Laser als Sensor ?

[Matthias]

Nochmal @hrrh: Es gibt, ich glaub bei ELV, Lasermodule, die man Modulieren kann. Ich hab das Teil nicht auf die Schelle gefunden, such gleich aber weiter.

[Excalibur]

@ Manf: 1. Es war so gemeint, das vor den beiden Empfängern die gleichen Filter sitzen. Die Idee dahinter ist, schon vor dem Empfänger soviel irrelevantes Llicht herauszufiltern wie möglich. Also Licht mit der falschen Polarisation und außerhalb der gewünschten Wellenlänge wird vorher ausgefiltert und beeinflußt das Meßergebniss nicht. Die Modulation ist nicht gedacht um über phasenverschiebungen etwas auszuwerten, sondern um das eigene Signal von verbleibenden Fremdlicht noch besser trennen zu können. Das heißt eine Modulation von wenigen Khz sollte reichen.

2. Der Laser strahlt nach vorne. Am Ziel erscheint ein Leuchtpunkt. Das davon reflektierte Licht hat unterschiedlich lange Wege zu den Empfängern, da die sich ja nicht symetrisch vom Sender entfernt befinden. Sondern z.B. 5 cm links und 10 cm rechts. Die Laufzeitunterschiede zu messen ist mit Hobbymitteln wohl nicht möglich. Aber der unterschiedlich lange Weg, führt beim weiter entfernten Empfänger ja auch zu einem geringeren Empfangsignal. Die Differenz sollte mit Hobbymitteln erfassbar sein.

Die Differenz des Signals, sollte das Verhältnis der Winkel der beiden Empfänger zum reflektierten Lichtpunkt darstellen.


MfG

Michael

[LinuxFan]

Hi

@Excalibur: Aber unterschiedliche Objekte reflektieren auch unterschiedlich stark. So schluckt schwarz mehr Licht als weiß und du bekommst dann beim Enpfänger unterschiedliche Werte.

Was ist denn an Ultraschall so schlecht?

[Manf]

Ja, danke ich habe noch darüber nachgedacht und bin auch auf diese Richtung gekommen. Zum ersten Punkt stimme ich zu.
Polarisation habe ich bisher nicht einbezogen, aber man kennt das ja von Fensterscheiben, unter speziellen Randbedingungen kann man dabei sehr viel gewinnen.
Mit den TSOP Empfängern hat man eine ganze Menge Funktionen preisgünstig realisiert, die man dann im Sender noch ergänzen kann um zu einer wirklich guten Fremdlicht Unterdrückung zu kommen.

Der Internsitätsunterschied der Strahlung durch unterschiedliche Weglänge ist natürlich ein Kriterium das besteht, das aber durch beste Kompensation bestimmt werden müßte. Der Gesamtabstand dürfte nicht zu groß werden um bei der kleinen Basisbreite noch relevant zu sein. Im Beispiel sind die Strecken Objekt Empfänger bei 10cm Abstand immerhin noch 141mm und 112mm bei einem Meter Abstand nur noch 1005mm und 1001,25mm.

Intensitätsunterschiede sind dann entsprechend klein und die Unterschiede in der Relflexionsrichtung sind bei starrem Sender nicht erfassbar. Exemplarstreuungen in Empfindlichkeit und deren Linearität bei den Empfängern müßten auch kompensiert werden. Ideal wäe es hierzu wenn die Empfänger ihre Position tauschen könnten oder ein Empfänger abwechselnd in unterschiedlichem Abstand vom Objekt angeordnet werden könnte. Es käme dann nur noch auf die Homogenität der Richtcharakterisitk des reflektierten Lichtes an.
So ganz begeistert bin ich noch nicht. Irgendetwas feht noch.
Manfred

[Excalibur]

@LinuxFan Es stimmt unterschiedliche Materialien reflektieren unterschiedlich. aber das wäre in dem Fall unerheblich, weil nicht die absolute reflektionsstärke ausgewertet wird. sondern das verhältnis der Stärke zueinander. Ich finde Ultraschall nicht schlecht, es ist nur nicht Thema dieses Threads. Ursprünglich geht mein Vorschlag ja eigentlich auf das Ortungsverfahren der Flattermänner zurück. Die Billig us-Sensoren die man als hobbyist kaufen, können das leider gerade mal ansatzweise immitieren. Na ja, ursprünglich wurden die ja auch zur Fernsteuerung von Fernsehern entwickelt und sind auf dieser Entwicklungsstufe stehengeblieben. *grins*. Aber der Vergleich zeigt was auf diesem Gebiet eigentlich möglich ist. Nämlich Genauigkeiten von unter einen mm, sowie eine art Materialerkennung.
http://www.informatik.uni-bremen.de/...use/node9.html


@Manf Das mit der unterchiedlichen Reflektionsrichtung ist natürlich ein Problem. Deshalb dachte ich ja auch das die Empfänger nicht zu weit auseinander angebracht werden dürfen, was andererseits aber die Intensitätsunterschiede minimiert. Deine Idee mit einem Empfänger auf wechselnden Positionen aufgreifend. Wie wäre es mit einem Empfänger hinter dem sener der sein licht über spiegel zugeführt bekommt. Abwechselt von links und recht. Damit sollten doch die Fehler die durch Fertigungstoleranzen bei Empfänger und Filter entstehen, sich gegenseitig aufheben.

[Manf]

Das mit dem geringen Unterschied der Entfernung wenn die Basislänge (also die Breite des Meßgerätes) kleiner ist als die Meßentfernung, ist bei der Amplitudenmessung schon ein ernstes Problem. Wenn dann die Empfänger nicht weit auseinander sein sollen wird der Effekt erheblich stören.
Zwei Spiegel kompensieren sich nicht und auch nicht die Empfangscharakteristik des Empfängers geht in die Messung ein, wenn er von unterschiedlichen Seiten das Licht bekommt.
Eine Kompensation der Effekte könnte man mit einer Referenz-Entfernugnsmessung durchführen, aber wie gesagt, den entscheidenden Vorteil des Verfahrens sehe ich bis jetzt nicht.

Wenn die Richtcharakteristik der Reflexion stört, vielleicht sollte man sie als Meßgröße verwenden. Das erinnert mich an einen Kollegen der mir davon berichtet hat, dass er einmal einen hochgenauen Straßenbahndetektor gebaut hat, mit dem er vom Labor aus bestimmen konnte, wann die Straßenbahn nicht sichtbar am Gelände vorbeifährt. Die Beschreibung klang erher nach einer optischen Übertragungsstrecke und das sollte es auch werden, aber die erste zuverlässige Funktion war das Anzeigen, wenn die Straßenbahn vorbeifährt.
Manfred

[Excalibur]

Den entscheidenden Vorteil des Verfahrens sehe ich darin, das es mit Hobbymitteln zu verwirklichen ist. Vorausgesetzt es funktioniert und das erörtern wir ja gerade.

Die Spiegel komponsieren sich nicht. Das ist klar. Aber die Fehler der Filter und des Empfängers sollten sich kompensieren, da es nur einen Empfänger gibt, wirken sich viele seiner Fehler auf beide Messungen gleich aus und sollten sich dadurch gegeneitig aufheben. Das eine Referenzmessung notwendig ist zur Kalibrierung ist klar. Schon allein wegen dem Linearitätsfehler. Der Gedanke dabei ist, je weniger vermeidbare Fehler das Meßergebnis verfälschen und nicht in die Kalibrierung eingehen, desto besser das Ergebnis. Ich hoffe dadurch ist es auch bei der geringen Basislänge möglich brauchbare Ergebnisse zu erzielen.



MfG
Michael

[Excalibur]

Ups, ein Problem mit den Spiegeln habe ich gerade selbst entdeckt. Das würde nur bei Stillstand funktionieren, da die Messungen nacheinander und nicht simultan durchgeführt werden.


mfG

Michael

[Manf]

Bei der Kompensation ergibt sich immerhin der gleiche Bewegungsablauf der Spiegel, der eben als Ganzes kompensiert werden muß.

Die Linearität des Sensors geht voll ins Ergebnis ein. Da liegt wohl ein Hauptproblem. Man sollte mal überlegen, in welchem Entferungsbereich gemessen werden soll.
Für die obengenannten Werte mit 5cm und 10cm habe ich einmal das Verhältnis der Entferungen zu den Sensoren in Abhängigkeit von der Meßentfernung in cm aufgetragen.
Der Wert fällt eben recht rasch ab und geht dann irgendwann im Rauschen unter. Wie weit soll es gehen 60cm? darüber ist die Differenz nur noch wenige mm, und das Verhältnis unter 1%.
Manfred

[BlueLoop]

Mir fallen gerade 2 praktikable Lösungen ein, wobei beide eine Kamera vorraussetzen:

1)
Linienlaser nehmen (die sind heller als wenn man einen rotierenden Spiegel verwendet und nicht so gefährlich, da sie nich stillstehen können, also können sie ruhig 5mW haben) und horizontal, leicht nach unten geneigt, von einer möglichst hohen Stelle des Roboters nach vorne leuchten. Eine Kamera kann jetzt in jeder Spalte die y-Position des Lasers bestimmen und erhält eine Karte der Hindernisse.
Theoretisch geht das sogar mit einer analog Kamera, diese montiert man so um 90° gedreht das zeilen, spalten sind. Jetzt kann man mit einem schnell getakteten PIC/Atmel (der nichts anderes tun sollte) auf den Bildanfang wareten und in jeder Zeile die Zeit messen bis der Puls kommt, das ist dann schon mehr oder weniger die Entfernung.
Das funktioniert tatsächlich, ich hab dazu schonmal eine webseite gesehen, mit bildern, finde sie jetzt aber nicht mehr.

2)
Nur Entfernung in eine Richtung messen. Laserpointer nach vorne abstrahlen (möglichst moduliert mit 38kHz) horizintal dazu in einigen cm Entfernung eine Linse die das Bild vor dem Robo auf eine Platine projeziert, auf der 5-10 Photodioden angebracht sind. Je nach Empfernung bekommt eine andere Diode das stärkste Signal. Besser eignet sich dazu ein 32 oder 64er Diodenarry wie es bei Conrad gibt. Die Zwischenwerte können getrost interpoliert werden.