Messungen
Mechanische Durchbiegung Messuhr
Um die Durchbiegung der
Linearführungsschiene zu bestimmen, wurde der Verfahrschlitten mit
einem definierten Gewicht an verschiedenen Positionen belastet. Die
Durchbiegung wurde mithilfe einer digitalen Messuhr bestimmt. Die
Schiene wurde hierzu an beiden Seiten auf gleich hohe Böcke gelegt.
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| Abb.: Aufbau Messung mechanische Durchbiegung |
Daraus
ergaben sich folgende Werte:
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| Abb.: Messwerte, Diagramm mechanische Durchbiegung |
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| Download Messwerte mechanische Durchbiegung Messuhr (.xlsx) |
Download Messwerte mechanische Durchbiegung Messuhr (.pdf) |
Die größte Durchbiegung ergab sich erwartungsgemäß bei circa der
Hälfte der Strecke. Bei einer Entfernung von einem Meter wurde eine
Durchbiegung der Schiene von 0,64mm (1kg) beziehungsweise 1,28mm
(2kg) ermittelt.
Mechanische Durchbiegung
Hamamatsu-Sensor (PSD-Element)
Um die Durchbiegung der
Schiene mithilfe des Hamamatsu-Sensors zu messen, wird versucht den
Mittelpunkt des Lasers der Wasserwaage auf die Mitte des
PSD-Elements des Sensors auszurichten. In unserem Fall richteten wir
den Laser per Augenmaß aus. Eine Abweichung vom Mittelpunkt würde
sich durch einen konstanten Offset kennzeichnen und rechnerisch
berichtigen lassen. Der Sensor liefert vier analoge Spannungen,
welche laut Datenblatt in einem Bereich von 0V bis -Vcc + 1,1V
liegen. In unserem Fall verwendeten wir eine Versorgungsspannung von
+5V und -5V. Aus diesem Grund erwarteten wir Spannungswerte zwischen
0V und -3,9V. Die ausgegebene Spannung ist abhängig von der
Abweichung des Laserpunkts vom Mittelpunkt des PSD-Elements. Der
Abstand in Millimeter wird durch folgede Formel errechnet.
Abb.: Formel Abstandsberechnung
Zunächst wurde der
Schlitten samt Hamamatsu-Sensor auf die Mitte der Schiene verfahren.
Die ausgegebenen Spannungen wurden mithilfe von Multimetern
angezeigt. Es zeigte sich, dass sich die Signale kaum verändern und
konstant bei 4V lagen. Eine Verbesserung konnte durch die
Verkleinerung des Laserpunktes mithilfe einer Blende und einer
Schutzhülle um den Sensor erzielt werden.
Der
verbesserte Messaufbau ist in nachfolgender Abbildung zu sehen.
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| Abb.: Messaufbau |
Für den Hamamatsu-Sensor wurde eine Gegenlichtblende im
3D-Druck-Verfahren erstellt. Für die Blende der Laserquelle wurde eine dünne
Metallleiste verwendet, welche mit einem kleinen Loch versehen
wurde (auf der Abbildung demontiert).
Mit diesen
Verbesserungen wurden erneut Messungen durchgeführt. Der Ablauf
gestaltete sich wie bei der Messung mit der digitalen Messuhr. Die
Ergebnisse sind in folgenden Dateien einzusehen.
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| Download Messwerte mechanische Durchbiegung Sensor (.xlsx) |
Download Messwerte mechanische Durchbiegung Sensor (.pdf) |
Da der Aufbau der Schiene zur ersten Messung mit der digitalen
Messuhr verändert wurde (Aluminiumprofile als Ständer,
Aluminiumleiste), wiederholten wir die Messung mit der Messuhr, um
vergleichbare Messungen zu garantieren.
Zu Erkennen ist, dass
mit dem jetzigen Aufbau die Durchbiegung nicht zuverlässig gemessen
werden kann. Zurückzuführen sind die Ergebnisse auf einen nicht
geeigneten Laser. Der Laserdurchmesser ist schlichtweg zu groß für
den Sensor und das Licht streut zu stark. Größere Abweichungen
werden erkannt, kleinere dagegen nur sehr schlecht.
Als letzte
Methode wurde der punktförmige Laser auf einen kreuzförmigen Laser
umgestellt. Aber auch hier konnte keine Verbesserung festgestellt
werden.
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| Abb.: Laserpunkt 10cm Entfernung von der Quelle |
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| Abb.: Laserpunkt 200cm Entfernung von der Quelle |
Downloads nach Abschnittten sortiert
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