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

304007158.213.png

304007158.224.png

304007158.235.png

304007158.246.png

304007158.001.png

304007158.012.png

304007158.023.png

304007158.034.png

304007158.045.png

304007158.056.png

304007158.067.png

304007158.078.png

304007158.089.png

304007158.100.png

304007158.111.png

304007158.122.png

304007158.133.png

304007158.144.png

304007158.155.png

304007158.166.png

304007158.177.png

304007158.180.png

304007158.181.png

304007158.182.png

304007158.183.png

304007158.184.png

304007158.185.png

304007158.186.png

304007158.187.png

304007158.188.png

304007158.189.png

304007158.190.png

304007158.191.png

304007158.192.png

304007158.193.png

304007158.194.png

304007158.195.png

304007158.196.png

304007158.197.png

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

304007158.198.png

304007158.199.png

304007158.200.png

304007158.201.png

304007158.202.png

304007158.203.png

304007158.204.png

304007158.205.png

304007158.206.png

304007158.207.png

304007158.208.png

304007158.209.png

304007158.210.png

304007158.211.png

304007158.212.png

304007158.214.png

304007158.215.png

304007158.216.png

304007158.217.png

304007158.218.png

304007158.219.png

304007158.220.png

304007158.221.png

304007158.222.png

304007158.223.png

304007158.225.png

304007158.226.png

304007158.227.png

304007158.228.png

304007158.229.png

304007158.230.png

304007158.231.png

304007158.232.png

304007158.233.png

304007158.234.png

304007158.236.png

304007158.237.png

304007158.238.png

304007158.239.png

304007158.240.png

304007158.241.png

304007158.242.png

304007158.243.png

304007158.244.png

304007158.245.png

304007158.247.png

304007158.248.png

304007158.249.png

304007158.250.png

304007158.251.png

304007158.252.png

304007158.253.png

304007158.254.png

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

304007158.255.png

304007158.256.png

304007158.002.png

304007158.003.png

304007158.004.png

304007158.005.png

304007158.006.png

304007158.007.png

304007158.008.png

304007158.009.png

304007158.010.png

304007158.011.png

304007158.013.png

304007158.014.png

304007158.015.png

304007158.016.png

304007158.017.png

304007158.018.png

304007158.019.png

304007158.020.png

304007158.021.png

304007158.022.png

304007158.024.png

304007158.025.png

304007158.026.png

304007158.027.png

304007158.028.png

304007158.029.png

304007158.030.png

304007158.031.png

304007158.032.png

304007158.033.png

304007158.035.png

304007158.036.png

304007158.037.png

304007158.038.png

304007158.039.png

304007158.040.png

304007158.041.png

304007158.042.png

304007158.043.png

304007158.044.png

304007158.046.png

304007158.047.png

304007158.048.png

304007158.049.png

304007158.050.png

304007158.051.png

304007158.052.png

304007158.053.png

304007158.054.png

304007158.055.png

304007158.057.png

304007158.058.png

304007158.059.png

304007158.060.png

304007158.061.png

304007158.062.png

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

304007158.063.png

304007158.064.png

304007158.065.png

304007158.066.png

304007158.068.png

304007158.069.png

304007158.070.png

304007158.071.png

304007158.072.png

304007158.073.png

304007158.074.png

304007158.075.png

304007158.076.png

304007158.077.png

304007158.079.png

304007158.080.png

304007158.081.png

304007158.082.png

304007158.083.png

304007158.084.png

304007158.085.png

304007158.086.png

304007158.087.png

304007158.088.png

304007158.090.png

304007158.091.png

304007158.092.png

304007158.093.png

304007158.094.png

304007158.095.png

304007158.096.png

304007158.097.png

304007158.098.png

304007158.099.png

304007158.101.png

304007158.102.png

304007158.103.png

304007158.104.png

304007158.105.png

304007158.106.png

304007158.107.png

304007158.108.png

304007158.109.png

304007158.110.png

304007158.112.png

304007158.113.png

304007158.114.png

304007158.115.png

304007158.116.png

304007158.117.png

304007158.118.png

304007158.119.png

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

304007158.120.png

304007158.121.png

304007158.123.png

304007158.124.png

304007158.125.png

304007158.126.png

304007158.127.png

304007158.128.png

304007158.129.png

304007158.130.png

304007158.131.png

304007158.132.png

304007158.134.png

304007158.135.png

304007158.136.png

304007158.137.png

304007158.138.png

304007158.139.png

304007158.140.png

304007158.141.png

304007158.142.png

304007158.143.png

304007158.145.png

304007158.146.png

304007158.147.png

304007158.148.png

304007158.149.png

304007158.150.png

304007158.151.png

304007158.152.png

304007158.153.png

304007158.154.png

304007158.156.png

304007158.157.png

304007158.158.png

304007158.159.png

304007158.160.png

304007158.161.png

304007158.162.png

304007158.163.png

304007158.164.png

304007158.165.png

304007158.167.png

304007158.168.png

304007158.169.png

304007158.170.png

304007158.171.png

304007158.172.png

304007158.173.png

304007158.174.png

304007158.175.png

304007158.176.png

304007158.178.png

304007158.179.png

Plik z chomika:

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:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin