cap 7: misure di dimensioni e deformazioni 7.pdf · 26/08/2010 1 cap 7: misure di dimensioni e...
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CAP 7: MISURE DI DIMENSIONIE DEFORMAZIONI
CounterCounter per misure di intervalli di tempo, frequenze, per misure di intervalli di tempo, frequenze, conteggiconteggi
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Interferometro Interferometro di di MichelsonMichelson
Principali strumenti per controlli di officinaPrincipali strumenti per controlli di officina
BLOCCHI CAMPIONE PIANI PARALLELI
SQUADRE DA OFFICINA CON REGOLO GRADUATO
CALIBRO
0 5 10
01 23 4 5
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CALIBRO DIGITALE
PALMER
COMPARATORI
Misure di dimensioni mediante analisi digitale delle Misure di dimensioni mediante analisi digitale delle immaginiimmagini
Acquisizione immagini con una telecamera Acquisizione immagini con una telecamera digitaledigitale
campo di vista Ccampo di vista C
Un’ immagine può essere vista nel dominio della frequenza. Una immagine è un segnale bidimensionale rappresentato dalla matrice hmn di dimensioni MxN può essere analizzato ed elaborato nel dominio della frequenza rappresentandolo con la matrice di numeri complessi Hjk legata ad essa mediante la coppia di trasformate di Fourier discrete bidimensionali che consentono di passare dal dominio dello spazio 2D a quello della frequenza spaziale bidimensionale e viceversa.
∑∑=−
=
+−−
=
1
0
21
0
N
n
N
kn
M
jmi
mn
M
mjk ehH
π
∑∑=−
=
++−
=
1
0
21
0
N
k
N
kn
M
jmi
jk
M
jmn eHh
π
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Effetto del campionamento spaziale bidimensionale per Effetto del campionamento spaziale bidimensionale per ottenere una immagine digitaleottenere una immagine digitale
La stereo visione è un metodo per ottenere la misura di La stereo visione è un metodo per ottenere la misura di coordinate tridimensionali di una superficie di un oggetto coordinate tridimensionali di una superficie di un oggetto partendo da relazioni geometriche esistenti fra i sistemi di partendo da relazioni geometriche esistenti fra i sistemi di riferimento di due camere e il sistema di riferimento nello riferimento di due camere e il sistema di riferimento nello spazio dell’immagine inquadrata. spazio dell’immagine inquadrata.
stereo visione
griglie di taratura
E’E’ necessarianecessaria lala taraturataratura deldelsistemasistema acquisendoacquisendo immaginiimmagini didigrigliegriglie pianepiane aa geometriageometria notanota
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Misure di deformazioneMisure di deformazioneLe misure di deformazione in ambito meccanico sono nate e si sono sviluppate con le prove di carico per la Le misure di deformazione in ambito meccanico sono nate e si sono sviluppate con le prove di carico per la
caratterizzazione delle proprietà dei materiali e dei componenti meccanici. caratterizzazione delle proprietà dei materiali e dei componenti meccanici.
Prove di carico con tecnica DMAProve di carico con tecnica DMA
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Estensimetri meccanici e otticoEstensimetri meccanici e ottico--meccanici meccanici
Estensimetro otticoEstensimetro ottico--meccanico di meccanico di tipo Martenstipo Martens
Estensimetro a levaEstensimetro a leva Estensimetro a vite micrometricaEstensimetro a vite micrometrica
Estensimetri elettrici a resistenzaEstensimetri elettrici a resistenza
A
LR
⋅=
ρIl principio fisico su cui basano il loro funzionamento è le seconda Il principio fisico su cui basano il loro funzionamento è le seconda legge di Ohm che esprime la resistenza elettrica di un filo conduttore R legge di Ohm che esprime la resistenza elettrica di un filo conduttore R
Estensimetri a foglio: variazione della lunghezza Estensimetri a foglio: variazione della lunghezza e della resistenza del sensore a causa di una e della resistenza del sensore a causa di una deformazione del pezzo a cui sono incollatideformazione del pezzo a cui sono incollati
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Estensimetro a foglio e sua applicazioneEstensimetro a foglio e sua applicazione
Estensimetri a filoEstensimetri a filo
Il fattore di proporzionalità K è detto “gage Il fattore di proporzionalità K è detto “gage factor” o fattore di taratura dell’estensimetrofactor” o fattore di taratura dell’estensimetro
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Una rosetta applicata alla radice di una pala di una ventola in plastica
Rosette estensimetricheRosette estensimetriche
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Estensimetri piezoresistiviEstensimetri piezoresistivi
Sono estensimetri realizzati con materiali non metallici, in particolarecon materiali polimerici conduttori e con semiconduttori. Questihanno una variazione relativa di resistenza legata alla deformazione diintensità minore rispetto ai metalli ma con sensibilità maggiore.
Il ponte di WheatstoneIl ponte di Wheatstone
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Cioè il ponte di Wheatstone compone le variazioni relative di resistenza dei suoi lati per generare lo sbilanciamento relativo nell’uscita e/E in un modo che effetti (variazioni di resistenza) uguali su lati adiacenti si elidono (cioè sono di segno opposto) effetti su lati adiacenti invece si sommano.
tipica centralina estensimetrica di precisione con ponte di Wheatstone, alimentazione, amplificatore e voltmetro per la lettura dell’uscita
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Configurazione del ponte di WeatstoneConfigurazione del ponte di Weatstone
A quarto di ponte
A mezzo ponteA
R
EalB
R
VT
T
F F
A ponte intero
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Misura di trazione assialeMisura di trazione assiale
N
12
3
4 A EalB
V
1 2
4 3A
N=σ
Ea
σε = at ενε ⋅−=
E
σεε == 31
142 νεεε −==
( ) EANKKK
E
eaaa /)21(
4)21(
42
4νεννεε +⋅=+⋅=+⋅=
∆
Deformazionirilevate dagli estensimetri
uscita del ponte
Misura di trazione assialeMisura di trazione assiale
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Misure di sollecitazioni di flessioneMisure di sollecitazioni di flessione
P
L
1
3
2
4
21
4
A
3
V
B Eal
f
f
LF
ωσ
⋅=
E
fσε = XFM f ⋅=
Misure di sollecitazioneMisure di sollecitazione di flessionedi flessione
P
L
1
3
2
4
21
4
A
3
V
B Eal
f
f
LF
ωσ
⋅=
E
fσε = XFM f ⋅=
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deformazionirilevate dagliestensimetri
uscita delponte
f
LF
ωεεεε
⋅=−=−== 3241
ε⋅⋅=∆
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K
E
e
Installazione di estensimetri per il collaudo di una gru.
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
s
N/m
m2
Tirante sinistro
Misura con estensimetri della deformazione e stress su una gru
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Estensimetri in fibra ottica a reticolo di Bragg
Misurando
Nucleo
Mantello
Uscita
Sorgente di luce
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Catena di misura per sensori FBG a multi punto di misuraCatena di misura per sensori FBG a multi punto di misura
Elementi sensibili di deformazione piezoelettrici Elementi sensibili di deformazione piezoelettrici
Sono disponibili in natura e realizzabili artificialmente particolari materiali che se deformati generano cariche elettriche. Questo effetto è reversibile. Questi fenomeni prendono il nome di effetti piezoelettrici.
Deformazioni e cariche generate su un cristallo di quarzoDeformazioni e cariche generate su un cristallo di quarzo
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L’ elemento sensibile piezoelettrico può essere visto come uncondensatore, formato da due piastre metalliche che racchiudono ilcristallo piezoelettrico che ha quindi anche la funzione di dielettrico delcondensatore.
Circuito elettrico equivalente di un elemento sensibile piezoelettricoCircuito elettrico equivalente di un elemento sensibile piezoelettrico
Circuito del sistema sensore piezoelettrico e amplificatore di caricaCircuito del sistema sensore piezoelettrico e amplificatore di carica
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Zf
if
e0
e-
e+
ia
Circuito semplificato dell’amplificatore di carica
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Misure di campi di deformazione mediante correlazione Misure di campi di deformazione mediante correlazione digitale di immaginidigitale di immagini
La DIC si basa sull’analisi di immagini digitali aventi come soggetto corpi che vengonodeformati sotto l’azione di carichi esterni. Si impiegano una o più telecamere (almenodue per misure in 3D) per riprendere una serie di immagini durante l’applicazione dicarichi su un componente meccanico.L’obbiettivo è quello di ricavare il campo di spostamenti e tensioni del componentesotto esame.
Misure di campi di deformazione mediante correlazione Misure di campi di deformazione mediante correlazione digitale di immaginidigitale di immagini
La DIC si basa sull’analisi di immagini digitali aventi come soggetto corpi che vengonodeformati sotto l’azione di carichi esterni. Si impiegano una o più telecamere(almeno due per misure in 3D) per riprendere una serie di immagini durantel’applicazione di carichi su un componente meccanico.L’obbiettivo è quello di ricavare il campo di spostamenti e tensioni del componentesotto esame.
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