26/08/2010 CAP 7: MISURE DI DIMENSIONI E DEFORMAZIONI

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1 CAP 7: MISURE DI DIMENSIONI E DEFORMAZIONI Counter per misure di intervalli di tempo, frequenze, conteggi 1

2 Interferometro di Michelson Principali strumenti per controlli di officina BLOCCHI CAMPIONE PIANI PARALLELI SQUADRE DA OFFICINA CON REGOLO GRADUATO CALIBRO

3 CALIBRO DIGITALE PALMER COMPARATORI Misure di dimensioni mediante analisi digitale delle immagini Acquisizione immagini con una telecamera digitale campo di vista C Un immagine può essere vista nel dominio della frequenza. Una immagine è un segnale bidimensionale rappresentato dalla matrice h mn di dimensioni MxN può essere analizzato ed elaborato nel dominio della frequenza rappresentandolo con la matrice di numeri complessi H jk 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. H jk M 1N 1 = h e mn m= 0 n= 0 jm kn i 2π + M N h mn M 1N 1 = H e j= 0 k= 0 jm kn + i 2π + M N jk 3

4 Effetto del campionamento spaziale bidimensionale per ottenere una immagine digitale La stereo visione è un metodo per ottenere la misura di coordinate tridimensionali di una superficie di un oggetto partendo da relazioni geometriche esistenti fra i sistemi di riferimento di due camere e il sistema di riferimento nello spazio dell immagine inquadrata. griglie di taratura E necessaria la taratura del sistema acquisendo immagini di griglie piane a geometria nota stereo visione 4

5 Misure di deformazione 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. Prove di carico con tecnica DMA 5

6 Estensimetri meccanici e ottico-meccanici Estensimetro a leva Estensimetro a vite micrometrica Estensimetro ottico-meccanico di tipo Martens Estensimetri elettrici a resistenza 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 L R = ρ A Estensimetri a foglio: variazione della lunghezza e della resistenza del sensore a causa di una deformazione del pezzo a cui sono incollati 6

7 Estensimetro a foglio e sua applicazione Estensimetri a filo Il fattore di proporzionalità K è detto gage factor o fattore di taratura dell estensimetro 7

8 Rosette estensimetriche Una rosetta applicata alla radice di una pala di una ventola in plastica 8

9 Estensimetri piezoresistivi Sono estensimetri realizzati con materiali non metallici, in particolare con materiali polimerici conduttori e con semiconduttori. Questi hanno una variazione relativa di resistenza legata alla deformazione di intensità minore rispetto ai metalli ma con sensibilità maggiore. Il ponte di Wheatstone 9

10 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 10

11 Configurazione del ponte di Weatstone A quarto di ponte A mezzo ponte F T F A V R B Eal T R A ponte intero 11

12 Misura di trazione assiale N V 4 A B Eal N σ = A σ ε a = εt = ν ε a E Deformazioni rilevate dagli estensimetri σ ε 1 = ε 3 = E ε 2 = ε 4 = νε 1 uscita del ponte e E K = 2 4 K 4 K 4 ( ε + νε ) = (1 + 2ν ) ε = (1 + 2ν ) N EA a a a / Misura di trazione assiale 12

13 Misure di sollecitazioni di flessione A 1 V 2 B Eal P L σ f F L = ω f σ f ε = E M f = F X Misure di sollecitazione di flessione A 1 V 2 B Eal P L σ f F L = ω f σ f ε = E M f = F X 13

14 deformazioni rilevate dagli estensimetri ε ε ε ε F L uscita del ponte e = = = = = 4 ε ω E 4 f K Installazione di estensimetri per il collaudo di una gru. 35 Tirante sinistro 30 N/mm s Misura con estensimetri della deformazione e stress su una gru 14

15 Estensimetri in fibra ottica a reticolo di Bragg Mantello Sorgente di luce Nucleo Misurando Uscita 15

16 Catena di misura per sensori FBG a multi punto di misura 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 quarzo 16

17 L elemento sensibile piezoelettrico può essere visto come un condensatore, formato da due piastre metalliche che racchiudono il cristallo piezoelettrico che ha quindi anche la funzione di dielettrico del condensatore. Circuito elettrico equivalente di un elemento sensibile piezoelettrico Circuito del sistema sensore piezoelettrico e amplificatore di carica 17

18 Circuito semplificato dell amplificatore di carica ia if e- Zf e+ e0 18

19 Misure di campi di deformazione mediante correlazione digitale di immagini La DIC si basa sull analisi di immagini digitali aventi come soggetto corpi che vengono deformati sotto l azione di carichi esterni. Si impiegano una o più telecamere (almeno due per misure in 3D) per riprendere una serie di immagini durante l applicazione di carichi su un componente meccanico. L obbiettivo è quello di ricavare il campo di spostamenti e tensioni del componente sotto esame. Misure di campi di deformazione mediante correlazione digitale di immagini La DIC si basa sull analisi di immagini digitali aventi come soggetto corpi che vengono deformati sotto l azione di carichi esterni. Si impiegano una o più telecamere (almeno due per misure in 3D) per riprendere una serie di immagini durante l applicazione di carichi su un componente meccanico. L obbiettivo è quello di ricavare il campo di spostamenti e tensioni del componente sotto esame. 19

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