Rilevamento vibrazioni

[m265]

Buongiorno a tutti, mi sono imbarcato in un nuovo progetto che mi tornerebbe utile a lavoro. Vorrei rilevare le vibrazioni prodotte dai macchinari per poi 'spararle' su un grafico.
Ho fatto qualche esperimento con un adxl335 che avevo gia' in casa ma non e' assolutamente adatto.
Leggi che ti rileggi ho capito che il sensore piu' adatto e' il piezoelettrico, ma mi sono perso tra decine e decine di datasheet senza capirci granche'.
Trovo in vendita sensori dalle caratteristiche molto simili ma che costano uno 5€ mentre l'altro 2000€ :o

Mi aiutate a capire le differenze e a scegliere un sensore adatto?

[Etemenanki]

... se ci postassi i link di qualche sensore di quelli che hai trovato, potremmo darti informazioni piu corrette ... tirando ad indovinare, e' difficile dirti quello che puo servirti

(o, come dice spesso uwe, ho la sfera di cristallo con le pile scariche :D)

[m265]

Etemenanki:
... se ci postassi i link di qualche sensore di quelli che hai trovato, potremmo darti informazioni piu corrette ... tirando ad indovinare, e' difficile dirti quello che puo servirti

(o, come dice spesso uwe, ho la sfera di cristallo con le pile scariche :D)

Buongiorno Etemenaki, il problema sta proprio nel fatto che in elettronica sono un profano e non so bene di cosa ho bisogno!

Prendiamo un sensore che secondo il datasheet puo', tra le altre cose, rilevare impatti/vibrazioni e che soprattutto mi posso permettere di acquistare XD

Il codice e' STD1-028K
Innanzitutto, da cosa si deduce la "sensibilita'" del sensore? E come si interfaccia ad arduino?

[docdoc]

m265:
Prendiamo un sensore che secondo il datasheet puo', tra le altre cose, rilevare impatti/vibrazioni e che soprattutto mi posso permettere di acquistare XD

Beh, come ha detto Etem, dipende da cosa vuoi misurare (intensità, frequenza, o entrambe?) e con quale precisione.

Potresti iniziare con un "profilo basso" prendendo normalissimi ed economicissimi piezo come questi e fare qualche esperimento pratico er vedere se sono sufficientemente sensibili per i tuoi scopi. Per dire, quelli sono i sensori che si usano anche nelle batterie elettroniche per rilevare il colpo e relativa intensità (se le tue vibrazioni sono di piccola ampiezza forse dovrai poi amplificarle iun poco con un transistor, ma prima prova così "a nudo").

[Etemenanki]

L'SDT1 che dici tu e' un sensore a piezofilm (film plastico piezoelettrico metallizzato, flessibile), che va bene per una superfice che vibra piegandosi, non per rilevare il movimento o la vibrazione di una "massa solida" come potrebbe essere una macchina utensile o simile ... per quello servono dei trasduttori con massa centrale, ma costano, oppure puoi usare i dischetti piezoelettrici (meglio da 20mm tipo ad esempio questi o simili) suggeriti da docdoc, con due ulteriori suggerimenti ...

prima di tutto cercali con i fili gia saldati (saldare sulla metallizzazione fatta per deposizione sulla piezoplastica e' una cosa abbastanza difficile e che rovina molto spesso i dischetti, esperienza gia fatta di persona :D) ... poi, se lo scopo e' appunto di rilevare le vibrazioni di una macchina o di una massa, consiglio di realizzare un'apposito supporto e di modificare i dischetti, in modo da avere un sensore a tre assi (ma anche se ti servisse un solo asse, andrebbero modificati lo stesso per funzionare bene come sensori) ... trova un cubo di plastica rigida pieno o comunque con le pareti molto spesse (abs, lexan, plexiglass, epossidica, resina per modellismo, plastiche rigide e dure, non quelle flessibili) di 20 mm di lato o simili ... gli fai dentro tre fori profondi circa la meta' dello spessore del cubo, o circa 1cm, da 16mm di diametro, al centro delle tre facce ... poi prendi dei pesini (cilindretti di metallo da 5mm di diametro spessi 3 o 4 mm) e li incolli con resina bicomponente elastica, bostik, o colla estremamente resistente al centro dei dischetti piezo, dal lato del metallo (non sulla ceramica), dopo aver scartavetrato leggermente la superfice per far aderire meglio la colla (non far sbordare la colla troppo, un millimetro o due oltre il pesino e' ok) ... poi con la stessa colla incolli i dischetti sui 3 fori, incollando il bordo per circa 2mm, mettendo il pesino all'interno (non deve toccare ovviamente, il pesino deve rimanere nel foro ... puoi incollare anche tutto il profilo, tanto anche se non rimane uscita per l'aria va bene lo stesso, ma se proprio vuoi farlo, prima di incollarli puoi fare dei fori da 2mm fra l'interno delle camere e le facce esterne (le due che NON incollerai o fisserai sulla macchina, decidi prima quale vuoi che sia) ... una volta asciutta la colla, avrai un sensore a tre assi, magari non "professionale" come quelli da 1500 Euro, ma funzionante, e molto piu sensibile del semplice dischetto

[docdoc]

Etemenanki:
prima di tutto cercali con i fili gia saldati (saldare sulla metallizzazione fatta per deposizione sulla piezoplastica e' una cosa abbastanza difficile e che rovina molto spesso i dischetti, esperienza gia fatta di persona :D) ...

Si, vero, ma io ne ho saldati svariati senza rpoblemi, basta prestagnare bene il filo, lasciando anche una goccia di stagno, poi con saldatore ben caldo NON andare con la punta sulla metallizzazione ma restare sulla "goccia" di stagno del filo fino a che questo non si scioglie e si vede che aderisce alla superficie (in genere 2 secondi circa, non di più). Se si agisce come sugli stampati, con la punta del saldatore appoggiata sia al filo sia alla pista da saldare, si rovina il delicato supporto. Certo, poco male, costano pochi cent l'uno, se anche se ne buttassero un paio non è un grosso problema...

[m265]

Buongiorno, grazie a entrambi per le risposte!!
Visto che te li tirano dietro farò sicuramente qualche prova con i 'trigger', grazie mille per l'esaustiva guida!
Solo una cosa, per 'usarlo' basta che alimento da una parte (tipo 5V?) e leggo quello che esce, oppure ....

@Etemenaki
Dici che i piezofilm non sono adatti, vale anche per i microfoni da contatto tipo il CM-01B o posso usarlo come i 'trigger'? I'm confused!!!!

[Etemenanki]

Il CM-01B e' un "microfono a contatto", non confondiamoli con i rilevatori di vibrazioni ...

Il microfono a contatto (in quel caso preamplificato, quindi devi vedere sul suo datasheet come collegarlo ed alimentarlo) ti da un'uscita audio, come un normale microfono piezo, ma e' adatto ad essere usato su chitarre o altri strumenti simili ... come il piezofilm o i dischetti piezoelettrici incollati su una superfice, rileva le vibrazioni che "deformano" quella superfice ... un sensore di vibrazioni ha invece una massa interna, per quanto piccola, sospesa al case esterno tramite elementi piezoelettrici (oppure molle ed accoppiamento magnetico,, o altro, dipende dal sensore), che aiuta a rivelare la vibrazione di un corpo, anche grande e solido e che NON si deforma, rispetto all'ambiente ... sono due cose diverse, che vengono usate per due scopi diversi ...

Per cui a te, alla fine esattamente cosa serve ? ... Una cosa che ti rilevi le vibrazioni da deformazione dell'oggetto in se, oppure una cosa che ti rilevi la vibrazione dell'oggetto rispetto all'ambiente esterno ?

[m265]

Vorrei rilevare il chatter dell'utensile durante la lavorazione, ovviamente bisogna farlo a monte sugli assi della macchina e/o sul pezzo in lavorazione.
Ho trovato questo studio universitario che fa proprio al caso mio, anzi è proprio quello che avrei voluto realizzare e che mi rendo conto essere molto più complesso di quello che pensavo

Nel testo è spiegato tutto molto bene, poche info sull'elettronica ma q.b. . Si parla di "accelerometri piezoelettrici pcb",5 monoassiali più uno triassiale, e di una tavola dinamometrica realizzata ad hoc ed attrezzata con celle di carico piezoelettriche SOTTO il pezzo in lavorazione.
Ovviamente la tavola dinamometrica me la posso scordare, e anche che gli accelerometri piezo che non hanno prezzi da hobbysta. Vedi questo che mi par di capire essere monoasse, non voglio neanche sapere quanto costa un triassiale

[Etemenanki]

m265:
Vorrei rilevare il chatter dell'utensile durante la lavorazione

Se non ti serve una cosa "da laboratorio" come quella dello studio, costruirsi dei sensori va bene, i dischetti piezo possono servire come inizio, se vuoi maggiore precisione e risoluzione alle frequenze piu alte si possono costruire comunque dei sensori piezoelettrici decenti a livello amatoriale, servono pero' un po di accendini usa-e-getta (se vecchi e grossi meglio ancora) con l'ignitore piezo da macellare gioiosamente ... ehm, "smontare con cura" (:D) per recuperare i cilindri piezo all'interno degli ignitori, che sono piu adatti dei dischetti per le alte frequenze ... ma quello magari piu avanti, per gli esperimenti bastano i dischetti ...

Comunque senza un setup abbastanza incasinato, la rilevazione su un'asse rotante diventa problematica, mi sa che dovrai limitarti alla carcassa del mandrino ed alla tavola di appoggio (senza costruirne una dinamometrica, che costerebbe "leggermente" troppo

... non voglio neanche sapere quanto costa un triassiale

Te lo dico lo stesso ... 1500 Euro il ACC301A, piu 950 Euro l'alimentatore/interfaccia

[m265]

Etemenanki:
Se non ti serve una cosa "da laboratorio" come quella dello studio, costruirsi dei sensori va bene, i dischetti piezo possono servire come inizio, se vuoi maggiore precisione e risoluzione alle frequenze piu alte si possono costruire comunque dei sensori piezoelettrici decenti a livello amatoriale, servono pero' un po di accendini usa-e-getta (se vecchi e grossi meglio ancora) con l'ignitore piezo da macellare gioiosamente ... ehm, "smontare con cura" (:D) per recuperare i cilindri piezo all'interno degli ignitori, che sono piu adatti dei dischetti per le alte frequenze ... ma quello magari piu avanti, per gli esperimenti bastano i dischetti ...

Comunque senza un setup abbastanza incasinato, la rilevazione su un'asse rotante diventa problematica, mi sa che dovrai limitarti alla carcassa del mandrino ed alla tavola di appoggio (senza costruirne una dinamometrica, che costerebbe "leggermente" troppo

Tutto è nato quando ho visto il video di un produttore di macchine utensili dove presentavano questa nuova funzione di 'anti chatter', basta premere un pulsante et voilà, l'utensile non vibra più XD
Sapevo in partenza che non posso arrivare a tanto, non solo per questioni di budget ma soprattutto perché poi interfacciarsi al cnc è una mission impossible (almeno fintanto che le macchine non sono mie e ci devo lavorare XD ).
Certo avere anche solo un indicatore analogico mi permetterebbe di trovare la combinazione corretta di parametri più facilmente 'giocando' con i potenziometri. Per quanto riguarda la tavola sulla macchina dove sono ora non solo è mobile ma è pure rotante, quindi direi che almeno per ora me lo posso scordare. Per quanto riguarda il mandrino invece sarebbe interessante leggere le vibrazioni sia lato utensile sia lato motore, e ci proverò sicuramente
Ormai che mi sono imbarcato nell'impresa voglio assoutamente provare con i dischetti così come mi hai suggerito (con il cubo).
Sono ancora confuso per quanto riguarda il piezo, vorrei ordinare da rs per fare un ordine solo, ho trovato questi dischetti che sembrano identici a quelli linkati da voi ma che qui chiamano 'cicalino' :o che mi sto perdendo?

Etemenanki:
Te lo dico lo stesso ... 1500 Euro il ACC301A, piu 950 Euro l'alimentatore/interfaccia

Ecco, domenica rovinata!! XD

[Etemenanki]

Li chiamano in molti modi diversi ... tecnicamente sarebbe "trasduttore piezoelettrico", ma dato che sono usati anche come cicalini, buzzer, altoparlanti per acuti, eccetera, ogni venditore li chiama "a cappella", con il primo nome che gli viene in mente ... ma sono tutti la stessa cosa, alla fine ... sono nati per diffondere un suono, poi ci si e' accorti cheli rilevavano anche, i suoni, cosi li usano anche come microfoni a contatto, trigger per battuta nelle batterie elettroniche, rilevatori di vibrazione, eccetera ...

m265:
... interfacciarsi al cnc è una mission impossible (almeno fintanto che le macchine non sono mie e ci devo lavorare XD )...

tranquillo, anche se le macchine fossero tue ... scherzi a parte, e' un divieto di legge, della normativa macchine (e quindi anche contrario al regolamento), modificare una qualsiasi macchina industriale (non conta che poi ci siano persone che lo fanno, e' comunque vietato per legge e da regolamento non se ne puo parlare) ...

Intendiamoci, NON esiste alcun divieto all'aggiungere sensori ad una macchina utensile per rilevarne le vibrazioni e cercare di migliorare il ciclo di lavoro in base ai dati raccolti, il divieto e' la "modifica" della macchina in se' ... che nel tuo caso l'aggiungere gli attuatori magnetodinamici ad alta velocita', pilotati dai segnali raccolti, per fare la funzione che descrivi ... probabilmente nel video che hai visto tu, la macchina generava in modo dinamico, in tempo reale, delle contro-vibrazioni nei supporti del mandrino per compensare quelle dell'utensile, questo oltre ad avere un costo lievemente mostruoso (ma solo lievemente :D), e' anche vietato per legge perche' comporterebbe la modifica dell'intera struttura di supporto del gruppo mandrino-motore, quindi una modifica sia strutturale che funzionale di una macchina utensile industriale (se leggi la "direttiva macchine", ti rendi conto di quanti divieti di legge comporta ... praticamente, li devi ringraziare se nell'usare una macchina ti permettono di respirarci in parte :P)

Se invece ti limiti ad applicarci i sensori, rilevare il tipo e l'intensita' delle vibrazioni, e poi usare questi dati per fare dei test, cambiando ad esempio il tipo di utensile, la velocita', la profondita', eccetera, che sono tutti parametri a discrezione dell'utente, per trovare il modo di migliorare il ciclo di lavoro "a mano", senza automatismi, allora non esiste alcun divieto e lo puoi fare senza problemi (facendo ovviamente attenzione all'installazione dei sensori, dovra' essere fatta in modo da non interferire con i dispositivi di sicurezza ed il normale funzionamento della macchina, ma quello credo lo sai gia) ...

[m265]

Si si si assolutamente non ho mai pensato di 'entrare' nel cnc/plc per fare delle modifiche, ci mancherebbe, a parte tutte le beghe legali per me e per l'azienda, ma soprattutto perché ne va della mia sicurezza!!!!

Per quanto riguarda il video in realtà la funzione è esclusivamente software, nulla di epocale, il cnc va a regolare i parametri di S (giri utensile o pezzo) e F (velocità avanzamento utensile) in base all'analisi del chatter, che poi è quello che fa l'operatore a bordo macchina andando però a orecchio. Avere un indicatore potrebbe facilitarmi il lavoro, forse...
Ovvio che bisogna a monte scegliere l'utensile più adatto e impostare correttamente i parametri (nel caso di inserti poi la documentazione è mooooooolto vasta), ma certi pezzi ti costringono a usare utensili 'sbagliati' (che so una punta da 6 lunga 500mm ), vuoi perché hai degli ingombri e non ci passi, vuoi perché altrimenti dovresti cambiare piazzamento e perdere un sacco di tempo, vuoi perché l'utensile adatto non esiste nella tua officina

Per quanto riguarda 'sti dannati piezo insomma non sono io diventato stupido è che ognuno fa un pò come gli pare.
Vabbè poco male ordino i piezo/trigger/buzzer/cicalini e mi costruisco il cubetto!!

E poi però dovrai parlarmi di quella cosa con gli accendini :-[ ;D

[docdoc]

m265:
Sono ancora confuso per quanto riguarda il piezo, vorrei ordinare da rs per fare un ordine solo, ho trovato questi dischetti che sembrano identici a quelli linkati da voi ma che qui chiamano 'cicalino' :o che mi sto perdendo?

Niente, è che si tratta di un materiale piezoelettrico che puoi usare in entrambi i modi (diciamo come un motorino elettrico che puoi usarlo sia come "output" ossia per muovere qualcosa sia come "input" ossia per generare energia elettrica). Nelle descrizioni ci mettono "cicalino" o "buzzer" perché è l'uso più frequente. Ma come detto ti assicuro che viene usato nelle batterie elettroniche (non solo quelle come la Yamaha DTX o la Alesis DM, anche la batteria di Guitar Hero per dire..;-)) per rilevare il colpo su piatti e pad.
L'unica cosa che devi verificare è la sensibilità in base all'ampiezza e frequenza della vibrazione che vuoi misurare.

[m265]

ops, doppio, sorry!

[m265]

docdoc:
L'unica cosa che devi verificare è la sensibilità in base all'ampiezza e frequenza della vibrazione che vuoi misurare.

Buongiorno docdoc, nel caso in cui non avessi la più pallida idea di qual'è il range che devo misurare cosa mi consigli?
Perdona la mia ignoranza :-[

Comunque ho appena perso un'altra ora di vita vagando confuso tra i datasheet, e ora ci capisco meno di prima

Se prendo un buzzer tipo questo questo non credo si possa usare come i dischetti linkati sopra, o si?

Inoltre cosa indica in termini pratici la capacità del piezo (es. 10nF).

Quanto ai dischetti simili a quelli linkati che trovo però su rs hanno un range di frequenza max tra 1KHz e 6KHz circa, ovviamente guardando le curve sui datasheet poi cambia anche frequenza minima, precisione su un range più o meno ristretto di frequenza e chissà quante altre cose ;D

[docdoc]

m265:
Buongiorno docdoc, nel caso in cui non avessi la più pallida idea di qual'è il range che devo misurare cosa mi consigli?

Beh quello che faccio anche io, si può riassumere in tre parole credo:
sperimentare, sperimentare, e... la terza non me la ricordo.

Se prendo un buzzer tipo questo questo non credo si possa usare come i dischetti linkati sopra, o si?

Non lo so, quello mi pare un buzzer ad alta (si fa per dire) efficienza ma comunque è per montaggio su stampato (e tu vuoi invece installarlo sull'utensile) ed ha quell'involucro in plastica per te inutile (per lo stesso motivo, devi mettere il sensore direttamente sull'utensile, non devi avere quella plastica in mezzo).

hanno un range di frequenza max tra 1KHz e 6KHz circa, ovviamente guardando le curve sui datasheet poi cambia anche frequenza minima, precisione su un range più o meno ristretto di frequenza e chissà quante altre cose ;D

Ripeto, i dischetti che ti ho indicato (ma ce ne sono di varie dimensioni) costano pochi cent, quindi prendine qualcuno e sperimenta, sper...ah no l'ho già detto.

[Etemenanki]

m265:
... poi però dovrai parlarmi di quella cosa con gli accendini :-[ ;D

E' solo un modo economico per procurarsi dei cilindretti di materiale piezoelettrico gia con le estremita' metallizzate ... se li dovessi ordinare sono difficili da trovare e costosi, mentre quelli degli ignitori degli accendini usa-e-getta, pur non essendo di prima qualita', sono quasi la stessa cosa e vanno via al solo costo del tempo che ci metti a trovare quelli buttati e disfare gli ignitori (oppure fra i 70 centesimi e l'euro l'uno circa degli accendini che trovi sulle bancarelle, sempre che non siano a pietrina, nel caso non fossero reperibili quelli usati :D)

Poi il cilindro piezo funziona come il buzzer, solo per frequenze piu alte ... richiederanno un setup piu complesso ed un po di lavoro manuale in piu per diventare sensori decenti, ma alla fine saranno piu simili ai sensori "professionali" a massa interna, come caratteristiche, pur senza costare centinaia di Euro l'uno, il che non guasta ...