Diapositiva 1

Dinamometri e sistemi di taratura
multicomponenti I.N.RI.M.: i principali risultati
ottenuti in questi 20 anni nella
caratterizzazione dei campioni primari di forza
Carlo Ferrero
I.N.RI.M.
La forza non è un’unità di base del SI,
SI ma un’unità
derivata
La FORZA dimensionalmente è:
F = [ML T-2]
Quindi un campione primario di forza richiede la misura di:
massa
lunghezza
tempo
LA FORZA E’ UNA
GRANDEZZA VETTORIALE
→
→
F = mx a
→
→
w = mx g
L’unità SI è il newton
Il newton è la forza che applicata alla massa di
1 kg dà una accelerazione di 1 m/s2
Per generare una forza in modo primario si
costruiscono le macchine in cui delle masse
appropriate applicate nel campo gravitazionale
terrestre generano la forza peso.
X
L
M
Y
N
Posizionando
opportuni sensori
(dinamometri) in
queste sei
posizioni si
possono rilevare le
componenti.
z
Essendo la forza un
vettore, la forza peso
(direzione Z) può avere
delle componenti
secondarie nelle varie
direzioni (X, Y) ma anche
delle flessioni (L, M) e
rotazioni (N) che,
comunque, provocano
errori anche consistenti.
La strada non è stata così
semplice e lineare; sono stati
necessari vari passaggi
intermedi.
Le prime discussioni sulla
misurazione delle
componenti del vettore forza
negli incontri di ricercatori
LA TAVOLA ROTONDA AL CONGRSSO
IMEKO1 (LONDRA, 1976)
1
International Measurement Confederation
Linee di ricerca già sviluppate
all’IMGC1 sulle multicomponenti
Intervento di Bray e presentazione dei primi risultati
ottenuti all’IMGC con un dinamometro a due
componenti a conferma che le componenti parassite
presenti erano anche altre rispetto ai semplici momenti
ribaltanti (Bray, Levi, Ferrero)
Prove con rosette estensimetriche annegate
(Rossetto, Bray, Levi, Vicentini, De Sogus, Bianchi)
Prove sistematiche sulla sensibilità di celle di carico di
differente struttura alle componenti parassite
(Ferrero, Bray, Marinari)
1
Istituto di Metrologia Gustavo Colonnetti ora I.N.RI.M.
A seguito dei risultati ottenuti dai vari Istituti
Nazionali, il Bureau Communautaire de Reference
(BCR) affidò al Physikalisch-Technische
Bundesanstalt (PTB-HBM) la realizzazione di un
dinamometro mono-componente di elevatissime
caratteristiche da utilizzare nelle future campagne
di interconfronto.
Il dinamometro di trasferimento
BCR-PTB- HBM
RIUNIONE AL BCR: presenti Bray, Ferrero, Peters, Marchandise
In base ai risultati ottenuti dai vari istituti
metrologici, si stabilirono delle linee di ricerca a
livello internazionale e il Bureau Communautaire
de Reference (BCR) affidò all’allora IMGC e
Bureau National de Metrology (BNM)
a) CAMPAGNE DI INTERCONFRONTI CON
I DINAMOMETRI MULTICOMPONENTI
ESISTENTI
b) LO SVILUPPO DI NUOVI DINAMOMETRI
E SISTEMI DI TARATURA
MULTICOMPONENTI
ILDINAMOMETRO
DINAMOMETROI.N.RI.M.
I.N.RI.M.AA
IL
SEICOMPONENTI
COMPONENTI
SEI
Nei primi
primi anni
anni ‘80,
‘80, l’IMGC
l’IMGC
Nei
progettò ee costruì
costruì un
un
progettò
dinamometro da
da 100
100 kN
kN
dinamometro
sei componenti
componenti per
per
aa sei
misurare le
le componenti
componenti
misurare
della forza
forza non
non assiali.
assiali.
della
(E.C.-BCR
BCRcontratto
contratton.
n.1033-78)
1033-78)
(E.C.-
dinamometroI.N.RI.M.
I.N.RI.M.èè
IlIldinamometro
unacella
celladi
di carico
carico
una
compositache
checonsiste
consistedi
di
composita
seicelle
celledi
dicarico
carico
sei
uniassialidisposte
dispostein
in
uniassiali
mododa
damisurare:
misurare:
modo
caricoverticale
verticaleZ;
Z;
••carico
forzelaterali
laterali XX eeY;
Y;
••forze
momentiflettenti
flettentiLLeeM;
M;
••momenti
momentotorcente
torcenteN.
N.
••momento
disaccoppiamentotra
trale
le
IlIldisaccoppiamento
celledi
dicarico
caricoééfornito
fornito
celle
dall’usodi
dicerniere
cerniere
dall’uso
elasticheaaflessione.
flessione.
elastiche
L X
M
N
Z
Y
Le cerniere elastiche alle
due estremità del
dinamometro permettono
un disaccoppiamento
meccanico molto efficace
rendendo le interazioni
praticamente trascurabili.
Qui gli elementi di
misura della componente
assiale e dei due
momenti flettenti
lavorano in tensione
attraverso due giunti
cardanici a doppio effetto
a cerniere elastiche
incrociate.
Dinamometro
IMGC-100 kN a
sei componenti
Dinamometri compositi
Giunto cardanico a doppio
effetto realizzato presso l’IMGC
In alcuni casi, la disponibilità di celle delle stesse dimensioni, ma di
portata diversa, consente di variare la portata utile entro limiti
alquanto ampi su diverse componenti senza limitare il valore di
fondo scala delle altre.
Infine, a fronte della
maggior
deformabilità, dovuta
all'effetto delle
cerniere, si ha il
vantaggio di poter
disporre di arresti di
fondo corsa, capaci di
limitare le
conseguenze di
sovraccarichi anche
notevoli.
La configurazione composita ha alcuni
vantaggi rispetto ad altri tipi di
dinamometri multi-componenti:
a) Elevata sensibilità alle componenti
trasversali e al momento torcente
b) Bassa interazione tra la componente
assiale e le componenti trasversali
c) Bassa dipendenza dalle condizioni d’interfaccia
e, quindi, dalle componenti parassite durante la
fase di trasmissione del carico
Contratto BCR-IMGC per la
taratura presso l’ONERA1 del
dinamometro da 100 kN
1The
French Aerospace
Laboratory
Cinque macchine
campione a pesi diretti
appartenenti a Paesi
della Comunità Europea
(NPL1, TNO2, PTB, LNE3,
IMGC) furono controllate
per mezzo del
dinamometro IMGC dal
1983 al 1985
Secondo contratto BCR-IMGC
per la prima campagna di
misure con il dinamometro
1 National Physical Laboratory- Regno Unito
2 ora
NMI= National Metrology Institute –Olanda
3 Laboratoire
National d’Essaix-Francia
Terzo contratto BCRIMGC per una
valutazione dei risultati
ottenuti con i due
diversi dinamometri
sulle varie macchine
campione
Vennero confrontati
unicamente i
risultati dei
campioni LNE ed
NPL essendo queste
macchine molto
stabili e ripetibili.
PRINCIPALI CONCLUSIONI DELLA
COMMISSIONE EUROPEA SUL CONFRONTO FRA
I RISULTATI OTTENUTI CON I DUE
DINAMOMETRI A PIU’ COMPONENTI
Un dinamometro a mono-blocco a 4 componenti non é
sufficiente per la determinazione delle caratteristiche
intrinseche di una macchina primaria campione di forza
(ripetibilità e riproducibilità delle componenti generate dalla
macchina), e un tale dinamometro non può neppure rivelare
le cause di queste componenti parassite.
C. Ferrero: Comparison of two european multi-component
dynamometers, BCR-Applied Metrology, EUR12726EN,
1990, pp. 1-82
PERTANTO IL DINAMOMETRO A 6
COMPONENTI IMGC E’ STATO UTILIZZATO
NEI 10 ANNI SUCCESSIVI COME UNICO
DINAMOMETRO MULTICOMPONENTI SIA IN
AMBITO BCR SIA ATTRAVERSO ACCORDI
BILATERALI.
Quarto contratto BCRIMGC per la realizzazione
del nuovo dinamometro
In seguito
seguitoal
alsuccesso
successodi
di
In
questolavoro
lavorol’Unione
l’Unione
questo
Europeaha
harichiesto
richiesto
Europea
all’IMGCdi
diprogettare
progettareee
all’IMGC
costruireun
un
costruire
dinamometroda
da 500
500kN
kN
dinamometro
seicomponenti
componenti
aasei
Carlo Marinari – INRiM - ITALY
Lecaratteristiche
caratteristichedi
diversabilità
versabilitàdei
dei
Le
duedinamometri
dinamometried
edililmetodo
metododi
di
due
misuraadottato
adottatorendono
rendonopossibile
possibile
misura
lostudio
studiodi
difenomeni
fenomenidinamici
dinamicidel
del
lo
sistema macchina/dinamometro
macchina/dinamometro
sistema
comprendendosia
siaiitransitori
transitori
comprendendo
durantel’applicazione
l’applicazionedel
delcarico
carico
durante
siale
lelibere
libereoscillazioni
oscillazionidel
del
sia
sistemasotto
sottocarico
caricocostante.
costante.
sistema
5000
4000
3000
2000
1000
0
-1000
H1
H2
H3
0
20
40
60
80
n. of readings
100
120
40000
30000
Output [dig
Digits
Horizontal output during load application
20000
10000
0
-10000
0
10
20
30
Time [s]
diagrammi in
in tempo
tempo reale
reale dell’evoluzione
dell’evoluzione
II diagrammi
del tensore
tensore forza
forza applicato
applicato al
al dinamometro
dinamometro
del
sonouno
unostrumento
strumentomolto
moltoutile
utilenel
nelrilevare
rilevare
sono
anomalie che
che sarebbero
sarebbero altrimenti
altrimenti difficile
difficile da
da
anomalie
localizzare
localizzare
40
50
60
Questo significa che le
masse oscillano
liberamente
50000
30000
[digits]
Siamo in presenza di
piccole oscillazioni di
tipo sinusoidale.
10000
-10000
0
20
40
60
time [s]
PRIMA NOTA IMPORTANTE
Per scopi diagnostici, le componenti dinamiche, sono il più
sensibile strumento per evidenziare i possibili punti di
contatto tra fra le masse e le strutture di supporto principali
… ma
SECONDA NOTA IMPORTANTE
Data la procedura adottata (2 min per ogni lettura):
NESSUNA CORRELAZIONE tra differenti oscillazioni delle
masse e COMPONENTI STATICHE
STRUTTURA COMPLETA DEL
DINAMOMETRO
I
più
importanti
vincoli
progettuali
riguardano
il
progetto:
a) della piastra superiore
(upper support plate- USP) e
b) delle tre catene di misura
verticali ciascuna formata da
una cella di carico (HBM-Z4) e
da due cerniere elastiche di
disaccoppiamento di estremità.
piastra superiore (Upper
support plate-USP)
Questa piastra di supporto
gioca un ruolo importante.
Infatti la deformazione del
piatto superiore può
introdurre elevati
coefficienti di crosscorrelation nella matrice
di sensibilità del
dinamometro.
Il piatto superiore è
caricato in tre punti posti a
120° ed è supportato da tre
settori periferici anch’essi
a 120°.
Upper support plate (USP)
Sono stati utilizzati due differenti modelli,
entrambi basati su 8-nodi (isoparametric brick
elements).
Trascurando gli
effetti locali dovuti
al tipo di
discretizzazione
adottato,
valori massimi di
stress di circa 50
MN/m² si
determinano sulla
piastra di supporto,
ben al di sotto dei
limiti ammessi
Catene di misura verticali
Ciascuna catena di misura à
formata da una cella di carico
(HBM-Z4) e da due cerniere
elastiche di disaccoppiamento
estremità.
Le loro caratteristiche
metrologiche sono trasferite
integralmente al dinamometro a 6
componenti.
riguardo alla riproducibilità di
particolare importanza è la
capacità di disaccoppiamento
delle cerniere elastiche
incrociate.
In accordo con i criteri di progetto per le cerniere
elastiche ed alla scelta dei materiali è stato
realizzato un certo numero di prototipi, aventi
spessore s = 3.5 mm, altezza h = 42 mm e
larghezza w = 143 mm.
Queste cerniere
elastiche sono
state provate in
tensione fino ad un
carico massimo di
0.4 MN
(corrispondente ad
un max = 1000
N/mm², pari al
250% overload).
Caratteristiche
metrologiche della catena
di misura verticale
Le tre catene verticali sono
state tarate individualmente
sia sulla macchina a pesi
diretti (fino a 100 kN) sia
sulla macchina a
moltiplicazione idraulica da 1
MN (fino a 200 kN).
Taratura del dinamometro Z4-200 kN con due CFP sulla macchina a
pesi diretti (Dead Wieght Machine=DWM)) da 105 kN
Load
(kN)
0°
0°
0
25
50
75
100
0
24512
49028
73547
98067
0
24512
49028
73547
98067
Angular position
90°
180°
270°
360°
AVERAGE
0
24512
49028
73546
98065
0
24513
49027
73546
98066
0
24513
49028
73547
98067
0,0
0
24513
49029
73548
98067
24512,4
49028,0
73546,8
98066,4
Taratura del dinamometro Z4-200 kN con due
CFP sulla macchina campione idraulica da 500 kN
Load
(kN)
0°
0°
0
50
100
150
200
0
49031
98072
147121
196164
0
49031
98073
147120
196165
Angular position
90°
180°
0
49033
98073
147119
196165
0
49031
98071
147118
196163
270°
360°
AVERAGE
0
49032
98072
147117
196164
0
49033
98072
147120
196165
0,0
Ripetibilità e
riproducibilità della
cella Z4 - 200 kN
erano sempre entro
1x10-5.
49031,6
98072,2
147119,0
196164,2
Le differenze fra i valori medi sulle due macchine DWM
IMGC da 100 kN e 500 kN sono entro 1 10-4, che è entro i limiti
di accuratezza dei due campioni.
RISULTATI DELLE TARATURE E ANALISI
Il segnale di uscita di un dinamometro a
sei-componenti in funzione delle
componenti applicate x1, x2, x3, x4, x5, x6
può essere adeguatamente
approssimato da un polinomio del
secondo ordine.
6
y = ao +∑ai xi +∑ ∑ aij xi x j
i =1
i
j
I termini del primo ordine
corrispondono agli effetti lineari delle
sei componenti.
i termini del secondo ordine corrispondono alle interazioni
doppie e possono essere interpretati come una variazione della
sensibilità ad una componente a causa delle deformazioni indotte
da un’altra componente e gli effetti quadratici propri della
funzione di trasferimento di ogni singola componente.
Matrice dei Coefficienti di Sensibilità
I coefficienti di sensibilità sono raggruppati
in tabella.
COMPONENTS
Channel
V1
Channel
V2
Channel
V3
Channel
H1
Channel
H2
Channel
H3
Force
Z
X
Y
-32.5526
321.1
6.02
-32.9338
-158.5
-282.75
-32.5518
-162.7
276.5
0.5095
-432
-344.3
0.1634
171.6
-61
-0.903
881.4
411.4
Moments
L
M
N
1
513.75
0
-441.25
-260.6
0
441.87
-254.35
0
6.25
0.4
1098
2
10.09
1093.7
10.03
-0.6
1088
Z^2
X^2
Y^2
L^2
M^2
N^2
3.44
0
0
0
0
0
-8.2
0
0
0
0
0
6.08
0
0
0
0
0
8.05
0
0
0
0
0
-9.96
0
0
0
0
0
-1.94
0
0
0
0
0
ZX
ZY
ZL
ZM
ZN
2.17
0
0.1
2.02
0
1.25
-0.635
-1.2
0.94
0
1.1
-0.5
-1.562
1.09
0
1.975
-0.715
-0.156
2.69
2.75
3.62
-0.45
0.1
1.25
3.125
1.16
-1
0.02
1.25
3.875
LINEAR
TERMS
Square
terms
1OE-06
SECOND
ORDER
TERMS
Rectang.
terms
1OE-03
E’ interessante
sottolineare
come la somma
dei tre canali
verticali (Vi) non
interagisca con
le altre
componenti.
COME LO SI TARA?
SISTEMI E METODOLOGIE DI
TARATURA
SISTEMI DI TARATURA I.N.RI.M.
Cerniera elastica
Confronto fra le diverse caratteristiche
metrologiche ed operazionali dei tre sistemi di
taratura sviluppati presso l’IMGC
La lastra é stata lavorata in modo da fornire sei
alloggiamenti da usare per il carico orizzontale e cinque per
il carico verticale
Punti per
l’applicazione di tutte
le componenti sono
posizionati per mezzo
per mezzo di giunti
cardanici a coltelli
incrociati. Il carico
orizzontale è ottenuto
per mezzo di masse
utilizzando barre o
lamine elastiche e rinvii
con carrucole od a leva.
METODOLOGIE DI TARATURA
Nel caso di celle di carico monocomponenti e' di regola sufficiente
eseguire cicli di taratura secondo la direzione di carico nominale,
Quando si devono invece prendere in considerazione le sei componenti,
indicate di seguito genericamente come variabili indipendenti x1 = X, x2
= Y, ...X6= N, occorre tener presente che quando si deve tener conto
anche degli effetti del secondo ordine, come e' spesso necessario
fare, valgono le relazioni della forma
Pertanto per le sei equazioni di taratura si possono dover stimare
168 coefficienti (un termine di ordine zero, sei del primo, sei
quadratici e quindici prodotti incrociati).
i principali risultati ottenuti in questi
20 anni nella caratterizzazione dei
campioni primari di forza
MolteMacchine
MacchineCampioni
Campionidi
diForza
Forza(DWM)
(DWM)dei
dei
Molte
principaliIstituti
IstitutiMetrologici
MetrologiciNazionali
Nazionali(NMI)
(NMI)sono
sono
principali
statecaratterizzate
caratterizzatecon
coni idue
duedinamometri
dinamometriaaseiseistate
componentiI.N.
I.N.RI.M.
componenti
RI.M.
Istituto
N.P.L(Regno Unito.)
T.N.O.
(Olanda)
L.G.A.I. (Spgna)
N.R.L.M
. (Giappone)
N.I.M. (R.P.Cina)
L.N.E. (Francia)
K.R.I.S.S. (Korea)
P.T.B.(Germania)
R.P.O. (Finlandia)
Anno
1985 1996
1985
1994 2003
1994
1986 1998
1985 1995
1998
1988 2004
1998
VEDIAMO ALCUNE DWM
DEI PRINCIPALI NMI
NRLM – 500 kN
Anno 1994
Prove sulla machina LNE 500 kN DWM con il
dinamometro a sei componenti IMGC 100 kN
Anno 1995
Prove sulla
macchina NPL 1,2
MN DWM con il
dinamometro
IMGC 500 kN
Anno 1996
L’identificazione delle sorgenti di componenti parassite
sia intrinseche alla struttura della macchina sia
derivanti da difetti di costruzione come:
(a) Flessibilità della struttura,
(b) Deformazione asimmetrica della macchina sotto
carico
(c) Non planarità della traversa di carico
(d) Non assialità della forza agente rispetto al sistema
principale,
(e) Influenza dei differenti sistemi di trasmissione del
carico di solito impiegati,
(f) Influenza dei sistemi per lo smorzamento delle
oscillazioni della masse.
(a) Non planarità della
traversa di carico
(b) Influenza dei differenti
sistemi di trasmissione
del carico di solito
impiegati.
PROVE PRELIMINARI PRESSO
L’I.N.RI.M PER VALUTARE ALCUNI
DEI PUNTI PRECEDENTI
PRIMA CAMPAGNA DI MISURE
Componenti parassite determinate con il
Dinamometro a sei-componenti da 100 kN (1983-1990)
Si può notare come,
sebbene il valore
assoluto di X/Z e di Y/Z
sia dello stesso ordine di
grandezza,…… il
vettore (F = Y + iX)
rappresentante la forza
trasversale sulle diverse
macchine è situato in
differenti quadranti .
La linearità delle componenti laterali X and Y in funzione del
carico assiale per le macchine IMGC, NPL, LNE, PTB e NIM
indica principalmente che queste componenti
dipendono dall’iniziale inclinazione geometrica della macchina,
in altre parole,
parole
80,0
Component Y [N]
•la struttura principale
della macchina non ha
subito
notevoli
distorsioni,
che
distorsioni
avrebbero un elemento
quadratico nei valori della
componente laterale in
funzione
del
carico
assiale.
0°
180°
90°
270°
Average
60,0
40,0
20,0
0,0
100
200
300
Load [kN]
400
500
Momenti torcenti
Il momento torcente risultava inferiore a 1 N m per le
macchine IMGC, PTB, NPL e LNE a tutti i livelli di
carico.
Per scopi diagnostici , il momento torcente è lo
strumento più sensibile e una componente molto
importante per evidenziare possibili punti di
contatto tra il carico e i sistemi principali.
ma…..che cosa accade…….????
Quando…
NPL-50 kN DWM
IL KILLER
L’ECCENTRICO DI GUIDA
RESTAVA A CONTATTO
DURANTE LA FASE DI
MISURA
Senza le indicazioni di MOMENTO non avremmo potuto
capire che i valori delle componenti trasversali
NON ERANO CORRETTI
TNO-500 kN DWM
TNO-500 kN
Barre per ridurre le
oscillazioni e ridurre i
tempi per la taratura
delle celle di carico
introdotte sulla
macchina TNO.
Un primo segnale:
Assenza di oscillazione delle
masse
Variazione delle componenti
dopo vari interventi sulla
funzionalità della macchina
campione TNO
Risultato finale
SECONDA CAMPAGNA DI MISURE
Componenti parassite determinate con i
Dinamometri a sei-componenti da 100 kN e da
500 kN (1995-2004)
Valori delle componenti trasversali misurati
con i dinamometri a sei-componenti
I.N.RI.M.
La macchina a pesi diretti del NPL da 1.2 MN
0
-100
0 degrees
90 degrees
180 degrees
270 degrees
Valori relativi delle
componenti
trasversali
FX / FZ
-200
/ ppm
-300
-400
0
100
200
300
400
0
500
Axial Force / kN
-100
La grandezza della forza
laterale per la NPL DWM
da 1,2 MN è minore di
350 ppm della forza
verticale
FY / FZ -200
/ ppm
-300
0 degrees
90 degrees
180 degrees
270 degrees
-400
0
100
200
300
400
500
Axial Force / kN
Questa componente dipende principalmente dall’inclinazione
iniziale della traversa di carico inferiore. La mancanza della
dipendenza di qualsiasi componente del secondo ordine dal
carico indica che l’angolo della piastra non varia sotto carico.
Oscillazioni libere delle masse tra
applicazioni del carico
5000
4000
3000
2000
1000
0
-1 0 0 0
-2 0 0 0
-3 0 0 0
0
50
100
150
200
250
300
350
tim e [s ]
Sovrapposizione dei
risultati delle sei
componenti ottenute
con i due
dinamometri
LGAI 500 kN standard machine:
Side component measurement by IMGC-CNR 100 kN and
500 kN six-component dynamometers
0
Component [N]
[digit]
Horizontal load cells output
C o n tin o u s re c o rd in g o f th e th re e h o riz o n ta l lo a d c e lls o u tp u t
d u rin g lo a d a p p lic a tio n (fro m 0 to 8 0 k N )
Y
-10
-20
-30
X
-40
-50
0
100
200
300
400
500
Load [kN]
Prove al LABORATOOIR GENERAL d’ASSAIGS LGAI
(giugno 2003) con il dinamometro da 500 kN
600
Prove sulla macchina DWM LNE 500 kN
con il dinamometro IMGC a sei componenti
nel 1996
Di notevole interesse è stato il confronto delle
componenti dopo 10 anni.
Componente/N
La macchina LNE si è rivelata altamente stabile e
ripetibile
Prove condotte
all’IMGC con il
dinamometro
da 100 kN a sei
componenti
Carico assiale/kN
INTERCONFRONTO PTB-I.N.RI.M.
Giugno 2004
L’interconfronto è stato realizzato nel
giugno 2004 per valutare le principali
CARATTERISTICHE METROLOGICHE
del campione a pesi diretti da 2 MN
del PTB
utilizzando il
dinamometro a 6componenti I.N.RI.M.
da 500 kN
ConfrontoPTB
PTB22MN
MN–I.N.RI.M.
–I.N.RI.M.500
500
Confronto
kNcon
conilildinamometro
dinamometroaasei
sei
kN
componenti(arrivo)
(arrivo)
componenti
RISULTATISPERIMENTALI
SPERIMENTALIED
EDANALISI
ANALISI
RISULTATI
Prove preliminari:
preliminari: componenti
componenti dinamiche,
dinamiche, influenza
influenza di
di
Prove
caricotransiente
transiente
carico
60000
60000
40000
40000
Digits
Digits
20000
20000
00
-20000
-20000
-40000
-40000
11
101
101
201
201
301
401
301
401
Time[s]
[s]
Time
501
501
601
601
Provepreliminari:
preliminari:influenza
influenzadi
didifferenti
differenti
Prove
oscillazionidelle
dellemasse
masse
oscillazioni
50000
Tre celle di carico
orizzontali durante la
lettura dei dati:
registrazione del
segnale (livello di
carico 500 kN)
[digits]
30000
10000
-10000
0
20
40
60
time [s]
Siamo in presenza di piccole oscillazioni di tipo sinusoidale.
Questo significa che le masse oscillano liberamente e che
non ci sono contatti lungo la linea di trasmissione del carico.
RISULTATIPRINCIPALI
PRINCIPALI
RISULTATI
Componentelaterale
lateraleY
Y
Componente
Component Y [N]
80,0
0°
180°
90°
270°
Average
60,0
40,0
20,0
0,0
100
200
300
Load [kN]
400
500
RISULTATIFINALI
FINALISULLA
SULLADWM
DWMDEL
DELPTB
PTB
RISULTATI
Questirisultati
risultatiindicano
indicanoche
chela
lagrandezza
grandezzadelle
delleforze
forze
Questi
lateralifino
finoaa500
500kN,
kN,generate
generatedal
dalcampione
campionePTB
PTBda
da
laterali
MNèèminore
minoredi
di100
100ppm
ppmdella
dellaforza
forzaverticale.
verticale.
22MN
Correzionedi
diinclinazione
inclinazione
Correzione
corrispondentealla
allacomponente
componente
corrispondente
lateralemisurata
misuratadella
dellaforza:
forza:
laterale
∆FZ F + F
=
2
FZ
2FZ
2
X
trascurabile (<
(< 0.1
0.1 ppm)
ppm) in
in confronto
confronto con
con ilil
éétrascurabile
valoredell’incertezza
dell’incertezzadella
dellaforza
forzaverticale
verticale
valore
2
Y
VALUTAZIONE GENERALE
risultati delle campagne di interconfronto (ILC)
indicano un significativo disaccordo fra i risultati
stessi e l’incertezza dichiarata delle macchine
campione e con l’incertezza di misura.
I
Tali errori, che potrebbero severamente limitare i limiti di
accuratezza nella misurazione della forza, si pensa che siano
principalmente originati da
• presenza indesiderata di componenti trasversali della forza
(e momento) applicate dalla macchina a pesi diretti
• non nulla sensibilità del dinamometro a queste componenti.
Furono sviluppate delle procedure di prova in modo
da mediare, almeno fino ad un certo livello, questi
effetti principalmente ripetendo cicli di carico con
diverse orientazioni angolari del dinamometro.
L’uso di tali procedure, e l’accurato
allineamento macchina-dinamometro davano
gli attesi miglioramenti nei risultati.
Ma, tuttavia, il problema non era risolto.
Deve essere effettuata una valutazione
quantitativa delle componenti parassite
generate dalla macchina e dei loro effetti
singoli e combinati sui dinamometri di
trasferimento utilizzati negli interconfronti
al fine di ridurre l’incertezza nelle misure di
forza.
Momenti torcenti e componenti dinamiche
Per scopi diagnostici, il momento torcente e le
componenti dinamiche sono lo strumento più
sensibile ed importante per evidenziare possibili punti
di contatto tra il carico ed il sistema principale…. ma
IMPORTANTE DA RICORDARE
NESSUNA CORRELAZIONE …..tra
Le oscillazioni delle masse durante la fase dinamica e
LE COMPONENTI STATICHE
Sarà necessario nelle future attività del
Comitato Consultivo sulla Massa –
Gruppo di lavoro forze
a) Prescrivere metodi che assicurino la stima
dell’incertezza dovuta alle componenti parassite
nella misurazione della forza;
b) Definire un volume teorico delle componenti
parassite per i campioni primari;
c) Determinare (e limitare) le sensibilità ai carichi
trasversali e momenti flettenti per il campione di
trasferimento che deve essere usato nei confronti nel
campo della forza.
COSA E’ STATO DISSEMINATO IN QUESTI
ANNI?
E QUALI PROSPETTIVE FUTURE DI RICERCA
NEL SETTORE DELLE FORZE
MULTICOMPONENTI?
SVILUPPO DELLE
MULTICOMPONENTI
KRISS
Applicazioni in
ROBOTICA
Collaborazione Ferrero-Dae Im kang (1996)
I.N.RI.M.
SISTEMA DI
TARATURA del NIM
Sistema sviluppato
dal NIM (Cina) per
prove in campo
aeronautico ed
aerospaziale e quindi
componenti elevate
Collaborazione FerreroLi QingZhong dal 1983
al 1995)
Parte delle
componenti sono
realizzate con masse e
parte con martinetti
idraulici
Quindi tutte le componenti
sono realizzate con sistemi
idraulici
SISTEMA PTB PER
FORZE ELEVATE
Controllo delle componenti
nel tempo in strutture in
cemento armato (ponti,
dighe, costruzioni in zone
sismiche)
…e rilevate con celle i carico