Come seguire il movimento di un ovendoor in movimento

Al lavoro, stiamo misurando vari parametri per testare un prototipo di forno di nuova concezione. Per rendere le cose più efficienti, sto cercando di creare una configurazione elettronica per automatizzare la misurazione, in particolare il movimento della porta (da completamente aperto a completamente chiuso).

L'obiettivo è misurare la velocità istantanea della porta nei vari punti del suo movimento, che è un percorso radiale fisso. Nota l'enfasi sulla registrazione della velocità istantanea, al contrario di una velocità media determinata dal solo tempismo.

In che modo posso misurare la velocità dell'ovendoor / tracciare il suo movimento con ragionevole precisione? (Errore implicito ragionevole <1-2 cm / s)

Dal momento che è solo un movimento radiale fisso (e nessun componente lungo qualsiasi altro asse), e poiché esiste un componente mobile e un componente stazionario, presumo che questo dovrebbe essere un problema più semplice rispetto, per esempio, a misurare la velocità di un corpo indipendente come un persona o mano.

Il mio primo pensiero è stato un metodo basato su accelerometro-giroscopio-IMU, ovvero integrare l'accelerazione nel tempo per ottenere la velocità, ma leggere su questo argomento suggerisce che questo porterà a errori considerevoli.

Un suggerimento è di avere una serie di laser economici a bassa potenza disposti in un arco sopra il piano superiore della rotazione della porta, che punta direttamente verso il basso. Un arco corrispondente di fotodiodi o fototransistor PIN appena sotto il piano inferiore della rotazione della porta può essere collegato ai pin GPIO di un microcontrollore, per rilevare in sequenza l'interruzione della luce di ciascun raggio.

Ho fatto un'illustrazione approssimativa della disposizione, usando angoli di rilevamento di 5 gradi. Questa precisione potrebbe essere ridotta a 1 grado per sensore, se necessario.

Questo laser rosso a punti da 5 Volt 5 mW sarebbe sufficiente ( circa $ 1 su eBay, compresa la spedizione internazionale ):

Per il sensore, è possibile utilizzare un fotodiodo PIN come OP906 ( $ 0,59 in unità singole da Digikey ):

Nel codice del tuo microcontrollore, i tempi per le successive interruzioni del raggio laser forniranno una precisa velocità di rotazione istantanea tra due punti separati da 5 gradi, quando la porta viene aperta o chiusa.

La frequenza di campionamento ADC, la precisione del timer e la velocità di elaborazione del microcontrollore determineranno la precisione dei dati ottenibile.

Un'utile semplificazione di questo design ( grazie, @ jippie , per avermi fatto pensare in questa direzione ), se la precisione non è super-critica, è usare una singola lampada a tubo stretto , come un tubo fluorescente da 8 watt o CFL, sopra il porta, per sostituire i laser. I rivelatori di luce rimarrebbero come sono, la luce per loro verrebbe interrotta in sequenza mentre la porta si chiude.

Non sono pienamente consapevole del contesto di questa porta del forno; ma vorrei contribuire con un suggerimento.

Che ne dici di un potenziometro di qualità sulla cerniera della porta? Considera questo, ottieni sia la posizione che la velocità della porta in questo modo; questo metodo è semplice e robusto. Ottenere la posizione della porta è banale, attraverso alcuni test e misurazioni, è possibile trovare quali valori vengono emessi dal piatto in determinati ingressi o posizioni della porta.

Inoltre, se si differenzia la posizione rispetto al tempo (in pratica, è possibile semplicemente dividere la velocità di variazione nella posizione ottenuta rispetto alla velocità di variazione nel tempo), si otterrebbe la velocità angolare. Quindi da lì puoi calcolare la velocità alla quale la porta sta viaggiando.

Dall'immagine sopra, la velocità angolare sarebbe poco omega. V è la velocità percorsa dalla fine della porta. V, ovviamente ottenuto con velocità angolare moltiplicata per raggio.

Sono sorpreso che nessuno abbia menzionato l'uso di un codificatore di stringa o di un potenziometro di stringa. È una soluzione abbastanza semplice e accurata. Fondamentalmente una stringa è collegata a un encoder caricato a molla e l'encoder misura il movimento della stringa. La massa mobile è molto ridotta e non è necessario che l'albero dell'encoder sia in linea con la cerniera o che non richieda alcuna modifica alla cerniera come ingranaggi o cinghie.

Se il movimento primario è lungo un percorso circolare, un singolo giroscopio dovrebbe fornire una precisione sufficiente. Richiederebbe un po 'di matematica per passare dalla velocità angolare alla velocità del centro di massa, ma si tratta di un calcolo una tantum.

Fondamentalmente, se la velocità è limitata alla velocità angolare, un giroscopio + matematica può generalmente darti la velocità istantanea.

Il problema con gli approcci di tipo IMU e dead wreckoning è che per molto tempo si ottiene un errore di velocità composto dall'integrazione dell'accelerazione lineare. Ciò accade perché generalmente non esiste un buon modo per determinare genericamente la velocità lineare. Ciò peggiora molto quando si cerca di determinare la posizione, tenendo conto degli offset di rotazione della velocità lineare, ecc. Ecc.

A seconda del tipo di test che si sta eseguendo, è possibile aumentare l'IMU con un sensore per determinare quando la porta è chiusa / in una posizione di arresto, quindi utilizzarla per riazzerare l'IMU. Con questo approccio, l'IMU deve essere ragionevolmente precisa nel tempo necessario per aprire / chiudere la porta (presumibilmente solo pochi secondi), che ritengo ragionevole.