Projekt Maschine mit Messuhr zur Messung von Oberflächen

[heliman]

Hallo, dies ist mein erster Beitrag hier im Forum. Ich hoffe schonmal, dass ich in diesem Forum richtig bin.
Grund für meine Anmeldung hier ist ein ehrgeiziges Projekt, das ich mir als Neuling, was die Steuerung und Programmierung von Komponenten und den Bau in den Kopf gesetzt habe.
Folgendes soll entstehen: Ich möchte eine Maschine (mögl. akkubetrieben) konstruieren, welche die Ebenheit von Kunststoffplatten misst und auswertet.
Die Kunststoffplatten sind alle einen Meter breit und etwa fünf Meter lang. Es geht hier um Unebenheiten/Vertiefungen/Erhöhungen im hundertstel mm bis Millimeter Bereich.
Ich hätte mir nun vorgestellt eine digitale Messuhr auf einer Lineareinheit zu montieren, welche die Messuhr über die Platte führt. Die Messuhr soll mit einem Raspberry oder Arduino (oder was anderes?) zusammenarbeiten und die Daten an das Board senden. Dort sollen sie dann weiterverarbeitet werden (wenn möglich per WLAN gleich auf einen mysql Server). Die entsprechende Software zur Steuerung der Messuhr, Messungen, Lineareinheit möchte ich selbst entwerfen (Ich habe etwas Erfahrung mit PHP und Mysql, in Python würde ich mich dann intensiv einlesen)
Zusätzlich soll die Maschine auf der Platte beweglich sein, sprich über die Kunststoffplatte zu den Messpunkten fahren (als Messuhr fährt rechts links und Maschine an sich fährt vorwärts und rückwärts auf bestimmte Positionen). Die Messpunkte sind immer an den gleichen Stellen.
So das waren erstmal meine Wünsche
Ich möchte mich zu Anfang auf das Eigentliche konzentrieren und zwar die Messung mit Datenspeicherung, Verarbeitung.
1. welche Messuhr würde sich für meinen Zweck eignen um Daten mit eigener Software auszulesen und die Messuhr anzusteuern, ohne sie manuell bedienen zu müssen? (Ich kann dem Gerät ja nicht ständig hinterherlaufen)
2. welche Hardware ist zur Datenerfassung, Datenverarbeitung und Steuerung einer solchen Maschine am besten geeignet?

So, das war erstmal ganz schön viel fürs erste. Ich hoffe, ihr könnt mir hier weiterhelfen und mich ermutigen ein solches Projekt anzugehen.

Joe

[Peter(TOO)]

Hallo Joe,

Du fängst da am falschen Ende an, die Messuhr alleine hilft dir gar nichts, du brauchst als erstes eine Referenzfläche!

Du brauchst eine Konstruktion , welche sich auf 5m Länge weniger als 1/100mm durchbiegt. Du kannst nicht genauer messen, als die Durchbiegung der Referenz.

Mechanisch brauchst du also einen massiven Messtisch und einen XY Antrieb, welcher genauer als ein 1/100mm ist.
Wieso das Akku-Betrieben sein soll, weiss ich nicht wirklich. Das ganze wird so schwer werden, dass es nicht portabel sein wird. Zudem muss man das Ganze nach dem Aufstellen erst mal ausrichten, sonst schaffst du die Genauigkeit nicht.

Bei 5m hast du schon Probleme mit der Längenausdehnung durch die Temperatur.
Also als erstes musst du die Mechanik hinbekommen, dann kannst du über Messuhren nachdenken.

Möglich wäre vielleicht auch noch die Referenzfläche mit einem Strich-Laser zu erzeugen, die Höhe würde man dann optisch messen.
Man könnte z.B. einen rotierenden Laser in die Mitte der Platte stellen, die mögliche Genauigkeit hängt dann aber vor allem von den Lagern ab.
Dann könnet man mit einem kleinen Roboter auf der Platte rumfahren und die höhe des Lasers messen.
Praktisch wird die Referenzfläche aber nicht parallel zur Platte sein, aber das kann man dann aus den Messwerten rausrechnen.

MfG Peter(TOO)

[heliman]

Hi Peter,

da habe ich mich wohl unverständlich ausgedrückt. Die Maschine soll relativ klein und leicht werden. Im Grunde genommen soll es eine fahrbare Schiene (1 Meter lang) sein, welche lediglich die Lineareinheit mit Messuhr, die Steuerung und den Antrieb trägt und diese über einen Antriebsmechanismus über die Platte fährt. Die Schiene soll vordefiniert einfach über die Platte fahren, an vordefinierten Stellen anhalten und dann soll die Messuhr nach links oder recht über die Platte fahren und quer einige Messungen durchführen und dann weiter bis zum Plattenende. Die hunderstel mm werden hier wohl nicht einzuhalten sein, es soll halt so genau wie möglich mit herkömmlichen Mitteln sein. Im Konkreten geht es hier um mögliche Toleranzen in der Ebenheit von mehr als einem mm, da sollten zehntel ausreichen. Ist das möglich?
Das mit dem Akkubetrieb wäre halt ein nettes Feature.

Joe

- - - Aktualisiert - - -

OK, nochmal zur Verdeutlichung meines Vorhabens.
Meine aktuelle Messmethode besteht aus einer Aluschiene an der eine analoge Messuhr verschiebbar befestigt ist. Ich lege die Schiene quer auf die Kunststoffplatte und verschiebe per Hand die Messuhr an ein paar vordefinierte Stellen quer auf der Platte und notiere mir die Messwerte auf einem Zettel. Das mach ich alle 20, 30 cm bis ich am Ende der Platte bin. Nach hundertmal Bücken bin ich dann auch am Ende
Ich glaube, dass eine relativ einfache Maschine auch nicht ungenauer ist, als ich mit der Hand.

Joe

[Peter(TOO)]

Hallo Joe,

Im Konkreten geht es hier um mögliche Toleranzen in der Ebenheit von mehr als einem mm, da sollten zehntel ausreichen. Ist das möglich?

Um was genau geht es eigentlich?

Das Ganze scheint im Bereich QS angesiedelt zu sein.
Die Frage ist jetzt, WAS garantiert werden soll und ob die Welligkeit in mm wichtig ist oder der optische Eindruck?
Im letzteren Fall könnte man die Fläche fast waagrecht anleuchten und mit einer Kamera das entstehende Schattenbild aufnehmen. Je höher der "Hügel" um so länger ist der Schatten.

MfG Peter(TOO)

[heliman]

Hallo zusammen,
@i_make_it
Boah - das ist heftig

Das ganze ist relativ simpel. Ich muss die Oberfläche von Bowlingbahnen auf ihre Unebenheit messen. Hierzu gibt es eine offizielle Wasserwage aus Alu, welche so lang ist, wie die Bahn breit. Auf der Wasserwaage wird ein Schlitten mit einer Zeigermessuhr angebracht. Die Wasserwaage hat an ihren Enden zwei kleine Füße, damit sie nicht komplett aufliegt. Die Wasserwaage wird nun auf bestimmte Bereiche der Bahn gelegt. Der Schlitten wird auf eine Seite geschoben und die Uhr auf Null gestellt. Dann schiebt man die Messuhr per Hand in die Mitte der Bahn, notiert den Messwert (zB +10/1000"), schiebt weiter auf die andere Seite und notiert wieder.
Ich habe diese Messmethode nicht erfunden, sie ist so aus den USA vorgegeben. Die Wasserwaage und die Messuhr wird dort speziell für diese Anwendung mit dieser Anleitung zum Messen verkauft. Da die Zeigermessuhr 1/1000" anzeigt, gehe ich davon aus, dass die Uhr das auch anzeigt und misst.

Ich möchte diesen Vorgang einfach automatisieren und ein paar mehr Messpunkte einfügen. Wie genau diese Messungen sind, kann ich nicht sagenn. Aus den Messergebnissen wird dann eine Topografie erstellt, so dass man grafisch die Höhen und Tiefen der Bahn sehen kann.

Falls es interessiert: man kann das kurz auf diesem Youtube Video sehen https://www.youtube.com/watch?v=AJpp_BNCVb0 08:34-08:40

Joe

[i_make_it]

Auch müssten die Lineale dann keine 5m lang sein. Mir hat ein Sensorlieferant mal erklärt wie die Firma Liebherr ihre Kräne scant. Aus naheliegenden Gründen sind Lineale umd Messräume von Scannern deutlich kleiner als die zu vermessenden Teile. Man scant also nur, sich überlappende, Teile und setzt die dann am Computer wieder zusammen.

Leider sind das aber zwei paar Schuh.
Beim einen geht es um Allgemeintoleranzen nach DIN 7168, da ist beim Genauigkeitsgrad f(fein) beim Nennmaßbereich 4000-8000mm schon gar keine Toleranz mehr genormt und m (mittel) hat +-3mm.
In diesem Fall geht es um eine Form- und Lagetoleranz nach DIN 1101 mit engeren Toleranzen.
Ich habe auch schon 22m lange Werkstücke gefräst auf einer Maschine die 5m hatte. Da ist das Umspannen und Ausrichten das spannende.
Man sollte auch beim scannen mindestens 30% uberlappen um halbwegs genau zu bleiben.

Und das Lineal einfach auflegen, ist nicht besonders gut.
Da man dann undefinierte Auflagepunkte hat, kann es zu Kippungen und verdrehungen kommen, die man nur sehr schwer wieder rausrechnen kann.
Ich mußte schon Messungen im Bereich von 0,01 und genauer auf sonntags verlegen, da mir die Vibrationen von LKW die 40m entfernt vorbeifuhren die Ergebnisse verfälscht haben.
Messreihe 5 mal wiederholt und bei zu großer Range für den selben Messpunkt wurde die gesammte Messung als Ungültig angesehen (Abnahmemessung für den Kunden).
Wenn man eine 30m (X) Führung alle 100mm eine Messung auf Abweichung in Y, Z und Verdrehung der Führungsfläche misst (903 Messwerte) lernt man alles zu verfluchen. Von vorbeifahrenden LKW bis hin zur Sonne die hinter Wolken vorkommt und dazu führt das die letzte Messreihe durch Wärmeausdehnung schön wegläuft.
So ein Messprotokoll muß ja gut aussehen damit der Kunde dann auch im 8 Stelligen Bereich den überweist.

[Peter(TOO)]

Hallo Joe,

Die Wasserwaage hast du Unterschlagen

MfG Peter(TOO)

[i_make_it]

Ich muss die Oberfläche von Bowlingbahnen auf ihre Unebenheit messen.

OK, Du willst also keine Ebenheit der Fläche messen, sondern nur ob die Bahn in Querrichtung im Wasser ist, damit die Kugel nicht auswandert. (Du darfst auch gerne die Rille die in die 1-3er Gasse führt übersehen !!!)

Damit ist die Wasserwage und somit die Parallelität zur Erdoberfläche dein Referenzsystem.

Bei 3 Messungen, könnte man natürlich auch 3 Taster nehmen die gleichzeitig arbeiten.
Aber vermutlich gibt es eine NBL Reglementierung dazu.
Das solltest Du auch vorher abklären bevor Du deine Automatisierungslösung umsetzt.
Wenn es um Tunierbahnen geht, kann es sein, daß der Messaufbau genau festgeschrieben ist und jede Änderung unzulässig ist.
An sonsten für den Schlitten ein Zahnriemenantrieb ähnlich wie bei einem 3D-Drucker und ein Mechanismus zum anheben des Tasters beim verfahren.

[Mxt]

Hallo zusammen,
Ich möchte diesen Vorgang einfach automatisieren und ein paar mehr Messpunkte einfügen.

Schön, das macht das Problem doch schon etwas übersichtlicher.

Was mir da spontan einfällt: Es gibt sowohl für die Messuhren als auch für die Messtaster verschiedene Spitzen. Statt einer Bleistiftform könnten man eine Spitze mit so einer kleinen Rolle dran verwenden. Dann muss man die Uhr gar nicht immer neu ansetzen, sondern könnte sie an einer Führung über die Bahn ziehen.

Dann würde sich das auf das Aufnehmen eines Analogsignals (wenn man einen entsprechenden Messtaster verwendet) und die Steuerung eines Motors reduzieren. Dafür könnte im Prinzip ein Mikrocontroller reichen, mit den erwähnten Einschränkungen bei der Genauigkeit des Einlesens des Analogsignals.



Man könnte auch ganz auf einen Motor verzichten und statt dessen einen Encoder benutzen und die Führung von Hand schieben. Immer wenn der Encoder meldet, dass man eine bestimmte Distanz zurückgelegt hat, speichert man das Analogsignal.

[oberallgeier]

.. Es geht hier um Unebenheiten/Vertiefungen/Erhöhungen im hundertstel mm bis Millimeter Bereich ..

Hallo Joe,

willkommen im Forum. So ungefähr ist mir Deine Aufgabenstellung wohl klar. Unklar ist mir und wohl auch meinem Vorredner, woher Du die Sicherheit nimmst, dass die "andere" Seite der Platte eben ist und zwar ".. im hundertstel mm bis Millimeter Bereich ..". Die Unterseite kann ja bei Deinem Messverfahren theoretisch total uneben und pickelig sein, wenn die resultierenden Auflagen auf der Unterseite wenigstens so eng liegen, dass kein Verformen der Oberseite im geforderten Genauigkeitsbereich entsteht (Durchhang oder Aufwölbung). Dann könntest Du bei unebener Unterseite immer noch eine total ebene Oberfläche messen. Könntest Du bitte mal diese Ungereimtheit aufklären ?