monitor sztywności – narzędzie do wspomagania

Prace Naukowe Katedry Budowy Maszyn
2004
Maciej KAŹMIERCZAK,* Janusz ŚLIWKA,*
Jan KOSMOL,* Krzysztof JEMIELNIAK**
* Katedra Budowy Maszyn, Politechnika Śląska w Gliwicach
** Instytut Technologii Maszyn Politechnika Warszawska
MONITOR SZTYWNOŚCI – NARZĘDZIE DO
WSPOMAGANIA WYZNACZANIA
SZTYWNOŚCI OBRABIAREK
Streszczenie. W artykule przedstawiono program „Monitor sztywności”
przeznaczony do prowadzenia badań sztywnościowych obrabiarek z
wykorzystaniem dwóch metod wyznaczania sztywności statycznej: metody
konwencjonalnej
i
metody
dynamicznej
DWSS
(Dynamicznego
Wyznaczania Sztywności Statycznej). Artykuł prezentuje możliwości
programu, przedstawiając szczegółowo wszystkie jego funkcje od
konfiguracji, poprzez wykonanie pojedynczej serii badań, aż do prezentacji
wyników.
1.
WSTĘP
Coraz powszechniejsze wykorzystanie badań sztywnościowych obrabiarek ciężkich
w warunkach przemysłowych, wpłynęło na podjęcie prac mających na celu
opracowanie programu, „monitora sztywności” który rozwiązywałby w sposób
kompleksowy proces prowadzenia tego typu badań. Podczas prac wstępnych główny
nacisk położono na:
-
pełne zautomatyzowanie badań sztywnościowych, obejmujących swym zakresem
dwie metody wyznaczania sztywności: metody konwencjonalnej i metody
dynamicznej DWSS (Dynamicznego Wyznaczania Sztywności Statycznej).
-
wyeliminowanie czujników zegarowych służących do pomiaru przemieszczeń
wybranych punktów obrabiarki (ważnych z punktu widzenia dokładności
obrabiarek),
53
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
-
zastosowanie
do
pomiaru
przemieszczeń
czujników
indukcyjnych
przemieszczenia, które miały być wykorzystywane w przypadku obu metod,
-
zastosowanie czujników sejsmicznych (akcelerometrów), które miały być
wykorzystane w przypadku metody DWSS.
Powyższe wytyczne znalazły odbicie w założeniach zdefiniowanych w punkcie
drugim dotyczących opracowania „monitora sztywności”.
W dotychczasowej praktyce przemysłowej najczęściej wykorzystywana była
metoda konwencjonalna badania sztywności, bazująca na czujnikach zegarowych do
pomiaru przemieszczeń wybranych punktów obrabiarki. Eliminując z pomiaru czujniki
zegarowe, i zastępując je czujnikami indukcyjnymi uzyskano znaczne skrócenie czasu
badań. Główną różnicą było zautomatyzowanie sposobu zbierania informacji o
przemieszczeniach poszczególnych punktów obrabiarki. Wyniki z poszczególnych
czujników indukcyjnych zbierano na drodze rejestracji komputerowej, co umożliwiało
dalszą obróbkę danych. Problem zerowania w przypadku czujników indukcyjnych
został sprowadzony do prostej i łatwej do wykonania operacji. Natomiast w przypadku
czujników zegarowych stanowił on czasochłonną czynność.
W
przypadku
metody
dynamicznej
wyznaczania
sztywności
statycznej
wykorzystywano czujniki sejsmiczne o podwyższonej czułości, lub opcjonalnie
dodatkowo
wykorzystywano
czujniki
indukcyjne
przemieszczenia.
Czujniki
przemieszczenia używane były także w badaniach dynamicznych, gdyż w pierwszej
kolejności przeprowadzano zawsze badania metodą konwencjonalną, a następnie
badania dynamiczne. Wyniki rejestrowane podczas metody dynamicznej z czujników
indukcyjnych z uwagi na ich właściwości dynamiczne były wiarygodne przy niskich
częstotliwościach siły obciążającej obrabiarkę (do 3 Hz).
Podsumowując, wyeliminowanie czujników zegarowych z badań sztywnościowych
obrabiarek i zastosowanie w ich miejsce czujników indukcyjnych przemieszczenia
(metoda konwencjonalna) i czujników sejsmicznych (metoda dynamiczna DWSS)
pozwoliło na pełną automatyzację procesu prowadzenia badań sztywnościowych
z wykorzystaniem programu „monitora sztywności” opisanego szczegółowo w dalszej
części tego opracowania.
54
MONITOR SZTYWNOŚCI – narzędzie do wspomagania wyznaczania sztywności ...
2.
ZAŁOŻENIA DO MONITORA SZTYWNOŚCI
Na podstawie wcześniej przeprowadzonych badań i w oparciu o zdobyte
doświadczenia [2, 4] opracowano założenia do programu „Monitor sztywności”.
Głównym celem tego oprogramowania było usprawnienie procesu prowadzenia badań
sztywnościowych, a także zminimalizowanie możliwości popełnienia błędu podczas
badań.
Program ten powinien:
1. Umożliwiać prowadzenie badań sztywnościowych dwoma metodami: - metodą
konwencjonalną i metodą dynamiczną.
2. Umożliwiać łatwy i czytelny sposób konfiguracji programu badań, tj.:
-
ustawienie wymaganej liczby czujników indukcyjnych,
-
ustawienie wymaganej liczby czujników sejsmicznych,
-
wprowadzenie równania opisującego zależność siły od prądu sterującego, dla
aktualnie używanego generatora siły,
-
wprowadzenie parametrów siłomierza (stała czujnika siły),
-
ustawienie maksymalnej wartości siły,
-
ustawienie liczby stopni siły (dla której powtarzane będzie badanie),
-
ustawienie amplitudy siły,
-
ustawienie częstotliwości zmiany siły.
3. Umożliwiać sprawne i jednoznaczne ustawienie (wyzerowanie) czujników
indukcyjnych w środku liniowej części charakterystyki danego czujnika.
4. Pozwolić na bezpośrednią ocenę otrzymanych wyników, tzn.:
-
w przypadku badań metodą konwencjonalną program powinien pokazać:
• wynik w formie wykresu siła – przemieszczenie,
• wartości sztywności wyznaczone metodą regresji liniowej,
• wartości sztywności wyznaczone jako stosunek maksymalnej siły do
maksymalnego przemieszczenia,
-
w przypadku badań metodą dynamiczną program powinien pokazać:
• „online” przebieg siły obciążającej obrabiarkę,
• „online” przebiegi rejestrowane przez czujniki sejsmiczne,
• „online” przebiegi rejestrowane przez czujniki indukcyjne,
• wyznaczone wartości amplitud przemieszczeń i wskaźniki sztywności.
55
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
3.
OPIS MONITORA SZTYWNOŚCI
Program „Monitor sztywności” został opracowany przez profesora Krzysztofa
Jemielniaka. Pracę z tym oprogramowaniem rozpoczynamy od uruchomieniu programu
DWSS v. 4.2. („Monitora sztywności”) po czym na ekranie wyświetlany zostaje panel
startowy, przedstawiony na rys. 1.
Rys. 1. Panel startowy programy DWSS v.4.2. („Monitora sztywności”)
Na panelu tym znajduje się następujące aktywne pola i klawisze:
-
KONFIGURACJA – jest to klawisz z którego korzystamy zawsze na początku
pracy. Umożliwia on nam: ustawienie liczby czujników indukcyjnych
wykorzystywanych podczas badań metodą konwencjonalną, ustawienie liczby
czujników przyspieszeń (sejsmicznych) wykorzystywanych podczas badań
metodą dynamiczną. Pozwala także skonfigurować: częstotliwość roboczą
z jaką będziemy prowadzić badania sztywności, częstotliwość próbkowania,
maksymalną wartość siły, liczbę stopni siły, minimalną średnią wartość siły i
amplitudę siły.
-
USTAW CZUJNIKI jest to klawisz z którego korzystamy zawsze przed
rozpoczęciem badań. Umożliwia on nam prosty i czytelny sposób ustawiania
czujników
indukcyjnych
w
taki
sposób,
aby
pomiar
odbywał
się
w liniowej części charakterystyki danego czujnika.
-
METODA KONWENCJONALNA
po wciśnięciu tego klawisza zostaje
uruchomiony generator hydrauliczny i rozpoczyna się pojedynczy cykl
obciążenia obrabiarki zgodnie z wcześniej podanymi wartościami granicznymi
siły (okno KONFIGURACJA).
56
METODA DYNAMICZNA podobnie jak w przypadku klawisza METODA
MONITOR SZTYWNOŚCI – narzędzie do wspomagania wyznaczania sztywności ...
KONWENCJONALNA uruchamia on generator hydrauliczny i rozpoczyna się
pojedynczy cykl obciążenia obrabiarki zmienną siłą o zadanej wcześniej
amplitudzie, wartości maksymalnej i częstotliwości roboczej siły obciążającej
obrabiarkę. Wszystkie te wartości zostały wcześniej zadane w oknie
konfiguracji.
-
ODCZYT WYNIKÓW KONWENCJONALNYCH klawisz ten podobnie jak
i drugi opisany jako ODCZYT WYNIKÓW DYNAMICZNYCH działają w
podobny sposób, tzn. umożliwiają przeglądanie danych zapisanych podczas
badań.
Zależnie
sztywnościowych
od
metody
z
której
(konwencjonalnej
korzystaliśmy
bądź
podczas
dynamicznej)
badań
wybieramy
odpowiednią z nich.
-
RTX>>DAQ i DAQ>>RTX klawisze te służą do zamiany formatu danych
z pliku tekstowego na format obsługiwany przez program DWSS v.4.2., lub
odwrotnie. Funkcja ta jest przydatna w przypadku obróbki danych w innych
programach, lub gdy chcemy przejrzeć wyniki z wcześniejszych badań, kiedy to
wykorzystywano do rejestracji sygnałów inne programy.
-
KONIEC klawisz ten kończy pracę programu.
-
POLE „Początek nazwy katalogu” pole to umożliwia zdefiniowanie tytułów
poszczególnych serii badań.
-
POLE „Opis” w polu tym można umieścić opis danej serii badań wraz
z koniecznymi uwagami, ułatwiającymi interpretację zapisanych danych.
W dalszej części tego artykułu zamieszczono szczegółowy opis całego programu
postępując zgodnie z kolejnością czynności wykonywanych przez osobę obsługującą
program. Opis taki powtórzono dla dwóch możliwych przypadków:
-
gdy badania prowadzone są z wykorzystaniem metody konwencjonalnej,
-
lub gdy badania prowadzone są z wykorzystaniem metody dynamicznej.
3.1. Obsługa monitora sztywności podczas badań metodą konwencjonalną
Zgodnie z tym co opisano w punkcie 3, po uruchomieniu programu DWSS v.4.2. na
ekranie wyświetlany jest panel startowy przedstawiony na rys. 2. Pracę z „monitorem
sztywności” rozpoczynamy od zdefiniowania nazwy katalogu, w którym zapisywane
będą rejestrowane dane. Nazwę tę podajemy w oknie zaznaczonym czerwoną strzałką
na rys. 2. Program automatycznie do podanej przez nas nazwy będzie dopisywał
57
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
aktualną datę, i godzinę o której dokonano zapisu danych. Jeżeli katalog nazwiemy
„Badania” (zgodnie z rys. 2), to katalog zapisany przez program będzie wyglądał
następująco:
Badania20-08-04’20’58
W skład nazwy katalogu wchodzą:
-
Badania
nazwa podana przez operatora na początku pracy, w polu
oznaczonym czarną strzałką na rys. 2,
-
20-08-04
data dopisana automatycznie przez program,
-
’20’58
czas dopisana automatycznie przez program
Rys. 2. Panel startowy programy DWSS v.4.2. („Monitora sztywności”)
Kolejne serie danych będą zapisywane w następnych katalogach opisanych w
następujący sposób:
-
Badania20-08-04’20’58,
-
Badania20-08-04’21’03,
-
Badania20-08-04’21’10 itd.
Dodatkowo dla uniknięcia błędów w późniejszej interpretacji wyników badań,
w polu zaznaczonym szarą strzałką na rys. 2, możemy umieścić bardziej rozbudowany
opis danej serii pomiarowej uwzględniający np. wielkość wysuwu suwaka badanej
obrabiarki lub inne dane.
Po wyborze nazwy katalogu i zamieszczeniu stosownego opisu możemy przejść do
konfiguracji programu, poprzez wybór klawisza oznaczonego białą strzałką na rys. 2
(KONFIGURACJA). W efekcie na ekranie zostanie wyświetlone okno konfiguracji
programu, przedstawione na rys. 3.
W oknie tym wprowadzamy szereg informacji niezbędnych do rozpoczęcia badań.
W pierwszej kolejności podajemy stałą czujnika siły, zastosowanego podczas badań.
58
MONITOR SZTYWNOŚCI – narzędzie do wspomagania wyznaczania sztywności ...
Wartość tę wpisujemy w polu oznaczonym białą strzałką, (opisanym jako Siłomierz) np.
10 kN. W polu tym dodatkowo uzyskujemy informację do którego kanału karty
analogowo-cyfrowej należy podłączyć czujnik siły. Jest to kanał numer 0, oznaczony
jako ACH0.
Rys. 3. Panel konfiguracyjny programu DWSS v.4.2. („Monitora sztywności”)
W dalszej kolejności należy ustawić liczbę czujników indukcyjnych wykorzystywanych
podczas
badań.
Czynność
tą
wykonujemy
w
prawej
górnej
części
okna
konfiguracyjnego (zaznaczonej na rys. 3 czarną strzałką). Pole to dodatkowo
przedstawiono na rys. 3a.
Rys. 3a. Część okna konfiguracyjnego dotycząca czujników przemieszczeń
W części okna konfiguracyjnego dotyczącego czujników przemieszczeń podajemy
następujące informacje:
-
liczbę czujników indukcyjnych przemieszczeń używanych podczas badań
(informację tę podajemy w polu oznaczonym czarną strzałką na rys. 3a),
59
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
-
stałą czujnika, wartość tą podajemy dla każdego z używanych czujników
(w polach oznaczonych białą strzałką na rys. 3a). Każde z tych pól dodatkowo
zawiera informację do którego z kanałów dany czujnik należy podłączyć, np.
ACH7 – oznacza siódmy kanał. Czujniki indukcyjne przemieszczeń podłączone są
do karty analogowo-cyfrowej od 7 kanału wzwyż.
Kolejne z pól widocznych na rys. 3, znajdujące się w lewym górnym rogu,
w przypadku badań prowadzonych z wykorzystaniem metody konwencjonalnej
pomijamy, ponieważ dotyczą one czujników sejsmicznych wykorzystywanych jedynie
w przypadku badań sztywnościowych metodą dynamiczną. Na koniec przechodzimy do
pola oznaczonego szarą strzałką (patrz rys. 3), przedstawionego dodatkowo na rys. 3b.
Rys. 3b. Część okna konfiguracyjnego dotycząca parametrów dla jakich będą
przeprowadzone badania
W oknie tym podajemy wszystkie informacje związane z przebiegiem siły którą
będziemy obciążać obrabiarkę. W oknie podajemy dwie grupy informacji:
-
pierwszą, dotyczącą równania opisującego zależność siły od prądu sterującego,
dla aktualnie używanego generatora siły:
F [N ] = .....[N ] + .....[V ]
Informację tą wprowadzamy tylko raz na początku badań.
-
drugą, dotyczącą parametrów właściwych dla kolejnej serii badań, czyli:
• maksymalnej wartości siły Fmax,
• pozostałe parametry dotyczą metody dynamicznej wyznaczania sztywności.
Po wprowadzeniu wszystkich opisanych danych możemy zakończyć proces
konfiguracji programu wybierając przycisk OK., który spowoduje zamknięcie okna
KONFIGURACJI, i powrót do panelu startowego przedstawionego ponownie na rys. 4.
60
MONITOR SZTYWNOŚCI – narzędzie do wspomagania wyznaczania sztywności ...
Po zakończeniu czynności związanych z konfiguracją programu przechodzimy do
ustawienia czujników indukcyjnych, poprzez wybór klawisza USTAW CZUJNIKI na
panelu startowym oznaczony czarną strzałką (patrz rys. 4).
Rys. 4. Panel startowy programy DWSS v.4.2. („Monitora sztywności”)
Okno dotyczące ustawienia czujników przedstawiono na rys. 5. Okno to pozwala w
bardzo prosty i czytelny sposób ustawić czujniki indukcyjne, tak aby pomiar odbywał
się w liniowej części charakterystyki każdego z czujników.
Rys. 5. Widok okna USTAWIENIE CZUJNIKÓW
Wszystkie aktywne okna widoczne na ekranie odpowiadają czujnikom indukcyjnym
wykorzystywanym w trakcie pomiaru (liczba czujników została wcześniej podana w
oknie KONFIGURACJI). Na rys. 5 widoczne są trzy pola odpowiadające czujnikom
przemieszczeń, oznaczonym jako: p7, p8 i p9. W każdym z okien mogą być
wyświetlane następujące komunikaty, odpowiadające aktualnemu położeniu czujnika:
-
COFNIJ na czerwonym tle - czujnik znajduje się w skrajnym położeniu poza
61
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
liniową częścią charakterystyki (jest maksymalnie dosunięty do powierzchni
obrabiarki),
-
OK na czerwonym tle - czujnik znajduje się w obszarze liniowej części
charakterystyki, ale na granicy zakresu, co grozi przekroczeniem zakresu
liniowego czujnika podczas badań (jest za bardzo dosunięty do powierzchni
obrabiarki),
-
OK na białym tle - czujnik znajduje się w obszarze liniowej części
charakterystyki, w okolicach centralnego punktu zakresu pomiarowego,
-
OK na niebieskim tle - czujnik znajduje się w obszarze liniowej części
charakterystyki, jednak w pobliżu skraju, co grozi wyjściem poza zakres
pomiarowy czujnika podczas badań (jest zbyt mało dosunięty do powierzchni
obrabiarki),
-
COFNIJ na niebieskim tle - czujnik znajduje się w skrajnym położeniu poza
liniową częścią charakterystyki (w skrajnym przypadku czujnik nie ma kontaktu
z powierzchnią obrabiarki).
Komunikaty we wszystkich oknach wyświetlane są w czasie rzeczywistym, co
pozwala łatwo ustawić wszystkie czujniki przemieszczeń. Jako optymalne ustawienie
czujnika można uznać przypadek gdy wyświetlany jest komunikat: OK na białym tle,
natomiast dopuszczalne są przypadki gdy wyświetlane są komunikaty: OK na
czerwonym tle lub OK na niebieskim tle. W tych trzech przypadkach możemy
zakończyć ustawianie czujników poprzez wybór klawisza OK, co spowoduje
zamknięcie okna USTAWIENIA CZUJNIKÓW, i powrót do panelu startowego
programu „monitor sztywności”, przedstawionego na rys. 4.
Po skonfigurowaniu programu i ustawieniu czujników przemieszczeń można przejść
do badań sztywności obrabiarki metodą konwencjonalną, poprzez wybór klawisza
METODA KONWENCJONALNA oznaczonego białą strzałką (patrz rys. 4). Wcześniej
rozpoczęcie badań było niemożliwe, gdyż klawisz ten był tak długo nieaktywny dopóki
nie wykonaliśmy operacji ustawienia czujników. W momencie wybrania klawisza
METODA KONWENCJONALNA na ekranie zostaje wyświetlone okno przedstawione
na rys. 6 i jednocześnie rozpoczyna się cykl obciążenia obrabiarki zadaną siłą.
Wyniki w przypadku metody konwencjonalnej przedstawiane są w postaci wykresu:
siła-odkształcenie, przy czym prezentowane są one w formie dynamicznej. Po
zakończeniu pomiaru w tym samym oknie (w jego prawej górnej części) mamy podane
62
MONITOR SZTYWNOŚCI – narzędzie do wspomagania wyznaczania sztywności ...
wartości wyznaczonych wskaźników sztywności. Dla każdego z czujników mamy
podane dwie wartości sztywności:
• pierwszą (po lewej) wyznaczoną metodą regresji liniowej,
• drugą (po prawej) wyznaczoną jako stosunek maksymalnej siły do
maksymalnego przemieszczenia (Fmax/Xmax).
Rys. 6. Widok okna METODA KONWENCJONALNA
Dodatkowo mamy możliwość wyznaczenia sztywności względnej na podstawie
sygnałów z dwóch wybranych czujników (w polu oznaczonym białą strzałką na rys. 6).
Możemy także w aktywnym polu OPIS (oznaczonym czarną strzałką) umieścić opis,
który ułatwi nam interpretację i dalszą analizę zarejestrowanych wyników. Po
zakończeniu badań mamy możliwości zapisania rezultatów (klawisz ZAPISZ), lub
zakończenia pracy z pominięciem zapisu otrzymanych wyników (klawisz KONIEC).
Efektem wyboru jednego z tych klawiszy będzie zamknięcie okna METODA
KONWENCJONALNA
i
powrót
do
pulpitu
startowego
programu.
Metody
konwencjonalnej dotyczy jeszcze jeden klawisz oznaczony na rys. 4 szarą strzałką
(ODCZYT WYNIKÓ KONWENCJONALNYCH) pozwalający nam w każdej chwili
przejrzeć wyniki zarejestrowane wcześniej.
63
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
3.2. Obsługa monitora sztywności podczas badań metodą dynamiczną DWSS
W przypadku wykorzystania do badań sztywności statycznej obrabiarek metody
dynamicznej obsługa programu jest bardzo zbliżona. Ponownie zaczynamy od panelu
startowego przedstawionego na rys. nr 1, 2 lub 4, i podobnie jak w przypadku metody
konwencjonalnej rozpoczynamy od konfiguracji programu, czyli wybieramy klawisz
KONFIGURACJA oznaczony na rys. 2 białą strzałką. Wówczas na ekranie zostanie
wyświetlone okno konfiguracyjne (rys. 7), w którym tym razem musimy podać
wszystkie dane. Jeżeli wcześniej wykonywane było badanie sztywności statycznej
metodą konwencjonalną, to bez zmian możemy pozostawić parametry wprowadzone
wcześniej, czyli:
-
równanie opisujące zależność siły od prądu sterującego dla aktualnie używanego
generatora siły F [N ] = .....[N ] + .....[V ] ,
-
stałą czujnika siły,
-
maksymalnej wartości siły Fmax,
-
liczbę czujników indukcyjnych przemieszczeń, wraz ze stałymi wszystkich
czujników, jeżeli takowe czujniki będą także wykorzystywane.
Rys. 7. Panel konfiguracyjny programu DWSS v.4.2. („Monitora sztywności”)
Dodatkowo dla metody dynamicznej musimy podać:
-
liczbę stopni siły nF,
-
minimalną średnią wartość siły F0min, (pole to na rys. 7 pokazane jest jako
64
MONITOR SZTYWNOŚCI – narzędzie do wspomagania wyznaczania sztywności ...
nieaktywne, gdyż wartość tą wprowadzamy jedynie przy symulacji z większą
liczbą stopni siły niż jeden),
-
amplitudę siły FA,
-
częstotliwość zmiany siły f.
Na koniec wypełniamy pole oznaczone na rys. 7 białą strzałką a dotyczące
zastosowanych czujników sejsmicznych. W polu tym podajemy liczbę czujników
sejsmicznych zastosowanych podczas badań, a także podajemy jedną wartość stałej
czujnika. W przypadku czujników sejsmicznych podajemy tylko jedną wartość stałej
czujnika dla wszystkich zastosowanych czujników, gdyż do badań stosowane są
identyczne czujniki sejsmiczne o podwyższonej czułości (akcelerometry). W oknie tym
podobnie jak w przypadku czujników sejsmicznych dodatkowo podano numer kanału
do którego dany czujnik należy podłączyć do karty analogowo-cyfrowej (od ACH1 do
ACH6).
Po zakończeniu konfiguracji powracamy do panelu startowego, i następnie
podobnie jak w przypadku metody konwencjonalnej przechodzimy przez proces
ustawienia czujników (klawisz USTAW CZUNIKI), co opisano w punkcie 3.1.
Po zakończeniu czynności związanych z konfiguracją programu i ustawieniem
czujników, uzyskamy dostęp do klawisza METODA DYNAMICZNA, oznaczonego na
rys. 8 białą strzałką.
Rys. 8. Panel startowy programy DWSS v.4.2.
Po wybraniu klawisza METODA DYNAMICZNA na ekranie zostanie wyświetlone
okno przedstawione na rys. 9 i jednocześnie rozpoczyna się cykl obciążenia obrabiarki
zmienną siłą o zadanej wcześniej amplitudzie, wartości maksymalnej i częstotliwości.
W oknie widoczne są trzy wykresy wyświetlane w czasie rzeczywistym podczas
obciążania obrabiarki:
65
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
-
pierwszy wykres przedstawia rzeczywisty przebieg sinusoidalnie zmiennej siły
z jaką obciążamy obrabiarkę, obrazuje on sygnał rejestrowany przez czujnik
siły,
-
drugi wykres przedstawia przebieg sygnałów zarejestrowanych przez czujniki
sejsmiczne,
-
trzeci
wykres
przedstawia
przebieg
sygnałów
zarejestrowanych
przez
indukcyjne czujniki przemieszczenia.
Dodatkowo w dolnej części okna znajdują się dwie tabele, pierwsza dotyczy
czujników sejsmicznych, a druga czujników przemieszczeń. W pierwszym wierszu
tabel zamieszczono amplitudy przemieszczeń zarejestrowane przez czujniki indukcyjne,
i dla każdego z sygnałów oszacowana jest częstotliwość siły wymuszającej. Jeżeli
częstotliwość ta odbiega o ponad 3% od częstotliwości zadanej w rzeczywistości,
wówczas amplituda przemieszczenia nie jest obliczana a sygnał taki jest odrzucany.
Rys. 9. Widok okna METODA DYNAMICZNA – przebiegi czasowe sygnałów
Odrzucenie jakiegokolwiek z sygnałów objawia się zaświeceniem poniżej wybranej
kolumny czerwonego wskaźnika ŹLE. Jeżeli różnica pomiędzy oszacowaną
66
MONITOR SZTYWNOŚCI – narzędzie do wspomagania wyznaczania sztywności ...
częstotliwością siły wymuszającej, a częstotliwością zadaną nie przekracza 3%,
wówczas poniżej kolumny zaświeca się wskaźnik OK. Podobnie jest w przypadku
sygnałów zarejestrowanych przez czujniki sejsmiczne, tzn. w tabeli znajduje się
amplituda przemieszczeń wyznaczona z przyspieszeń i oszacowana wartość
częstotliwość siły wymuszającej.
Po zakończeniu badań mamy możliwości dokładnego obejrzenia wszystkich
zarejestrowanych
przebiegów
(sygnałów
z
czujników
siły,
przemieszczeń
i
sejsmicznych). Program umożliwia nam powiększenie wybranej części sygnału za
pomocą pasków narzędziowych, w które wyposażono każdy z wykresów.
Po przeanalizowaniu wyników, wybieramy klawisz NEXT znajdujący się w prawym
dolnym rogu okna. Jeżeli pomiar wykonano dla kilku stopni siły to w pierwszej
kolejności zostaną wyświetlone kolejne okna z wykresami (jak na rys. 9), dla
wszystkich stopni siły, a na końcu zostanie wyświetlone okno przedstawione na rys. 10.
Rys. 10. Widok okna METODA DYNAMICZNA - tabela
Okno to zawiera zbiorczą tabelę, w której podane są informacje dotyczące
zakończonego pomiaru, tzn. znajdziemy tam informacje na temat częstotliwości siły
wymuszającej, amplitudy siły wymuszającej, a także obliczone dla wszystkich
wykorzystanych podczas badań czujników (sejsmicznych i indukcyjnych) amplitudy
przemieszczeń i wyznaczone wskaźniki sztywności. Po zapoznaniu się z wynikami do
67
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
menu głównego wracamy poprzez wciśnięcie klawisza znajdującego się w dolnej części
okna.
Podobnie jak w przypadku metody konwencjonalnej, tak i w przypadku metody
dynamicznej mamy możliwość przeglądania wyników zapisanych wcześniej. Służy do
tego klawisz oznaczony na rys. 8 czarną strzałką, i opisany jako ODCZYT WYNIKÓW
DYNAMICZNYCH.
3.3. Konwersja plików w programie „Monitor sztywności”
Program „Monitor sztywności” poza możliwością analizy rejestrowanych sygnałów
podczas badań, posiada także możliwość analizy sygnałów zarejestrowanych w innych
programach. Wybierając klawisz opisany jako RTX>>DAQ lub DAQ>>RTX mamy
możliwość wprowadzania do programu danych z zewnątrz (RTX>>DAQ), lub
wyprowadzenie danych z „monitora sztywności” w formie pliku tekstowego.
Przy konwersji plików z innych programów do „monitora sztywności” należy
zwrócić uwagę na odpowiednią budowę pliku. Każdy plik przenoszony z innego
programu powinien być przygotowany w formie pliku tekstowego, w formacie *.RTX,
i charakteryzować się strukturą przedstawioną na rys. 11.
Rys. 11. Przykładowy plik tekstowy (*.RTX) po konwersji z formatu *.DTX
68
MONITOR SZTYWNOŚCI – narzędzie do wspomagania wyznaczania sztywności ...
Poszczególne cyfry i symbole oznaczają:
-
5000
umieszczone
w
pierwszym
wierszu
–
dotyczy
liczby
próbek
zarejestrowanych przez każdy z czujników (zawartych w danym pliku),
-
4 umieszczone w drugim wierszu – dotyczy liczby wykorzystanych kanałów,
-
F umieszczone w trzecim wierszu – jest opisem pierwszej kolumny danych
i dotyczy przebiegu siły z jaką obciążano obrabiarkę [ UWAGA! dane dotyczące
siły zawsze umieszczamy w pierwszym wierszu],
-
a1 umieszczone w czwartym wierszu – jest opisem drugiej kolumny danych
i dotyczy sygnału zarejestrowanego przez czujnik sejsmiczny o numerze 1,
-
a2 umieszczone w piątym wierszu – jest opisem trzeciej kolumny danych
i dotyczy sygnału zarejestrowanego przez czujnik sejsmiczny o numerze 2
[UWAGA! Jeżeli wykorzystujemy większą liczbę czujników sejsmicznych to
w kolejnych kolumnach umieszczamy dane dotyczące czujników sejsmicznych
a3, a4 itd., a dopiero potem zamieszczamy kolumny z danymi dotyczącymi
czujników przemieszczeń],
-
p1 umieszczone w szóstym wierszu – jest opisem czwartej kolumny danych
i dotyczy sygnału zarejestrowanego przez czujnik indukcyjny przemieszczenia
o numerze 1,
-
F a1 a2 p1 umieszczone w szóstym wierszu – jest ponownym opisem każdej
z
kolumn
zawierających
dane
dotyczące
poszczególnych
czujników
umieszczonych w kolejnych wierszach od np. 10 do 5009.
4.
PODSUMOWANIE
Podsumowując można stwierdzić, że program „Monitor sztywności” (DWSS v.4.2.)
jest
bardzo
przydatnym
narzędziem
wykorzystywanym
podczas
badań
sztywnościowych obrabiarek. W sposób kompleksowy obejmuje on dwie podstawowe
metody badania sztywności:
-
konwencjonalną,
-
dynamiczna (DWSS).
Spełnia wszystkie wymagania postawione na etapie założeń:
-
w znaczny sposób usprawnia konfigurację całej aparatury pomiarowej przed
rozpoczęciem badań,
-
usprawnia sposób prowadzenia badań,
69
M. Kaźmierczak, J. Śliwka, J. Kosmol, K. Jemielniak
-
minimalizuje możliwość popełnienia błędów,
-
dzięki bezpośredniej prezentacji wyników pozwala na wnioskowanie on-lione,
dzięki temu pozwala na wprowadzenie zmian w planie badań,
Główną zaletą zastosowania „monitora sztywności” podczas badań jest skrócenie
czasu niezbędnego do ich wykonania.
LITERATURA
1. K. Jemielniak. Instrukcja obsługi programu DWSS v.4.2.(autor programu
K. Jemielniak), 2002.
2. J. Śliwka: Wyznaczanie sztywności statycznej obrabiarek metodą wymuszenia
dynamicznego. Rozprawa doktorska, Gliwice 1999.
3. S. Zeweld: Ocena porównawcza struktury nośnej obrabiarek ciężkich. Rozprawa
doktorska, Gliwice 1990.
4. J. Śliwka, J. Kosmol, K. Klarecki: Eksperymentalna ocena wybranych własności
obrabiarek ciężkich, II-rd International Scientific Conference AMME, Gliwice,
1994 s.341÷350.
STIFNESS MONITOR–A SOFTWARE TOOL AIDING
MACHINE TOOL STIFFNESS DETERMINATION
Abstract. The article presents a stiffness monitoring software aimed at carrying out
research of machine tool stiffness. The software has been suited for stiffness research
involving both traditional and dynamic methods for machine tool static stiffness
determination. The article presents possible application of the program, depicting in
details all of its functions – from setting up a configuration, through carrying out a
singular series of research, to the final presentation of the results obtained.
Recenzował: dr hab. inż. Andrzej Sokołowski
70