslesen des Pixel-Bildes.
Gebe zu, straightforward ist das nicht gerade. Wie sagt man so schön: kann man machen, muss man aber nicht.

[atzensepp]

Wie von Jan vorgeschlagen, hier eine Achse mit Streifen-Code-Strip und Encoder von einem Officejet-Drucker.
(EDIT: beachte, dass hier ein XM-Motor ohne Encoder verwendet wird)
Zusätzlich ist ein Endschalter für die Referenzfahrt notwendig, was aber tatsächlich gar nicht so schlimm ist.
Der Encoder muss sich zwangsläufig mitbewegen und ein Kabel mitschleppen (Das ist beim Drucker i.A. ein flexibles Ribbon-Cable).

Linearachse mit Weglängenencoder aus einem Drucker

SSLM1.JPG (1.52 MiB) 19089 mal betrachtet

PS: Als Variation habe ich den Seilzug durch eine klassische ft-Kette ersetzt. Der Encoder-Strip hat eine nutzbare Länge von 36cm

Encoder von einem HP Officejet

SSLM2.JPG (1.28 MiB) 19078 mal betrachtet

Das Pinout (Von unten):

Code: Alles auswählen

       VCC (3.3-5V)    
       A(LED)         K(LED) (via 470 Ohm an VCC)
       o              o

o         o      o         o
GND       A      VCC       B

Edit: Zwei Anwendungsfälle können damit nicht gut abgedeckt werden:
1. Fahrzeugmodelle mit Linearachsen wie Bagger
2. Seilzug-Konstruktionen mit veränderlichem Einlaufwinkel des Seils

Was geht:
1. feste Linearachsen in Scannern, Druckern, parallelen Mechanismen etc.
2. Laufkazten-Modelle

[atzensepp]

Zackig auf dem Weg zur magnetostriktiven Längenmessung:

MS1.png (3.61 MiB) 18637 mal betrachtet

(Der Korken ist ein wichtiges Element, um die Reflexion der Torsionswelle zu mindern)

Ein deutliches Signal der durch Magnetostriktion erzeugten Torsionswelle, dessen zeitlicher Abstand zum Anregungsimpuls der Position des Magnet-Cursors entspricht:

MS2.JPG (1.46 MiB) 18637 mal betrachtet

[cheorl]

Moin alle,

Nachdem ich diesen Thread nun nach längerer Zeit wieder besucht habe, fällt mir auf, dass sich viele Antworten auf Fremdteile beziehen.

Hier handelt es sich doch in erster Linie um eine fischertechnik-Seite?

Es muss doch möglich sein, aus ft-Teilen eine einfache und zuverlässige Konstruktion zu bauen?

Wer schafft es so ein ft-reine Lösung zu entwickeln?

[geometer]

Nachdem ich diesen Thread nun nach längerer Zeit wieder besucht habe, fällt mir auf, dass sich viele Antworten auf Fremdteile beziehen.

Wer sich künstlich einschränkt, verliert.

Wenn man so fortgeschrittene Experimente in Angriff nimmt wie Florian, müssen alle Hilfsmittel und Denkrichtungen erst einmal frei sein. Selbst wenn dabei zwischendurch fischertechnik gar nicht mehr vorkommt. Vielleicht klappt es am Ende auch mit fischertechnik, vielleicht auch nicht. Am Ende sind wir schlauer, ob Magnetostriktion mit fischertechnik geht oder nicht.

Ich finde es jedenfalls superspannend!

[Karl]

Hallo,
nur mal als Idee:
Basteln, Bauen und Forschen rund um Fischertechnik für kleine und große Kids, Techniker und Forscher
So bleibt man doch "fischertechniklastig" da es ja kein "Werksforum" ist.

[atzensepp]

Hallo zusammen,

ich finde es sehr interessant, Fischertechnik durch Fremdteile oder Elektronik zu erweitern und neue Sachen auszuprobieren. Da ich fast ausschließlich den Arduino zum ansteuern verwende, ist das schon eine Abweichung vom reinen Fischertechnik. Ich versuche sonst, möglichst viel mit Fischertechnik zu realisieren. Manchmal brauche oder will ich aber doch was Spezielles. Da ich einen 3D-Drucker habe, ist für mich die Hürde, neue ft-kompatible Teile zu erstellen gering. Mir liegt daran, dass Ihr die Dinge nachvollziehen könnt und wenn jemand eine Idee mit reinem Fischertechnik hat, bin ich dankbar für jeden Vorschlag. (Übrigens: der Vorschlag mit der Blende und der Glühlampe ist ja reines Fischertechnik)

Der Aufwand für einen magnetostriktiven Wegaufnehmer ist m.E. moderat und geeignet für DIY : Spule, Draht, Nd. Magneten, etwas Elektronik und einen Microcontroller.
Und die Länge ist praktisch nur durch die des Drahtes beschränkt.
Am Ende könnte vielleicht ein (ft-kompatibler) Wegmesser rauskommen, der funktioniert und den man (ohne Oszi) nachbauen kann. Und nebenbei kann man eine ganze Menge an Physik (Siehe unten!) lernen. Schau mer mal, wie weit ich da komme. Ich nehme die Anregung an, und probiere, was mit den Standard-Teilen geht.

Grüße
Florian

EDIT: PS

tws0.png (771.6 KiB) 18414 mal betrachtet

tws.png (25.29 KiB) 18414 mal betrachtet

(Die Steigung ergibt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Torsionswelle; hier ca. 3000 m/s; Die Zeitmessung sollte man mit einem flotten Microcontroller hinbekommen, oder man nimmt einen Zähler-IC oder macht es irgendwie analog)

[atzensepp]

Für das mangetostriktive Experiment brauchen wir:
1. Ni-Draht
2. Empfangsspule
3. Anregungs-Impuls-Erzeugung
4. Magnethalter und Nd-Magneten
5. Halterung
6. Auswerte-Elektronik

Für die mechanischen komponenten sehe ich keine Probleme, diese mit fischertechnik zu realisieren.
Den Anregungsimpuls kann man möglicherweise mit einem Kondensator und einem Relais erzeugen.
Für die Empfangsspule geht - sogar ganz passabel - auch eine Wicklung des fischertechnik-Elektromagneten.
(Man braucht nur eine etwas höhere Anregungsspannung > 12V)
Verstärker-Elektronik wird man wohl mit fischertechnik-Bordmitteln nicht hinbekommen.
Ni-Draht und Nd-Magneten kann man in der Bucht bzw. Baumarkt bekommen.

Entkernter ft-Magnet als Empfänger

WP_20241026_11_55_38_Pro.jpg (837.89 KiB) 18384 mal betrachtet

[atzensepp]

Funktionierender Magnet-Cursor aus ft:

WP_20241026_15_16_24_Pro.jpg (755.94 KiB) 18367 mal betrachtet

Funktioniert, ist aber etwas klobig. In den Verbindungsmuffen stecken 4mm-Zylindermagnete.
Hat evtl. jemand einen Vorschlag für eine kompaktere Lösung?

EDIT: Man kann auch ein Signal mit einem starken Magneten erzeugen, den man knapp über den Draht bewegt. Und mit einem Elektromagneten als Cursor, den man in Serie mit dem Draht schaltet ist auch noch ein Peak zu sehen.

[fishfriend]

Hallo...
OK, ich habe es eventuell nicht ganz Verstanden.
1. Man könnte eventuell den Schneidedraht vom Hobbyweltkasten nehmen ist aber etwas kurz Ansonsten ft Kabel?
2. Geht es darum Magnete in Kreisbahn zu bekommen? Gehen auch abwechselnd N und S ?
Es gab mal eine "Schlussnabe" also eine Nabe mit EIsenring (aufgeklebte Unterlegscheibe). Eventuell könnte man am Rand abwechselnd die Magnet anbringen.

Nur so als andere Ideen.
Man kann auch von Außen messen/abschalten. Ich meine damit statt Endschaltern die vom Hund innen mechanisch betätigt werden, außen Induktionsschalter anbringen, die dann einen Impuls abgeben. Macht man u.a. Bei Pneumatikzylindern aus Alu.
Man kann es auch so machen, dass man Barcode nimmt und diesen erfasst. Unter anderem, nicht nur den Anfang der Striche als Position, sondern auch als Code wo der gerade steht. "Geht" auch mit Kamera oder Scanner oder halt mit einer LED und Fototransistor.
Zum Fehlerfinden, kann man bei Kabeln die Reflektion messen. Eventuell geht das auch mit Verstimmung von Schwingkreisen, die man dann zum Schalten nehmen kann.
Mit freundlichen Grüßen
Holger

[atzensepp]

Hallo Holger,

ob der Schneid-Draht vom Hobbyweltkasten funktioniert, weiß ich nicht. Wenn er aus Eisen ist, könnte es gehen. Die Eisendrähte, die ich ausprobiert habe, liefern kein Signal. ft Kabel sind aus Kupfer und sind daher nicht geeignet.

Die Magnete sind so angeordnet, dass der eine Pol innen und der Andere außen ist. Das gibt das größte Signal. Aber ich habe festgestellt, dass die Anordnung gar nicht so kritisch ist. Nomrale Mangete oder Ringmagnete funktionieren auch.

Deine anderen Ideen verwenden andere Prinzipien als Magnetostriktion und könnten durchaus verfolgt werden.
Man kann die Wellenpakete (gewissermaßen Solitonen) beobachten.
Hier sieht man 2 Pakete, die sich beim Verschieben des Cursors gegeneinander bewegen. Das rechte Signal ist die vom Ende reflektierte Welle

Bildschirmfoto vom 2024-10-26 16-14-33.png (198.72 KiB) 18355 mal betrachtet

Oder man setzt die Empfangsspule etwas weiter weg vom Start-Ende. Dann sieht man die Reflexion von diesem Ende. Die beiden Peaks bewegen sich dann in die gleiche Richting

Bildschirmfoto vom 2024-10-26 16-14-50.png (285.15 KiB) 18355 mal betrachtet

[cheorl]

Hallo geometer,

Nachdem ich diesen Thread nun nach längerer Zeit wieder besucht habe, fällt mir auf, dass sich viele Antworten auf Fremdteile beziehen.

Wer sich künstlich einschränkt, verliert.

Aber dieser Thread heißt doch „Linearachsen mit Fischer-Technologie“, oder?

Ebenso kann es auch als eine schöne Herausforderung angesehen werden ft-rein zu konstruieren!