Ideen zum Messen der 2D-Position eines auf die XY-Ebene beschränkten Objekts

Ich arbeite an einem Projekt und es ist ein Aspekt aufgetaucht, bei dem ich die X- und Y-Position eines Objekts in einer 2D-Ebene messen (kontinuierlich verfolgen) möchte. Das Objekt wird von einer Person bewegt, wobei die Bewegung des Objekts auf die 2D-Ebene beschränkt ist (also keine Verschiebung der Z-Achse).

Einschränkungen:

• Ich möchte eine gemessene Positionsauflösung von 1 mm, idealerweise 0,5 mm oder besser.
• Der Raum, über den sich das Objekt bewegt, beträgt 30 cm x 30 cm.
• Welche Messmethode ich auch verwende, sollte die Bewegung des Objekts nicht wesentlich einschränken.
• Angenommen, die Ebene, auf der sich das Objekt bewegt, ist Luft und KEINE feste Oberfläche (aus projektspezifischen Gründen, die schwer zu beschreiben sind).
• Die gute Nachricht ist: Es ist völlig in Ordnung, das Objekt nach Bedarf zu ändern (LED oben, String-Anhänge oder sonstiges).

Was könnte eine Methode sein, um eine solche Lösung zu erhalten?

Ich denke über verschiedene Ansätze nach, aber ich weiß nicht, ob einer von ihnen die Auflösungsanforderung erfüllt. Da mein vorhandenes System nicht viele Einschränkungen aufweist, kann ich auch eine komplexe / sperrige Implementierung problemlos ausführen, sofern dies genau genug ist.

Hier sind einige meiner bisherigen Ideen:

(1) Infrarot-basierte Entfernungssensoren (tatsächlich werden nur zwei benötigt)

(2) Zwei Messschieber / Mikrometer, die seitlich vom Objekt verbunden sind

(3) Zwei Saiten, die jeweils seitlich vom Objekt mit einem frei biegenden DMS-Blatt verbunden sind

Idee 4: Dies gibt Ihnen die beste Genauigkeit. Sie benötigen Folgendes:

• 2x Präzisionslinearschlitten.
• 2x Präzisions- Längenmessgeräte .
• 2x Metallgestänge.

Bringen Sie an jedem Linearschlitten einen Linearcodierer an. Ordnen Sie die beiden Folien im Abstand von 90 ° an und befestigen Sie das Objekt mithilfe der Verknüpfungen an den Schiebereglern. Derartige Längenmessgeräte werden für Präzisionsmessanwendungen eingesetzt. Mit dieser Methode können Sie problemlos eine Auflösung von 0,01 mm und eine Genauigkeit von 0,1 mm erzielen, was wahrscheinlich viel besser ist.

Idee 3: Verwenden Sie eine Kamera. Ich weiß nicht, welche Einschränkungen Sie für Ihr Objekt haben, aber wenn Sie eine winzige LED hinzufügen können, kann das Verfolgen mit einer Kamera ein Kinderspiel sein.

Jennifer trägt hier eine Reihe roter LED-Tracker. Perfekt, um Ihre Freunde zu verwirren.

Synchronisieren Sie die LED so, dass sie mit der Bildrate der Kamera blinkt, sodass Sie ein Bild erhalten, bei dem die LED leuchtet und eines, bei dem die LED nicht leuchtet. Subtrahieren Sie die Bilder, und das Auffinden der LED im Bild ist trivial.

Alternativ können Sie der Kamera einen IR-Filter hinzufügen, IR-LEDs um das Objektiv herum und eine retroreflektierende Markierung auf dem Objekt anbringen. Dies sollte viel heller erscheinen als das Objekt oder die Umgebung.

Alex modelliert ein retroreflektierendes Klebeband, das seine Mutter ihn auf seiner Tasche tragen ließ.

Idee 1: Verwenden Sie zwei Saitenpotentiometer .

Ordnen Sie sie in einem Abstand von 90 ° und 1 m vom Quadrat an, sodass sich das Objekt bewegt. Sie können den Abstand zwischen dem Objekt und dem Topf messen. Sie können eine Trigonometrie verwenden, um die genaue Position zu berechnen. Ich habe das gesehen und es funktioniert gut. Können Sie die Genauigkeit bekommen? Sie sollten Folgendes tun:

• Ordnen Sie die Töpfe so an, dass sie etwa 80% ihrer Reichweite ausnutzen.
• Puffern Sie die Signale aus den Töpfen mit Operationsverstärkern (Präzisions-Operationsverstärker von guter Qualität).
• Verwenden Sie einen hochwertigen 12-Bit-ADC mit einer ordnungsgemäß ausgelegten Leiterplatte.
• Machen Sie das System mechanisch solide und steif.
• Stellen Sie sicher, dass die Saiten aus einem kleinen Loch herausragen.

Auf diese Weise können Sie einen ADC-Bereich von ca. 3000 Schritten erwarten. Dies ergibt eine Auflösung von ca. 0,1 mm. Nun, um die Genauigkeit zu erhalten. Sie müssen das System sorgfältig kalibrieren. Messen Sie die Position des Objekts an mehreren Stellen genau und korrelieren Sie diese Messwerte mit den Messungen. Dies kann leicht zu einer Genauigkeit von 1 mm führen.

Idee 2: Verwenden Sie einen Aufstiegssensor . Diese geben Ihnen 6 Freiheitsgrade (X, Y, Z, Rollen, Neigen, Gieren), was viel mehr als das ist, was Sie brauchen, und ein bisschen teuer sein kann, aber es ist eine funktionierende Standardlösung.

Das System besteht aus einem stationären Sender und einem sich bewegenden Empfänger. Das System kann Ihnen die Position und Ausrichtung des Empfängers relativ zum Sender mitteilen.

Die Genauigkeit ist mit 1,4 mm angegeben, aber Sie könnten dies wahrscheinlich durch sorgfältige Kalibrierung verbessern.

Idee 5: Digitalstift und Adresspunktpapier.

Sie können diese erstaunlichen Stifte bekommen, die alles aufzeichnen können, was Sie zeichnen. Die Stifte enthalten eine winzige Kamera, die beim Schreiben auf das Papier schaut. Dabei wird jedoch nicht die Tinte betrachtet, die Sie abgelegt haben, sondern ein Muster aus winzigen Punkten auf dem Papier. (Sie müssen dieses Spezialpapier kaufen, oder Sie können es drucken).

Eine davon könnte leicht Ihre Spezifikation erfüllen.

Ich habe ein Projekt dazu durchgeführt, und die Sextant-Methode funktioniert einwandfrei, insbesondere im Nahbereich, aber der blinde Fleck unterhalb einer bestimmten Entfernung funktioniert nicht. Wenn Sie mehr Beleuchtungsquellen haben, ist dies außerdem fehlerhaft. Die Genauigkeit der Messung hängt von der Qualität der verwendeten Kamera und dem Abstand zwischen Kamera und Beleuchtungsquelle ab.

Ich hoffe, das hilft!

Was Sie beschreiben, ist im Wesentlichen ein Digitalisiertisch oder ein Tablet.

Als ich für einen Photogrammetrie-OEM arbeitete, waren unsere Digitalisiertische etwa ein Quadratmeter groß und wurden damals (und möglicherweise auch heute) von Kartographen usw. verwendet. Sie bestanden aus einem Glastisch mit dünnen Kupferdrähten, die gitterförmig an der Rückseite des Tisches befestigt waren ; und ein Zeigegerät (Fadenkreuz), das eine elektromagnetische Spule enthielt.

Logikschaltungen würden elektrische Impulse über die Kupferdrähte in der X- und Y-Achse senden. Diese Impulse würden von der Spule aufgenommen und von digitalen Zählern verarbeitet, um die exakte XY-Position des Zeigegeräts auf Hundertstel Zoll genau zu berechnen.

Wenn Sie aus irgendeinem Grund kein Zeigegerät in Ihrem Projekt verwenden können, können Sie versuchen, einen Stromabnehmer anzubringen.