Ideias para medir a posição 2D de um objeto restrito ao plano XY

Estou trabalhando em um projeto e surgiu um aspecto em que eu gostaria de medir (rastrear continuamente) a posição X e Y de um objeto em um plano 2D. O objeto é movido por uma pessoa, com o movimento do objeto restrito ao plano 2D (portanto, nenhum deslocamento no eixo Z).

Restrições:

• Gostaria de medir a resolução da posição de 1 mm, idealmente 0,5 mm ou melhor.
• O espaço sobre o qual o objeto se move é de 30 cm x 30 cm.
• Qualquer que seja o método de medição que eu use, não deve restringir significativamente o movimento do objeto.
• Além disso, suponha que o plano no qual o objeto se move é o ar, e NÃO uma superfície sólida real (por razões específicas do projeto que são difíceis de verbalizar).
• A boa notícia é: O objeto está completamente OK para ser modificado conforme necessário (LED na parte superior, anexos de cordas ou qualquer outra coisa).

Qual poderia ser um método para obter esse tipo de resolução?

Estou considerando várias abordagens, mas não sei se alguma delas atenderá ao requisito de resolução. Como não há muitas restrições no meu sistema existente, estou bem com uma implementação complexa / volumosa, desde que seja suficientemente precisa.

Aqui estão algumas das minhas idéias até agora:

(1) sensores de alcance baseados em infravermelho (na verdade, são necessários apenas dois)

(2) Dois compassos de calibre / micrômetros longos conectados do objeto aos lados

(3) Duas cordas, cada uma conectada do objeto a uma folha de strain gage livremente dobrada no lado

Ideia 4: isso lhe dará a melhor precisão. Você precisará do seguinte:

• Slides lineares de precisão 2x.
• 2x codificadores lineares de precisão .
• 2x ligações metálicas.

Anexe um codificador linear a cada slide linear. Disponha os dois slides 90º um do outro e prenda o objeto aos controles deslizantes usando as ligações. Codificadores lineares como este são usados ​​para aplicações de medição de precisão. Usando esse método, você pode facilmente obter uma resolução de 0,01 mm e precisão de 0,1 mm e provavelmente fará muito melhor que isso.

Ideia 3: Use uma câmera. Não sei quais restrições você tem no seu objeto, mas se você pode adicionar um pequeno LED, rastrear com uma câmera pode ser uma bobagem.

Jennifer aqui ostenta uma variedade de rastreadores de LED vermelhos. Perfeito para deslumbrar e confundir seus amigos.

Sincronize o LED para piscar a tempo com a taxa de quadros da câmera, para obter uma imagem com o LED aceso e outra com o LED apagado. Subtraia as imagens e a localização do LED dentro da imagem é trivial.

Como alternativa, adicione um filtro de infravermelho à camea, LEDs de infravermelho ao redor da lente e armazene um marcador retrorrefletor no objeto. Isso deve aparecer muito mais brilhante que o objeto ou o ambiente.

Alex está modelando algumas fitas retrorrefletoras que a mãe o fez usar na bolsa.

Idéia 1: use dois potenciômetros de corda .

Organize-os a cerca de 90º de distância e a 1m do quadrado, para que o objeto se mova, você pode medir a distância entre o objeto e o pote. Você pode usar alguma trigonometria para calcular a posição exata. Eu já vi isso feito e funciona bem. Você pode obter a precisão? Você deve fazer o seguinte:

• Organize os vasos de maneira a fazer uso de cerca de 80% do seu alcance.
• Faça o buffer dos sinais dos potes com os seguidores do amplificador operacional (opamps de precisão de boa qualidade).
• Use um ADC de 12 bits de boa qualidade, com uma PCB adequadamente projetada.
• Torne o sistema mecanicamente sólido e rígido.
• Verifique se as cordas emergem de um pequeno orifício.

Dessa forma, você pode esperar atingir um intervalo ADC de cerca de 3000 etapas. Isso fornece uma resolução de cerca de 0,1 mm. Agora, para obter a precisão. Você precisará calibrar o sistema com cuidado. Meça com precisão a posição do objeto em vários locais e correlacione essas leituras com as medições. Isso pode facilmente fornecer precisão de 1 mm.

Idéia 2: Use um sensor de ascensão . Isso oferece 6 graus de liberdade (X, Y, Z, rotação, inclinação, guinada), que é muito mais do que você precisa e pode ser um pouco caro, mas é uma solução pronta para uso.

O sistema consiste em um transmissor estacionário e um receptor em movimento. O sistema pode informar a posição e a orientação do receptor em relação ao transmissor.

A precisão é especificada em 1,4 mm, mas você provavelmente poderia melhorar isso com uma calibração cuidadosa.

Idéia 5: Caneta digital e papel pontilhado para endereços.

Você pode obter essas canetas incríveis que podem gravar tudo o que você escreve. As canetas contêm uma pequena câmera que olha o papel enquanto você escreve. No entanto, na verdade, ele não olha para a tinta que você colocou, mas para um padrão de pequenos pontos no papel. (Você precisa comprar este papel especial ou pode imprimi-lo).

Um deles poderia facilmente atender às suas especificações.

Eu fiz um projeto sobre isso, e o método sextante funciona bem, especialmente em curto alcance, mas tem seu ponto cego, abaixo de uma certa distância, não funciona. Além disso, se você tiver mais fontes de iluminação, isso será errado. A precisão da medição é uma função da qualidade da câmera usada e da separação entre a câmera e a fonte de iluminação.

Espero que ajude!

o que você está descrevendo é essencialmente uma tabela ou tablet de digitalização.

Quando trabalhei para um OEM de fotogrametria, nossas mesas de digitalização tinham cerca de um metro quadrado e eram então (e possivelmente agora) usadas pelos cartógrafos, etc. Elas consistiam em uma mesa de vidro com fios finos de cobre presos ao fundo da mesa em uma formação de grade ; e um dispositivo apontador (mira) que continha uma bobina eletromagnética.

Os circuitos lógicos enviariam impulsos elétricos pelos fios de cobre nos eixos X e Y; esses impulsos seriam captados pela bobina e processados ​​por contadores digitais para calcular a posição XY exata do dispositivo apontador até centésimos de polegada.

Se, por algum motivo, você não puder usar um dispositivo apontador dentro do seu projeto, tente anexar um pantógrafo.