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IR-Entfernungsmesser-Vermessung

Bilder

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IR-Enfernungsmesser auf dem Winkel-Scanner montiert.

IR-Enfernungsmess-Aufbau.

Mess-Prinzip

Die Messungen der Entfernungswerte via ADC erfolgt Schritt für Schritt, jeweils nach einer definierten Pause. Nach einer Umdrehung erfolgt das Zurücksetzen des Motors auf den Ausgangspunkt. Die Messungen werden mehrfach wiederholt. Die Messungen erfolgen hierbei jeweils nur in einem schmalen Sektor. Die Messreihen werden für verschiedene Entfernungen und ggf. für verschiedene Objektformen und Objektfarben wiederholt. Der Sensor GP2Y0A21 ist für Entfernungsmessungen im Bereich von 10 bis 80 cm vorgesehen. Die Montage des Sensors erfolgt quer (hier senkrecht) zur Bewegungsrichtung. Die analogen Werte werden nach einer Startzeit von 44ms alle 39ms ausgegeben.

Vergleich Linien-Chart via Radar-Chart

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Der Vergleich der beiden Charts zeigt wie erwartet beim Radar-Chart die verständlichere Darstellung, wie z.B. die steilen Flanken an den Seiten des Würfels, jedoch ist die Darstellung klein, da große Teile des Diagramms nicht genutzt werden. Das Linien-Chart, oder auch ein Scatter-Chart (mit Punkten statt Linien), hat einen viel größeren Detailreichtum, allerdings auch die "Verzerrung" aufgrund der parallelen Darstellung der Winkel. Für die folgenden Tests wird folglich das Linien-Chart verwendet und bei Bedarf ein Screen Dump eines Radar-Chart-Ausschnittes eingefügt.

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Screen Dump des relevanten Radar-Chart-Ausschnittes.

Messungen

Messung 1, Wiederholgenauigkeit
( Würfel (weiss) 95mm breit, Abstand 25cm, Hintergrund (weiss) bei ca. 50cm )

In obigen Diagrammen ist die Abstand-Änderung bei einem Linien-Chart, an der vorderen Kante des Würfels, als bauchige Linie deutlich zu erkennen. Obige Wiederholgenauigkeits-Diagramme sind nur exemplarisch. Eine weiter Untersuchung bei fixer Position (ohne Motorsteuerung) zeigte, dass die arithmetischen Mittelwerte ziemlich variierten. Eine Detailbetrachtung daraufhin zeigte wiederum, dass es immer wieder zu Ausreißern mit kürzeren Abständen kommt. Die Integration wurde dann in soweit verbessert, dass bei einer Integration von 10 Werten, die beiden kleinsten Werte ignoriert wurden und über die restlichen 8 Werte ein arithmetischer Mittelwert gebildet wurde. Für die Kombination von 10 Integrationen mit 2 Streichungen stabilisierten sich die daraus resultierenden Mittelwerte auf eine Abweichung von maximal 6 Punkten, was hier 6mm entspricht.


Messung 2, Sensor-Keule
( Zylinder 3mm Durchmesser, Abstand 25cm, Hintergrund >= 50cm, seitliche Verschiebung im mm-Bereich )

Der IR-Entfernungssensor bildet eine Keule aus, wie im Datenblatt des Vorgängermodells GP2D120 noch dargestellt. Die Keule wird vermessen, in dem ein schmales Objekt (Rundstab mit 3mm Durchmesser) quer zur Achse der Keule versetzt wird und die Entfernung und Analogspannung gemessen wird, da die Winkelauflösung des Winkel-Scanners mit 1.8 ° pro Schritt nicht ausreicht. Die Analogspannung wird dann mit größerem Abstand zur Achse sich drastisch reduzieren. Die Messfehler, hervorgerufen durch die Rundung des Objekts und durch den zunehmenden Abstand vom Sensor (bei entsprechendem Abstand von der Achse), werden vernachlässigt, aufgrund obiger Wiederholgenauigkeit. Aus dem Rückgang der Spannungswerte wird die Keule berechnet. Es wurden jeweils aus 10x 10-fach integrierten Werten der arithmetische Mittelwert gebildet.

Die gemessene Breite der Spannungswerte an der Basis ist etwa 4° breit. Von dieser Breite muss natürlich noch die Objektbreite abgezogen werden, wobei 3mm in 250mm Abstand einen Winkel von etwa 0,69° ergeben. D.h., die Keulenbreite des Sensors ist etwa 3,3°. Dies entspricht in etwa auch der Datenblatt-Keulenbreite des Modells GP2D120 mit 3° (berechnet bei 10cm Abstand).

Messung 3, Abstand
( Würfel (weiss) 95mm breit, Abstand 20..65cm, Hintergrund (weiss) bei ca. 60cm / 75cm ab Abstand 45cm )

Die Wiederholung der Messung beim Abstand 65cm bestätigt, dass sich die Genauigkeit (hier Soll-Abstand 65cm) und die Wiederholgenauigkeit mit zunehmendem Abstand verschlechtern.

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