動くオーブンドアの動きを追跡する方法

職場では、新しく設計されたオーブンのプロトタイプをテストするために、さまざまなパラメータを測定しています。物事をより効率的にするために、特にドアの動き（完全に開いた状態から完全に閉じた状態まで）の測定を自動化する電子セットアップを作成しようとしています。

目標は、ドアの動きのさまざまなポイントでのドアの瞬間速度を測定することです。これは、固定された半径方向のパスです。タイミングのみで決定される平均速度とは対照的に、瞬間的な速度ロギングに重点が置かれていることに注意してください。

オーブンドアの速度を測定したり、妥当な精度でその動きを追跡したりするにはどうすればよいですか？（合理的な暗黙のエラー<1-2 cm / s）

これは固定されたラジアルモーションのみであり（他の軸に沿ったコンポーネントはありません）、可動コンポーネントと静止コンポーネントがあるため、これは、たとえば、次のような独立したボディの速度を測定するよりも簡単な問題であると思います人または手。

私が最初に考えたのは、加速度計、ジャイロスコープ、IMUベースの方法、つまり、時間の経過に伴う加速度を積分して速度を取得することでしたが、このテーマを読むと、かなりのエラーが発生することがわかります。

1つの提案は、ドアの回転の上面の上に弧を描いて配置された、安価な低出力レーザーのセットを、真下に向けることです。ドアの回転の下面の真下にあるPINフォトダイオードまたはフォトトランジスターの対応するアークをマイクロコントローラーのGPIOピンに接続して、各ビームの光の遮断を順番に検出できます。

5度の検知角度を使用して、配置の大まかなイラストを作成しました。この精度は、必要に応じて、センサーあたり1度まで下げることができます。

この5ボルト、5 mWのドット型赤色レーザーで十分です（eBayで約$ 1、海外発送を含む））。

センサーには、OP906などのPINフォトダイオード（Digikeyの単一ユニットで$ 0.59）使用できます。

マイクロコントローラーのコードでは、ドアが開閉されると、連続するレーザービームの中断のタイミングにより、5度離れた2点間の正確な瞬間回転速度が提供されます。

マイクロコントローラーのADCサンプルレート、タイマー精度、処理速度により、達成可能なデータ精度が決まります。

この設計の1つの便利な単純化（感謝、@ jippie、この方向に私を考えさせてくれた）は、精度が非常に重要ではない場合、8ワットの蛍光灯やCFLチューブなどの単一の細いチューブライトを使用することです。ドア、レーザーを交換します。光検出器はそのまま残り、ドアが閉まると、光検出器への光が順番に遮断されます。

私はこのオーブンのドアのコンテキストを完全には認識していません。しかし、私は提案を提供したいと思います。

ドアのヒンジにある高品質のポテンショメータはどうですか？これを考慮して、この方法でドアの位置と速度の両方を取得します。この方法はシンプルで堅牢です。ドアの位置を取得することは簡単です。いくつかのテストと測定により、特定の入力またはドアの位置でポットが出力する値を見つけることができます。

また、時間に関して位置を微分すると（実際には、位置の変化率を時間の変化率で割ることができます）、角速度が得られます。その後、そこからドアの移動速度を計算できます。

上の画像から、角速度はほとんどオメガではないでしょう。Vは、ドアの端が移動する速度です。V、明らかに角速度に半径を掛けたもの。

ストリングエンコーダーやストリングポテンショメーターの使用について誰も言及していないことに私は驚いています。 これはかなりシンプルで正確なソリューションです。基本的に弦はバネ式エンコーダーに接続され、エンコーダーは弦の動きを測定します。可動質量はほとんどなく、エンコーダシャフトがヒンジと同一直線上にある必要はなく、ギアやベルトなどのヒンジに変更を加える必要もありません。

主な動きが円形の経路に沿っている場合、1つのジャイロスコープで十分な精度が得られます。角速度から重心の速度までいくらかの計算が必要になりますが、それは一度の計算です。

基本的に、速度が角速度に制限されている場合、ジャイロスコープ+数学は一般的に瞬間速度を与えることができます。

IMUとデッドレコニングタイプのアプローチの問題は、長い間、直線加速度の積分から複合速度エラーが発生することです。これは、一般的に線速度を一般的に決定する良い方法がないために起こります。これは、線速度の回転オフセットなどを考慮して位置を決定しようとすると、さらに悪化します。

実行しているテストの種類に応じて、ドアが閉まっている/停止位置にあることを判別するセンサーをIMUに追加し、それを使用してIMUを再ゼロ化することができます。そのアプローチでは、IMUは、ドアを開閉するのにかかる時間（おそらく数秒のみ）に対してかなり正確である必要があるだけで、これは妥当だと私は信じています。