Echtzeit-Demonstrator A2

Eine Scheibe mit Spiegeln macht sichtbar, ob ein Befehl über das PON innerhalb von 1 ms ankommt. Trifft der Laser zur richtigen Zeit, landet sein Punkt im grünen Feld der Ergebnis-Box. Kommt er zu spät, landet er auf der Skala daneben. Das Modell unten ist maßhaltig und durchgerechnet. Mit den Reglern stellt ihr Netz und Betriebsart ein.

ProjektNr. 9, TU Berlin, FG IAT
BetreuungFraunhofer IPK
PartnerFraunhofer HHI, Nokia Bell Labs
ZielOFC 2027, Live-Zuschaltung
Stand07.11.2026
StatusEntwurf zur Abstimmung
ModellTeile werden gezählt …

Modell und Versuch

Ziehen dreht, rechte Maustaste verschiebt, Mausrad zoomt. Klick auf ein Teil zeigt seine Daten.
Modell wird geladen …
Ansicht
Strahl
Kein Teil ausgewählt. Fahre über das Modell und klicke ein Teil an.

So funktioniert der Versuch

Die Scheibe dreht mit 290 U/min. Neun von zwölf Farbmarken sind rot. Kamera 1 sieht jede Marke 52 ms, bevor sie am Schussplatz ist, und schickt das Bild über das PON in die Edge-Cloud. Die Cloud entscheidet „rot“ und schickt den Befehl zurück an den Aktor. Der Mikrocontroller dort schaltet den Laser.

Am Rand der Scheibe sitzt zu jeder Marke eine Spiegel-Weiche aus drei Spiegelstücken mit unterschiedlicher Neigung. Welches Stück der Laser trifft, hängt nur davon ab, wann er feuert. Jedes Stück wirft den Strahl in ein anderes Feld der Ergebnis-Box. Die Box ist geschlossen, man schaut durch ein Rauchglas von oben hinein. Eine Kamera in der Box liefert das Bild für Bildschirm und Stream, Fotodioden hinter den Feldern zählen jeden Schuss.

Mit deterministischem Netz landet fast jeder Schuss im grünen Feld. Mit Best Effort wird es rot, das ist der Vergleich, den die Demo zeigen soll. Zeitgesteuert schickt die Cloud den Befehl früher mit dem Zusatz „feuere um Zeit T“. Das rettet auch ein schwankendes Netz, solange der Befehl vor T ankommt.

FeldSpiegelstückZeitfenster bei 290 U/min
zu früh24 mm, 10° geneigt−3,5 … −0,5 ms
1 ms6 mm, gerade−0,5 … +0,5 ms
zu spät28,9 mm, 15° geneigt+0,5 … +6,5 ms
verpasstLaser bleibt ausaußerhalb

Bei 95 U/min ist alles dreimal so lang, das grüne Feld steht dann für 3 ms. Diese Drehzahl dient nur zum Erklären. Die Grenzen hat die Strahlrechnung bestimmt, nicht eine Faustformel.

Stand der Konstruktion

Korrekturen vom 07.11.2026
  1. Strahlengang neu berechnet. Die Fächer für „zu spät“ und „zu früh“ liefen an den alten Umlenkspiegeln vorbei. Jetzt geht der breite Spät-Fächer direkt in die Box, und nur die schmalen Fächer „1 ms“ und „zu früh“ werden umgelenkt. Spiegellängen 24 | 6 | 28,9 mm.
  2. Indexsensor verlegt. Die Gabellichtschranke saß im Weg der Facettenhalter. Die Index-Löcher liegen jetzt auf r = 165 mm, ein Lichtleiter-Taster liest sie von unten.
  3. Antrieb. Motorlaterne unter der Platte, die Kupplung ist durch zwei Fenster erreichbar. Lager 6204-2RS als Fest- und Loslager mit Sicherungsringen und Distanzhülse.
  4. Welle und Nabe. Bund Ø 25, Passfeder DIN 6885 und Gewindestift übertragen das Drehmoment.
  5. Facettenhalter. Eigene Lasche mit 2 × M3 statt Klemmleiste, die vorher in den Halter ragte.
  6. Lagerbock und Grundplatte. Lagerbock mit Flansch, Schrauben von oben. Die Grundplatte hat jetzt alle Bohrungen für Lagerbock, Laterne, Haube, Säulen, Sensor, Schaltkasten und Rahmen.
  7. Haube und Box. Drei 6 mm hohe Schlitze statt eines offenen Fensters. Die Box ist geschlossen, mit Eintrittsschlitz, Rauchglas, Kamera und Fotodioden.
  8. Gestell. Querprofile liegen zwischen den Längsprofilen, der Haubenrahmen innen an der Haube, die Beine sind 300 mm lang.
Prüfung im CAD: keine Überschneidung zwischen Teilen, nichts ragt in den Drehbereich der Scheibe, kein Strahl wird verdeckt.

Noch nicht im Modell

Scharniere und Sicherheitsschalter mit Zuhaltung an der Haube, LED-Blitze für Kamera 1 und 2, Glasfenster im Dach für Kamera 1, Bildschirm und Bedienfeld, Gehäuse für Rechner und Switch unter der Platte, Kabelwege, Abdeckung über dem Strahlengang. Das ist Schritt 2 im Fahrplan.

Fahrplan bis zum Zusammenbau

Ziel: Ende Dezember ist alles geplant, danach bleibt Zusammenbauen, Programmieren und Testen.
SchrittZeitraumInhaltErgebnisWer
1 Klärenbis 19.11.Offene Fragen an Betreuer und Partner, Messstrecke der 1 ms festlegenFestlegungslisteGruppe, Betreuer
2 CAD fertigbis 26.11.Haubenschloss, Blitze, Bildschirm, Rechnergehäuse, Kabelwege, Motor auswählen und nachrechnenFreigegebenes ModellGruppe
3 Fertigungsunterlagenbis 03.12.Zeichnungen nach DIN EN ISO, STEP, DXF und STL, Stückliste, Bestellliste mit Preisen, Kosten unter 10.000 €BestellungGruppe, Betreuer bestellt
4 Elektrik und Sicherheitbis 17.12.Schaltplan, Pinbelegung, Kabelliste, Not-Aus, Haubenzuhaltung, Laserklasse, RisikobeurteilungSchaltplan, SicherheitskonzeptGruppe
5 Software-Strukturbis 17.12.Module, Nachrichten, Zeitstempel, Zustände, Zeitbudget, Fehlerfälle, Testplan, AufgabenteilungSoftware-Architektur DE/ENGruppe
6 Vorversuche03.12. bis 17.12.Laserpunkt im hellen Raum, Farberkennung bei 10 µs, Timing von Sensor und Mikrocontroller, PON-Messung mit HHIJa/Nein je TestGruppe, HHI
7 Anleitungenbis 31.12.Montage mit Bildern, Justierung, Kalibrierung, Inbetriebnahme, BedienungAnleitungen DE/ENGruppe
8 Aufbau und Programmierungab KW 2/2027Bauen nach Anleitung, Module programmieren, zuerst gegen den SimulatorLaufender AufbauGruppe
9 Integrationbis 01.03.2027Über das echte PON, deterministisch und Best Effort, DauerlaufAbnahmealle Partner
10 OFC 202707.–11.03.2027Live-Zuschaltung aus Berlin nach Los AngelesDemoalle

Offene Fragen an Betreuer und Partner

  1. Zählt die Kamera (Belichtung und Auslesen) zur 1 ms oder nicht?
  2. Welche Hardware hat die Edge-Cloud, läuft dort PREEMPT_RT? Eigene C++-Software oder eine Soft-SPS?
  3. Wie stark schwankt das PON bei Best Effort? Kann HHI Last erzeugen, und wie wird umgeschaltet?
  4. Welche ONU und welcher OLT, welche Ethernet-Anschlüsse? Wo sitzt die PTP-Grandmaster-Uhr?
  5. Welche Rechner für Sensor- und Aktor-Knoten? Netzwerkkarte mit PTP-Hardware, etwa Intel i210 oder i226?
  6. Welche Balluff-Kamera ist da, mit Trigger-Eingang, Blitz-Ausgang und SDK?
  7. Welche Werkstatt fertigt, mit welchen Vorlagen und Dateiformaten? Gibt es 3D-Druck und Wasserstrahl?
  8. Wer gibt die Sicherheit frei (Laser, drehende Scheibe, Haube)?
  9. Wer bestellt, gibt es Lieferantenvorgaben, und reicht der 03.12. für die Liste?
  10. Soll die Würfel-Version B gebaut werden?
  11. Wer stellt den Livestream nach Los Angeles, in welchem Format?

Software-Struktur

Nur die Gliederung. Programmiert wird ab Januar.
Index-Loch → Mikrocontroller S → Kamera 1 → Sensor-Rechner → PON 10 km → Edge-Cloud → PON 10 km → Aktor-Rechner → Mikrocontroller A → Laser → Fotodioden → Leitstand
ModulLäuft aufAufgabe
Firmware SMikrocontroller SIndex-Loch mit Zeitstempel erfassen, Kamera 1 und Blitz auslösen, Drehzahl messen und überwachen
Sensor-KnotenLinux-Rechner S, C++, PREEMPT_RTBild holen, Markennummer und Zeitstempel anhängen, an die Cloud senden
Steuerung (vPLC)Edge-Cloud, C++Farbe erkennen, entscheiden, Zielzeit berechnen, Befehl senden. Betriebsarten Reaktion und Zeitgesteuert
Aktor-KnotenLinux-Rechner A, C++Befehl annehmen und sofort an Mikrocontroller A geben, Ergebnisse zurückmelden
Firmware AMikrocontroller ALaser auf die Mikrosekunde schalten, Schutz „verpasst“, Kamera 2 auslösen, Fotodioden mit Zeitstempel erfassen
Zeitalle Linux-RechnerPTP mit ptp4l und phc2sys, Sekundenpuls an die Mikrocontroller
Netz-BetriebsartTSN und PON, mit HHIUmschalten zwischen deterministisch und Best Effort, Last erzeugen
Leitstand und LogbuchRechner am BildschirmAnteile, Histogramm, Bild aus der Box, Stream. Jeder Schuss mit allen Zeitstempeln gespeichert
Simulatorjeder LaptopScheibe, Kamera und Netz nachspielen, damit vor der Lieferung programmiert werden kann

Stückliste aus dem Modell

Alle Teile nach Baugruppe anzeigen
Pos.BenennungMengeBeschreibungWerkstoff
BaugruppeInhaltTeileIm Modell zeigen