Vermessung eines Fahrrad-Achters

Hallo zusammen,

im Rahmen eines Praktikums an der Uni suchen wir nach einer Möglichkeit, einen Fahrrad-Achter zu vermessen. Unsere Idee war es, dies mit einem Distanzsensor zu machen. Leider sind jedoch erschwingliche Optosensoren für diese Aufgabe zu ungenau, wir bräuchten eine Auflösung von ca. 1mm. Hat jemand von euch eine Idee, wie man diesen Achter einigermaßen kostengünstig ausmessen könnte? (Der Achter soll dann im PC mit Splines modelliert werden und anschließend ausgewertet werden, an welchen Speichen man zu drehen hat, um wieder ein rundes Rad zu erhalten)

Danke im Voraus,
machine

Was für Daten brauch das Programm denn um was zu erarbeiten?

Mal schauen ob ich verständlich erklären kann was ich mir da vorstelle:
Das 'Messwerkzeug' wird im rechten Winkel zur Achse angebracht und man kann die Breite der Felge/des Reifen eingeben. Damit hat man schonmal die Absolute Nullstellung.
Links (oder Rechts) der Felge/des Reifen hat man eine Laufrolle. Die Rolle geht über ein Arm auf ein Poti. Die Achse des Potis ist um 90 Grad versetzt zur Achse des Rads.
Wird das Rad jetzt gedreht, bewegt sich das Poti wenn eine Unwucht vorhanden ist. Das Poti liefert dann einen anderen Spannungswert der ausgewertet werden kann.
Un das Ergebnis zu verfeinern, könnte man eine Umlenkung oder Zahnräder verwenden, die den vollen Drehwinkel (idr 270 Grad) des Potis ausnutzt, wenn man von einer max. Unwucht ausgeht, die auftreten kann (die sich noch richten lässt).

Aber wenn ich diese Erfindung irgendwann man in einer Fahrradwerkstatt sehe und eine Patentnummer drauf ist und meine Konto keine Überweisung aufweisst meld ich mich bei euch ;)

Soll eine radiale oder auch eine axiale Verbiegung gemessen werden?
Wie groß ist der Meßbereich?

Bei ausreichend kleinem Meßbereich können auch magnetische Abstandssensoren eingesetzt werden. Beim langsamen Heranfahren des Sensors an den rotierenden Reifen läßt sich die Auslenkung sicher auch bei nichtlinearem Sensorverhalten durch Vergleich gut messen.

Manfred

Das erste was mir zu diesem Thema eingefallen ist, ist ein Interferrometer. Jedoch sind diese Messmittel SEHR teuer.

Da ist mir eingefallen, dass ich bereits schon mal eine Präsentation zusammengestellt habe, über verschiedene Möglichkeiten Wege zu messen und deren Funktionsweise.
Die Firma Micro-Elipson hat eine sehr gute Übersicht ( http://www.micro-epsilon.de )

Off Topic: Da komm' ich mir mit meiner Kreide-Methode aus der Jugendzeit richtig steinzeitmäßig vor :oops:

Zitat:

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Zitat von PicNick

Off Topic: Da komm' ich mir mit meiner Kreide-Methode aus der Jugendzeit richtig steinzeitmäßig vor :oops:

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jetzt erklärt sich, woher der begriff kreidezeit kommt :-)
mfg knacki

Ist schon recht: wer den Schaden hat, spottet jeder Beschreibung

Das magnetische Verfahren oben habe ich eigentlich nur angegeben, weil man für die optischen Verfahren das Fahrrad wohl vorher putzen muss.

In der alten Zweirad-Werkstatt im Haus gegenüber hat man früher auch mit Kreide gearbeitet, vor allem wurde auch beim Spannen der Speichen die mechanische Spannung auf Gleichheit überprüft.

An die Speichen des sich langsam drehenden Rades wurde dazu ein Schraubenzieher gehalten, um dann die Tonlage auf Gleichheit abzustimmen. Man muß sich dabei die Speiche mit dem tieferen Ton merken.

Für heutige Ansprüche könnte ich mir vorstellen, dass man eine kurze Videosequenz einer Radumdrehung aufnimmt und mit einer Fourieranalyse des Tonsignals eine komplette Auswertung mit Angabe der erforderlichen Nachspannstrecken in Schlüsseldrehwinkeln ausgibt. Quasi "one-shot" oder "one turn".

Manfred

Vielleicht könnt man das dann auch mit einem elektr. Stimmgerät machen
:-({|=
Oder von einem Klavierstimmer.

Hallo,

danke schonmal für eure Anregungen. Es soll sowohl die radiale, als auch axiale Verbiegung gemessen werden, es werden also zwei Sensoren benötigt. Das mit den magnetischen Sensoren hört sich nicht schlecht an. Weiß jemand von euch, wie teuer die ungefähr sind? Ich habe inzwischen auch genauere optische (IR) Sensoren gefunden, ich bin jedoch immer noch skeptisch, was die Beeinträchtigung durch die Verschmutzung der Felge angeht. Da diese optischen Sensoren nicht so teuer sind, werden wir es wohl damit mal probieren. Die Idee mit der Laufrolle klingt auch gut, ist uns jedoch evtl. zuviel Mechanik. Mal schauen, worauf es letztendlich hinauslaufen wird.

Danke schonmal,

machine

Für die magnetische Variante bieten sich lineare Hall Sensoren mit einem Magneten dahinter an (Back Biased). Das funktioniert dann aber nur, wenn die Felge auch entsprechend Ferromagnetisches Material enthält.

Ich hab hier schonmal ein paar Messungen dazu gepostet.
Finden...
An sonsten gibts bei www.allegromicro.com einige nette Anregungen.
Preislich sind Hall Sensoren einen Versuch Wert. Gibts für 2-5€.

Wolfgang

Wie wär's mit einer digitalen Meßuhr mit Datenausgang? z.B.

http://www.praezisionstools.de/mwgpt...r_KA40401.html

Ist eigentlich das klassische Meßmittel - halt jetzt digitaal.

frobo

Zitat:

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Ich hab hier schonmal ein paar Messungen dazu gepostet.
Finden...

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https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...?p=57543#57543

Hier ist es auf alle Fälle, mal sehen ob es passt.
Manfred

Zitat:

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Die Idee mit der Laufrolle klingt auch gut, ist uns jedoch evtl. zuviel Mechanik. Mal schauen, worauf es letztendlich hinauslaufen wird.

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Ich glaube ehrlich gesagt gar nicht mal, dass die Laufrolle mechanisch so viel aufwendiger ist. Da es unterschiedliche Felgengrössen gibt, musst du die Felge oder den Sensor sowieso justierbar machen.
Ich vermute einen IR- oder Magnetsensor musst du präziser justieren als eine Laufrolle die man mit einer Feder auf die Felge drücken könnte
.
Statt mit einer Übersetzung auf ein Drehpoti könnte man vielleicht mit einem einfachen Hebel auf ein Schiebepoti gehen.
Nachteil von einem Poti ist allerdings, dass des auch nicht ganz unempfindlich gegen Verschmutzung und Verschleiss ist. Dafür ist es allerding relativ billig und lässt sich öfter mal austauschen.

moin moin,

falls Ihr immer noch auf der Suche sein solltet, hier mein Vorschlag:

Mit einem Linienlaser einen Strich auf der Felge "zeichnen".
Die gedachte Verlängerung des Striches geht durch die Achse des Rades.
Nun mit einer Kamera schräg die Position der Laserlinie
im Bild bestimmen. Je nach Fehler wird sie horizontal oder
vertikal sich im Bild bewegen.

siehe auch:
http://de.wikipedia.org/wiki/Triangulation_(Messtechnik)

Bei 1mm Genauigkeit müsste sich das mit einer einfachen USB
Kamera realisieren lassen, glaube ich jedenfalls.

Allerdings ist das Verschmutzungsproblem wie Manf schon erwähnte
nicht zu vernachlässigen.


Gruß

pinsel

Ich glaube mit meiner Idee ist die Verschmutzung unerhäblich?!
Und die groben Brocken kann man zuvor abwischen oder abfegen.
Und Laser oder andere Sensoren hören sich auch wieder teuer an. Und genau das sollte ja nicht der Fall werden.

Ich will damit nicht sagen, das meine Idee die optimalste ist. Aber es wurden ja Richtlinien genannt was machine sich vorstellt.

Zitat:

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Und Laser oder andere Sensoren hören sich auch wieder teuer an. Und genau das sollte ja nicht der Fall werden.

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Es geht ja erst einmal um die Suche nach Ideen.
Einen Widerstand mechanisch nachzuführen ist manchmal nicht einfach. Wenn es mehr Zeit benötigt das Rad auszumessen, dann muß man es besser fixieren. Mit Licht geht es vielleicht sehr schnell und die Apparatur wird einfacher.

Andererseits hat man beim Rad auch spiegelnde Oberflächen und der Laser hat Schwierigkeiten solange die Felge nicht etwas staubig ist. Teuer muß er wieder nicht sein als Laserpointer.

So kann jeder Ansatz seine Vorteile haben. Kannst Du viellecht den Ansatz den Du genannt hat noch ein bisschen näher beschreiben? Wie wird der Kontakt zwischen Rad und Sensor hergestellt? Ist das ein Laufrad oder ein Stift der an Rad gleitet? Wird die Auslenkung in die Drehbewegung eines Potis umgesetzt? Wie groß sollte der Ausschlag dabei werden, pro mm beispielsweise?
Manfred

Zitat:

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Zitat von Marco78

Ich glaube mit meiner Idee ist die Verschmutzung unerhäblich?!
Und die groben Brocken kann man zuvor abwischen oder abfegen.

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Nun ja, im Grunde ist es doch so: Wenn das Rad stark verschmutzt ist dann wird jede Messmethode Probleme bekommen. Die Frage ist "wie Betriebssicher" soll es sein?

Zitat:

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Zitat von Marco78

Und Laser oder andere Sensoren hören sich auch wieder teuer an. Und genau das sollte ja nicht der Fall werden.

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Das ist eine Frage der gewünschten Messgenauigkeit und des Aufwandes bei der Auswertung.

machine meinte ja das 1mm Auflösung erwünscht sind und ich kann mir vorstellen das das mit einem Laserpointer und Strichlinse und einer einfachen Digitalkamera bzw. USB WebCam zu erreichen ist. Das ganze wird aber nur funktionieren wenn eine Abdeckung vorhanden ist um
das Nebenlicht zu reduzieren sonst wird das nichts.
Ach so wichtig ist das die Kamera eine Makro-Modus hat damit
man möglichst dicht ran kann.

Der Vorteil der Optischen Messung ist das der Mechanische Aufwand geringer ist. Es sind "nur" ein paar Halterungen zu bauen ;-)

Der Nachteil ist das die Bildauswertung wesentlich aufwendiger ist als wenn ein Poti ausgewertet wird. Vor allem wenn einfache Sensoren zum Einsatz kommen muss mehr gefiltert werden.

Gruß

pinsel

Hallo

Ich finde die Methode mit dem Poti auf jeden Fall einen Versuch wert. Die Einfachheit des mechanischen Aufbaus und der Auswertung der Messergebnmisse sind kaum zu überbieten. Man könnte es evtl. so machen:

Bild hier  

Mit einem 8-Bit AD-Wandler kann man ca. 1° (270°/256) Potiänderung auflösen. Bei einem 5cm langen Hebel wäre das ungefähr 1mm Höhenänderung auf der Felge. Da man nicht den ganzen Drehbereich des Potis benutzt, könnte man durch anpassen der Referenzspannung am ADC die Auflösung noch verbessern.

Ein weiter Vorteil ist, dass zwei solcher Sensoren (2 Potis und 2 ADCs) nur 5-6 Euro kosten würden.

Gruss
Skilltronic

Theoretisch könnt man das auch mit den flexiblen Widerständen versuchen, die ein Zubehöranbieter verkauft.
Hat jemand Erfahrung damit ?

ein alu speichenrad oder sowas hat bei einem bmx rad jeden tag einen achter, den behebt man sozusagen vor dem abstellen. eine maschine wäre da wirklich zuviel. aber nichts desto trotz, es gibt schliesslich auch kaffeemaschienen, obwohl man den kaffee auch so kochen kann. die sinnvolllste methode für eine komplettmessung ist eine langzeitbelichtung der drehbewegung. die einzelnen steps der speichenberichtigung würden vermutlich nur über eine referenzmarke funktionieren. da man den reifen nicht komplett bekleben kann, kosten, müsste man die software mit der speichenanzahl parametrieren. ein poti kann man auf keinen fall nehmen, aber vieleicht einen drehgeber, den man an der gabel oder dem rahmen temporär befestigen kann.

Zitat:

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Zitat von menior

ein poti kann man auf keinen fall nehmen

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Das ist ja ne klare Aussage. Könntest du das auch irgendwie begründen? Es geht ja darum, den Achter auszumessen und das in zwei Achsen. Wie stellst du dir denn das Umwandeln der Bildinformation in Messwerte vor? Ich gehe auch davon aus, dass man die Felge in einen Schraubstock einspannt und die Potis ebenfalls über Schraubklemmen oder so fest an der Werkbank befestigt.

Zitat:

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eine maschine wäre da wirklich zuviel.

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Vll wird die Maschine ja nicht für Leute wie dich sondern welche, die ihr Fahrrad in eine Werkstatt bringen oder garnicht erst wissen wie man eine Acht rausdreht?!

Zitat:

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ein poti kann man auf keinen fall nehmen

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Sorry, ich hatte vergessen, das Autoräder auch mit hochaufwendiger Software und Bilderfassung ausgewuchtet werden. Deshalb müssen sie ja auch so sauber sein beim auswuchten!

Ein Poti ist vielleicht etwas billig ausgedrückt. Dennoch bin ich dr Meinung, das es die günstigste Lösung ist. Ein Schrittmotor dreht das Rad eine Umdrehung. Die Messungen werden vorgenommen. Ein z.B. AVR wertet das alles aus. Bei der nächsten Umdrehung kann ein LCD anzeigen um wieviel Drehunen und in welche Richtung gespannt werden muss (ergibt sich dann ja aus der Steigung des Gewindes)

Die Kosten belaufen sich dann auf max. 30€ zzgl. Haltevorrichtung für das Rad. Aber da könnte man ja eine alte Gabel nehmen.
Sinnvollerweise wird nicht an der Stelle gespannt, wie die Messeinrichtung sitzt, sondern um ein paar Speichen versetzt, weil da mehr Platz ist. Die Stelle ist in irgendeiner Form markiert und der Versatz wird durch den µC beachtet.

Und was kostet eine Bildauswertung? Alleine die Kamera wird ja schon 30€ kosten. Dann kommt noch die Auswertung dazu. Und dafür benötigt man Hardware und Software. Diese wird's wohl kaum für 50€ geben.

Ich finde die Skizze von Skilltronic ist doch schon mal eine gute Ausgangslage.
So ein Aufbau lässt sich relativ schnell und einfach umsetzen und dann hat man schon mal eine Basis für erste Experimente und Tests.
Dabei wird man dann sicherlich auf Probleme stossen die Änderungen erfordern, aber genau dafür sind Tests ja da.


Das Poti selber als Achse zu nehmen ist natürlich nicht sehr haltbar, aber das hat er sicherlich nur zur Vereinfachung der Skizze so gezeichnet.
Wenn man statt dem Poti ein feste Achse verwendet bekommt man einen Hebel den man günstig zur Verbesserung des Messergebnisses nutzen könnte.
Z.B. könnte man mit einem Schiebe-Poti am längeren Arm des Hebels einen grösseren Teil des Potis ausnutzen. Man könnte aber auch mit einem optischen Sensor oder einem Magnetsensor die Entfernung zum Hebel messen. Dann ist man die Probleme durch Verschmutzung der Felge los.

Was an fast allen Vorschlägen ein bischen stört ist, dass man messen kann ob eine Unwucht da ist und wenn ja wie gross sie ist. Irgendwie fehlt aber fast überall noch die Zuordnung wo die Unwucht auf der Felge ist.

Bei den Methoden, bei denen man die Felge langsam von Hand drehen und dabei eine Anzeige des Messgeräts beobachten kann, kann man die Zuordnung noch manuell machen und notfalls mit Kreide die entsprechenden Stellen auf der Felge kennzeichnen.

Wie soll das aber bei irgendwelchen Methoden über Filmaufzeichnung und Bildauswertung funktionieren?
Was nutzen schicke Messdiagramme, wenn sie nur zeigen, dass eine Unwucht da ist aber nicht wo sie ist?
Dass eine Unwucht da ist, weiss man doch schon vorher, sonst würde man die Felge doch gar nicht vermessen.

Ein Schiebepoti würde ich nicht nehmen wenn der Arm über eine Umlenkung arbeitet. Es wird immer eine Mechanik benötigt, die das Drehen um eine Achse auf ein schieben umwandelt. In der Praxis habe ich noch nix gesehen, was da dauerhaft zuverlässig arbeitet.
Mein Vorschlag war ja mit Zahnrädern eine Übersetzung zu machen, die die 270 Grad eines Potis ausnutzt. Oder man nimmt eine andere Übersetztung, die ein Spindeltrimmer mehrmals dreht.

Ein Schiebepoti wäre sinnvoll, wenn man im rechten Winkel zur Felge messen will. Eine Feder drückt den Schieber zur Felge und wird dann von der Felge zurückgedrückt bzw kann weiter zur Felge drücken.

Und wissen wo ausgerichtet wirden muss, tut dann der µC wenn der Schrittmotor 360 Grad hinter sich hat.

Zitat:

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Zitat von Marco78

Ein Schiebepoti würde ich nicht nehmen wenn der Arm über eine Umlenkung arbeitet. Es wird immer eine Mechanik benötigt, die das Drehen um eine Achse auf ein schieben umwandelt. In der Praxis habe ich noch nix gesehen, was da dauerhaft zuverlässig arbeitet.

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Bei "dauerhaft" und "zuverlässig" kommt es sicher auch darauf an, wie oft die Messeinrchtung überhaupt genutzt wird.
Bei einem kleinen Fahrradladen der alle paar Tage mal ein Rad ausrichtet, könnte auch eine simpler Aufbau mit Schiebe-Poti ewig halten, in einer Felgenfabrik die täglich tausende Felgen vermessen will hält auch eine mechanisch ausgetüftelte Konstruktion mit Drehpoti nicht lange.

Aber egal ob Dreh- oder Schiebepoti. Ein Poti ist jedenfalls erst mal billig und ermöglicht mit mechanisch relativ unkompliziertem Aufbau einen ersten Prototypen.

Ich persönlich finde es immer hilfreich, erst mal mit möglichst wenig Aufwand und Kosten erste Tests zu machen.
Dabei merkt man meist erst worauf es wirklich ankommt und was man alles andes machen muss.

Erst mal viel Arbeit, Zeit und Geld zu investieren und dann erst festzustellen, dass man es ganz anders machen muss ist ärgerlich.

Zitat:

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Was an fast allen Vorschlägen ein bischen stört ist, dass man messen kann ob eine Unwucht da ist und wenn ja wie gross sie ist. Irgendwie fehlt aber fast überall noch die Zuordnung wo die Unwucht auf der Felge ist.

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Die Frage ist berechtigt, aber ich habe vorausgesetzt, dass man eine Marke anbringt, ein ca. 3mm hohes Klebeklötzchen für magentische Messungen aus Eisen, für optische entsprechend, das Rad gleichmäßig eine Umdrehung machen läßt und sich angeben läßt wieviele Speichen (mit Nachkommastelle) hinter dem Klötzchen welche Verformung ist.

Bei einer merklichen Geschwindigkeitsabnahme während des Messlaufs ist es natürlich besser drei Umdrehungen aufzunehmen...
Manfred

zum messen des achters habe ich irgendwo eine spezielle vorrichtung gesehen, welche aus einer messuhr und einer halterung um selbige an der gabel zu befestigen bestand. sollte hinreichend genau sein.
sollen es 2 achsen sein, so muss man 2 messuhren verwenden.
dreck kann man davor mit einer kleinen buerste oder einem hochdruckreiniger entfernen

ist vieleicht etwas drastisch, aber es werden in präzisionsanlagen selten "kohleschleifer" als geber benutzt. einen drehimpulsgeber kannst jahrelang benutzen. so ein potischleifer, immer auf der selben stelle, vermutlich nur um die 100-1000 messungen, dann ist der durch. den drehgeber kann man doch einfach an ein atmel board anschliessen. damit hättest du eine günstige maschine gebaut. baut hier bestimmt keiner nach. ich kenne die grossen achter maschinen für s-bahnen oder die für die unwucht der autoreifen, echt klasse ingenieursleistungen.

der beitrag war von mir

Natürlich ist der Einsatz eines Schleiferpotis eine Hobbybastelei und keine industriell nutzbare Präzisionsanlage. Vielleicht schreibt "machine" ja einfach nochmal was genau er vorhat und welche technischen und finanziellen Mittel ihm zur verfügung stehen.

noch ein vorschlag: ein kapazitiver abstandssensor, der als frequenzbestimmendes element in einem oszillator eingesetzt wird und die frequenz wird dann gemessen