Linearachsen mit Fischertechnik

[geometer]

Aber dieser Thread heißt doch „Linearachsen mit Fischer-Technologie“, oder?
Ebenso kann es auch als eine schöne Herausforderung angesehen werden ft-rein zu konstruieren!

Das war ja auch Florians eigentliches Ziel, siehe seinen 1. Post, und niemand würde bestreiten, dass das ein lohnenswertes Ziel ist.

Aber dann war es wohl wie so oft: Eine Idee ergibt die nächste, und plötzlich ist man bei spannenden Dingen, die man unbedingt ausprobieren muss. Vielleicht klappt es irgendwann auch mit fischertechnik. Aber um auszuprobieren, ob es grundsätzlich geht, schweift man erst einmal davon ab.

Ich finde das sehr angebracht.

[cheorl]

Moin geometer,

Es ist klar, dass es möglich ist, das alte Radio Tuningsystem, Diskettenlaufwerke, der Computer-Briefdrucker, den CD-Spieler, der 3D-Drucker, um nur einige zu nennen, beweisen dies.

Vor mehr als einem halben Jahrhundert habe ich selbst an einer Maschine gearbeitet, die über ein solches System zur Belichtung von Offsetplatten für Rotationsdrucker verfügte.

Es besteht keine Notwendigkeit, das Rad neu zu erfinden!


Aber zurück zur Begin, atzensepps Frage in seinem 1. Post lautet:

Welche Möglichkeiten gibt es, längere Linear-Achsen mit Fischertechnik zu realisieren?

Wenn die Antworten nicht-ft-Teile enthalten, sind sie keine klare Antwort auf seine Frage!

[juh]

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!

Ich sehe zwar nicht, wo im Fall von Linearachsen die Herausforderung einer reinen ft-Lösung läge, aber dann nimm sie doch an, wenn sie dir so wichtig ist. Anderen ist anderes wichtig, wo liegt das Problem? Was provoziert dich daran, dass andere ihr Hobby anders interpretieren als du?

lg
Jan

[werli]

Moin,

@Cherol:
Du hast recht, der Thread hat den Namen "Linearachsen mit Fischertechnik" aber nicht "Linearachsen ausschliesslich aus Fischertechnik".
Somit reicht es sogar aus, wenn nur 1 ft-Bausteinchen in der Lösung enthalten ist.

Selbst ft-Elemente bestehen nicht "rein" aus ft-Materialien. Z.B. Litze wird nicht von ft hergestellt und Motore, Akkus, Elektronik, usw. werden zugekauft und von ft passend "veredelt".

[steffalk]

Tach auch!

Meinereiner ist ja auch immer gern für pures ft. Aber Brainstorming geht bitte ohne jede Einschränkung! Und insbesondere hier im ft-Forum, wo wir einfach technikbegeistert sind. Und noch dazu in diesem Thread, wo wir etwas über Messtechnik vom Allerfeinsten lernen, die weit über die reinen ft-Grenzen geht.

Fragen und Denken darf man _alles_. Und ich finde diese High-Tech-Threads immer _faszinierend_.

Gruß,
Stefan

[cheorl]

Hello,

Sorry, I possibly misinterpreted the name of this forum, I thought it was about Fischer Technique, I also possibly misunderstood that the target of this thread was to get answers to the question stated in the initial post. My intentions where merely to get this thread back on that trail.
German not being my first language might have coursed some of this.

For clarity I open this reply with the original English text (German is generated by google translate).


Hallo,

Entschuldigung, ich habe den Namen dieses Forums möglicherweise falsch interpretiert. Ich dachte, es ginge um die Fischer-Technik. Außerdem habe ich möglicherweise missverstanden, dass das Ziel dieses Threads darin bestand, Antworten auf die im ursprünglichen Beitrag gestellte Frage zu erhalten. Meine Absicht war lediglich, diesen Thread wieder auf die richtige Spur zu bringen.
Dass Deutsch nicht meine Muttersprache ist, hat möglicherweise einiges davon verursacht.

Der Klarheit halber beginne ich diese Antwort mit dem englischen Originaltext (Deutsch wird von Google Translate generiert).

[fishfriend]

Hallo...
Kein Problem.
Manche sind Purristen und machen alles mit original fischertechnik, manche nicht.
Ob nun abändern, absägen, kleben, drucken, Fremdteile...
Ich bin da inzwischen relativ schmerzfrei

Mit freundlichen Grüßen
Holger
-------------------------------------------
No problem.
Some are purrists and do everything with original fischer technology, some are not.
Whether modifying, sawing, gluing, printing, foreign parts...
I'm relatively pain-free now

Best regards
Holger

[atzensepp]

Folgende Verbesserungen wurden vorgenommen:
1. Saubere Anregung mittels Monoflop und High-Side-Treiber (p-Kanal Mosfet)
2. Serienschaltung einer Kompensationsspule, um die durch den Anregungsimpuls erzeugten Schwingungen zu unterdrücken
(Die Spule muss so ausgerichtet sein, dass die störenden Signale sich kompensieren)
3. High-Pass-Filterung des Signals
4. 2-stufige Verstärkung auf Level von ca. 500 mV
5. Komparator für Erzeugung eines digitalen Signals
6. Interruptgesteuerte Messung der Zeitdifferenz mit Arduino auf 1 us genau

Damit ist der "Durchstich" für eine magnetostriktive Wegmessung mit etwas Elektronik und einem einfachen Arduino-Programm gelungen.
Allerdings ist die Auflösung der Zeitmessung mit Arduino nur 1 us, was dann die Auflösung auf etwa 3mm begrenzt.
Darüber hinaus gibt es einen nicht nutzbaren Bereich von 5cm direkt nach der Spule. (man sieht den Peak deutlich, aber durch den "Untergrundhügel" schaltet der Komparator nicht mehr zuverlässig; wenn man das Signal digitalisieren würde (also z.B. vom Oszi auslesen) könnte man das Signal auswerten)

Anregungsimpuls (gelb), Verstärktes Torsionswellensignal (magenta) und digitalisiertes Signal (blau)

ms1.JPG (1.42 MiB) 14322 mal betrachtet

Pick-Up-Spule

ms2.JPG (1.42 MiB) 14322 mal betrachtet

Verstärkerelektronik mit Kompensationsspule im Vordergrund; das Pick-Up-Signal kommt über die abgeschirmte Leitung (braun) rein; Die ICs von links nach rechts: 1 x LF357 für virtuelle Masse, 1 x OP07 für erste Verstärkerstufe (50) , 1 x OP07 für zweite Stufe (60) , 1 x Komparator LM311

ms3.JPG (1.29 MiB) 14322 mal betrachtet

Der fliegende Aufbau (quick and dirty) , zahlreichen Masseschleifen, fehlende Abschirmung und kreuzende Drähte sind für die Signalreinheit nicht gerade förderlich. Hier besteht unbedingt noch Verbesserungsbedarf.

Was hat das mit fischertechnik zu tun: Momentan nur die Pick-Up-Spule von ft - ein wesentliches Element dieses Versuchsaufbaus.

Grüße
Florian

[atzensepp]

Ich musste feststellen, dass auf dem Arduino Uno micros() nur eine effektive Auflösung von ca. 4 us (und nicht wie gedacht 1us) hat, was natürlich die Längenauflösung reduziert.
Glücklicherweise gibt es die Möglichkeit, Events an Pin 8 direkt mit Timer1B viel schneller (mit CPU-Takt) zu messen. Man muss zusätzlich mit einem weiteren Interrupt, die Overflows mitzählen. Die volle Zeitaflösung vom CPU-Takt schafft man aufgrund von Overhead-Zyklen nicht. aber mm-Auflösung geht.

[atzensepp]

Hier mal auf die Schnelle eine Quick-and-Dirty-Eichkruve (grobe Ablesung, keine Mittelung der Counts):

m3.png (29.01 KiB) 13835 mal betrachtet

Die Steigung entspricht etwa 55 counts / cm. Man erkennt an den Begrenzungen Abweichungen, die m.E. von der Reflexion an den Enden und vom Ausläufer des Anregungsimpulses stammen.

[atzensepp]

Inzwischen gibt es weitere Erkenntnisse: Mit stärkeren Nd-Zylindermagneten: also 12 statt 6 kann man das Signal stark vergrößern. Jetzt ist mir aufgefallen, dass das Signal bleibt, wenn ich den Magneten wegnehme und es verschieben kann, wenn ich den Magneten an gleicher Stelle wieder ansetze und verschiebe. Wenn ich den Magneten an anderer Stelle ansetze, bekomme ich 2 Signale usw. Der Nickeldraht wird also permanent magnetisiert und generiert dann Störimpulse.

Weiterhin ist mir aufgefallen, dass der überlagernde Riesenimpuls am Anfang (den ich durch die Kompensationsspule zu reduzieren versuche) auch permanent durch Magnetisierung beeinflusst werden kann. Ich kann ihn mit Magnetbehandlung komplett umkehren oder minimieren.
Auf jeden Fall erklärt das, dass ich manchmal riesige Störungen haben und manchmal nicht je nach der magnetischen "Vorgeschichte".

Der Draht verhält sich also wie eine Art magnetischer Speicher, der durch den Magneten programmiert werden kann.
Das Prinzip ist nicht neu. Einen Magnetdraht-Speicher gab es bereits: https://www.technikum29.de/de/geraete/m ... eicher.php
Jetzt ergibt sich eine neue Option: Einen Magnetdrahtspeicher mit fischertechnik.

Für die Längenmessung muss man einen Kompromiss hinsichtlich der Stärke der Magneten finden. Vermutlich ist Nickel wegen seiner weichmagnetischen Eigenschaften nicht ganz optimal. Oder ich muss den Mangeten durch einen Elektromagneten ersetzen, der einen Löschimpuls generieren kann. Was denkt Ihr?

[Karl]

Hallo Florian,
probiere doch einfach mal diverse Eisen- und Stahldrähte aus. Sog. Blumendraht ist ja auch weich und Federstahldraht, bzw. Pianodraht, härter.
Muß halt Eisen enthalten , wie weit Beimischungen erlaubt sind, ist zu erforschen.
Glaube, eine Tonfrequenzmaschine, "Tefifon" genannt wurde, ähnlich einem Magnetbandgerät, mit "Draht" als "Tonfrequenzträger betrieben.
Nachtrag: Wohl Falschinformation von mir, Tefifon war eher eine Art Magnetbandgerät.
"Webster Chicago Mod. 18-1" war ein Magnetdrahtrecorder.

[atzensepp]

Zwar kann man mit Arduino und Zählern prinzipiell die Auflösung verbessern, allerdings habe ich die Zeitmessung nicht zuverlässig hinbekommen (*).
Genervt, von Interrupt-Überraschungen und anderen Schrullen habe ich dann doch eine Digitalzählerschaltung mit TTL-ICs (74LS161 Synchronzähler und 74LS253 4:1-Multiplexer) gebaut. Zeitliche Auflösung beträgt 1/16 Mkrosekunden.

Rosazaehler.JPG (1.46 MiB) 13578 mal betrachtet

A und B adressieren das jeweilige Nibble eines Synchronzählers, das der Arduino über d0-d3 einliest.
Sieht zwar messy aus (ist wirklich quick und dirty) , funktioniert aber deutlich besser als die Messung mit Arduino-Counter:

Rosazaehler2.JPG (1.71 MiB) 13578 mal betrachtet

Hier ein Signalbeispiel. Es kommen 2 Pulse (Echo?), es wird aber nur der Erste ausgewertet. Die blaue Spur ist der Q-Ausgang des D-Flipflops für das Messintervall, während dessen gezählt wird. Reset wird über den Startpuls gemacht (habe ich in der Zeichnung vergessen )

Rosazaehler3.JPG (1.69 MiB) 13578 mal betrachtet

PS: Jetzt kann ich mich etwas der Fischertechnisierung widmen. (Leider habe ich keine Silberlinge, um die Schaltung damit aufzubauen. Das würde dann auch schon 13 Flip-Flops und zahlreiche Logik-Gatter erfordern) Aber die Integration in ein Modell sollte klappen.

EDIT: * Ein Problem mit Input Capture und Timer1 war, dass sobald ich weitere Ausgaben oder Programmänderungen eingabaut habe sich das Timing geändert hat und es teilweise zu Schwankungen der Messung und Aufhängern gekommen ist. Mir wurde das irgendwann zu dumm. Für Sub-Mikrosekunden-Auflösung ist es mit dem Arduino heikel. Wahrscheinlich funktioniert es mit schnelleren Microcontroller-Modellen besser. Die TTL-Schaltung ließe sich sicher gut in einem CPLD /FPGA abbilden. Im Forum gibt es ja Leute, die das beherrschen.

[Harald]

Mit Silberlingen würdest du nicht weit kommen. Die sind nicht sonderlich schnell.

[atzensepp]

Um die Kurve wieder zu Fischertechnik zu bekommen, habe ich den Wegaufnehmer nun in eine Lienarschiene eingebaut.

FTMTS1.JPG (1.66 MiB) 13490 mal betrachtet

Der Schlitten mit Ringmagnethalterung (Hund oder Katze je nachdem):

FTMTS2.JPG (1.47 MiB) 13490 mal betrachtet

Spannvorrichtung mit Dämpfer (wobei eigentlich keine Spannung nötig ist)

FTMTS3.JPG (1.46 MiB) 13490 mal betrachtet

Halterung und Aufnahmespule

FTMTS4.JPG (1.39 MiB) 13490 mal betrachtet

Der Draht ist etwas wellig, was aber auf die Funktion kaum Auswirkungen hat.

[cheorl]

Das sieht langsam wieder wie eine nützliche technische Ergänzung mit Fremdteile zu einem ft-Design aus

Als ich diese Antwort schrieb, fiel mir ein, dass es auch ft gibt in Fremdteile

[atzensepp]

Nach ein paar Schaltungsoptimierungen kann man den Nickeldraht jetzt tatsächlich als absoluten Positions-Sensor in einem geregelten Linearantrieb (PID-Regler) verwenden. Fischertechnik ist hier wirklich super. Die "Motorisierung" habe ich in weniger als 1/2 Stunde rangestrickt:

MS5.png (2.22 MiB) 13247 mal betrachtet

Neben dem "mangetischen Conditioning" des Drahtes reduziere ich den Einfluss von Störimpulsen, indem ich die Messung erst nach einer Wartezeit von 40 us beginne. Der Anregungsimpuls löscht den Zähler, triggert die Wartezeit (Blank) und das Messfenster (Gate), welches durch den ersten gültigen Torsionswellenimpuls zurückgesetzt wird. Während dieser Zeit läuft der Zähler hoch. Torsionswellen-Impulse werden nur während das Gate High und das Blank-Signal Low ist durchgelassen. Alle Impulse, die während der Blank-Zeit ankommen, werden ignoriert. Dies führt zu einer recht zuverlässigen Positionsmessung. Die Signalform während der Blank-Periode hängt stark von der Magnetisierung des Nickeldrahtes in der Nähe der Spule ab.

Nach Ablauf der Gate-Zeit werden keine Clock-Pulse mehr zum Zähler gelassen und der Zähler gesperrt. Dann kann er in Ruhe vom Arduino ausgelesen werden.

MS3d.png (720.04 KiB) 13247 mal betrachtet

PS 1: Mit der Gate-Technik könnte man evtl. auch noch mal die Timerbasierte (Timer1 + Input Capture) Messung probieren. Leider wird der beim Arduino UNO dafür notwendige Pin 8 für das Motor-Shield verwendet.
PS 2: Mist, ein Typo: Arduno statt Arduino
PS 3: Die Störimpulse könnten auch Torsionswellenimpulse sein, die in der Spule durch dort vorliegende unerwünschte Magnetisierung generiert werden.
Ich glaube, ich muss doch noch mal eine Entmagnetisierungs-Vorrichtung bauen

[atzensepp]

Die ft-Linearachse mit magnetostriktivem Wegaufnehmer in Aktion:

MTSDemo.gif (3.4 MiB) 12152 mal betrachtet

Motorsteuerung mit Arduino und PID-Regler, Ist-Position vom magnetostriktiven Wegaufnehmer.

[atzensepp]

Hallo,

selbstverständlich kann man den Draht auch in einen Ring biegen. Das ist dann keine Linearachse mehr, sondern einen absoluten magnetostriktiven Winkelmesser, der auch funktioniert. Aber thematisch gehört es zu diesem Thread. Daher sei es mir verziehen. Aber das Schöne: Die einzigen Nicht-ft-Teile - außer der Elektronik - sind der Nickeldraht, die Magneten und die Nylonschraube. Die Impulsauswertung mache ich inzwischen mit dem Arduino und Timer1. Das hab' ich inzwischen im Griff. Also kein TTL nötig.

Winkelmesser

Ring1.JPG (1.51 MiB) 11070 mal betrachtet

Magnet-Cursor

Ring2.JPG (1.28 MiB) 11070 mal betrachtet

Spule

Ring3.JPG (1.29 MiB) 11070 mal betrachtet

Der Draht in der Mitte ist nur da, weil ich ihn nicht abschneiden wollte.

Andere Idee (nicht Ring): Nachdem man prinzipiell mehr als nur einen Magnet-Cursor auswerten kann, wäre eine Aufzugsteuerung denkbar, bei der die Position des Aufzugskorbs magnetisch gemessen wird. Wenn man den Draht oben wieder herunter führt, könnte man dann mit "Magnet-Tastern" den Aufzug in das jeweilige Stockwerk rufen. Vorteil: Einfache "Verdrahtung": Nur ein Draht für Positionsmessung und die Aufzugs-Ruf-Tasten, deren Impulse dann zeitlich später kommen als der Impuls vom Aufzug. Könnte man mal probieren.

[fishfriend]

Hallo...
Ist schon echt Interessant.
Und das Ganze zwei mal aufbauen und ein Hochregal anfahren?

Nur so als Gedanke. Kann man die Spannungsversorgung auch darüberlegen?
Mit freundlichen Grüßen
Holger