Misurare spostamento dato da forza impulsiva

[tecfil]

Ciao a tutti! Ho bisogno di un vostro consiglio

 

Ho questo problema a cui non riesco a trovare una soluzione. Ho una campata di 15 metri (corda in acciaio). Applico al centro della campata una forza impulsiva di 12kN.
Voglio misurare di quanto si sposta il centro la corda rispetto alla posizione iniziale. In pratica voglio conoscere la H come riportato in questo schema.

 

Secondo voi collegare alla corda nel punto centrale un trasduttore lineare di posizione a nastro con potenziometro può essere la soluzione corretta? Ad esempio:

http://www.gefran.com/en/products/550-gsf-wire-position-transducer-wire-potentiometer

 

Nel datasheet leggo che è resiste ad uno shock sui 3 assi di 50G 11ms, può essere compatibile con la mia applicazione secondo voi?

 

Perchè non vorrei che la forza impulsiva mi vada a "srotolare" tutto il nastro. Altrimenti sapere se ci sono dei trasduttori di posizione ottici che possono risolvere il problema?

 

Grazie per l'aiuto

Ciaoo!

[ETR]

Ciao Tecfil, perdonami ma avevi già postato questa richiesta tempo addietro ? Mi sembra di ricordare qualcosa di simile.

 

Comunque, slegandoti dalla struttura (corda, sostegni ecc...) potresti fornire una superficie di target sulla corda ad un puntatore laser ? Oppure, ma costerebbe di certo di più, creare un riferimento per una telecamera che debitamente posizionata, permetterebbe di misurare lo spostamento.

 

Tutto dipende anche dalla velocità di applicazione della forza impulsiva, perché da quello scaturisce il tempo di campionamento di tutta l'elettronica, qualsiasi essa sia.

 

Nel complesso, il riscontro meccanico è più economico all'acquisto, ma come tutte le cose richiede poi l'integrazione (l'installazione). Il riscontro ottico (misura o visione) ha un costo maggiore di acquisto, ma ridotti costi di installazione.

 

Se riuscissi a fornire maggiore informazioni, magari ti si potrebbe dare maggiori indicazioni in merito.

 

Buona serata, Ennio

[tecfil]

Ciao!

Si avevo già fatto una richiesta simile a dicembre ma avevamo pochi dati sul problema e non avevamo più sviluppato nulla, ora invece dobbiamo trovare una soluzione definitiva

 

Per quanto riguarda il puntatore laser io potrei cercare di sistemare una superficie di riferimento sulla cella di carico che è interposta tra fune e il carico che viene lasciato cadere per generare la forza, però la superficie per il laser deve essere molto ampia? 

 

Per quanto riguarda il tempo di campionamento io devo stare sotto a 0.5ms di risoluzione temporale. 

 

La normativa infatti prevede che:

Per il progetto delle linee vita anticaduta è necessario sottoporre una campata di 15m ad una forza impulsiva di 12kN e misurarne la massima deformazione nel punto di ancoraggio. La norma richiede una risoluzione temporale inferiore a 0.5 ms ed una incertezza al 99% della misura di forza inferire a 100N e della misura di scostamento non superiore a 2 cm. 

 

Dai calcoli del costruttore della linea vita lo scostamento della corda sarà di circa 2.3 metri.

 

Per il calcolo delle forze ho già trovato le celle di carico che soddisfano il valore di incertezza richiesto dalla normativa, ma per la misura dello scostamento invece non sono ancora riuscito a trovare nulla.

 

Grazie per l'aiuto

Ciaoo!

[Tode]

attenzione ai trasduttori a cordina, i dati di resistenza all'impatto sono relativi alla cassa e non al sistema di misura. In pratica è necessario verificare se durante l'accellerazione della corsa di misura la molla di recupero della cordina ha forza sufficiente a superare l'accellerazione della meccanica che si sta misurando. Pena l'allentamento della tensione della cordina e l'aggrovigliamento della stessa all'interno del meccanismo.

Nella documentazione Gefran non è riportato il dato, sulla doc. di altri è riportato ma non fidatevi perchè non si parla mai di accelelrazione ma sempre di velocità max che è un'altro paio di maniche.

Secondo me non funziona.

[tecfil]

Ciao!

 

Ormai mi sono convito che la soluzione con il cavo non è possibile adottarla, infatti guardato diversi datasheet alcuni mi indicano una velocità massima di 10 m/s (che potrebbe anche andare bene per il mio caso) ma la massima forza di pull-out del cavo è di 18N ben lontana da quella a cui è soggetto il mio caso!

 

L'unica soluzione quindi è quella di utilizzare sistemi laser, però il problema è su come impostare il sistema. Avrei trovato questo laser che potrebbe andare bene per la mia applicazione:

https://riftek.com/media/documents/rf60x/Laser_Triangulation_Sensors_RF600_Data_Sheet_eng.pdf

 

Però per poterlo utilizzare devo montare una superficie sulla corda e questo potrebbe essere un problema, dato che la corda è spessa solo 1 cm e in più oscilla per bene quando le viene data la forza impulsiva. Avete qualche suggerimento?

 

Avevo pensato anche di utilizzare un encoder da abbinare alla puleggia, però essendo la corda in acciaio e non essendo una cinghia potrebbe non far ruotare correttamente la puleggia e quindi ottenere una misura errata  

 

Grazie
Ciao!

[Tode]

che risoluzione di misura ti serve?

 

[tecfil]

La norma richiede una risoluzione temporale inferiore a 0.5 ms 

 

grazie

ciao!

[Tode]

con il sistema che avevo in mente arriviamo a 10 µsec. 

comunque mi sembra troppo restrittiva la norma, spiegami cosa può fregare l'andamento di stiramento della corda. Sono fuori come i geranei.

[Livio Orsini]

E' un'applicazione o è un esercizio di scuola?

[thinking]

Scusa ma è una misura che devi fare soltanto una volta per il test???

oppure devi continuamente verificare???

 

Se si tratta soltanto del test io farei 2 o 3 registrazioni video in alta definizione, poi da qui ti prendi le varie foto per calcolarti lo spostamento e penso che riesci ad ottenere un'ottima misura con pochissimo errore.

 

ciao

 

[attiliovolpe]

Penso che il video non essendo strumento "certificato" non ha valore ai fini normativi.

Io applicherei per esempio il carico statico sulla fune è misurerei la flessione, un po' come la freccia per i carroponti, ma deve essere impulsivo perché così è richiesto: un corpo legato alla linea vita di peso x cade e quando la corda con qui è legato sarà tutta estesa la linea vita subisce strattone, ci sono in gioco masse, altezze e accelerazione di gravità. Poi penso che se la fune tiene 12 tonnellate "statiche" uffa se resiste, ma non è fatto per quello.

[Walter64]

 

Quote

la fune tiene 12 tonnellate

10 N = 1 Kg (arrotondato) 

12Kn dovrebbero essere 1200 Kg ...  

ed è più pensabile come carico "impulsivo" attaccato a linea vita !

[tecfil]

Ciao! 

Il caso è reale, fa parte di uno stage il cui fine è quello di presentare all'azienda produttrice il sistema di misura con banco prova per acquisizione di forze e con tutta la strumentazione.

 

@thinking Nel caso della registrazione video come si può poi stabilire l'incertezza sulla misura? Perchè volendo si può pensare di registrare un video, mettere una scala numerata sotto la fune e quindi trovare lo spostamento, ma poi come determino l'incertezza? La prova al massimo sarà fatta 2/3 volte per ogni singola linea vita, dato che poi la fune perderà tutta la sua elasticità e dovrà essere sostituita.

 

La prova statica si può fare, però appunto diventa statica e non più dinamica, con la statica il problema non ci sarebbe nemmeno però perchè potrei collegare il trasduttore di posizione a filo e pian piano mettere in tensione la fune!

 

Grazie

Ciaoo!

[Livio Orsini]

Puoi riconoscere l'istante dellìapplicazione dell'impulso di forza? In altri termini puoi avere un fronte di un segnale elettrico che corrisponde esattamente all'inizio dell'applicazione dell'impulso di forza?

[tecfil]

Ciao!

 

Mi hanno confermato che è possibile utilizzare una videocamera ad alta frequenza poiché rientra nella norma, in quanto appunto non è possibile utilizzare un trasduttore. Nel mio caso devo avere una videocamera con risoluzione da 2000 Hz poiché la normativa mi impone una risoluzione temporale da 0.5ms

 

Sto controllando ora alcune videocamere industriali della Sony se trovo un modello con le mie caratteristiche.

 

L'unica cosa che non sono ancora in grado di capire è come calcolare l'incertezza a partire da una foto. Per la conversione della misura da pixel a metri in teoria ci dovrei riuscire, facendo una proporzione tra la risoluzione della macchina fotografica ed una misura in metri fotografata dalla camera. Ma per il calcolo dell'incertezza non ho ancora idea!

 

Grazie

Ciaoo

[thinking]

Per l'incertezza prendi un tubo o simile di lunghezza simile a la misura che t'interessa (H).

Di questo tubo sai con precisione la sua misura (esempio 1,5 metri).

Posiziona il tubo vicino al punto dove si trova H.

Poi con la stessa tecnica misuri sia il tubo sia H dal video o foto che sia.

Se ottieni ad esempio una precisione di 1 mm nella misura del tubo, questa sara' anche la precisione di H.

 

Al limite se non basta puoi ricorrere a fare la stessa cosa una decina di volte. Se la precisione è sempre intorno al mm è garantito che la misura è corretta.

 

Ciao

 

[SandroCalligaro]

Purtroppo credo che determinare l'accuratezza di una misura fatta staticamente non significhi di per sé che la misura fatta dinamicamente sarà altrettanto accurata.

Credo che sia anche molto importante garantire condizioni di illuminazione sufficienti e ripetibili.

 

Per una verifica/calibrazione della misura, non si potrebbe pensare ad una serie di emettitori-ricevitori laser (ad esempio 4-5 posti a distanza di 1-2 cm nell'intorno del valore atteso), e verificare l'interruzione del raggio da parte della corda?

 

 

[tecfil]

Ciao!

 

@thinking
Grazie per la risposta. Ora ho capito come procedere, ma ho un'ultima domanda: si può stimare la sua incertezza ancora prima dell'acquisto?

Perchè in fase di presentazione l'azienda potrebbe dirmi: "Va bene acquistiamo la telecamera, ma sei in grado di garantire che abbia una incertezza di 2cm sulla misura da effettuare?" 

 

Io avrei trovato la telecamera compatibile con la risoluzione temporale della norma, questo è il suo datasheet in cui viene riportato anche il "Pixel size (μm)" che non ho ben chiaro cosa sia. Adesso ho scritto una mail anche al produttore per sapere maggiori informazioni e anche i costi.

http://www.tattile.com/wp-content/uploads/2016/07/TAG7.pdf

 

Perchè ad esempio con le celle di carico avendo la risoluzione, ripetibilità, linearità della cella posso controllare prima di acquistare che rispettino l'incertezza da me voluta, ma in questo caso io andrei a determinare l'incertezza solamente dopo aver acquistato la telecamera. Però essendo ignorante in materia non vorrei che sapendo la risoluzione della telecamera si riesca ad arrivare a stimare l'errore di misura della foto scattata. Ora mi informo meglio su questo aspetto

 

@SandroCalligaro Il laser è stato scartato per il fatto che non si riesce a posizionare facilmente una superficie di riferimento sulla corda. Inoltre bisogna tenere conto che le oscillazioni della corda sono molto elevate e quindi è difficile far puntare correttamente il laser in un punto ben preciso. Non è possibile nemmeno regolarlo "a mano" in quanto posizionarsi davanti ad una corda tesa in quel modo comporta un rischio per la sicurezza.

 

Grazie mille per il vostro prezioso aiuto, senza sarei rimasto ancora a sfogliare cataloghi alla ricerca del trasduttore di posizione

Ciaoo!

[thinking]

Ciao tecfil,

Per garantire una certa precisione il discorso è un po piu complesso perche dipende anche da come effettui la registrazione.

 

Faccio un esempio: Dopo i calcoli necessari so che se registro da 4 metri di distanza ottengo una precisione di 1 cm.

Facendo la stessa cosa a 40 metri di distanza, non mi basta una camera con 10 volte piu risoluzione ma 10^2 = 100 volte piu risoluzione (calcolo aprossimativo).

 

Forse dovresti parlare con qualcuno che abbia già fatto questo lavoro...

 

ciao

 

 

[SandroCalligaro]

Quote

Il laser è stato scartato per il fatto che non si riesce a posizionare facilmente una superficie di riferimento sulla corda. Inoltre bisogna tenere conto che le oscillazioni della corda sono molto elevate e quindi è difficile far puntare correttamente il laser in un punto ben preciso. Non è possibile nemmeno regolarlo "a mano" in quanto posizionarsi davanti ad una corda tesa in quel modo comporta un rischio per la sicurezza.

Non conoscendo bene il setup di misura non so se sia una soluzione fattibile, di certo non occorre alcuna superficie di riferimento, nè posizionarsi vicino alla corda, per verificare l'interruzione di un raggio (o di una "lama") laser, con emettitore da un lato e ricevitore dall'altro (possono essere anche a distanza considerevole). L'altezza dei raggi deve essere misurata accuratamente, così come il fatto che siano allo stesso livello (ovviamente).

Scusa il disegno indecente, ma non sapevo come spiegarmi...

 

La misura, essendo solo una verifica per confronto, potrebbe essere effettuata anche su un punto diverso della corda, lontano dall'aggancio (purché poi si vada a misurare lo stesso punto con la telecamera, durante questo test di verifica/calibrazione).

Misurando lo stato vari ricevitori con un oscilloscopio (ma per avere 0.5 ms di risoluzione basta anche un analizzatore di stati logici da quattro soldi, una scheda di acquisizione o al limite una scheda audio!), se è possibile sincronizzare il video con l'acquisizione dei segnali è possibile anche verificare la corrispondenza della misura con telecamera rispetto al passaggio della corda attraverso i raggi.

Andando a "misurare" tramite telecamera l'escursione dello stesso punto che viene monitorato dai raggi, secondo me si possono avere dei riscontri piuttosto attendibili con un costo relativamente basso.

 

Un metodo banale per avere un riscontro potrebbe anche essere quello di acquisire contemporaneamente, tramite la stessa telecamera (sullo stesso frame, in un angolo) oltre alla corda anche il frontale di una schedina che riproduca con dei LED lo stato di continuità dei raggi laser. Purché naturalmente i tempi di risposta dell'elettronica e del LED siano molto inferiori a 0.5 ms (cosa che si può verificare anch'essa tramite la telecamera ed un generatore di funzioni).

 

 

In ogni caso, credo che la lettura tramite telecamera possa venire semplificata e migliorata di molto con la presenza di un marker (ad esempio riflettente o solo di un colore particolare) sul punto da misurare.

 

[attiliovolpe]

La butto li, vedendo la figura di @SandroCalligaro dico: i misuratori laser (metro laser) sono certificati e/o certificabili, scegliendone uno con funzione MIN-MAX (come quella che troviamo sui multimetri per certi range di misura), lo strumento misurerebbe e terrebbe in memoria "MIN" l'altezza minima, quindi il punto più basso raggiunto;

ovviamente si va a posizionare il laser solidamente sul pavimento e lo si punta non alla fune, operazione impossibile perchè quest'ultima oscillerà e vibrerà, ma sotto il peso campione che sicuramente avrà una base più grande.

 

Quote

10 N = 1 Kg (arrotondato) 

12Kn dovrebbero essere 1200 Kg ...  

ed è più pensabile come carico "impulsivo" attaccato a linea vita !

 

@Walter64 effettivamente ho sbagliato io, si 1200 Kg arrotondati!

[SandroCalligaro]

Al contrario della mia, quella di attiliovolpe mi sembra proprio una buona idea!

 

[tecfil]

Ciao!

 

Scusate se vi rispondo a distanza di 10 giorni, abbiamo risolto il problema con la videocamera ad alta risoluzione, abbiamo effettuato delle misure su un sistema in scala (al posto dei 15m su 5 metri) e abbiamo ottenuto ottimi risultati con anche l'incertezza desiderata. Abbiamo risolto anche il secondo passaggio della prova statica, misurando i valori della forza applicata con delle celle di carico, mentre lo spostamento con dei trasduttori lineari a filo.

Vi ringrazio per il vostro aiuto, mi avete aiutato a schiarirmi un po' le idee sul problema 

Grazie

Ciaoo!

[thinking]

Grazie per condividere i risultati finali.

 

Ciao