3d meetarm

[autoreply]

Nee.
Met de zoekfunctie kwam ik dit topic tegen. Ik vraag me af of het niet veel eenvoudiger kan.

We kennen allemaal de rangefinder wel. Denken we even verder dan is er geen enkele reden om de positie (feitelijk de hoek) van alle gewrichten te weten. We zijn immers alleen maar geinteresseerd in de positie van de laser op de meetkop. Bovendien veroorzaken al die losse metingen van gewrichten cumulatieve fouten.

Waarom niet gewoon met 3 rangefinders in een vast (3D)frame waar ook het te meten object op staat, de positie van de kop bepalen? Dan ben je in één keer van alle problemen (hoeksensoren, hysterie, speling) af

[Arie Kabaalstra]

wat bedoel je precies met rangefinders?
de hele gedachtengang achter dit topic was om de mogelijkheid van een 3D meetarm te onderzoeken..

Op zich zou dat niet eens zo heel moeilijk moeten zijn.. als je een paar Encoders op een paar armen hebt, dan moet je die signalen met een IO Kaartje wel binnen kunnen halen in een PC, dan de gevonden hoeken nog omrekenen naar Cartesische coordinaten.. daar zit eigenlijk de grootste uitdaging..

[autoreply]

Ik doel op laser afstandsmeters. Stel je een vierkante kamer voor met 3 rangefinders in de hoeken, gemonteerd tegen 't plafond, gericht op de kop van de meetarm. Die meten de afstand tot een retroreflector, gemonteerd bovenop de kop. Dan heb je dus de exacte positie van de kop te pakken en de rangefinder in de kop heeft de precieze afstand tot het oppervlak dat je wilt scannen.

Uiteraard heb je dan de orientatie van de kop nog niet, maar da's op te lossen met nog 2 rangefinders en 2 reflectoren (links en rechts van de kop). Samen met de afstand tot het te scannen oppervlak heb je dan alle benodigde gegevens.

Omdat de nauwkeurigheid van die rangefinders extreem hoog is (typisch 0.1-0.01mm) is je scanresolutie ook erg hoog, zelfs voor grote objecten. Omdat je verder geen cumulatieve meetfouten introduceert (muv de dikte van de spiegel, die je van de afstand af moet trekken) is de uiteindelijke nauwkeurigheid dezelfde ordegrootte.

Die berekeningen zijn overigens erg eenvoudig (ook met hoeksensoren), het zijn vectoren, dus je kan het hele zootje gewoon (in 3 vectoren) optellen en aftrekken. Binnen een uurtje moet er wel wat code te schrijven zijn die dat allemaal omrekent :)

[Rob65]

In plaats van 3 (5) range finders kan je ook een aantal camera's en één laser pointer nemen. Maar ik ben het helemaal met Arie eens dat je dan een ander ding krijgt en het ging hier om een meet arm.

Ik heb zowel een laser scanner als ook een meet arm (Microscribe 3D). De meet arm heeft een aantal voordelen zoals het inscannen van steile vlakken en gaten. De arm kan ook onder meer (verschillende) condities gebruikt worden, een laser scanner houdt b.v. niet van de volle zon en de resultaten zijn afhankelijk van het oppervlak van het te scannen voorwerp. Met de arm heb je meer controle over wat en hoe je scant.

Maar op een andere manier naar het probleem kijken is wel een idee.
Tot nu toe ben ik van het gebruik van conventionele rotatie-opnemers uitgegaan. Er is ook een idee geweest om HAL sensoren te gebruiken maar de laser range finder zet mij wel aan het denken over laser interferrometrie.

Rob

[Lude]

Dan moet je die rangefinders ook weer gaan richten, je moet daar 2 hoeken van meten + bijbehorende meetfouten, ik denk niet dat de oplossing zo makkelijk is

Zit nog even na te denken, ik heb een AS5045 (http://www.austriamicrosystems.com/eng/ ... ers/AS5045) werkend gekregen. 2¹² = 4096 pulsen per omwenteling. Hoe kan zoiets makkelijk omhoog geschroefd worden in een kleine behuizing (tandriempje is een idee, maar vind ik niet echt een fijne oplossing ivm ruimte). Iemand een ideetje daarvoor?

Uitlezen van potmeters zoals eerder vermeld gaat via een pic vaak ook op slechts 10 bit, dit is 1024 stapjes... dan heb je ook nog geen goede resolutie (je kunt we de bewegingsgraden verminderen waardoor je de stapjes verdeelt over een kleiner bereik.. en wellicht wat andere trucjes, maar nog steeds niet super.

[autoreply]

Dan moet je die rangefinders ook weer gaan richten, je moet daar 2 hoeken van meten + bijbehorende meetfouten, ik denk niet dat de oplossing zo makkelijk is

Dat hoeft niet als je de straal diffuus maakt (kleine lens er tussen, net buiten 't brandpunt). Dan heb je een diffuse bundel met een openingshoek van een paar graden en hopelijk nog genoeg teruggekaatst signaal om de afstand te bepalen. Da's dan ook 't enige dat je nodig hebt (denk aan GPS, da's ook omnidirectionaal met een waanzinnig zwak signaal, ordegrootte 2*10^-16 Watt/cm2)

Ik heb zowel een laser scanner als ook een meet arm (Microscribe 3D). De meet arm heeft een aantal voordelen zoals het inscannen van steile vlakken en gaten. De arm kan ook onder meer (verschillende) condities gebruikt worden, een laser scanner houdt b.v. niet van de volle zon en de resultaten zijn afhankelijk van het oppervlak van het te scannen voorwerp. Met de arm heb je meer controle over wat en hoe je scant.

Dat geldt ook allemaal voor een systeem met rangefinders, indien je de laser in de meetkop vervangt door een voelstift. (Uiteraard alleen als je gereflecteerde signaal sterk genoeg is om de afstand te bepalen, maar dit is buiten op afstanden van tientallen tot honderden meters ook geen probleem)

[Alex.hobby]

Hebben jullie al eens gedacht om de beperkende factor van een arm met al zijn scharnieren te omzeilen. Het is technisch ook zeer complex.
Ik heb een http://www.nikonmetrology.com/optical__cmm/ met daarop een laserscanner. Voordelen: geen arm die in de weg zit en een groter bereik.
Nu is die ik heb veel te nauwkeurig voor normale toepassingen en dus te duur. Is er niet een simpelere versie te bedenken die op 0.2 mm op 6 m meet i.p.v.0.05 op 6 m?
Dit lijkt mij veel zinvoller dan een arm na te gaan bouwen.
Overigens heb ik voor een paar duizend Euro heb ik nog een oude liggen. Deze meet op 0.05 op 2.4 m.

Alex

[Arie Kabaalstra]

Alex, die Optische Scanner heb ik gezien ja.. je hebt er een aparte meetruimte voor ingericht toch?..

zijn die dingen nog kritisch wat licht betreft?..
Ik heb zelf een "Laserscannertje" die werkt met een laser die een lijn op het object projecteert, en een Webcam die het beeld vertaalt naar 3D informatie.. maar dat ding is nogal gevoelig voor omgevingslicht, en verre van nauwkeurig..

een meetarm lijkt me toch "redelijk" eenvoudig.. als je een encoder aan kunt sluiten op een IO Kaartje ( ik noem bijvoorbeeld even een Pokeys, dan kan dat met een stukje software eenvoudigweg de pulsjes tellen, en daaruit via de hoeken van de verschillende Encoders de Cartesische coordinaten bepalen, kortom, de koppeling tussen hard-en software is niet al te ingewikkeld lijkt me..

met zo'n laser lijkt me dat een stuk lastiger..

[Rob65]

Die optische scanner van Alex ken ik wel, althans het principe, en ook met laserscanning ben ik wel bekend. Beide hebben als nadeel dat (direkt) zonlicht een probleem kan zijn afhankelijk van de gebruikte camera's en filters. Beide hebben ook het probleem dat ze niet aan de achterkant van een voorwerp kunnen meten zolang je het voorwerp of de scanner tenminste niet verplaatst.

Maar mag ik even terug naar de basis?
Sonic begint met de opmerking dat het hem een leuk project lijkt. Dus niet het bouwen van een laserscanner of optische CMM maar een taster arm. Dus voordat we nu dit onderwerp hier uit gaan breiden met allerlei andere scanner principes wil ik graag voorstellen om, indien daar behoefte aan is, een nieuw onderwerp aan te maken voor het bespreken van verschillende principes.

Rob

[Rob65]

Oef ...

ik heb eindeljk weer eens tijd om met mijn 3D arm verder te gaan.
Ik begin met mijn Microscribe-3D, dat ding werkt gewoon goed en de SDK is netjes gedocumenteerd - een goede basis voor mijn eigen software. De SDK bevat ook een testprogramma, dat laat niet alleen de XYZ waarden van een punt maar ook alle gemeten data zien: van alle encoders is de positie uit te lezen en (yes!) ze vertellen er zelfs bij hoeveel stapjes die encoders hebben (dit zijn de hoeken 1..5 uit het plaatje van Maarten op pagina 2 van dit topic):

• Basis: 16384 PPR
• Schouder: 16384 PPR
• Elleboog: 8192 PPR
• Pols (rotatie): 8192 PPR
• Pols (knik): 4096 PPR

en de lengtes van de armen:

• D1 = 8.300" (~210mm)
• A2 = 10.265" (~260mm)
• D4 = 9.25" (~235mm)
• D6 = 5.266" (~134mm).

Met deze combinatie durft Microscribe een nauwkeurigheid van 0.015" of 0.38mm te specificeren.

Deze gegevens kan ik met het testprogramma van de SDK uit de arm lezen, de software berekent vervolgens van ieder scharnierpunt apart de XYZ positie en geeft het uiteindelijke coordinaat van de meetstift.
De software (C-code) heb ik met MinGW gecompileerd en die draaide eigenlijk direkt zonder problemen.

Oja: De scharnierpunten liggen niet allemaal in één lijn/vlak. De schouder en elleboog lijken exact parallel te lopen maar de calibratiedata van de scanner geeft aan dat deze 0.07° ten opzichte van elkaar verschoven zijn en de basis en schouder liggen in theorie precies 90° ten opzichte van elkaar, ook hier geeft de calibratiedata een andere waarde: 89.90°.
Ieder scharnierpunt heeft een XY en een hoek-verschuiving ten opzichte van het vorige scharnierpunt, al deze gegevens zijn door microscribe gecalibreerd en in de firmware van de scanner opgeslagen.

Na deze kleine exercitie kijk ik plots heel anders tegen het 'even simpel zelf bouwen' van zo'n scanner aan.
Het bouwen is simpel, calibreren is minder eenvoudig.

Rob

[Dwarsligger]

Whoa,

Ik heb net het hele topic doorgelezen. Vol interesse en bewondering over de wiskunde en electronica,

Het lijkt mij mechanisch gezien geen probleem om een carbon buis in een aluminium eindstuk te lijmen, Deze 2x, De as en lagerboring in 1 opspanning (na)bewerken, setje dunrijige hoekcontactlagers met lichte voorspanning.
Contragewicht aan de 'bovenarm' én op de 'onderarm' geeft een mooi hanteerbaar geval.
Een spelingsvrije 1:10 verhouding zie ik persoonlijk ook wel als wenselijk, dan hou je met betaalbare sensoren ook wat resolutie over.

Trouwens, een meet bolletje heeft altijd een radius. Deze kan natuurlijk niet zomaar gecorrigeerd worden in een willekeurige richting. Daarom zal een spitse punt denk ik de handigste oplossing zijn. (stukje 2.4mm wolfraam laselectrode spits slijpen...?)

Persoonlijk lijkt het me wel gaaf, zoiets te maken met een werkbereik van 600mm bolstraal, nauwkeurigheid van 0,05~0,08mm lijkt me daarbij ook fijn, ik werk nogal eens met mechanische componenten.
Maar voor de komende 3 jaar nog wel andere projectjes liggen (letterlijk)

Groet! Bart

[Rob65]

Hé Bart,

Whoa,

Ik heb net het hele topic doorgelezen.
...
Trouwens, een meet bolletje heeft altijd een radius. Deze kan natuurlijk niet zomaar gecorrigeerd worden in een willekeurige richting. Daarom zal een spitse punt denk ik de handigste oplossing zijn. (stukje 2.4mm wolfraam laselectrode spits slijpen...?)

inderdaad goed gelezen - en dat niet alleen; bolletje heeft inderdaad een radius die lastig te compenseren is.
De Microscribe (en andere) scanners compenseren dit niet. Meestal wordt in de standaard software simpelweg de afstand tot het uiterste einde van het bolletje gebruikt, dat levert een kleine meetfout (bij een 2mm bolletje 6/100mm bij 20° scheefstand) die kleiner is dan de nauwkeurigheid van de Microscribe (0.38mm).

Maar ... pak het centrum van het bolletje als meetpunt en prik 3 punten op een vlak en dan heb je een vlak opgemeten wat op een offset ligt die exact de radius van je bolletje verschoven is.
Gaten in dat vlak gaan op dezelfde manier. Veel staat of valt met de juiste software (die in verschillende commerciële varianten behoorlijk prijzig is).

Voor precies fijnmechanisch werk is een punt fijner maar niet te spits want dat krast en slijt te snel.

De spelingsvrij 1::10 overbrenging is niet zo'n probleem, meer is beter. Voor 0.05mm resolutie op 600mm afstand moet je toch iets in de orde van 76000 pulsen encoding resolutie hebben in je eerste twee encoders...

Rob

[GvB]

Ander principe voor een zelfbouw meetarm:
Stel dat je het idee van een tripod of een platform pakt en daarbij de motoren vervangt door opnemers.
Ik kan me zo al meerdere snel te bouwen varianten indenken met 3 of 6 opnemers. Een relatief simpele variant is door digitale schuifmaten als opnemer te laten fungeren.
Lastiger lijkt me de data om te vormen naar xyz coordinaten. Ikkan me indenken dat dat oplosbaar moet zijn, maar de daadwerkelijke formules.....

[Roy 1.6]

Zijn de zelfde formules om een tripod aan te sturen, dus moet te doen zijn.