1%20Wstep,%20wprowadzenie%20do%20czujnikow%20.pdf
(
2906 KB
)
Pobierz
304007158 UNPDF
Prof. Krzysztof Jemielniak
k.jemielniak@wip.pw.edu.pl
http://www.cim.pw.edu.pl/kjemiel
ST 107, tel. 234 8656
1 Wstęp, wprowadzenie do czujników
SENSORYKA
• Regulamin przedmiotu, plan wykładu, strona
www
• Rola pomiarów w systemach wytwarzania
• System pomiarowy
• Wprowadzenie do czujników
1. Wstęp, wprowadzenie do czujników
http://www.cim.pw.edu.pl/sensoryka
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Regulamin przedmiotu „Sensoryka”
„Sensoryka” w kontekście
• Poziom inŜynierski
• Sensoryka – semestr 4 – nauka o czujnikach, torach
pomiarowych, przetwarzaniu sygnałów na postać
cyfrową
• Automatyczne monitorowanie i nadzór wytwarzania –
semestr 6 zastosowanie wyŜej i niŜej wymienionych
w praktyce przemysłowej
• Poziom magisterski
• Przetwarzanie sygnałów – semestr 7 – metody
modyfikacja sygnałów w celu uzyskania/ ulepszenia/
zmiany postaci informacji
• Witrualne przyrządy pomiarowe – semestr 8 – nauka
programowania (kodowania) w języku LabVIEW
umoŜliwiająca praktyczną realizację powyŜszych
1. Przedmiot składa się z dwóch jednostek dydaktycznych:
• Wykład – zaliczany egzaminem
• Laboratorium – zaliczane w trakcie zajęć
2. KaŜda z nich oceniana jest punktowo w skali 050,
3. Do zaliczenia przedmiotu potrzebne jest zdobycie min. 25 punktów w
ramach kaŜdej z tych jednostek
4. Ocena z przedmiotu jest jedna, według kryteriów:
• 050 2
• 5160 3
• 6170 3,5
• 7180 4
• 8190 4,5
• 91100 5
Hardware
– czym?
Zastosowanie
– co?
Teoria
– jak?
Software
– jak?
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Plan wykładu
http://www.cim.pw.edu.pl/sensoryka
1. Wstęp, wprowadzenie do czujników
2. Czujniki połoŜenia odległości i kąta
3. Czujniki drgań
4. Czujniki AE i dźwięku
5. Czujniki sił, momentów i ciśnienia
6. Czujniki temperatury
7. Budowa toru pomiarowego, wstępna obróbka sygnału i
przetwarzanie A/C
8. Case study: Badanie błędów ruchu obrotowego i
efektów termicznych w obrabiarkach
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
1
Regulamin przedmiotu, plan wykładu
strona www
Wstęp, wprowadzenie do czujników
1 Wstęp, wprowadzenie do czujników
Znaczenie pomiarów w systemach wytwarzania
• Plan wykładu, regulamin przedmiotu, strona
www
• Rola pomiarów w systemach wytwarzania
• System pomiarowy
• Wprowadzenie do czujników
Mierzone wielkości fizyczne dostarczają istotnych
informacji o:
Rola pomiarów w systemie wytwarzania
• procesie wytwarzania (np. stabilność elektryczna w
EDM, mechaniczna skrawaniu)
• wynikach procesu wytwarzania (np. chropowatość,
wymiary)
• stanie istotnych materiałów (np. zuŜycie narzędzia,
zanieczyszczenie chłodziwa, poziom oleju)
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Znaczenie pomiarów w systemach wytwarzania
Przedmiot pomiarów
i monitorowania
Wielkości mierzone
Cel pomiarów i
monitorowania
Czynniki brane pod uwagę przy doborze
czujników
Pomiary:
• w czasie procesu, między zabiegami/operacjami czy po procesie
• na obrabiarce czy poza nią
• ciągłe czy przerywane (okresowe)
• bezpośrednie czy pośrednie
• czynne czy bierne
• dotykowe czy bezdotykowe
• z bliska czy odległe
• pojedynczymi czujnikami czy ich zestawem
• czujnikami wielofunkcyjnymi czy specjalistycznymi
Przedmiot obrabiany:
• Stan zamocowania
• Dokładność obróbki
• Chropowatość powierzchni
• Jakość warstwy wierzchniej
• Siły skrawania
• Tworzenie ciepła
• Temperatura
• Drgania
• Hałas
• Postać wiórów
• PołoŜenie krawędzi skrawającej
• ZuŜycie ostrza
• Katastroficzne stępienie ostrza
(wyłamania, wykruszenia itp.)
• Zapewnienie wysokiej jakości
• Unikanie uszkodzeń przedmiotu
i braków
Proces obróbki:
• Utrzymanie prawidłowego
procesu obróbki
• Przewidywanie i unikanie
stanów awaryjnych
Narzędzie:
• Określenie wielkości ruchów
ustawczych
• Wymiana narzędzi na czas
• Unikanie uszkodzeń przedmiotu i
narzędzi
Obrabiarka i
wyposaŜenie:
• Awarie
• Drgania
• Deformacje
• Zmiany temp. otoczenia
• Drgania zewnętrzne
• Stan chłodziwa
• Zapewnienie poprawnej pracy
obrabiarki i wysokiej
dokładności obróbki
• Minimalizacja wpływu otoczenia
na obróbkę
Środowisko:
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Trudności w pomiarach
Trudność
Pomiary w trakcie procesu/online
Przykłady
MoŜliwe połoŜenia czujników monitorujących
pracę obrabiarki
Dokładność obróbki
Chropowatość i jakość powierzchni
ZuŜycie ostrza i KSO
Odkształcenia termiczne obrabiarki
ZuŜycie ostrza i KSO przy ciągłym skrawaniu
Odkształcenia termiczne obrabiarki
PołoŜenie czujnika względem ostrza lub ściernicy
centrum frezarskie
tokarka
Pomiary bezpośrednie
DuŜa odległość między obiektem
mierzonym a czujnikiem
Wpływ instalacji czujnika na proces
obróbki i sztywność obrabiarki
Zanieczyszczone środowisko
Transmisja sygnału z obracających się
lub ruchomych elementów
Zmniejszenie sztywności narzędzia lub obrabiarki przez
instalację czujników tensometrycznych
Występowanie chłodziwa, zakłócenia elektryczne
Przekazywanie sygnału z wrzeciona, szybko przemieszczającego
się stołu lub obrotowej głowicy narzędziowej
Właściwości mierzonego obiektu mogą zaleŜeć od warunków
obróbki, materiału ostrza, materiału obrabianego itd.
przedmiot obrabiany
stół
przedmiot
obrabiany
ZłoŜone zaleŜności między róŜnymi
czynnikami
1. siłomierz płytowy, 2. siłomierz tensometryczny, 3. łoŜysko dynamometryczne,
4. czujnik mocy, 5. czujnik momentu, 6. powierzchniowy czujnik AE,
7. strumieniowy czujnik AE, 8. czujnik przyspieszeń, 9. czujnik wbudowany w narzędzie
Rozmaitość sposobów i rodzajów obróbki
Potrzebne są czujniki odpowiednie do róŜnych sposobów
obróbki jak wiercenie, frezowanie, gwintowanie itp. na tej
samej obrabiarce
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
2
1 Wstęp, wprowadzenie do czujników
System pomiarowy
• Plan wykładu, regulamin przedmiotu, strona
www
• Rola pomiarów w systemach wytwarzania
• System pomiarowy
• Wprowadzenie do czujników
Podstawowym zadaniem
systemu pomiarowego
jest
mierzenie wielkości fizycznych występujących w rzeczywistym
świecie. Tu będą nas interesowały takie wielkości związane z
wytwarzaniem, jak:
System pomiarowy
• połoŜenie, odległość, przemieszczenie,
• prędkość liniowa i kątowa, przyspieszenie,
• siła, moment, moc
• temperatura
• dźwięk
Wspólną cechą wymienionych wielkości
jest to, Ŝe są one „
nieelektryczne
”,
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Pomiary wielkości nieelektrycznych
Wstępna obróbka sygnału
Tradycyjnie wielkości takie mierzy się odpowiednimi przyrządami jak np.
• odległość, wymiar: przymiar, suwmiarka, linijka itp.
• siła: spręŜyna, waga itp.
• prędkość: pośrednio przez pomiar czasu i odległości
• temperatura: termometr rtęciowy
Zwykle nie jest moŜliwe bezpośrednie wykorzystanie sygnału z czujnika –
potrzebny jest specjalny (dobrany do czujnika) układ przygotowania
(wstępnej obróbki) sygnału, mogący takŜe zasilać czujnik
układ wstępnej
obróbki sygnału
uniwersalne lub specjalistyczne
urządzenie pomiarowe, np.: oscyloskop,
analizator, woltomierz itp.
Drugi etap rozwoju technik pomiarowych to zastosowanie
przyrządów, w których wartości wielkości mierzone są
przetwarzane na sygnał elektryczne i np. wyświetlane
cyfrowo czy pokazywane na wskaźniku.
czujnik
kable
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Przykładowe sposoby wstępnej obróbki
sygnału
Budowa komputerowego systemu akwizycji
danych
Drugi etap rozwoju technik pomiarowych
Mostek tensometryczny
Zasilanie mostka,
linearyzacja
Przygotowanie
sygnałów
Przetworniki
piezoelektryczne
Wzmacniacz ładunku
Karta DAQ
Termopara
Wzmocnienie, linearyzacja,
kompensacja zimnych złączy
czujniki,
przetworniki
Czujniki
termorezystancyjne
Zasilanie,
linearyzacja
oprogramowanie
Trzeci etap rozwoju technik pomiarowych
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
3
Akwizycja danych, karta DAQ
Współczesny system pomiarowy
Akwizycja danych (DAQ Data Acquisition)
to zbieranie sygnałów
elektrycznych z czujników (zwykle za pośrednictwem układów wstępnego
przygotowania sygnału) i wprowadzenie uzyskanych danych do
komputera w celu ich dalszego przetworzenia.
System akwizycji danych pomiarowych
(system pomiarowy)
jest zespołem urządzeń objętych wspólnym sterowaniem i
przeznaczonym do realizacji w sposób automatyczny procesu
pomiarowego.
zjawiska fizyczne
Urządzenia (karty) DAQ
zwykle są bezpośrednio połączone z wewnętrzną
szyną danych komputera przez gniazdo (plugin slot). Karta DAQ nie
wykonuje obliczeń, nie wyznacza miar sygnału, pozostawiając to zadanie
oprogramowaniu rezydującemu w komputerze.
PXI
PCI
Prezentacja danych
to środki do łatwego, intuicyjnego
komunikowania się z systemem, w celu uzyskiwania informacji w
dogodnej, zrozumiałej formie.
PCMCIA
FireWire/USB
Przetwarzanie danych
przekształca surowe dane w pełne znaczenia
informacje. Obejmuje takie techniki jak filtrowanie cyfrowe, analizy
częstotliwościowe, statystyczne i wiele innych operacji matematycznych
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
System akwizycji, prezentacji i przetwarzania danych
Software do akwizycji danych
DAQ system – przykład
siłomierz
sygnały
analogowe
Przygotowanie
sygnałów
Przetwarzanie i
prezentacja
danych
wzmacniacze
Ładunku
Karta DAQ PCI
skrzynka połączeń
PCMCIA
DAQcard
Software do akwizycji danych
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
DAQ system przykład
Wymagania stawiane systemowi DAQ
probes
• Typ sygnału (sygnałów) – wejścia analogowe (AI),
wyjścia analogowe (AO), wejścia i wyjścia cyfrowe
(DIO), liczniki (CTR)
• Liczba kanałów I/O – moŜe określić typ systemu i jego
koszt
• Szybkość, dokładność
• Portabilność
• Zgodność z poprzednimi wersjami oprogramowania i/lub
sprzętu. Często to czynnik najbardziej krytyczny!
Probe drivers
PXI
SCXI
connector block
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
4
System pomiarowy w systemie wytwarzania
Struktura układu nadzoru narzędzia i PS
Obiekt
NADZÓR
AKCJA !
Czujnik
Przetwarzanie
sygnałów
DIAGNOSTYKA
diagnoza,
rozkaz
czujniki
obróbka sygnałów
filtry, statystyka,
FFT, RMS,...
STRATEGIA
Podejmowanie
decyzji
MONITOROWANIE
model procesu,
wiedza
Układ
sterowania
Operator
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
1 Wstęp, wprowadzenie do czujników
Homocentryczne widzenie świata
• Plan wykładu, regulamin przedmiotu, strona
www
• Rola pomiarów w systemach wytwarzania
• System pomiarowy
• Wprowadzenie do czujników
wzrok jest naszym najwaŜniejszym zmysłem,
dostarczającym nam najwięcej informacji, ale...
owady mają dwoje oczu po powiedzmy 10,000
elementów światłoczułych w kaŜdym
umiemy posługiwać się dotykiem, ale...
karaluchy mają 30,000 włosków czułych na ruch
powietrza na kaŜdej nodze
mogą wyczuć zbliŜające się obiekty bez dotykania ich
podobnie jest z innymi zmysłami
Świat oferuje znacznie więcej informacji niŜ
my jesteśmy w stanie postrzegać zmysłami
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Typy czujników
Czujnik – przetwornik
Istnieje ogromna liczba typów czujników
wiele wykrywa zjawiska, których człowiek nie moŜe wykryć
np. magnetyzm, podczerwień, ultrafiolet, ultradźwięki, faza
świat
ła itd.
Przetwornik przekształca jedną wielkość fizyczną jak temperatura,
siła, ciśnienie, prędkość itd., na inną, najczęściej elektryczną jak
napięcie lub opór
Wielkość fizyczna
przetwornik
opór, napięcie
Omówimy tu tylko część z nich, zwłaszcza
te, które mogą znaleźć zastosowanie
systemach wytwarzania
Czujnik to urządzenie, zawierające obudowany przetwornik,
przewody odprowadzające sygnał itp.
Czujnik drgań (akcelerometr)
masa
sejsmiczna
przetwornik
piezoelektryczny
obudowa
badany
element
sygnał
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
5
Wprowadzenie do czujników
Plik z chomika:
stachu32
Inne pliki z tego folderu:
pytania%20egzaminacyjne%20.pdf
(31 KB)
3%20Czujniki%20drgan%20.pdf
(2584 KB)
2%20Czujniki%20polozenia%20odleglosci%20i%20kata%20.pdf
(5409 KB)
1%20Wstep,%20wprowadzenie%20do%20czujnikow%20.pdf
(2906 KB)
Inne foldery tego chomika:
ekonomika i zarzadzanie przedsiebiorstwem
Energo
mast1
mast2
OBPLA
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin