Zmienność stałej czasowej w czasie pomiaru czujnikiem pneumatycznym

STRESZCZENIE: Pomiar bezstykowy czujnikami pneumatycznymi wciąż znajduje zastosowanie w przemyśle, głównie w układach kontroli czynnej. W tych warunkach bardzo istotne są ich właściwości dynamiczne, zależne od geometrii elementów przepływowych oraz od aktualnego ciśnienia w komorze pomiarowej. Badania wykazały, że przy mniejszych ciśnieniach odpowiadających szerszym szczelinom pomiarowym, stała czasowa wzrasta, w niektórych przypadkach nawet o 100%. Nieuwzględnienie tego faktu może doprowadzić do zwiększenia błędów pomiaru właśnie w końcowej fazie obróbki.

SŁOWA KLUCZOWE: czujnik pneumatyczny, stała czasowa, wymuszenie sinusoidalne.

ABSTRACT: Non-contact measurement with the air gauges still takes place in industry, mainly in the in-process inspection. In such work conditions, their dynamic characteristics shaped by geometry of the air gauge and dependent on the actual measuring pressure become of great importance. The investigations proved that when the pressure in the chamber is lower, which corresponds with larger measured slots, the time constant increases, sometimes even up to 100%. If this phenomenon is neglected, the final stage of the machining could bear much larger error than expected.

KEYWORDS: air gauge, time constant, sine input.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Osanna H.: Metrology in general and form measurements for applications in modern industry, for medical applications and for technological development. Wyd. Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2007.
• Ramsden J.J., Freeman J.: The nanoscale. “Nanotechnology Perceptions”, Vol. 5, nr 1 (2009), s. 3-26.
• Mazzeo A.D. et al.: Atomic force microscope for accurate dimensional metrology. “Precision Engineering”, Vol. 33 (2009), nr 2, s. 135-149.
• Hennessy R.: Use air to improve measurements; manufacturers turn to air gaging for high-resolution measurements, “Quality Magazine” (May 2005), s. 30-33.
• Wieczorkowski S.: Automatyczna regulacja prędkości obrotów wrzecion napędzanych mikroturbinami pneumatycznymi. Zeszyty naukowe Politechniki Łódzkiej, nr 703, Łódź 1995.
• Shiraishi M., Yasui A.: In-process Measurement of Dimensional Error for stepped workpiece profile, „Journal of Manufacturing Science and Engineering”, nr 120 (1998), s. 202-206.
• Jablonski R.: Measurement of Extremely Long Microbores by Application of Laser Metrology, “Measurement”, Vol. 28 (2000), s. 139-145.
• Сентяков Б.А., Исупов Г.П.: Классификация бесконтактных пневматических датчиков положения. «Станки и инструмент» № 1 (1977), s. 27-28.
• DIN-2271, Pneumatische Längenmessung. Nov. 1977.
• DIN-2271-3, Pneumatische Längenmessung. Feb. 2000.
• Kondaszewski W.W., Lotze W.: Urządzenia pomiarowo-sterujące obrabiarek. WNT, Warszawa 1979.
• Педь Е.И.: Оптимизация выбора конструктивных элементов пневматических преобразователей при динамических измерениях. «Измерительная техника», № 7 (1981), s. 29-31.
• Волков А.Л., Серко А.Л.: Пути улучшения метрологических характеристик пневматических приборов активного контроля. «Измерительная техника», № 10 (1980), s. 24-26.
• Jermak Cz.J, Spyra A., Rucki M.: Mathematical model of the dynamic work conditions in the measuring chamber of an air gauge, “Metrology and Measurement Systems”, Vol. XIX, nr 1 (2012), s. 29-38.
• Hessling J.P.: A novel method of estimating dynamic measurement errors. “Measurement Science and Technology”, Vol. 17, nr 10 (2006), s. 2740-2750.
• Rabinovich S.G.: Measurement errors and uncertainties. AIP Press, New York 2000.
• Denisenko V.V.: The dynamic error of a multichannel measurement system, “Measurement Techniques”, Vol. 52, nr 1 (2009), s. 3-6.
• Grandy D., Koshy P., Klocke F.: Pneumatic non-contact roughness assessment of moving surfaces. „CIRP Annals – Manufacturing Technology”, Vol. 58/1 (2009), s. 515-518.
• Rucki M., Jermak Cz.J., Bogorosz A.: Dynamika czujnika pneumatycznego w układach kontroli czynnej. „Pneumatyka”, nr 2(75), 2010, s. 10-14.
• Rucki M.: Właściwości dynamiczne wysokociśnieniowych czujników pneumatycznych o zmniejszonych komorach pomiarowych. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2011.
• Rucki M., Barisic B., Ocenasova L.: Dynamic calibration of air gauges. “Archives of Mechanical Technology and Automation”, Vol. 30, nr 2 (2010), s. 129-134.
• Волосов С.С.: Приборы для автоматического контроля в машиностроении. Изд-во Машиностроение, Москва 1972.
• Blackwell C.: Effective speed-up of slowly responding measurement systems. “Advances in Space Researches”, Vol. 22, nr 10 (1998), s. 1437-1441.
• Пинхусович Р.Л., Кузнецов Б.Ф.: Минимизация динамической погрешности измерительных преобразователей. «Измерительная техника», № 1 (2004), s. 12-14.
• Yao Y. et al.: VMMC: a test-bed for machining. “Computers in Industry”, Vol. 47, nr 3 (2002), s. 255-268.
• Yau H.T., Ting J.Y., Chuang C.M.: NC simulation with dynamic errors due to high-speed motion. “International Journal of Advanced Manufacturing Technology”, Vol. 23, nr 7-8 (2004), s. 577-585.
• Woschni E.G.: Developments of measurement due to tendencies of microelectronics and a new optimization criterion. Proceedings of IMEKO World Congress, Rio de Janeiro 2006, CD-ROM.
• Woschni, E.G.: Informationstechnik. 4th ed., Verlag Technik, Berlin 1990, s. 235-238.
• Takahashi Y., Rabins M.J, Auslander D.M.: Sterowanie i systemy dynamiczne. WNT, Warszawa 1976.
• Jermak Cz. J.: Dwukaskadowy czujnik pneumatyczny z układem korekcji dynamicznej. Materiały konferencji „V Krajowa konferencja naukowo-techniczna Forum prac badawczych Metrologia w procesach wytwarzania”, Kraków 1994, s. 291-296.
• Zelczak A.: Pneumatyczne pomiary długości. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2002.
• Rucki M., Jermak Cz.J.: Dynamic Properties of Small Chamber Air Gages. “Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control”, Vol. 134, nr 1 (2012), 011001 (6 pages) doi:10.1115/1.4005043.
• Rucki M.: Step Response of the Air Gauge, “Metrology and Measurement Systems”, Vol. 14, nr 3 (2007), s. 429-436.
• Kościelny W., Woźniak C.: Eksperymentalna ocena modeli przepływu w oporach pneumatycznych. Materiały konferencji PNEUMA’95, Koszalin – Kielce 1995, s. 83-92.
• Dynamika pneumatycznych układów napędowych, red. F. Siemieniako, Wyd. Politechniki Białostockiej, Białystok 2007.
• Figliola R.S., Beasley D.E.: Theory and Design for Mechanical Measurements, John Wiley & Sons Inc., Clemson University, USA 2006.
• Ciepłucha J.: Transmisja sygnału ciśnienia przez długą linie pneumatyczną. Prace Naukowe Instytutu Techniki Cieplnej i mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej, nr 8(47), 1994, s. 37-43.
• Millimar. Length Metrology Components and Systems. Catalogue on Dimensional Metrology, Mahr GmbH, Esslingen – Göttingen 2005.
• Zhang H. et al.: An Ultra-Precision Air-Pin Sensor and Its Dynamic Characteristics. “Key Engineering Materials”, Vols. 295-296 (2005), s. 557-562.
• Soboczyński R.J.: Badania właściwości metrologicznych wysokociśnieniowych czujników pneumatycznych. Praca doktorska, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1977.
• Jermak Cz.J., Majchrowski R.: Opracowanie procedury wyznaczania charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej przetworników pneumatycznych. Materiały XIII Krajowej i IV Międzynarodowej Konferencji „Metrologia w technikach wytwarzania”, Poznań – Żerków 2009, s. 201-206.
• Gajda J.: A multipoint algorithm to estimate the phase shift angle by the signal zero-crossing method. “Systems Analysis, Modelling, Simulation: a journal of mathematical modelling and simulation in systems analysis”, Vol. 43, No. 12 (2003), s. 1615-1624.
• Ермак Ч., Мазур К., Руцкий М.: Бесконтактные измерения геометрических параметров профиля пневматическим датчиком. «Мир Техники и Технологий», № 2(99), 2010, s. 38-39.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.3.139